汽车音响娱乐系统功能应用设计

2014-06-22廖媛

汽车工程师 2014年3期

廖媛

（天津一汽夏利汽车股份有限公司产品开发中心）

随着汽车工业的不断发展，汽车音响娱乐系统越来越受到汽车用户的广泛关注。高水平、高质量及内容丰富的汽车音响娱乐系统，将成为整车的亮点而受到用户和部分汽车音响发烧友的热衷与追捧。因此音响娱乐系统的功能应用设计水平，直接影响用户在选择购车时的意向和决定。目前汽车音响娱乐系统的设计在整车设计中关注度的比重越来越高，因此在设计初期，仔细分析音响娱乐系统在应用等方面的设计思路，并关注可能存在的问题及隐患并加以规避尤为重要。

1 功能设计

汽车音响娱乐系统的功能设计，普遍具有收音、USB/SD 卡数码放音、AUX 播放和CD/DVD 播放功能；高配车型还具有导航、倒车影像、手机互联及多功能收音调节方向盘、蓝牙、WIFI、iPod、多媒体网络、车辆维修保养提示、手机充电、行车记录及管家式服务等体现人性化的各项功能[1]。

1）收音设计。国内产品的AM的频段范围为531～1 602 kHz、步长为9 kHz；对于出口南美地区（乌拉圭、秘鲁等国家）的产品，AM频率范围为520～1 700 kHz、步长10 kHz。根据当地的使用习惯，时钟设定为12 小时制。

2）CD 或DVD 设计。音响碟口设计涉及与周边尺寸关系及防双碟误操作要求。碟口若位于音响面壳顶端，其中心与面壳顶端及按键的间距应大于10 mm；为防止双碟误操作，设计碟口宽度尺寸为124～125 mm；设计碟口两端尺寸应为2.0 mm，碟口中心尺寸应为5 mm。

3）USB 或SD 卡数码放音设计。USB 接口放置分为前置和后甩2种方式。前置USB 接口在音响面板上。前置USB 接口可以为标准及MINI 接口，MINI 接口需要转接线过渡；后甩USB 接口，接线需尽量短，USB2.0 需在1 m 以内。

4）导航设计。显示屏的选型至关重要，汽车音响显示屏主流设计为6.5 或7 英寸（16.51 或17.78 cm）屏。有硬屏和软屏2种。硬屏手压后物理形变小，可视范围宽，但成本较高；软屏手压后物理形变大，出现水纹现象且可视范围较小，但成本适中。背光显示方式分为LED 屏幕和CCFL 屏幕等。LED 发光体分布非常均匀，使用寿命大概是CCFL 的2 倍。不足是应用于大屏的情况下，不好控制亮度与均匀性。CCFL 最大的优点是高亮度；不足是发光体分布不均匀，功耗较大，工作温度较窄。导航地图是GPS 导航的灵魂。地图应选用拥有甲级测绘资质企业的产品，地图升级也需在前期设计中进行充分的考虑，以方便用户使用及售后服务。

5）多功能收音调节方向盘的应用设计，可以方便驾驶员从方向盘上操控音响一些常用的功能。

6）手机充电设计。利用主机上的USB 作为手机充电口使用。其额定输出电压为（5±0.25）V，最大输出电流为（1±0.05）A，当手机充电电流大于（1±0.05）A 或者负载短路时，USB 电路会自动切断电源，进入自动保护状态；当负载电流小于（1±0.05）A 时，自动恢复正常工作状态。对于手机充电时的平稳放置，在设计初期应该予以考虑。

7）倒车视频影像设计。当挂入倒挡时，系统会将车后状况显示于中控或后视镜的液晶显示屏上。也可以设计为在显示器上标注2 根倒车诱导导向线，方向盘转动，倒车曲线就随着转动，从而准确地描绘出倒车的轨迹。摄像头的解析度、镜头系统、帧速率、最低照度、防水系数、水平视角及垂直视角等参数直接体现摄像头的品质。在设计中应注意摄像头的选型及与主机的匹配、线束布置和插头的选型以及摄像头的安装位置等方面的问题。

8）手机互联。这是未来汽车应用中最具发展潜力的新型技术，它可以实现智能手机与车载主机在通讯、导航、音乐、影视、图像及游戏等方面的互动，以实现车机与手机之间的无缝连接。a.实现方式设计，具有Mirror Link，APP Link，HDML/MHL 3 种。Mirror Link 是通过音响端来实现；APP Link 和HDMI/MHL 都是通过手机端来实现。b.屏幕显示信息形态，分为独立型、依赖型及互动型。c.物理连接方式，通过Bluetooth，USB，HDMI，WiFi 等数据通道，及界面重构和界面同步2种方式实现手机互联。

2 面板造型设计

2.1 音响背景光设计

背景光常用的颜色有红色、蓝色、橙色、白色、冰蓝色及翠绿色等。为了保证整车仪表、音响、空调操纵面板及各种开关等背景光颜色的协调性，在造型确定基础颜色后，应统一背景光源的类型及相应的参数指标。但是同一种型号的光源，不同的生产厂家，可能会出现颜色不同的现象，因此在设计初期应尽量统一光源的供应渠道，保证同一厂家和同种型号的光源。普通显示屏的设计，分为正显屏和负显屏2种，如图1 所示。

2.2 旋钮设计

对于不同造型的需求，对应旋钮设计均有差异，常用的旋钮结构设计有以下3 种。

1）普通按压旋钮。可旋转并有按压功能；旋钮外径≥15 mm。如旋钮顶面有装饰圈，则外径≥20 mm。旋钮外圈有导光圈以做夜间提示。

2）中空按压旋钮。外圈可以旋转，中间可按压但不随外圈旋转。中间按压部分做镭雕透光效果，旋钮外径≥25 mm。

3）多方向旋钮。可以旋钮、中间按压，还可以实现多个方向的按压。此旋钮外径根据所选择的编码器确定，并根据所选择的编码器计算多方向偏转角度，以确定预留间隙。周边需做对应角度按压指示，图2 示出多方向旋扭图。

4）设计注意事项。旋钮若采用滚齿造型，要求齿的数量需为4 的倍数，齿与齿之间的夹角需＞90°，齿与齿之间预留0.15 mm 以上间隙。编码器的旋转力矩，对于直径在15～25 mm 的旋钮，建议采用（8±5）N·cm 力矩的编码器；对于直径25～35 mm 的编码器，建议采用（9±5）N·cm 力矩的编码器。

5）国家突出物标准要求：仪表部件在384 N 静压力下，突出仪表高度部分≤9.5 mm。音响面板的零部件中，高度较大的是旋钮部件。为满足国标要求，当旋钮受力按压后高度＞9.5 mm 时，旋钮需做溃缩结构，当旋钮受到384 N 作用下，旋钮的溃缩结构断裂，旋钮高度下陷至＜9.5 mm。悬臂结构是满足溃缩要求的设计之一。

2.3 按键设计

音响按键一般分为直上直下键、单边键及杠杆键等形式，3 种键的结构差异较大：直上直下键在设计上应注意按键长度≤38 mm，按键宽度＞12 mm。杠杆式按键是以转轴为支点的摆动按键，转轴需承受一定力量，转轴直径需＞1.5 mm；杠杆钮的唇边与面壳间隙应大于按键行程；单边键、杠杆钮行程有多种，0.3 mm 行程及1.2～1.5 mm 行程均可使用，不同行程需根据键宽度，确定按键与面壳间隙。

2.4 音响面板与仪表板及部件之间的面差和间隙设计

与音响面板相关的仪表板装配部件主要有出风口、空调控制器及中控装饰框等。一般要求音响面板与周边配合间隙为（0.5±0.3）mm，面差为（0.5±0.3）mm（面板尺寸在300 mm 以内）。在CASE 面设计时，需注意内部结构的配合。音响面板设计时，音响周边圆角做反向拔模设计，让面板后端的间隙较大，而前端的间隙保持0.5 mm，以方便安装；同时，为了防止中框装饰框与仪表板装配后，出现位置偏差、导致与音响的周边间隙不均匀的问题，需要在音响与仪表装饰框之间做筋位配合，并预留0.2 mm 间隙。为了更加有效地防止仪表板在装配后产生的变形影响到音响的装配间隙，可采用在音响面板上增加多个定位卡子、安装支架做固定支撑及中部装饰框后罩等设计方式。

3 安装结构设计

音响安装支架的设计与周边配合及自身强度有密切关系。安装支架主要对整个音响做承重。支架设计时，首先要考虑自身强度及影响安装的可靠性、避免支架的复杂性及薄弱结构，因此既要考虑音响与支架之间的牢固连接、又要考虑与车身之间的搭接，便于售后的拆卸和维修。安装方式通常有以下8 种。

1）卡扣式安装。特点是安装后与周边的间隙和面差有所保证，对于周边的精度要求较低；但音响外形尺寸受到限制，在标准尺寸范围内的变动较小。

2）导轨式安装方式。特点是直推式装配特别简单方便，但是对车身相关部位的精度要求较高，外观间隙精度低。

3）定位销式安装。特点是装配简单，但对周边的精度要求较高，装配牢固度较差。

4）U 型支架式安装。特点是音响主机与周边的间隙和面差可以保证，对仪表板等精度要求较低，但装配较困难，安装螺丝容易被面板挡住，需要机械手从下方绕行才能拆装。

5）回形框固定安装。特点是装配比较复杂，主机侧面的螺丝固定困难。

6）左右或上下安装支架及底部支撑安装方式。特点是装配非常简单方便，对车体的精度要求较高，外观面间隙精度较低。

7）面板和音响主机分体式安装。特点是音响面板与周边部件通过卡扣或者螺丝定位，容易保证两者间的间隙和断差。对于车身周边的精度要求降低，结构独立带来音响造型空间的释放、个性设计可以实现，但是模块和线束多，使成本增高，设计较复杂。

8）当音响主机长度较长，支架安装点靠前时，需考虑增加辅助支撑位，如图3 所示。

4 与扬声器及天线的匹配设计

1）汽车音响娱乐系统与扬声器的匹配设计。普通汽车音响的输出阻抗很小，通常要求输出阻抗是4 Ω，扬声器额定功率是音响功放额定功率的1.0～1.3 倍，否则音响功放的持续输出功率若高于扬声器的功率很多，容易导致扬声器毁坏。这是设计中需要注意的问题。

车厢内声场的设计目标是声源的前方定位感（清晰的声像存在于前方的感觉）、临场感（左右声音平衡并向前方扩展的感觉）以及声源触发时宽广的感觉[2]。因此，为了获得高质量的音效，有效的办法是使用多扬声器系统。一般分别有4，6，8 个扬声器系统。其中由高音、中低音和全频音3 种扬声器组合成3 声道系统是较理想的组合。一般高音扬声器的布置在仪表板上、前方A 柱上及车门角窗等车厢内前部位置；中低音扬声器布置在前后左右车门上；全频带扬声器布置在后窗台板上。这样设计确保了扬声器安全的同时，音乐会更加自然、清晰、圆润、柔和及有力，并可获得较好的整体动态音效范围。

2）汽车音响娱乐系统与天线的匹配设计。具有柱式、窗式及鲨鱼鳍式天线等多种设计形式。柱状天线分为有源天线和无源天线2种。窗式天线分为前窗式、后窗式和侧窗式3 种。对于带有放大器的有源窗式天线的设计，需要注意从放大器到玻璃上的天线丝插头的线束长度，不能大于150 mm，否则会造成信号衰减。从功能上分为收音和GPS 导航功能。导航天线与导航主机匹配的电压参数，可选5 V 或3.5 V。导航天线模块的安装必须保证与地面平行，角度误差≤±5°；在天线模块上部开角120°的区域内，不允许有金属部件的遮挡。