CN108583283B - 针对仪表板组的指示器照亮设计优化 - Google Patents

针对仪表板组的指示器照亮设计优化 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及一种改进的仪表板设计，其具有减小的嗡嗡声、吱吱声和咯咯声，并且具有的仪表板指示器的光泄漏减少。

Description

针对仪表板组的指示器照亮设计优化
技术领域
本申请涉及一种具有减少的光泄漏的改进的仪表组。
背景技术
用于车辆的仪表组在整体车辆设计和客户满意度方面日益重要。仪表组向操作员提供相关的车辆信息，并且包括仪表、警示灯和其他“指示器”(tell tale)。仪表组是高度复杂的结构，包括遮阳板、发光外罩、嵌入件(appliqué)以及印刷电路板、发光组件。嵌入件可以被配置为包括各种“指示器”或警示灯，该“指示器”或警示灯优选地除了在需要时不被照亮。通常，用于汽车和其他应用的发光组件是发光二极管(LED)，但也可以是白炽灯泡或光纤。然而，由于仪表板的复杂构造，在车辆操作期间，会发生光从光组件泄漏，并且指示器可能被部分地点亮。这种光泄漏损害了仪表组的美感，并且可能会导致操作者甚至在照明(illuminate)时忽略指示器。发生该光泄漏可能是因为在固化期间仪表组的翘曲以及随后在仪表组的构造期间组件之间的部分不匹配造成的。固有地发生的翘曲和不匹配还需要使用紧固件诸如例如螺钉来将仪表组的各种部件固定到模块中。该紧固件代表了在仪表组制造中的成本，这在工业中已成为问题。此外，仪表组在其使用寿命期间可能会遇到嗡嗡声、吱吱声和咯咯声，其降低了操作员对车辆的满意度。制造使光泄漏最小化、使制造仪表组所需的紧固件数量最小化、并控制嗡嗡声、吱吱声和咯咯声的仪表组是持续性的个问题。
发明内容
一种具有减少的光泄漏的改进的仪表组，包括：外部板，外部板具有至少一个孔以容纳至少一个计量器；嵌入件，嵌入件被配置为具有仪表显示器，仪表显示器还包括至少一个指示器，指示器提供车辆状态情况的指示；嵌入件覆盖内部板，内部板配置有至少一个突出部，突出部基本上垂直于嵌入件延伸；突出部在电路板与嵌入件之间形成灯道，电路板在灯道中配备有至少一个照明源，电路板与内部板的突出部间隔开，光阻挡器定位在灯道中并且邻近照明源，光阻挡器垂直于内部板的每个突出部突出；光阻挡器进一步使来自于相邻灯道的光泄漏减少。
附图说明
图1是示出了仪表组构造的仪表组的分解图；
图2是示出了各种指示器的嵌入件的前视图；
图3是具有光泄漏的仪表组的截面详细视图；
图4A是根据一个实施例的配备有LED的仪表组的详细视图；
图4B是沿图4A的线B-B截取的仪表组的详细视图；
图5A是示出根据一个实施例的具有光遮挡特征的仪表组的详细俯视图；
图5B是沿图5A的线D-D截取的详细侧视图，其示出了根据一个实施例的一个泄漏的光遮挡特征；以及
图5C是沿图5A的线D-D截取的详细侧视图，其示出了根据一个实施例的另一泄漏的光遮挡特征。
图6是图1的灯罩的后视图，其示出了紧固件的位置。
具体实施方式
现在转到附图，其中相同的标记表示相同的结构，并且特别是图1，示出了根据本公开的一个方面的仪表板10(诸如汽车仪表板)的分解示意图。仪表组具有配备有仪表孔14、16和18的外部板(诸如遮阳板12)、***或无线电或信息娱乐***和控制件，外部板用以容纳各种仪表计量器(诸如速度计、转速计等)和其他控制件。仪表遮阳板还配备有孔附接凸缘20、21、22和23，以允许组装的仪表板被固定在车辆内部的适当位置。众所周知，仪表组还可以包括覆盖至少遮阳板主体孔的透明基板，用于观察所述计量器。合适的透明基板包括板材、塑料、薄膜或任何其他介质。
嵌入件50具有与孔47在一起的仪表止动器(detent，锁销，棘爪)49和51，以容纳示例性的车辆仪表组的仪表计量器和无线电或信息娱乐***。嵌入件配备有***凹口52、54、56，以将嵌入件相对于灯罩定位。嵌入件还在止动器49处具有孔60、62、64和66，以允许来自印刷电路90的LED的光从那里穿过并照亮嵌入件上的指示器或警示灯。
内部壳体诸如灯罩68具有以容纳仪表诸如速度计、转速计等的仪表凹槽70和72，以及以容纳无线电/信息娱乐***的切口(cut out)73。灯罩在凹槽70处具有孔74、76、78和80，并且在凹槽72处具有孔82、84、86和88，以允许来自印刷电路的LED的光进入。
印刷电路板90包括电路并且电连接到车辆电气***，用于为车辆的所有仪表计量器供电。印刷电路板包括如所示的发光二极管(LED)96、98、100、102、104、106和108，如将在下文中描述的，用于使光发射到嵌入件上以照亮指示器。LED以可互补地进入仪表板的各种计量器和指示器的任何构造定位在电路板上。如所描述的，可以理解，印刷电路板可以具有大约500克的质量。设置外部壳体112以制造仪表板单元。以下文将描述的方式用最少数量的紧固件111、113、114、115(图6)将外部壳体和内部壳体固定在一起。
图2是具有“指示器”118、120和122的嵌入件116的前视图。每个指示器对应于不同的警示信号，诸如例如发动机灯118、低轮胎气压120和乘员(occupant)安全***122。本领域技术人员将会理解，可以包括任何数量的指示器，并且这里所描述的这些指示器仅仅是示例性的而不是限制性的。嵌入件的可接受的外观是，除了当指示器用来显示关于车辆或其乘员的实际装备或安全问题外，指示器不被点亮。
仪表板一直持续的问题是：即使在指示器不点亮的情况下，来自表盘的照明源的光泄漏从其所需的位置“泄漏”到指示器，从而至少部分地照亮了指示器。这降低了仪表板的外观的美感，并且因为由于图像疲劳，操作者可能不会注意到点亮或不点亮的差异，因此降低了指示器的有效性。当指示器被部分点亮时，操作者的注意力可能会变得习惯于指示器，并且不能确定当点亮时存在的车辆或乘员安全的实际问题。
现在转到图3，其示出了遭遇光泄漏的仪表板的详细图示。印刷电路板124配备有若干LED 126和128，这些LED在焊接点130和132处被焊接到电路板。灯罩具有突出部134和136，该突出部建立各个光通道138和140，该光通道有助于将光从LED引导朝向嵌入件。
基于汽车法规，指示器用不同颜色的LED点亮，其可以从琥珀色、绿色、蓝色和白色变化。不同颜色的指示器之间的光泄漏也会影响在照明条件下的指示器的颜色坐标。通过设计，灯罩被设计为始终与印刷电路板接触，以确保它们之间没有光线射出。灯罩接触面的平面度也由具有平面度公差为±0.05mm的设计所控制。由于成型和制造的限制，已经发现这样的平坦度几乎总是不可能实现的，并且零件翘曲可以将平坦度水平改变到±0.5mm。在现有设计中，已经采用夹层策略，其中PCB通过卡扣夹在灯罩与外部壳体之间。由于PCB相对于整个组的重量(大约1000克)重量较沉，随着组经过验证测试，尤其是带有热循环测试的振动，搭扣的强度显著减小。在所有三个轴线(x、y、z)上进行测试，每个轴线经受36个小时的热循环振动。热循环导致塑料翘曲和变形，并且伴随有2Grms的振动负载，用于将PCB保持在适当位置而添加的内在特征被损坏(或磨损)，并且对于组发生了PCB的轻微的相对运动。然后对组进行嗡嗡声、吱吱声和咯咯声性能的测试，其中PCB的相对运动会产生比客户的规定范围高得多的咯咯声，并被认为是失败的。在热测试期间，PCB的运动和零件的翘曲也会造成光泄漏，并引起客户的不满。
设计优化-阶段一：
为了抵消光泄漏，首先重要的是使PCB的附接方案稳妥(robust)，以消除由零件的翘曲和验证测试造成的任何影响。采用紧固件或螺钉的使用。使用这种策略，螺钉的位置和数量变得很关键，以确保零件的翘曲可以通过螺钉完全抵消，并且PCB与灯罩之间的间隙可以最小化。PCB上的电子部件和迹线(图形)还提供了对于紧固件可以放置的空间的实用性的另一组限制。通过各种仿真分析，发现将5个螺钉放置在靠近指示器区域的设计将有助于显著抵消零件的翘曲。在主要的计量器上，螺钉应位于穿过计量器中心的直线(见图6)。通过对实际零件的各种测试，还证实了通过增加螺钉，还消除了嗡嗡声、吱吱声和咯咯声(BSR)问题。尽管3个螺钉可以有助于减小BSR，然而，发现它们还不足以抵消光泄漏。
设计优化：阶段2在对实际零件的评估中，发现使用5个紧固件显著地减少了指示器之间的光泄漏，并且满足了客户的验证测试要求。然而，很少的指示器仍然显示肉眼可以察觉到的微弱的泄漏。这种光泄漏144可以射到(strike)焊接点130、132，并且在146处反射向嵌入件，并且这种光泄漏被认为是导致指示器的部分发光的原因之一，因此影响了仪表组的外观的美感。
图6是图1的灯罩的后视图，其示出了紧固件的位置。由于紧固件的数量以及紧固件的位置必须将组固定在一起，因此紧固件在仪表组的构造中的位置是反复出现的问题。由于制造组的材料的翘曲根据在不同点处使用的材料(例如聚乙烯、丙烯)而不同于其他使用的材料，因此必须确保光不会泄漏到仪表表盘中并给出错误的指示，而同时限制或减小与使用紧固件有关联的嗡嗡声和吱吱声。关于上面的段落0019和0020中的设计优化的讨论是尤其相关的，因为已经确定了紧固件的数量可以通过遵循上述的设计优化而出乎意料地减小。实际上发现可以使用4个紧固件111、113、114和115，以优化关于板的翘曲所使用的紧固件的数量，从而将光泄漏减小到察觉不到的水平。
现在转到图4A，其示出了具有安装在印刷电路板上的LED 125和127的仪表板的细节。图4B是沿图4A的线B-B截取的，其示出了光泄漏到指示器灯道(chimney)148的另一现象。具体地，当LED 125泄漏光143通过空间142时，光行进到指示器灯道中，并且光沿指示器灯道的壁147反射。该反射在某种程度上的发生是因为指示器灯道是由聚丙烯材料制成的，该聚丙烯材料是明亮的白色并且呈现出抛光的表面149。要求白色材料以使光损失最小化，并提高照亮效率，然而由于白色材料放大了光泄漏，其在光泄漏方面起到了负面作用。
如上所述，至少两个主要原因在于光泄漏引起嵌入件上的指示器的部分照亮。为了直接抵消这种现象，可以添加光遮挡特征至指示器灯道，以允许仅光通过灯道来照亮指示器，但是不允许从另一个灯道通过空间142的光无意中照亮与该灯罩相关联的指示器。
图5A是仪表板的详细俯视图，其示出了在适当位置具有泄漏的光遮挡特征的光通道。图5B和图5C是沿图5A的线D-D截取的，并且示出了可以用于每个上述光泄漏问题的不同的光遮挡特征。在图5B中，示出了泄露的光遮挡特征151以用于遮挡由于焊接点反射的光泄漏。光遮挡特征由来自于通道壁的突出部150、152构成，突出部设置为近似地垂直于通道壁154和156。每个突出部从壁延伸预定的距离并终止于倾斜表面158和160。从可以通过LED的中心和通道绘制的中心线162可以看出，倾斜表面分别从中心线以角度θ倾斜。该角度θ可以在约45度的范围内。当光从相邻的LED泄漏时，光射到焊接点并被反射到水平突出部的垂直表面164、166上，并因此大大地遮挡了光穿过开口170，这减小了与该特定通道相关联的指示器的错误照亮。
图5C示出了当希望减小或消除从LED泄漏和可能沿相邻通道的壁反射的光时，可以使用的光遮挡特征。在该实施例中，相邻的光通道被延伸跨过相邻灯道的宽度的水平壁172遮挡。当光从LED泄漏到如此装配的灯道中时，光反射到水平壁上，并且无法朝向嵌入件行进，从而通过泄漏的光消除来自该灯道的指示器照亮。
使用如所描述的实施例来减少光泄漏。例如，已确定没有光遮挡特征的指示器被具有0.23Cd/m2的亮度的泄漏的光照明，而具有如所描述的遮挡特征的指示器没有遭遇显著的光泄漏，并且被以0.02CD/m2的亮度照明。
利用如所描述的光遮挡特征，已确定在泄漏的指示器处的LED亮度也可以减小大约90％，以使指示器被通过人眼基本上察觉不到的泄漏的光照明。也已确定，即使当希望照亮指示器时，如所描述的光遮挡特征的添加也会影响指示器照明亮度。因此，优化开口(通过该开口，来自LED的光可以在通道中行进)的尺寸是有益的。该尺寸的选择应使焊接点被遮蔽，同时将指示器照亮亮度维持在规定范围内。例如，当角度θ为约60度时，指示器照亮亮度舒适地在客户规定范围内，然而泄漏的光亮度也增加了并且在实际零件中很明显。当角度θ下降到大约30度时，泄漏的光被消除，然而指示器照亮亮度大大降低到客户规定范围以下，这不能通过增加LED电流(如下所述)以恢复规定范围。
还已确定，如果通过采用如上所述的遮挡特征使指示器亮度下降到特定值以下，则LED电流可以增大以补偿照明的损失。通过控制器(诸如具有存储器的发动机控制单元(ECU)174)和用于在脉冲通过车辆和/或LED的寿命而改变时控制LED的亮度的指令，LED的亮度的减小可以随着到LED的电流的脉宽调制(PWM)而变化。如下表1所示，LED电流可以显著增加，而不会影响印刷电路板图形。
表1
Figure GDA0003998388570000071
Figure GDA0003998388570000081
LED电流-改进差量
如上表1中所示，光亮度可以根据LED的颜色变化。例如，通过来自ECU的PWM，LED亮度可以从测试的琥珀色LED的25％的范围变化到测试的蓝色LED的亮度的100％的增加。因此，通过改变施加到LED的电流，可以改变亮度，这将补偿超过由采用如所描述的泄漏的光遮挡特征引起的亮度损失。
尽管已经描述了若干实施例，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，所使用的词语不是限制性的术语，而是描述性的术语。在不脱离如所附权利要求所阐述的本发明的范围和精神的情况下，可以进行许多变化和修改。

Claims (12)

1.一种具有减少的光泄漏的改进的仪表组，包括：
外部板，所述外部板具有至少一个孔以容纳至少一个计量器；
嵌入件，所述嵌入件被配置为具有仪表显示器，所述仪表显示器还包括至少一个指示器，所述指示器提供车辆状态情况的指示；
所述嵌入件覆盖内部板，所述内部板配置有至少一个突出部，所述突出部基本上垂直于所述嵌入件延伸；
所述突出部在电路板与所述嵌入件之间形成灯道，所述电路板在所述灯道中配备有至少一个照明源，所述照明源在焊接点处被焊接至所述电路板，所述电路板与所述内部板的突出部间隔开，光阻挡器垂直于所述内部板的每个突出部突出，每个所述光阻挡器从形成所述灯道的所述突出部延伸预定距离并且延伸超过所述焊接点，使得从相邻的灯道泄漏的光射到所述焊接点并反射到所述光阻挡器上；所述光阻挡器进一步使来自于相邻灯道的光泄漏减少。
2.根据权利要求1所述的改进的仪表组，其中，所述光阻挡器的突出部在所述灯道中朝向彼此延伸一距离但彼此不接触，以在其间提供间隙，每个所述光阻挡器具有处于角度θ的表面，光能够透射通过所述表面朝向所述嵌入件。
3.根据权利要求1所述的改进的仪表组，其中，所述光阻挡器的突出部在相邻光通道中是封闭的，从而防止光在所述光通道中泄漏至所述嵌入件。
4.根据权利要求2所述的改进的仪表组，其中，所述角度θ沿倾斜的所述表面相对于所述照明源的中心线成45度。
5.根据权利要求1所述的改进的仪表组，其中，当来自另外的灯道的光照射穿过所述突出部与所述电路板之间的间隙时，所述光泄漏发生。
6.根据权利要求5所述的改进的仪表组，其中，所述光射到所述电路板中的保持所述照明源的焊接点，并且被反射朝向所述嵌入件上的指示器。
7.根据权利要求2所述的改进的仪表组，其中，所述光泄漏来自于另外的光通道。
8.根据权利要求1所述的改进的仪表组，还包括在所述仪表组中处于预定点处的紧固件，以减小嗡嗡声、噪音和吱吱声，所述紧固件还使所述突出部与所述电路板之间的间隙减小。
9.根据权利要求1所述的改进的仪表组，其中，所述照明源的亮度能够利用来自于控制器的脉宽调制进行控制。
10.根据权利要求1所述的改进的仪表组，其中，所述照明源是发光二极管。
11.根据权利要求10所述的改进的仪表组，其中，每个所述发光二极管具有不同的颜色，并且每个所述发光二极管的亮度能够改变不同的量。
12.根据权利要求8所述的改进的仪表组，其中，所述仪表组中的所述预定点位于紧邻所述指示器处。
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