汽車連接器片型端子嚙合結構的發展與變遷

姜 銀，毛國軍，吳 震，蔡 恒，喻國倫，唐 海

（重慶長安汽車股份有限公司，重慶 401120）

1 汽車連接器基礎介紹

連接器是電子終端實現信號或電流傳遞與交換的基本元件單元，其廣泛應用于汽車、通信、消費電子、國防軍工等諸多領域。據統計，2019年中國汽車連接器市場規模達230億人民幣，是連接器行業中最大的細分市場。常用的汽車連接器由護套、端子、卡子（TPA、CPA、PLR）組成，密封型連接器還包括密封圈和防水栓。

連接器主要由4個要素組成：接觸界面、接觸涂層、接觸彈性元件和連接器塑膠本體［1］，如圖1所示。連接器除塑膠本體外，其余3個要素均由端子決定，端子是實現電連接和信號傳輸的核心，在機械性能、電性能、抗振動性能等方面均有較高的要求。隨著對端子可靠性等要求的不斷提升，汽車連接器端子也在材料、鍍層、嚙合結構設計等方面持續地進行發展。

圖1 非密封/密封型汽車連接器的組成

連接器端子的連接由公母端對插完成，不同行業連接器使用的端子依據其不同的特點和使用環境，其常用的形式往往會有差異。汽車連接器由20世紀70年代起開始引入中國，由插接工藝替代原有的螺栓壓接工藝，逐步推廣到市場。從低壓連接器起步，隨著新能源汽車和智能汽車的發展，逐步出現了高壓連接器、高速傳輸連接器等，但整車上使用最為廣泛的依然是低壓連接器，其中端子的形式又以片型端子為主，本文以低壓連接器的片型端子為主體，討論汽車連接器端子的發展。

2 汽車連接器端子嚙合結構的發展

連接器端子按功能區域劃分，可分為壓接區、過渡區、自鎖區、結合區，其中結合區是公母端子對插結合的位置，即端子嚙合系統所在的位置［2］。如圖2所示。

目前汽車低壓連接器的片型端子又分為單料端子和雙料端子，其嚙合系統原理相同，均是采用彈性的金屬機械機構用以維持金屬的正壓力，但具體形式又顯示出較大差異。端子嚙合結構是決定端子彈片結構、插拔力和接觸電阻的重要因素。

汽車連接器片型端子嚙合系統主要包括以下幾種類型：B字結構端子及其變型、方形箱體彈片式端子、雙材料“鴨嘴”端子、雙材料“激光焊接”端子。其各自的特點如圖3所示。

圖2 端子的各功能區域

3 單料端子嚙合結構的變遷

片式單料端子主要經歷了B字結構端子階段和方形箱體“彈片”式端子的發展階段。B字結構端子為傳統端子類型，在國標QC/T-417.3中，對其結構、尺寸和性能要求有明確規定，其結構簡單、價格便宜，目前應用較廣泛，但插拔力大且易產生應力松弛現象，未來將會逐步被替換。

圖3 汽車連接器片形端子的幾種常見類型

方形箱體彈片式端子則以其端子彈片的形式而異，主流的方箱彈片式端子按彈片的結構分為下列4種類型：懸臂梁形端子、卷舌形端子、簡支梁形端子和彈性簡支梁形端子［3］（圖4），其發展順序也是端子結構性能和操作舒適度在不斷優化與提升的過程。

懸臂梁端子的插拔力小，但耐久性相對較差，易產生應力松弛等問題。卷舌形端子結構可以確保高耐久性，但對插中插拔力很大，對于多Pin連接器對插不友好。簡支梁形端子是在二者基礎上改進而來的，耐久性較懸臂梁端子好，插拔力也較卷舌形端子小，能提供較優良的綜合性能。彈性簡支梁端子則是在其基礎上增加了彈性結構，減小插拔力的同時，對產品的耐久性也提供了足夠的保證。

圖4 方形箱體彈片式端子的4種嚙合結構

圖5是4種嚙合結構插拔力分析及簡支梁型端子與彈性簡支梁端子的對比分析。

4 雙料端子嚙合結構的變遷

雙料端子的出現，是基于提升產品性能的考慮，其結構由兩種材料通過咬合、焊接等機械連接的方式組合而成的，內層嚙合部分采用電性能較好的銅材，且銅材采用多觸點的連接方式，而外層采用機械強度較好的材料，用以提高產品的耐久性和穩定性，通常采用鋼卡的形式保證抗振性能和高溫強度。如圖6所示。

圖5 4種嚙合結構的插拔力仿真分析結果

圖6 雙料片形端子的兩種嚙合結構

雙料端子也有其發展的過程，按其結構可分為彈性結構二次夾緊方案和箱體結構二次夾緊方案［3］。

彈性結構二次夾緊方案的雙料端子又稱“鴨嘴形”端子，其內層銅材采用鴨嘴形結構，鋼卡端部則與“鴨嘴”結構貼合，為其提供額外的夾持力，對PIN針正壓力大，用以保證電端子的可靠嚙合。但也正是由于額外的夾持力，在公母端對插時，插拔力會相應增加。

箱體結構二次夾緊方案的雙料端子，內層嚙合部分采用多觸點結構，依據規格不同，有4觸點、6觸點甚至8觸點等不同形式。多觸點結構提供了良好的嚙合性能，旨在提高產品的通電流能力和穩定性，同時彈片的雙曲線結構擁有高彈性，在降低插拔力方面起到積極的意義。外層則采用不銹鋼材料制作而成，可以有效解決高溫下端子夾緊力衰減的問題，同時使掛接護套可靠，且采用焊接方式加固以應對材料本身的應力釋放，對內層彈片進行限位，提供良好的抗振動性能，滿足發動機等高溫、高振動環境下的使用需求。

5 結束語

在目前汽車連接器片型端子的選型和應用中，插拔性能、機械性能綜合性較好的彈性簡支梁形端子應用越來越多，而對于較苛刻的環境，能提供良好高溫耐久性且插拔力相對較小的箱體結構夾緊方案的雙料端子則更受青睞。

隨著汽車行業電動化、智能化、網聯化的發展，連接器端子在未來會體積更小，精度更高，載流能力更強，其嚙合結構也會隨著技術進行新的變遷與發展。