关键词：汽车电器开关；人机工程；设计
前言：在汽车的使用中，汽车电器开关是驾驶员与汽车电器设备的连接载体。通过汽车电器开关，驾驶员可以完成汽车启动到熄火整个过程中的汽车功能，是使用最为频繁的部位。汽车电器开关人机工程设计，会对驾驶员操作的安全性与舒适性带来影响。比如，方向盘与组合开关距离过大，会增加驾驶员的疲劳感，发生误碰撞等问题。为了有效解决该类情况，加强汽车电器开关的人机工程设计研究具有重要意义。
1、汽车电器开关概述
1.1 汽车开关的分类
汽车开关的品种较多，可以从功能性与结构性两个方面来介绍。按功能性分类：驾驶操作功能：品种有点火起动、恒速、超速、后视镜控制开关等。控制的负载有电机、继电器、灯、电路等。报警信号功能：品种有转向喇叭、停车灯、报警灯、制动灯开关等。控制的负载有灯、继电器、电磁阀等。灯光系统功能：品种有前照灯、雾灯、仪表灯、开关等。控制的负载主要是灯。刮水器系统功能：品种有刮水器、洗涤器、风窗加热开关等。控制的负载有电机、继电器、电阻、泵等。空调冷却系统功能：品种有风扇、空调、温控开关等。控制的负载有电机、电磁阀等。门窗、锁系统功能：品种有门锁、电动摇窗机、油箱盖、行李箱、天窗开关等。控制的负载有电机、电磁阀等。按机械结构分类：从50年代开始，这几十年中，汽车开关为满足汽车发展需要，其结构方面也起了很大的变化，主要有以下七种类型。推拉式、旋转式、顶杆式、跷板式、按钮式、板柄式、电子型等。
1.2 汽车电器开关布置区域和位置
汽车电器开关的布置区域可以从以下两方面进行分类：一方面，根据驾驶人员开关操控动作，可以将其手伸部位共包括五个区域，每个区域的操控舒适性不同。例如，当腕关节不动，只有手部动的区域，其操控舒适性达到最优，而当驾驶员需上半身较大移动时，则操控舒适性最差。另一方面，根据驾驶员的操控习惯，可以分为五类。例如，腕关节不动只手动，肘关节不动只前臂动，上半身轻微或较大移动，肘肩部不动只上臂动等。
1.3 开关档位设置与操控方向逻辑关系
在汽车电器开关设计中，其开关的操控方向，需要与一般驾驶人的行为习惯相符合，档位设置也要符合一定的逻辑性。汽车电器的开关类型包括滑动式、翘板式、推拉式、滚轮式、旋转式、扳柄式等，每种类型的开关又根据操控正常逻辑分为垂直方向与水平方向，有些开关也会设置在顶棚上，如车室内照明开关等。
1.4 汽车电器开关操作力设计
汽车电器开关在操作力上的设计，需要与普通人的生理特性相适应，以便于大多数驾驶人员更加容易的使用和操作。汽车电器操作力的难度性，主要来源于操作阻力。 开关操作阻力又由多种阻力组成，比如惯性阻力、弹性阻力、摩擦阻力等。其中，在汽车发动开始时，摩擦阻力当中的静摩擦力阻力特性是最大的。在汽车运动后逐渐减小。随着汽车开关操作按钮行程增加，弹性阻力大小随之变化，而惯性阻力的大小，会与汽车运动加速度成正比关系。可见，最优的操作里，与汽车开关操作方式与性质相关。比如，常见的按键式开关最优操作力为2.8-11n，旋钮式开关为7-170n.m，拉钩
式开关为2.8-11n，推拉式开关最大不超过18n等。
2、汽车电器开关人机工程尺寸设计
2.1 布置方式
当汽车的整体结构比较大时，内部布置空间要选择外型比较大的电器开关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果采用的汽车电器电流功率比较小，那么，应选择大电流且直接控制汽车电器开关的方法来控制。这样一来，不仅满足了开关设备系统操作的便捷性，还能在一定程度上降低汽车电器开关的布置成本。
2.2 组合开关
组合开关位于方向盘下方，使用频率较高，集成于雨刷、变光、灯光等控制，属于扳柄式开关。为确保驾驶人操作舒适性，其人机尺寸设计如下：方向盘上与轮缘内测多功能开关距离，最小设置为40mm，方向盘与组合开关手柄中心距离，最大为55mm，组合开关手柄的重心距离方向盘外缘纵向最下距离范围为0-5mm，组合开关中心上边缘距方向盘轮下边缘距离范围为50-55mm，手柄中心距离盘表面的距离设计范围为95-100mm。
2.3 玻璃升降开关
玻璃升降开关位于门护板上，包括UP、OFF、DOWN三个档位，为拉钩式开关。在进行尺寸设计时，需要避免驾驶员不会触碰到门护板，以此设计好按钮的深度与长度。其尺寸设计标准如下：玻璃升降开关按钮扣手的横向长度最下为8mm，空间深度最小为 12mm，横向向中心面与门护板的纵向距离最小为25mm。
2.4 点火开关
点火开关位于组合开关右侧的手柄下方，包括开始、进行、锁定等档位，属于旋转式开关。设计中应当考虑到钥匙插入角度，手部操作空间等。对于点火开关手部操作空间，仪表板面与手部包络间的最佳距离为大于10mm。对于点火钥匙插入角度尺寸， 钥匙柄与竖直线之间的最佳夹角为30-50°。
2.5 仪表板开关
仪表板上布置了许多开关，包括室内顶灯开关、喇叭开关、差速锁开关、大灯调节开关、后视镜调节开关、雾灯、报警灯开关灯等，开关类型主要包括翘板式、旋钮式、按键式等。在进行圆形按键式开关设计时，根据经验，AB人机工程尺寸最小为 20mm，AC尺寸最小为10mm，AD的尺寸值最小为2mm，最大为6mm。而对于方形的按键式开关，AC部分尺寸不变，AD部分最小为15mm，纵向尺寸最小为10mm。
3、汽车电器开关操作结构分析
汽车的操作力与行程图，与其开关内部结构相关。汽车电器开关的内部结构一般包括微动开关、导电橡胶、弹簧等。其中，微动开关需要用外壳覆盖，具有微笑接点间隔，其外部具有激励器，工艺精密计算的要求较高，一般包括滑动开关、编码器、检测开关、旋转开关、按动开关等类型，部分型号具有防尘防水抗冲击等功能。导电橡胶在汽车电器开关应用中具有廉价方便的特点，一般配合PCB完成操作感，能够降低开关重量，提升操作手感，降低汽车开发成本等。弹簧，一般与档位块、顶杆、金属弹片等组合在一起，能够根据设计要求进行定制，以此提升汽车的操作感知。
结语：汽车电器开关是连接驾乘人员和汽车电器设备的桥梁。通过对汽车电器开关布置区域和位置、汽车电器开关档位设置与操控方向的逻辑关系、汽车电器开关人机工程尺寸设计、汽车电器开关操作力设计、汽车电器开关安装力和拆却力设计这些汽车电器开关人机工程的因素，通过控制这些因素来达到提升汽车电器开关人机工程和操控舒适性的目的。
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论文作者:李准 张奇贺
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年19期
论文发表时间:2019/11/13
标签：汽车电器论文; 操作论文; 汽车论文; 人机论文; 组合论文; 阻力论文; 尺寸论文; 《工程管理前沿》2019年19期论文;