开关机械电子性能分析

开关机械电子性能分析

吴共泽

贵州振华华联电子有限公司   贵州凯里  556000

摘要：本文针对开关机械电子性能进行简单讨论，以汽车驻停开关为例，基于对其的大致介绍，进一步分析开关机械模式的常规构成与相应性能。具体从按键模块、微动开关、开关端子及力学机械性能几个方面展开。

关键词：驻停开关；机械性能；微动开关

引言：汽车开关与普通电气开关实际运行原理具有诸多共同点，但由于前者面向汽车中各种控制装置电路，所以操作形式也相对更加多样。从某种角度上来讲，汽车开关是车身控制系统中的一部分，与相应功能模块具有直接关联。近些年，汽车开关设计，为满足产品发展需要，不断优化内部结构。下文主要讨论的驻停开关，是按钮式的样式。

1汽车驻停开关

该类开关设计中，要注意施加力度，假设开关操作所需力度过小或者过大，均会影响到驾驶感受。假设按键开关的导通情况无法迅速准确判断，那么会提高驾驶的风险。为适应绝大部分驾驶者的使用习惯，结合传统手动式结构的“放”与“拉”，电子开关也可选择类似的形式。开关机械组件上，驻停处设置成“拉”与“压”的使用动线形式。其中，自动驻车以及一键启停都设置成“按压”形式，总体利用模块化的设计思路，有利于控制开关成本，便于后期修理[1]。

2开关机械模块及性能

开关转向和自动复位模块采用弹簧活塞以及V型结构，保障开关操作力度符合相应设计需要。旋转部分是将壳体当作中心轴，在拉起时，开关可通过特定构件实现精准限位，确保开关转动和复位动作的可行性。

2.1按键模块

在该部分通常有微动开关与弹片等，其中弹片本身具有不同的组合形式，较为经典的有金属弹片和弹簧等。以操作体验感的层面来讲，档位结构部分要求设计师具备足够的专业能力与实践操作经验，如果要变更开关主体尺寸，极易引起手感变化，因此，为提升操作感知效果，弹片结构可能并不是最优选择。一般情况下，倾向于选用导电橡胶，配以PCBA设计，可以优化使用体验。针对该种结构使用感知，可从三个角度来看：第一，供应商设计，由于理念差异，所以实际操作手感也会存在区别；第二，生产单位参照的经验公式，每个生产厂家在实现体验需求方面的理解与方法会有不同，即便技术参数相同，最后的使用感受也并不一定会相同；第三，加工技术，此种定制类的开关产品，涉及到人工调节的问题，各批产品之间难免会有差别。以上要素是导致开关使用感知效果有差异的关键决定因素。

微动开关是根据特定行程以及力度，完成触点动作，外部覆盖壳体。微动开关工作机理主要来源是不同的机械结构，常见的有弹簧以及薄膜弹片等，涉及到精密加工与智能化控制。根据实际应用需要，部分型号的开关还设置防尘与抗冲击等性能标准。这样既能提升开关结构的耐久性，又有利于扩大使用范围。

2.2微动开关

以某防水型的微动开关为例，其是双开路滑动接点的形式，使用优点在于，其能和外围零部件一起实现回流焊贴装处理，整体横向长度也比较小。另外，由于是两面滑动接点以及速动结构，所以开关运行到任何位置，均能有良好的基础，同时也防止了机械振动以及灰尘等带来的不利影响。同时，该产品支持可动接点，能保障固定接点，在启动、切换模式、完全按下的全过程，接触点承受的压力始终不变。而且双电路切换操作，能在10ms以内完成。该种微动开关可作为车载操作开关，亦或紧急按键，还可以简单检测车载装置驱动机制的性能状态。近些年，驻停开关相应表面贴装形式持续增加，所以需要微动开关的回流焊，采用远红外线上下加热的回流形式。针对焊接处的检测，固定方法一般是耐热载带，具体分布情况如图1所示。其中，各点温度数值为：A为250℃；B为230℃；D为180℃；E为150℃。另外，C段与F段的时间长度分别是40s、120s。

图 1 微动开关的回流焊温度情况

根据贴面焊槽的形式，假设条件有差异，最终的结果也会有不同，所以需在经过专业确认后才能应用。当微动开关的作用力在0.5-1.5N区间内，运行温度在（-40℃）-85℃之间，相应规格技术参数为：其一，电性能。接触电阻是75mΩ/200mΩ；最小绝缘电阻是100mΩ；耐电压是250V。其二，机械性能。端子强度为3N/min；操作强度为20N。其三，耐久性能。在无负载情况是300000循环，相应最大为200mΩ；按照最大额度负载，实现300000循环，相应最大为200mΩ；双电路同步电机，15ms。其四，环境适应性能。耐寒程度表现是在-40℃，500h；耐热程度表现为在85℃，500h；耐湿方面，60℃下，90%-95%，500h。

2.3开关端子

在挑选端子环节中，需保证其与汽车电器可以充分接触，所以接触电阻要尽量小，这样有利于提升端子使用可靠性，因此采用双弹簧的压紧形式，并且要根据导线实际截面积以及电流加以细化调整。

2.4力学性能

其一，按压式开关。对其的检测主要是针对操作力及位移情况。对于驻停开关而言，操作力就是按压力，由于其力度较小，能直接利用压力传感装置收集信息即可。但因为开关结构有差别，所以按压力会有不同，为保证结果精度，应当使用不同量程的传感装置

[2]。另外，操作位移就是开关极限移动范围。一般情况下，位移数值可以通过位移传感装置取得。此外，如果需通过“压”与“拉”的动作确认操作力，可改用拉压力传感设备。

其二，翘板结构拔扭开关。测试该类开关中，模拟拔动的行为，连入线束及压力传感装置，动态收集每个限位扭矩数值。其检测原理和前者相近，可借助传感装置和电机，得到力矩与动作角度参数。

其三，端子。对于端子性能的判断，借助模拟其运行形式，判断其接触效果。按照相关测试技术要求，端子结合力极限应能达到70N；操作中不能有清楚的触感，如阻挡；解锁力，不应超过20N；锁合力则需达到100N；保持力，锁止模式应满足100N，但初次锁止至少要有40N的水平；低压电流的耐受程度，初始的最高值为5mΩ，通过耐久测试，相应数值提高到10mΩ；离脱力，最高是70N。

结束语：在汽车领域中，电子驻停开关已经代替了常规机械手动制动杆等形式的机械元件，借助电控完成驻车的所需操作，不仅缩小了占用的空间，还能保证驻车过程的可靠性。结合上文简单分析，现有此类开关技术较为成熟，能够满足机械电子性能要求。

参考文献：

[1]张宏伟.拐臂脱离后隔离开关机械性能试验研究[J].机械研究与应用,2022,(05):229-232.

[2]师丽芳,刘杰,姚灿江.高低温条件下双柱式隔离开关机械性能研究[J].机电工程技术,2022,(04):122-125.