汽车开关接触系统的设计与应用

田雅雅 李岩

摘要：从汽车开关的接触系统入手，详细论述小电流、中电流和大电流的开关接触系统设计，并阐述新型接触系统霍尔和光栅系统的原理，展望代表未来趋势的电容触摸系统。

关键词：汽车开关；小电流；大电流；霍尔；电容触摸

1.汽车电器开关的分类

汽车开关种类很多，它们在工作中都有各自的负载定义，有大电流负载，也有小电流负载。为保证开关能有稳定的工作表现，需要选用最合适的接触系统。根据电流负载大小，整车开关有3种：大电流开关、中电流开关和小电流开关。大电流开关负载电流1～25A，此类开关一般直接连接电源和终端零件（如车窗升降电动机，前照灯，电喇叭，起动电机等）。中电流开关负载电流0.1～1A，这些开关一般控制继电器或小功率执行器。小电流开关负载电流1～100mA，它们输出控制信号到ECU（电子控制单元）或BCM （车身控制模块）。

2.接触系统的设计介绍

2.1大电流接触系统

在大电流工作环境中，常用的触点材料是AgSnO2和AgNi（20）。根据实际生产和应用经验，Ag基材料的触点在100mA以上的工作环境中能有非常好的表现，在电弧环境下Ag基材料的触点有自清洁的功能，但AgNi（20）和AgSnO2两种材料的自清洁原理是不一样的。AgNi（20）由双金属组成，其机械、物理性能是Ag和Ni按体积百分比的加和作用。大電流开关中，开关触点接通瞬间会有电弧产生，在电弧作用下，当温度高于Ni的熔点1453℃时，Ni可以大量溶解于电弧处产生的Ag熔体中，当温度下降冷却时，溶解的Ni重新沉积于Ag基体中，Ni的反复溶解和析出在触点表面形成细Ni颗粒的接触层，这种材料的形成会降低AgNi（20）触点的侵蚀率。而AgSnO2材料属于“颗粒增强”型金属基符合材料，其中，Ag作为基体，SnO2作为强化相在机械性能上提供材料强度、硬度，在电接触性能上提高材料的抗熔焊能力和耐电弧侵蚀能力。AgSnO2主要靠热稳定性高的SnO2颗粒悬浮于Ag熔池中增加粘度而减小材料飞溅。

在实际使用中发现，与AgNi（20）相比，AgSnO2具有更低的材料转移特性，所以在开关类产品中，一般高于20A的正极触点会选用AgSnO2， 负极触点选用AgNi（20）。而在0.1A到20A之间的开关触点都选择AgNi（20）。

2.2中电流接触系统设计

中电流0.1～1A对于银基材料的自清洁功能还是适用的，因此适用于大电流的银基材料接触系统同样适用于中电流环境，另外一方面，还有一些接触系统如导电橡胶、金手指等也适用于中电流环境，电流最大为0.1A时，以使用金手指滑动块，为了提高金手指的弹性，其使用的基材是CuSn6。为了提高接触性能，接触区镀金。如果电流超过0.2A，此时可以使用银触点滑动块结构，银触点可以是AgNi（20）合金，也可以是直接电镀银。如果按键是按压式或者是翘板式开关，就只能选用橡胶垫了，橡胶垫不仅能提供操作手感，而且在其接触区域可以放入不同触点带来不同的接触性能。金触点的工作电流为0.5A，而镍点的工作电流为0.3A.

2.3小电流接触系统设计

小电流的接触材料通常是镀金处理，它们是惰性材料， 其性能受环境影响很小， 有非常小的接触电阻和优异的稳定性， 即使在很小的接触力情况下都有很好的接触性能。 所有中电流的非银基接触系统都能直接应用于小电流环境， 将所有大中电流接触系统中的银触点更换成镀金触点， 这个改进后的接触系统就能在小电流环境中使用。 另外带金点、镍点、 碳点的橡胶垫都适用于此环境中。

2.3 接触系统的应用

各种接触系统存在于不同开关中， 由于篇幅有限， 本文以几个典型的例子来说明接触系统在开关中的应用。 图1为部分德国大众车型上使用的大电流前照灯控制开关。旋钮能带动转轴旋转， 通过机械结构设计， 转轴能够推动下方电接触区域触点臂的运动， 通过触点的吸合运动来实现相应的开关功能。 图2为德国大众车型上使用的中电流后视镜调节开关。接触桥被装配在转轴上， 通过转动旋钮， 接触桥在PCB上运动实现左右后视镜的翻转功能。图3为标致雪铁龙部分车型上使用的小电流刮水操作开关。 环形接触片被铆接在后风窗刮水操作旋钮上， 用户旋转旋钮时带动接触片在柔性电路板上运动， 柔性电路板将接触片的运动信号传递到主PCB 上。 图4为标致408的中控台控制开关。 其接触系统是橡胶垫上使用碳触点配合电路板上的金触点， 这个结构是接触系统中最简单也是应用最广泛的。

3结语

车用电器开关看似简单，但不同的开关操作方式，不同的信号输出，不同的操作手感以及不同的看管耐久次数都会影响开关的接触系统选择，除了要不断分析开关接触系统，同事也要及时总结及不断更新，这样才能使车用开关设计成本降低，开发周期缩减。

参考文献：

[1]黄锡文. 常用低压触点材料电性能研究[J]. 电工材料，2006（4）；26-34