Выключатели

Достижения о эргономике и моделировании превратили простой выключатель в весьма сложный прибор. Способ работы выключателя должен отвечать различным критериям. Группировка выключателей на приборном панели, позволяющая меньше отвлекать внимание водителя и не вызывающая у него усталости, быстрота доступа к выключателю в критическом положении и предотвращение случайного срабатывания выключателя при ударном воздействии — это только некоторые из проблем, стоящих перед проектировщиком. Теперь стало нормой выполнение основных выключателей в виде рычагов, установленных на рулевой колонке. Эти функции обычно включают:

• переключение фар
• включение габаритного освещения
• аварийного сигнала
• омывателей
• очистителей

Другие органы управления установлены в пределах досягаемости водителя на приборной панели или рядом с ней. Кроме упомянутых конструктивных ограничений, для выключателя важным фактором является надежность. Исследования показали, что переключатель света фар, например, может использоваться примерно 22 000 раз на протяжении 80 000 км — это средний пробег за 4 года — что обуславливает большую механическую и электрическую нагрузку на данный прибор.

Простое определение выключателя — «прибор для разрыва и создания пути прохождения тока в схеме». Это означает, что выключатель можно рассматривать как две системы:

• контакты, которые обеспечивают коммутацию
• механическое устройство, которое обеспечивает перемещение контактов

Существует множество типов рабочих механизмов, управляющих контактами. На рисунке показан только один из распространенных приемов — скользящие контакты.

Рис. Переключатель со скользящими контактами

Контакты должны обладать следующими необходимыми свойствами:

• высокое сопротивление механическому и электрическому износу
• низкое сопротивление контакта
• отсутствие каких-либо загрязнений на поверхности контакта
• низкая цена

Для контактов переключателей чаще всего используют медь, фосфористую бронзу, латунь, бериллиевую бронзу и, в особых случаях, серебро или серебряные сплавы. Золото используется для покрытия контактов специального назначении. Главный вопрос — ток, который должен выдерживать выключатель, поскольку основную проблему представляет дуговая эрозия контактов. Серебро — один из лучших материалов для контактов выключателя. И одни из способов обойти проблему стоимости состоит в том, чтобы использовать только контактные площадки из серебра, приварены  например, к латунным контактам. Сейчас общепринято использовать выключатели для управления реле, которое, в свою очередь, задействует главную часть схемы. Разгрузка выключателя по току дает большую свободу в выборе его конструкции, но может появиться необходимость гасить электрическую дугу, вызванную индуктивностью обмотки реле. Нельзя также забывать, что реле — тоже выключатель, но поскольку реле не имеют таких конструктивных ограничений, как приборные выключатели, это позволяет им управлять более сильным током.

Продолжительность жизни выключателя зависит от частоты его использования, соотношения времени включенного и выключенного состояния, природы нагрузки, подавления дуги, величины перемещения механизма используемого привода, окружающей температуры и влажности, уровня вибрации — и это только несколько факторов.

Диапазон размеров и типов выключателей, используемых в автомобилях, весьма обширен: от контактов в пусковом реле стартера до контактов в микровыключателе люка крыши. На рисунке показан один тип выключателя автомашины и его характеристики.

Рис. Однополюсный тумблерный переключатель на три положения

Некоторые из понятий, используемых для описания действия выключателя, приведены ниже.

• Исходное состояние. Положение механизма привода в отсутствии воздействия на него.
• Холостой ход. Движение привода между свободным и рабочим положением.
• Рабочее положение. Положение, которое занимает механизм привода, когда имеет место возникновение контакта.
• Положение опускания. Положение привода, при котором механизм возвращается в исходное состояние.
• Избыточное перемещение. Движение привода после принятия рабочего положения.
• Полный ход. Сумма холостого хода и избыточного перемещения.
• Усилие включения. Сила, требуемая для перемещения приводного механизма от свободного положения до рабочего.
• Усилие освобождения. Сила, позволяющая вернуть механизм в исходное состояние.

Далее рассмотрим такие вопросы, как число контактов, число полюсов и тип переключения. Определенные потребители тока транспортного средства требуют определенных действий коммутации. На рисунке приведены схемотехнические символы для переключателей и их функций. Аналогичные символы применяются для реле.

Рис. Символьные обозначения выключателей и переключателей

Все упомянутые выше выключатели управлялись вручную. Имеются и другие выключатели, которые могут срабатывать от воздействия температуры, давления и, например, инерции. Эти три примера показаны на рисунке ниже. Температурный выключатель типичен для вентиляторов радиатора, в нем используется биметаллическая пластина, которая изгибается под воздействием температуры и замыкает группу контактов. Выключатель давления используется для контроля избыточного давления в системе кондиционирования воздуха и срабатывает от давления на диафрагму. При определенном давлении диафрагма преодолевает натяжение пружины и замыкает ряд контактов. Наконец, инерционный выключатель, реагирующий на ускорение, часто используется, чтобы прервать подачу топлива к насосу впрыска в случае ударного воздействия на транспортное средство при аварии.

Рис. Выключатели срабатывающие от температуры, давления и ускорения