電器零件連接器設(shè)計(jì)選型研究

任江華

（金康科技中心，重慶 401120）

某車型TU5發(fā)動(dòng)機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，售后反映節(jié)氣門體故障率高、發(fā)動(dòng)機(jī)線束故障率高，故障現(xiàn)象為行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火、發(fā)抖；發(fā)動(dòng)機(jī)診斷故障燈亮，啟動(dòng)后怠速發(fā)抖、不穩(wěn)；發(fā)動(dòng)機(jī)加速無(wú)力、發(fā)抖。網(wǎng)點(diǎn)診斷：節(jié)氣門電位計(jì)信號(hào)故障、電動(dòng)節(jié)氣門插頭接觸不良、發(fā)動(dòng)機(jī)線束插頭接觸不良。售后的解決辦法一般為，更換節(jié)氣門或更換發(fā)動(dòng)機(jī)線束。不同網(wǎng)點(diǎn)有各自的習(xí)慣，有的更換前者，有的更換后者，因此二者的故障率呈同一趨勢(shì)。

1 故障分析

各專業(yè)人員針對(duì)此問(wèn)題做過(guò)分析，主要的思路還是集中在零件的符合性上。對(duì)于接觸不良的問(wèn)題，通常是核查線束和對(duì)接電器零件的符合性。對(duì)于線束而言，連接器和內(nèi)部的端子屬于標(biāo)準(zhǔn)件，是指定的型號(hào)，而且廣泛使用在各個(gè)電器零件上，由經(jīng)過(guò)認(rèn)證的供應(yīng)商供貨。

線束的核查有以下幾種方法。

1）線束電檢。故障車上返回的線束在線束供應(yīng)商處電檢一般沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)殡姍z只能發(fā)現(xiàn)短路、斷路等故障，而無(wú)法檢測(cè)接觸不良。

2）端子尺寸測(cè)量。無(wú)論是主機(jī)廠還是線束供應(yīng)商，都沒(méi)有端子的詳細(xì)尺寸圖紙，只有一些外形尺寸，通過(guò)檢查這些尺寸，通常是符合的。而一些關(guān)鍵尺寸只有生產(chǎn)這些端子的二級(jí)供應(yīng)商才有，要求他們提供相關(guān)報(bào)告是可行的，但通常報(bào)告顯示都是符合要求的，并且這些端子應(yīng)用在很多場(chǎng)合，絕大多數(shù)沒(méi)有問(wèn)題。

對(duì)于電器零件端，檢查的方法也是檢查接口尺寸。有的電器零件國(guó)產(chǎn)化了，接口是國(guó)內(nèi)開模做的；有時(shí)尺寸公差控制不是很好，存在問(wèn)題也比較常見(jiàn)。該車發(fā)動(dòng)機(jī)采用了ME744電噴系統(tǒng)，節(jié)氣門的設(shè)計(jì)制造在歐洲，在中國(guó)進(jìn)行組裝，接口尺寸符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過(guò)以上兩個(gè)途徑核實(shí)符合性，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根本原因。

外方專家建議更改連接器的類型，同時(shí)連接器的3、4孔端子由鍍錫改成鍍金端子，以提高其性能。但經(jīng)過(guò)2006年和2007年的實(shí)踐證明，節(jié)氣門體接觸不良依然存在，問(wèn)題并沒(méi)有根本解決。針對(duì)此情況，對(duì)比分析TU5 ME745、TU3、EW10發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的節(jié)氣門體，發(fā)現(xiàn)存在一種性能更高的端子，該端子可以耐受40g（重力加速度）的振動(dòng)，而普通的鍍金端子只能耐25g的振動(dòng) （表1）。ME744電噴系統(tǒng)和ME745電噴系統(tǒng)的節(jié)氣門體在發(fā)動(dòng)機(jī)上的布置幾乎完全一樣，發(fā)動(dòng)機(jī)本體也高度相似，而后者的接觸不良故障非常少，它們之間的重大差別就是信號(hào)端子采用了耐受40g振動(dòng)的端子。因此，從對(duì)比分析來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是ME744電噴系統(tǒng)采用的節(jié)氣門體連接器接口耐振動(dòng)性能不足，不能完全滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)環(huán)境。

表1 各電噴系統(tǒng)節(jié)氣門體連接器對(duì)比

該車型通過(guò)更改節(jié)氣門連接器接口，并采用了耐受40g振動(dòng)的端子后，量產(chǎn)故障率大幅降低，問(wèn)題解決。

2 連接器的設(shè)計(jì)選型

2.1 設(shè)計(jì)流程

線束上的連接器是跟電器零件配合的，電器零件的接口決定了使用哪種類型的連接器和端子，因此，只有更改電器零件即節(jié)氣門的接口，并配合線束連接器的更改，才能解決該問(wèn)題。而針對(duì)已經(jīng)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，更改的涉及面是比較廣的，需要考慮重新開模、驗(yàn)證、試裝、庫(kù)存處理、物流匹配和備件等工作，付出的時(shí)間和成本代價(jià)是比較大的。如果在新項(xiàng)目的開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，通過(guò)完善的設(shè)計(jì)流程或者借鑒經(jīng)驗(yàn)反饋，采用與使用環(huán)境相適應(yīng)的接口，則可以避免這種缺陷。

這就需要一個(gè)流程來(lái)設(shè)計(jì)電器零件的接口，連接器設(shè)計(jì)選擇流程如圖1所示。由專業(yè)的連接器設(shè)計(jì)人員根據(jù)零部件的需求設(shè)計(jì)選用連接器，避免由電器零部件設(shè)計(jì)人員自行選型。

圖1 連接器設(shè)計(jì)選擇流程

2.2 連接器需求描述

專業(yè)內(nèi)部建立連接器需求描述模板，電器零件開發(fā)人員在零件設(shè)計(jì)階段，需要向連接器專業(yè)人員提出需求描述，表2是右后霧燈的例子。

表2 連接器需求描述

接口定義文件，主要包含靜態(tài)消耗、每個(gè)針腳的功能、工作時(shí)每個(gè)針腳的詳細(xì)電流特性、電流曲線和電氣方面的特殊要求等信息。

1）應(yīng)用情況：一些基本信息，如零件名稱、重要性、車型項(xiàng)目、裝車數(shù)量等。

2）總電路數(shù)：描述電器零件的一般電流特性，最大電流及持續(xù)時(shí)間、最小電流、穩(wěn)定電流，功率電流 （大于10A）的路數(shù)，信號(hào)電流的路數(shù)。這些信息非常重要，連接器設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)這些信息選擇端子的類型，連接器的孔數(shù)。

3）溫度：包括電器零件運(yùn)行時(shí)的溫度，電器零件處于非運(yùn)行狀態(tài)的溫度。對(duì)于座艙內(nèi)，一般采用T2的溫度等級(jí)，對(duì)應(yīng)-40～100℃；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，根據(jù)具體情況，可采用T2、T3、T4、T5和T6等溫度等級(jí)，每個(gè)溫度等級(jí)高溫級(jí)差是25℃。

4）振動(dòng)級(jí)別：分為3類。V1裝在車身上，V2裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，V3與發(fā)動(dòng)機(jī)懸臂連接。一般情況下，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的本體上的振動(dòng) （V2）與安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的懸臂上 （V3）比較，后者的振動(dòng)環(huán)境更復(fù)雜和惡劣，在車型開發(fā)后期，可用設(shè)備測(cè)量振動(dòng)加速度。

5）密封等級(jí)：分為3類。E0無(wú)密封要求，如座艙內(nèi)的電器設(shè)備；E1可耐受噴淋，如門內(nèi)部分電器設(shè)備；E2可耐受300mbar壓強(qiáng)的浸泡實(shí)驗(yàn)，如發(fā)動(dòng)機(jī)艙無(wú)保護(hù)罩的設(shè)備。

6）零件采用的技術(shù)規(guī)范：指開發(fā)該電器零件的主要技術(shù)規(guī)范或技術(shù)任務(wù)書。

7）連接類型：相互連接指電器零件上帶一段線束，與整車的線束連接，也稱為線對(duì)線連接，在后燈上經(jīng)常用到這種連接。插座指在電器零件上直接開?；蛘呒蛇B接器，電器零件直接與線束連接，也稱為線對(duì)設(shè)備連接，典型應(yīng)用如收放機(jī)、揚(yáng)聲器、節(jié)氣門等。兩種連接方式對(duì)比如圖2所示。

圖2 兩種連接類型對(duì)比

8）V0材料需求：指是否需要V0阻燃類型材料，可自動(dòng)熄滅，通常在高風(fēng)險(xiǎn)、非常重要的零件上采用V0級(jí)別，如熔斷絲盒等，V0材料成本較高。

9）連接器的布置：包含連接器安裝在車輛的什么區(qū)域、周圍的空間大小、對(duì)線束的出線方向有無(wú)要求等信息。

10）防插錯(cuò)顏色：同一類的連接器，可以制作成互不兼容的、具有機(jī)械防插錯(cuò)性能的多種型號(hào)，而每種具體的型號(hào)分別和一種顏色對(duì)應(yīng)，零件設(shè)計(jì)人員可以對(duì)顏色提出要求。

11）備注：可填寫其它補(bǔ)充信息。

連接器需求描述實(shí)際上是對(duì)設(shè)備的使用條件的詳細(xì)說(shuō)明，只有詳細(xì)了解了設(shè)備的使用環(huán)境，才能選擇合適的連接器，使其與環(huán)境相適應(yīng)，連接器設(shè)計(jì)人員根據(jù)該需求描述進(jìn)行連接器設(shè)計(jì)選型。

3 敏感信號(hào)的識(shí)別

即使有上述流程，在大量新車型的開發(fā)過(guò)程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足或設(shè)計(jì)人員疏忽，還是會(huì)出現(xiàn)連接器接觸不良的情況，追求0ppm的可靠性是一種理想狀態(tài)。為進(jìn)一步提升可靠性，需要識(shí)別出敏感信號(hào)。在設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中，盡量避免采用敏感信號(hào)，或者對(duì)敏感信號(hào)的連接器采用高性能的端子（與普通端子相比成本較高）。

第1類是安全氣囊系統(tǒng)。安全氣囊ECU對(duì)電阻信號(hào)非常敏感，因?yàn)殡娮杩赡苡绊懙綒饽移鸨@與ECU的診斷策略和氣囊起爆原理有關(guān)。因此，在安全氣囊ECU端，外資和合資品牌一般采用特殊的鍍金端子。由于氣囊安裝位置的原因，通常線束需要由多段組成，例如，座椅上的氣囊需要座椅線束與座艙線束連接，而座椅又經(jīng)常前后移動(dòng)，對(duì)接的地方就需要具備抗低頻振動(dòng)的端子，線束設(shè)計(jì)也需要遵守運(yùn)動(dòng)環(huán)的固定規(guī)則。如果沒(méi)有遵守設(shè)計(jì)規(guī)則，這是經(jīng)常導(dǎo)致安全氣囊故障燈亮的原因之一。

第2類是某些特殊的小電流模擬信號(hào)，模擬信號(hào)容易受到線路阻抗的影響。當(dāng)ECU需要該小電流信號(hào)做精確的控制，并且該電器零件又安裝在振動(dòng)比較強(qiáng)烈的地方時(shí)，可將其作為敏感信號(hào)。例如發(fā)動(dòng)機(jī)ECU需要精確控制和判斷節(jié)氣門的開度，而該信號(hào)電流又小于0.01A，節(jié)氣門安裝位置振動(dòng)劇烈，可將其列為敏感信號(hào)。又比如加速踏板位置傳感器，其信號(hào)決定節(jié)氣門的開度，非常重要，并且其電流也小于0.01A，但一般該傳感器安裝在車身上，振動(dòng)比較小，一般采用普通端子即可。從設(shè)計(jì)實(shí)踐來(lái)看，車門上也是一個(gè)沖擊振動(dòng)比較大的區(qū)域，如有該類信號(hào)，也需要注意。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了降低連接器接觸不良的故障，提高整車電器可靠性，電器零件開發(fā)過(guò)程中需要遵守連接器設(shè)計(jì)選擇流程，分析其工作環(huán)境，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免采用敏感信號(hào)，如無(wú)法避免，則應(yīng)考慮采用與使用環(huán)境相適應(yīng)的連接器和端子。