汽車一鍵啟動開關的設計與開發研究

中圖分類號：U463.66 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639(2025)06-0093-04

Design and Development of One-button Start Switch for Automobile

FangLiqin，Gao Ru，Peng Min，Li Jingyao (Changchun Automobile Industry University，Changchun 13oo13，China)

【Abstract】This paper carres out a comprehensive research on the one-buttn start switch of automobile.In terms offunction，itisanintellgentautomobilecomponent，whichsendssignals tothebodycontrolerBCMin theformofa signalswitch，including signals，backlights，and indicatorcircuits，whichareconvenienttooperateandcanindicate thevehicle status.Themainpointsof designand developmentcover many aspects:thedesign input needs toclarifythe requirements of systemfunctionand vehiclebacklight；Performance parameters，theuse of double contact press automaticreturn type to ensure safety，voltage，current，operating forceand other specific parametersare specified; colortexture affcts costand effect，laser engraving processiscommonlyused；gapsegment diference，interface，size， operationfeel，instalationstructure，waterproof structure，guiderib/slot，character form，etc.，havedetailed requirementsanddesignstandards.Thedesignoftheone-buttonstartswitch needsto integratemultiplefactors，and will continuetoinnovatewiththedevelopmentofautomotivetechnologyinthefuturetomeettheneedsofemergingfields.

【Key words】one-button start switch；structure design；electrical performance；operating feel；waterproof design; intelligent car

1功能介紹

1.1 系統構架

一鍵啟動開關作為智能汽車的關鍵組成部分，極大簡化了車輛啟動流程。區別于傳統機械鑰匙點火方式，駕駛者無需掏出鑰匙，僅需踩住腳剎或離合，輕按一鍵啟動開關，就能快速啟動車輛，便捷性顯著提升。

從電氣原理來看，一鍵啟動開關屬于信號型開關，通過硬線向車身控制器BCM發送兩個高有效觸發信號。如圖1所示，該開關集成信號回路、背光回路和指示燈回路。其內部配備背光燈，背光燈顏色依據車型有所不同，常見為紅色、白色或藍色，由背光控制器調控。此外，開關設有兩個功能狀態指示燈，通常為黃色和綠色，用于指示車輛狀態，指示燈顏色由BCM控制。當車輛處于ACC或ON擋位時，狀態指示燈顯示為黃色；踩下制動踏板后，指示燈轉變為綠色。

1.2 性能要求

一鍵啟動開關的功能要求如下： ① 開關信號采集與輸出正常，信號清晰穩定； ② 字符帶背光； ③ 如有狀態指示燈，要求在不同狀態下正常顯示。

1.3 基本結構

在一鍵啟動開關設計過程中，首先要開展造型可行性分析，確定開關布置位置、表面尺寸以及字符和指示燈布局的合理性。接著，結合車身內部空間和間隙段差要求，進行安裝結構數據設計，確定匹配的安裝結構。最后，開展開關內部結構設計，明確內部構成部件。

依據表面造型差異，一鍵啟動開關主要分為兩種形式：一種是開關表面僅包含按鍵部分；另一種是開關表面同時具備按鍵與開關裝飾環。如圖2所示。

2設計與開發要點

2.1 設計輸入

開關設計需明確一系列輸入條件，包括系統功能定義、整車背光要求、工作指示要求、造型CAS及顏色紋理定義等。系統功能定義需確定信號觸發原理；整車背光和工作指示要求明確色度和亮度；造型CAS能確定開關外形、空間分界、匹配結構及間隙段差；顏色紋理定義給出零件各區域顏色和紋理要求，通常噴漆或電鍍區域無紋理。

2.2性能參數要求

為確保安全性，一鍵啟動開關通常采用雙觸點按壓自動回位式設計。在不損壞開關的前提下，無論何種操作方式，雙觸點開關同時接通或斷開的時間間隔需小于 100ms 。一鍵啟動開關雙觸點導通波形如圖3所示。

通用的基本設計參數包括：工作電壓、工作電流、工作溫度、存儲溫度、操作力、操作行程、耐久次數等。對于一鍵啟動開關，要求的電氣性能參數建議如下。

1）性能保證范圍：電壓9\\~16V，溫度 -40～ 85°C 。

2）操作保證范圍：電壓9\\~16V，溫度-40\\~85°C 。

3）存儲溫度保證范圍： -40～90% 。

4）額定工作電流： 250mA 。5）擋位穩定工作時間： ?10ms 。6）開關操作力： (6±1)N 。7）操作行程：（ (2.5±0.5)_mm 。8）操作耐久次數：100000次。9）背光和工作指示燈的色度和亮度：與整車要求一致。

2.3 顏色紋理要求

零件表面的顏色紋理要求對工程數據和模具設計影響顯著，也在較大程度上影響成本。以字符工藝為例，常用的二次注塑嵌件和激光鐳雕工藝，對字符背光均勻度有不同影響。一般噴涂后激光鐳雕的符號線條粗細和亮度均勻性更易控制，效果較好，因此在無特殊要求的情況下，現行設計方案多采用激光雕刻工藝。此外，零件表面處理工藝不同，費用也存在差異，通常電鍍 > 噴鋼琴漆 > 噴普通漆。表面處理的顏色和紋理需與整車和內飾風格協調統一，同時兼顧工程可行性和成本因素，如圖4所示。

2.4 間隙段差要求

一鍵啟動開關與周邊部件有間隙段差要求。

1）測量基準。固定件與運動件以固定件為標注基準，鈑金件與塑料件以鈑金件為標注基準，先裝配零件作為后裝配零件的基準。一鍵啟動開關以儀表板或副儀表板為間隙段差測量基準。

2）間隙。基準件測量基準（翻邊或圓角）與被測量零件的圓角或第1道翻邊的最小距離。由于開關按鍵為活動部件，其間隙要求一般為 ±0.5mm ；若一鍵啟動開關帶有外裝飾環，因裝飾環為不動部件，開關間隙要求一般為 ±0.3mm 。

3）段差。測量點到測量基準面的恢復面的距離。因開關按鍵向下運動，一鍵啟動開關與儀表板或副儀表板的段差要求為段出 0.5mm 。

2.5 接口設計

一鍵啟動開關電路通常包含工作指示回路、背光回路和信號回路，詳見圖5所示電路原理圖，背光和工作指示的顏色可根據具體項目確定。依據電路原理圖，確定接插件型號。接插件須具備可靠連接性，便于安裝和拆卸，其設計標準可參考線束類零件。一鍵啟動開關的接插件采用注塑成形，PIN腳為8腳，適配線束接插件型號。若一鍵啟動開關無工作指示，可將工作指示回路對應的PIN1、PIN4和PIN5改為N.C。一鍵啟動開關接插件接口定義見表1。

2.6 尺寸要求

一鍵啟動開關按鍵大小需兼顧手指操作舒適度，一般建議直徑或邊長大于 27mm ，開關縱向尺寸在50～65mm 之間。字符和指示燈距離按鍵邊緣尺寸建議不小于 5.1mm ，指示燈距離字符尺寸建議不小于2.2mm ，指示燈寬度建議不小于 1mm ，字符高度建議不小于 2.5mm 。為避免咯手，開關可接觸邊緣應進行圓角處理，建議圓角尺寸為R1\\~R3。

2.7 操作手感

一鍵啟動開關的按鍵要求手感良好，擋位感明顯。

目前，按鍵類開關的手感主要通過操作力、行程、清晰度等指標來進行定義。操作力-行程曲線圖如圖6所示。

Snapratio=(F₁-F₂)/F₁

S₃=S₂+max.20%S₂

式中： F_i —實際操作力； F₂^. —波谷時的操作力； F₃ 一與 F₁ 相同，通常要求開關的機械止位操作力大于 F₃ ，保證開關能正常接通； S₁: —最大操作力行程，通常 S₁=S₂/2 ； S₂ —開關導通行程；S₃ 一 ??F₃ 時的開關行程。公式(1)直接反映了手感的擋位清晰度，要求 40%～60% ，這樣的手感較為清晰；公式(2)中，零件在 S₂ 一 ??S₃ 這段曲線中要求導通。定義的目的是保證零件不會提前導通或者滯后導通，這兩種情況都會給客戶操作帶來不便[]。

一鍵啟動開關的操作行程（最大行程）建議為2.5mm 左右，電氣切換點（導通行程）建議為 1.8mm 左右，操作力建議為6N。實際操作力-行程曲線應盡量與標準曲線趨勢相符。

2.8 安裝結構

從人機工程角度出發，一鍵啟動開關應布置在主駕駛便于操作的位置，常見于儀表板中部或副儀表板左側。開關一般采用正向安裝，通過開關外殼2個對稱分布的彈性卡扣實現安裝配合。彈性卡扣設有3個臺階，安裝板卡在第2個臺階上，干涉量約為1個臺階的寬度。開關外殼四周通過3條非對稱分布的主定位筋進行X和Y方向定位，定位筋與安裝板定位槽單邊間隙 0.1mm ，既實現防錯，又在安裝過程中起到導向作用。此外，通常還需對稱分布的壓潰筋進行輔助定位，壓潰量 0.1mm 。圓形一鍵啟動開關一般配置4條均勻分布的壓潰筋。如圖7\\~圖9所示。

2.9 防水結構

為防止水滲入導致開關短路失靈，影響車輛使用，一鍵啟動開關在結構設計時需充分考慮防水問題。如圖10所示。

1）按鈕應充分罩住外殼，按鍵與外殼錯位重合至少 1mm ，防止水直接進入開關內部。2）對于外殼和按鍵存在一圈縫隙的開關，需在外殼內部開設排水孔，加快水的排出。3）導電橡膠應充分包住PCB板，防止水污染開關觸點，建議橡膠超過線路板 0.5mm 以上。

2.10按鍵導向筋/槽設計

一鍵啟動開關內外殼之間的導向筋/槽基本寬度尺寸一般設計為 1.5mm ，導向筋數量通常為4個，且盡可能靠近按鈕邊緣，以保證按鍵在各個位置操作時都有良好手感。考慮按鍵松動量、位置精度和匹配間隙均勻性，導向筋/槽的配合間隙建議為 0.03～ 0.05mm 。若配合間隙過大，一鍵啟動開關按下時晃動量過大，可能導致雙觸點不同時導通。由于控制器策略規定，一鍵啟動開關被按下后，若 300ms 內未檢測到兩路開關信號，系統將診斷為開關故障。導向筋/槽常用結構如圖11所示，導向槽分布位置見圖12。

2.11 字符形式

一鍵啟動開關通常帶有START、STOP字符，空間允許時，還可包含ENGINE字符。由于電動車沒有發動機，其一鍵啟動開關一般不包含ENGINE字符。一鍵啟動開關按鍵表面常見處理工藝有電鍍、噴普通漆和噴鋼琴漆后鐳雕字符。采用電鍍鐳雕形式時，需注意字符避免出現“孤島”區域，如字母A、R、O、P等應采用開口字符形式（圖13)，以防止獨立小面積電鍍區域在抗剝落試驗中電鍍層脫落，不符合試驗要求。

3總結

在汽車領域，一鍵啟動開關作為車輛電氣系統的核心部件，其設計與開發對提升車輛啟動性能、增強駕駛便捷性和保障行駛安全至關重要。在設計過程中，需綜合考慮外觀尺寸、結構設計、電氣性能和操作手感等多方面因素。通過合理設計和優化，能夠打造出美觀、易用、可靠的一鍵啟動開關產品。

隨著汽車技術的持續發展，一鍵啟動開關的設計也將不斷創新完善，以滿足市場需求和駕駛員的使用需求。同時，新能源汽車、智能駕駛等新興領域的興起，對一鍵啟動開關提出了新要求，將推動汽車一鍵啟動開關技術不斷進步。

參考文獻

[1]馮超.汽車開關的手感關鍵特性及測量評價方法[J].汽車電器，2018（8)：38-40.

(編輯凌波)