淺談汽車(chē)連接器設計標準及其應用案例

本文章從汽車(chē)連接器的四大基本結構入手，介紹了汽車(chē)連接器的設計標準，針對汽車(chē)連接器的穩定性評估問(wèn)題，對汽車(chē)連接器的三種故障模式進(jìn)行了解析，并解讀了汽車(chē)連接器的發(fā)展變化情況，最后針對這種發(fā)展變化帶來(lái)的市場(chǎng)需求，給出了相應的汽車(chē)連接器應用實(shí)例。

汽車(chē)連接器形式和結構是千變萬(wàn)化的，其主要是由四大基本結構組件組成，分別是：接觸件，外殼(視品種而定)，絕緣體，附件。這四大基本結構組件使汽車(chē)連接器能夠充當橋梁作用，穩定運行。

接觸件是汽車(chē)連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽(yáng)性接觸件和陰性接觸件組成接觸對,通過(guò)陰、陽(yáng)接觸件的插合完成電連接。陽(yáng)性接觸件為剛性零件,其形狀為圓柱形(圓插針)、方柱形(方插針)或扁平形(插片)。陽(yáng)性接觸件一般由黃銅、磷青銅制成。陰性接觸件即插孔,是接觸對的關(guān)鍵零件,它依靠彈性結構在與插針插合時(shí)發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生彈性力與陽(yáng)性接觸件形成緊密接觸,完成連接。插孔的結構種類(lèi)很多,有圓筒型(劈槽、縮口)、音叉型、懸臂梁型(縱向開(kāi)槽)、折迭型(縱向開(kāi)槽,9字形)、盒形(方插孔)以及雙曲面線(xiàn)簧插孔等。

殼體，也稱(chēng)外殼(shell),是汽車(chē)連接器的外罩,它為內裝的絕緣安裝板和插針提供機械保護,并提供插頭和插座插合時(shí)的對準,進(jìn)而將連接器固定到設備上。

絕緣體也常稱(chēng)之為汽車(chē)連接器基座或安裝板,它的作用是使接觸件按所需要的位置和間距排列,并保證接觸件之間和接觸件與外殼之間的絕緣性能。良好的絕緣電阻、耐電壓性能以及易加工性是選擇絕緣材料加工成絕緣體的基本要求。

附件分結構附件和安裝附件。結構附件如卡圈、定位鍵、定位銷(xiāo)、導向銷(xiāo)、聯(lián)接環(huán)、電纜夾、密封圈、密封墊等。安裝附件如螺釘、螺母、螺桿、彈簧圈等。附件大都有標準件和通用件。

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)上的各種功能件及各種零部件都在不斷地向智能化、精細化及可靠性方向發(fā)展，對汽車(chē)連接器結構設計、外觀(guān)設計及材料也提出了更高的要求，有了一定的設計標準。

汽車(chē)連接器的設計標準

汽車(chē)連接器必需符合USCAR—20的標準，這是汽車(chē)電氣連接器系統的性能標準，規定汽車(chē)連接器在整個(gè)使用周期內電氣連接器接觸面要始終可靠，包括以下九個(gè)因素：

1)連接器觸頭的材料穩定、可靠;

2)正向力穩定;

3)電路的電壓和電流穩定;

4)溫度要求在規定的范圍之內，包括周?chē)臏囟群妥陨淼臏厣?

5)較好的魯棒性;

6)必需與高速長(cháng)距離通信計算機用的連接器相同，汽車(chē)連接器必需能在惡劣的條件下可靠地工作;

7)連接器插入力：20.5kg以下;

8)連接器保持力：2.5kg以上;

9)耐熱性：—40~120℃

一輛典型輕型汽車(chē)大約有1500個(gè)連接點(diǎn)，其中50%到60%用于關(guān)鍵的配電功能。汽車(chē)連接器被用于日益惡劣的環(huán)境，包括溫度(低至零下40°C，高達零上155°C)、振動(dòng)、氧化作用以及摩擦腐蝕，這就顯示出設計攻關(guān)的重要性。

實(shí)際上這件事情做起來(lái)并不簡(jiǎn)單，大多數商業(yè)電子元器件出現故障時(shí)最多讓人感到煩惱失意，可是如果關(guān)鍵汽車(chē)零配件連接出現問(wèn)題，則會(huì )引起火災報警器、制動(dòng)器或安全氣囊失靈，導致嚴重后果。

連接器制造商必須識別并分析環(huán)境中那些可能對連接器性能造成影響的物理和機械現象。按照汽車(chē)制造商規定的應用條件，為了評估連接器的穩定性，連接器制造商實(shí)施了精細的測試程序。如果出現連接器故障，大多可確定為下述三種故障模式之一：摩擦腐蝕、電氣故障以及連接器接插問(wèn)題。以下是這三種故障模式介紹。

汽車(chē)連接器的三種故障模式

腐蝕性氣體、高濕度和強烈振蕩是引起氧化作用和摩擦腐蝕，并導致連接器故障的三大條件。這些環(huán)境因素會(huì )對錫和鉛錫接觸表面造成極大的影響，有90%的連接器表面屬于這種情況。

線(xiàn)纜與端子的連接問(wèn)題是引發(fā)保修和連接器系統故障主要原因之一。對于汽車(chē)配線(xiàn)系統，壓接是一種非常普遍的方法，用于將端子連接到線(xiàn)纜上。這種工藝已被證明可靠。與焊接法相比，在提高壓接可靠性方面它更加經(jīng)濟實(shí)惠、簡(jiǎn)單易操作。

在裝配廠(chǎng)向汽車(chē)內安裝配線(xiàn)時(shí)，連接器的不當接插可能會(huì )導致連接器故障。為克服這個(gè)問(wèn)題，設計工程師研發(fā)了各種各樣的連接器鎖止裝置。另一個(gè)辦法就是使用一個(gè)接插輔助裝置來(lái)簡(jiǎn)化較大的連接器的接插工藝。

詳細的汽車(chē)連接器故障模式了解，請參考連接器耐久性之三種故障模式解析

由于消費者對汽車(chē)內部電子功能的要求越來(lái)越多，同時(shí)汽車(chē)內部可以提供的電子功能也越來(lái)越豐富，使車(chē)用連接器成為汽車(chē)零部件中發(fā)展最快的一個(gè)細分市場(chǎng)。下面是對汽車(chē)連接器發(fā)展狀況的一個(gè)小結。

汽車(chē)連接器的發(fā)展變化

目前全球汽車(chē)連接器約占連結器產(chǎn)業(yè)15%左右，未來(lái)可望在汽車(chē)電子產(chǎn)品的帶動(dòng)下，占有較大的比例。以產(chǎn)品成本結構而言，中國現在每輛汽車(chē)平均用到的連接器成本只有幾百元，與國外每輛車(chē)的連接器成本大約在125美元～150美元來(lái)看，中國汽車(chē)連接器市場(chǎng)還有很大的發(fā)展潛力。未來(lái)每輛汽車(chē)將使用到600-1,000個(gè)電子連接器，遠遠大于現今所使用的數量。

市場(chǎng)的巨大潛力吸引了國外廠(chǎng)商的極大關(guān)注，主要的汽車(chē)電子企業(yè)如泰科、德?tīng)柛?、FCI等紛紛加強對中國連接器市場(chǎng)的投入和布局。德?tīng)柛Ｉ踔翆⑵淦?chē)連接器業(yè)務(wù)的中心也搬到了上海。中國將可望成為未來(lái)全球汽車(chē)連接器重要的生產(chǎn)基地。除了現有一線(xiàn)知名國際大廠(chǎng)外，其他尚未前往中國設廠(chǎng)的廠(chǎng)商將因為當地需求不斷提高，本土化采購，成本優(yōu)勢等因素影響下，逐漸在中國建立起生產(chǎn)據點(diǎn)供應當地汽車(chē)零組件廠(chǎng)商所需。

另外，電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)使用大容量鋰電池，其工作電壓的范圍從傳統汽車(chē)的14V躥升至400V～600V，因而需要汽車(chē)電子電氣架構的全面改進(jìn)，連接器首當其沖。新能源汽車(chē)連接器市場(chǎng)已成為一大利基市場(chǎng)。

新能源汽車(chē)連接器發(fā)展的三大趨勢為：一是綠色，二是安全，三是連通性。

由于新能源汽車(chē)是“綠色”的汽車(chē)，因而連接器也要求綠色環(huán)保。在安全性方面，由于新能源汽車(chē)連接器最高要承受250A電流、600V電壓的能力，高標準的防觸電保護需求是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)在如此高的功率下，電磁干擾是另一個(gè)重要問(wèn)題。此外，連接器的插拔操作會(huì )產(chǎn)生電弧，這會(huì )嚴重危害到電氣連接和電子設備，并且可能引起汽車(chē)燃燒，這些都需要連接器的特殊設計與開(kāi)發(fā)。