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汽车显示屏粘接新技术
2022年07月25日    阅读量:1497    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

直到几十年前,大多数车辆的仪表板都由少量简单的模拟按钮、刻度盘、仪表、旋钮和指针组成。今天,机械车速表和转速表已经取代了烟灰缸、长椅、引擎盖装饰品、轮毂盖和踏板。

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它们已被中央堆栈屏幕和数字仪表盘取代中国机械网okmao.com。汽车显示器也变得更加智能。它们不仅提供触摸功能;它们提供触觉反馈并使用摄像头、传感器和其他集成设备。


仪表盘传统上位于驾驶员一侧,靠近方向盘。它们显示生命体征,例如发动机温度、燃油油位和车速。中控台显示器是基于平板的信息娱乐系统,可提供一系列交互功能,例如机舱温度控制、音乐和导航。


IHS Automotive 联网汽车和车辆体验高级分析师 Kyle Davis 表示:“将仪表盘和中控台组合成一个称为多显示模块的大型单元是一种趋势。” “因为它在内部提供了更清洁的外观和感觉,这些类型的显示器开始出现在凯迪拉克凯雷德和梅赛德斯-奔驰 A 级等车辆中。


“今天的消费者习惯于与智能手机、平板电脑和其他便携式电子设备上的显示器进行交互,因此汽车制造商正在追随这一趋势,”戴维斯解释说。“这是他们发挥创造力和使产品与众不同的一种方式。我们看到了更复杂的显示配置,因为每当有人上车时,汽车制造商都会追求‘令人惊叹’的因素。”


“在过去五年中,在驾驶员安全要求的推动下,显示器的进步飞速发展。以及更直观的人机交互,”Henkel Adhesive Technologies 全球汽车显示器市场和客户激活经理 Yukie Aoki 补充道。“[消费者]现在使用显示器不仅可以控制车辆的内部环境,还可以连接手机、播放音乐、拨打电话和获取路线。作为下一代驾驶体验的核心,一个统一系统中的集成功能促使车辆显示器变得更加复杂。”


不断增长的需求

据戴维斯称,到 2026 年,预计 47.4% 的新车将配备数字仪表盘,51.4% 的中控台显示屏将达到 9 英寸或更大。


伟世通公司显示器产品线副总裁 Qais Sharif 说:“显示器是传达车辆内部身份的艺术品。”在驾驶舱中执行良好的技术集成可以大大提升公众形象的车辆。


“大型显示器、多个复杂显示器以及复杂显示器配置的光学粘合为整个车辆驾驶舱带来了数字体验,”Sharif 指出。“数字驾驶舱正在演变成一个多显示器、交互式环境,从而推动电子设备的复杂性和成本。这给产品设计和工程带来了新的挑战和机遇”


为应对这一挑战,伟世通工程师正与康宁公司合作,使用轻薄而坚韧的大猩猩玻璃部件生产尖端显示器。使用康宁的 ColdForm 技术,它们可以在室温下制成扁平和弯曲。它支持凹面或凸面的汽车显示应用。同一张表可以多种方式弯曲,从 C 形仪表盘到 S 形中央堆栈显示器。


曲面显示器、平视显示器和有机发光二极管 (OLED) 显示器开始出现在一些豪华车上。它们具有比当前显示器中通常发现的更高的分辨率和更大的尺寸。根据行业观察家的说法,下一步将是从一个 A 柱到另一个 A 柱分布在内部的柱对柱显示器。


“最新的曲面显示器的半径为 1,000 毫米,而不是通常的 3,000 毫米,”DELO Industrial Adhesives 产品管理主管 Karl Bitzer 博士解释道。“这听起来很技术化,但这会导致眼睛到显示中心和边缘的观看距离更近,从而增强了三维效果。


“另一个趋势是增强现实平视显示器,它只需要很小的安装空间并提供令人惊叹的新功能,”Bitzer 说。“OLED 显示器 [具有] 深黑色和绚丽色彩。它们还可以在盖板玻璃后面实现自由形式、非矩形和更薄的显示器。”


Continental AG 最近为一家主要的 OEM 开发了一款大型 OLED 显示器,并计划于明年开始生产。它从驾驶员区域一直延伸到中控台,并在曲面玻璃表面后面集成了两个光学粘合的屏幕。


“集成的 OLED 显示屏确保了一流的用户体验,并为汽车制造商提供了进一步实现差异化和个性化的机会,”大陆集团人机界面业务部门负责人 Frank Rabe 博士指出。“除其他外,OLED 技术可提供美观的用户体验,因为它是自发光的。


“这意味着不需要背光,与传统的 LCD 显示器相比,这导致了极其轻巧和扁平的单元,并且由于尺寸紧凑,显着增加了设计自由度,”Rabe 指出。“该技术还允许显示器的更复杂的形状和弯曲安装。屏幕的纤细边框使整体视觉效果更加完美,并营造出令人满意的外观。”


“在短短几年内,我们将看到市场上第一批与装饰融为一体的显示器,”比泽尔补充道。“当不活动时,由于部分透明的箔片,它们看起来像仪表板上的装饰表面。激活后,显示屏背光箔。”


大而大胆的展示

自动驾驶和电动出行的新时代让汽车工程师能够重新开始并重新思考驾驶舱设计,采用大胆的大显示屏。这导致了一些令人瞠目结舌的仪表板,这些仪表板具有前所未有的外形、界面设计和制造技术创新。


例如,现代摩比斯最近推出了一款 34 英寸可移动 OLED 显示屏概念,该概念设计用于未来的自动驾驶汽车。它具有可以旋转和上下移动的曲面屏幕。显示屏从上到下在三个点处弯曲。


然而,将于今年年底上市的三款新车让我们得以一窥汽车显示技术在不久的将来的发展方向。


行业观察家一直在关注的一款车型是凯迪拉克 Lyriq SUV,它将配备一个 33 英寸的大型对角 LED 显示屏。大屏幕朝向驾驶员,信息直观地显示在最需要的地方。


2023 BMW 3 系轿车采用曲面液晶屏。方向盘后面的 12.3 英寸信息显示屏和带有 14.9 英寸对角线屏幕的控制显示屏合并为一个全数字高分辨率单元。这种尖端的驾驶舱设计可以显着减少按钮和控件的数量,有利于触摸和语音控制。


以前将驾驶员屏幕与中控台分开的分屏界面现在是一块曲面液晶屏。硬件本身是一个单件,贯穿仪表板的一半,从方向盘后面开始。


另一个在汽车行业引起轰动的创新展示是新款梅赛德斯-奔驰 IQS 轿车的核心。55 英寸的“超屏幕”由三个无缝集成的 OLED 显示屏组成,其中包含两个用于驾驶员和乘客的 12.3 英寸屏幕,以及一个用于信息娱乐系统的更大的 17.4 英寸屏幕。


戴姆勒集团首席设计官 Gorden Wagener 表示:“带有两个圆形仪表的经典驾驶舱显示器已被玻璃镜头中的数字激光剑重新诠释。” “大型玻璃盖显示器在成型过程中在大约 650 摄氏度的温度下呈三维弯曲。此过程允许显示单元在整个车辆宽度上的无失真视图,无论显示器盖半径如何。”


“超屏幕是数模设计融合的一个例子,”瓦格纳说。“几个显示器似乎无缝融合,形成了令人印象深刻的弧形屏幕带。模拟通风口被集成到这个大型数字表面中,以连接数字世界和物理世界。


“超屏幕被一个连续的塑料前框包围,”瓦格纳补充道。“它的可见部分是在银色阴影中以精致的三层工艺绘制的。由于中间层极薄,该涂层系统可实现特别高质量的表面印象。安装在超屏幕下部的集成环境照明使显示单元看起来像是漂浮在仪表板上。”


触摸屏下方的 10 多个执行器在操作期间提供触觉反馈。如果手指触摸屏幕上的某些点,则会在盖板上触发有形的振动。曲面玻璃本身由耐刮擦的硅酸铝组成。


为安全起见,侧面出口开口旁边的预定断裂点以及五个支架可以在发生碰撞时有针对性地屈服,这要归功于它们的蜂窝结构。 


胶粘剂需求

下一代室内设计对粘合剂供应商来说是个好消息,因为它们需要各种必须粘合和密封的材料。但是,工程师必须考虑电路板和电子设备的散热以及显示器外壳和仪表板结构的结构强度等因素。光学键合也带来了挑战,例如脱气。


汉高粘合剂技术公司副总裁兼欧洲汽车零部件负责人 Christian Koehling 博士表示:“在讨论汽车显示屏设计的未来时,天空才是极限。” “客户的需求要求不断改进外壳设计,以更好地利用内部空间,并容纳更大、响应更灵敏的屏幕,从而提供更高水平的控制。


“为了消除传统按钮的使用并创建最先进的内部控制系统,对先进的光学粘合、结构粘合和热管理材料的需求越来越大,”Koehling 说。


最先进的汽车显示器使用各种不同的材料,例如用于显示面板的玻璃和聚碳酸酯塑料。框架由铝、镁和各种塑料制成,包括 ABS 和聚丙烯。


“对于汽车显示器,螺钉、铆接或焊接不是一种选择,”DELO 的 Bitzer 指出。“对于工程师来说,问题是胶带或液体粘合剂在其应用中是否更有意义。


“两者都具有张力均衡功能,可避免显示屏上出现不必要的光学效应,”Bitzer 解释道。“虽然胶带在接合后提供即时强度和其他一些好处,但我们看到使用液体粘合剂有更多优势。使用更少的材料,通用几何形状成为可能,并且补偿了组件公差。


“根据经验,胶带对于具有矩形几何形状的大而平坦的表面具有优势,”Bitzer 指出。“[液体粘合剂通常更适合]具有较小粘合区域且具有复杂或三维几何形状的应用,或者需要更高的可靠性和附加功能(例如密封性)的应用。


“对于将显示器结构粘合到外壳中,工程师更喜欢使用丙烯酸酯、聚氨酯或硅烷改性聚氨酯,”Bitzer 说。“所有这些粘合剂基本上都具有良好的粘合性和高柔韧性。其中许多还提供了超出显示器使用温度范围的玻璃化转变温度。”


玻璃化转变温度是所有塑料的状态从玻璃质、刚性状态转变为在技术应用中被认为是柔软和可变形的更柔韧状态的点。在此过程中会发生显着的机械和物理性能变化。


“鉴于需要生产大量显示器,制造商也在寻找能够实现快速和高度自动化组装的粘合剂,”Bitzer 补充道。


粘合应用

导航、信息娱乐和输入屏幕,以及平视显示器,由必须相互永久连接的不同组件组成。各种粘合剂可用于在结构上将显示器框架粘合到保护玻璃上,将显示器粘合和密封在外壳中,以及连接功能组件以实现触觉反馈。


需要进行结构粘合以将显示模块连接到仪表板框架或外壳结构上。然而,挑战包括粘合窄边框和薄粘合线、快速处理强度以及组装多种基板材料的需要。除了需要集成日益复杂的高级驾驶辅助和信息娱乐系统之外,新应用还需要更薄更轻的模块。


“将显示器集成到组件中时,最重要的是在显示器玻璃和框架之间以及在保持器、外壳和有源组件的不同材料之间建立无张力且可靠的连接,”Bitzer 说。“其他需要考虑的是组件的尺寸,这通常需要使用室温固化粘合剂。”


DELO 开发了一系列具有最佳性能的粘合剂,可实现快速按需固化的生产工艺。例如,它的 Photobond 产品可以用光预活化,然后通过湿气固化。


根据比泽尔的说法,光固化材料可以在用紫外线激活后在几秒钟内固定和固化。“这些产品具有满足汽车可靠性要求的快速初始强度和机械性能,”他指出。


“即使是不透明的组件也可以使用这些产品快速可靠地粘合,”Bitzer 声称。“我们的液体压敏粘合剂提供了另一种粘合显示框架的方式。它们将工业胶带的特性与液体粘合剂的简便自动化处理相结合。


“我们用于汽车显示应用的最新产品是 Photobond LA4878,”Bitzer 说。“它是一种改性聚氨酯聚合物,具有一系列独特的特性,包括快速初始强度、高粘合层厚度以及高耐介质和耐湿性。”


汉高开发了一种类似的基于光的产品,称为 SpeedCure,旨在最大程度地减少显示模块内对温度敏感的组件的应力和热量。


“SpeedCure 是一种通用工艺,可应用于多种基材,例如玻璃和铝或塑料框架和外壳结构,适用于弯曲和自由成型 [显示器] 等不同设计,”Koehling 指出。


各种丙烯酸树脂、环氧树脂和有机硅用于光学粘合应用,可实现大型显示器和灵敏的触摸屏功能,从而为内部系统提供更高水平的控制。在显示器需要关键光学性能的情况下,通过结合涂层和层压工艺进行光学粘合。


两种主要类型的光学粘合材料是光学透明胶带粘合剂和液体光学透明树脂。后者为柔性显示器设计提供了许多好处,例如更快的固化速度和更高的光学性能。


汉高已开发出液态光学透明粘合剂 (LOCA),例如 Loctite DSP 3192 和 DSP 3195DM,可实现各种显示器设计和应用的光学粘合,包括塑料与塑料、塑料与玻璃以及玻璃与玻璃等不同基材的接合.


“时尚的曲面和宽显示屏向驾驶员提供关键信息,并提供对车辆控制的访问,”汉高的 Aoki 说。“这些显示器必须在恶劣的环境和各种环境照明条件下清晰可见,以确保车辆的使用寿命,这正是我们的 LOCA 产品展示其优势的地方。”


根据 Aoki 的说法,好处包括:


*提高图像质量。“由于我们独特的配方,LOCA [产品] 消除了装配过程中的气隙和空隙,将图像对比度提高了 400%,”Aoki 声称。“完全填充缝隙和空隙可确保湿气和其他污染物不会渗透到显示屏并使其起雾。”


*增强的功耗。“LOCA 产品通过在环境光非常高时减少光损失来提高用电性能,”Aoki 解释说。“组装时没有间隙和空隙的显示器消耗的功率更少,因为在黑暗环境中运行所需的背光更少。”


*增强耐用性。“LOCA 产品稳定并保护组件免受振动,并将抗冲击性提高多达三倍,”Aoki 补充道。“防雾霾和不黄变配方保证粘合剂在显示器的整个生命周期内保持透明。”


Stewart-Warner 曾经是仪表板的“王者”

1950 年代后期,当第一期 ASSEMBLY 杂志从印刷机下线时,大多数人驾驶的是美国制造的汽车。汽车电影很受欢迎,旅行车和今天的 SUV 一样无处不在。几乎路上的每辆车都配备了镀铬保险杠、轮毂盖和尾翼。


汽车还采用基本的内饰,包括长椅、曲柄窗和仪表板上的一些模拟仪器。许多燃油表、速度计和其他机械仪器都是由斯图尔特-华纳公司在芝加哥制造的。除了汽车,它的产品还可以在公共汽车、摩托车、拖拉机和卡车,以及飞机、自行车和轮船中找到。


尽管 Stewart-Warner 以速度计而闻名,但它也大量生产燃油泵、加热器、喇叭、镜子和聚光灯等产品。此外,该公司还制造了 Alemite 润滑设备。而且,其多样化的产品线甚至延伸到汽车零部件之外,包括从冰箱和记分牌到收音机和电视机的所有产品。


斯图尔特-华纳位于芝加哥北侧的大型城堡式总部设有办公室和生产设施(在鼎盛时期,100 万平方英尺的设施雇佣了 6,000 名员工)。这座巨大的六层建筑以一座大钟楼为特色,是几代芝加哥人的当地地标。在内部,工人们冲压和加工了数千个小零件,这些零件被送到装配线。


机械速度计表盘由连接到汽车变速器中一组齿轮的旋转电缆驱动。金属和塑料部件通常由手动组装的齿轮、磁铁、弹簧和轴组成。表盘是手工涂漆的,组件是通过螺丝刀和铆钉固定的。


随着汽车制造商在 1970 年代开始使用更多的电子产品,斯图尔特-华纳未能跟上潮流,慢慢迷失了方向。该公司最终在 1980 年代后期被出售给一家英国公司,其独特的工厂在 1990 年代初期被拆除。然而,Stewart-Warner 品牌今天仍然作为 CentroMotion 的一部分存在。


标签:机械应用技术中心汽车及配件新能源汽车 配件与设备
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