電器零件連接器設(shè)計選型研究

任江華

（金康科技中心，重慶 401120）

某車型TU5發(fā)動機投產(chǎn)以來，售后反映節(jié)氣門體故障率高、發(fā)動機線束故障率高，故障現(xiàn)象為行駛過程中，發(fā)動機突然熄火、發(fā)抖；發(fā)動機診斷故障燈亮，啟動后怠速發(fā)抖、不穩(wěn)；發(fā)動機加速無力、發(fā)抖。網(wǎng)點診斷：節(jié)氣門電位計信號故障、電動節(jié)氣門插頭接觸不良、發(fā)動機線束插頭接觸不良。售后的解決辦法一般為，更換節(jié)氣門或更換發(fā)動機線束。不同網(wǎng)點有各自的習(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。

1 故障分析

各專業(yè)人員針對此問題做過分析，主要的思路還是集中在零件的符合性上。對于接觸不良的問題，通常是核查線束和對接電器零件的符合性。對于線束而言，連接器和內(nèi)部的端子屬于標(biāo)準(zhǔn)件，是指定的型號，而且廣泛使用在各個電器零件上，由經(jīng)過認(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)商處電檢一般沒有問題，因為電檢只能發(fā)現(xiàn)短路、斷路等故障，而無法檢測接觸不良。

2）端子尺寸測量。無論是主機廠還是線束供應(yīng)商，都沒有端子的詳細(xì)尺寸圖紙，只有一些外形尺寸，通過檢查這些尺寸，通常是符合的。而一些關(guān)鍵尺寸只有生產(chǎn)這些端子的二級供應(yīng)商才有，要求他們提供相關(guān)報告是可行的，但通常報告顯示都是符合要求的，并且這些端子應(yīng)用在很多場合，絕大多數(shù)沒有問題。

對于電器零件端，檢查的方法也是檢查接口尺寸。有的電器零件國產(chǎn)化了，接口是國內(nèi)開模做的；有時尺寸公差控制不是很好，存在問題也比較常見。該車發(fā)動機采用了ME744電噴系統(tǒng)，節(jié)氣門的設(shè)計制造在歐洲，在中國進(jìn)行組裝，接口尺寸符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過以上兩個途徑核實符合性，沒有發(fā)現(xiàn)問題的根本原因。

外方專家建議更改連接器的類型，同時連接器的3、4孔端子由鍍錫改成鍍金端子，以提高其性能。但經(jīng)過2006年和2007年的實踐證明，節(jié)氣門體接觸不良依然存在，問題并沒有根本解決。針對此情況，對比分析TU5 ME745、TU3、EW10發(fā)動機電噴系統(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，而普通的鍍金端子只能耐25g的振動 （表1）。ME744電噴系統(tǒng)和ME745電噴系統(tǒng)的節(jié)氣門體在發(fā)動機上的布置幾乎完全一樣，發(fā)動機本體也高度相似，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端子采用了耐受40g振動的端子。因此，從對比分析來說，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性能不足，不能完全滿足發(fā)動機的振動環(huán)境。

表1 各電噴系統(tǒng)節(jié)氣門體連接器對比

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

2 連接器的設(shè)計選型

2.1 設(shè)計流程

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，才能解決該問題。而針對已經(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、驗證、試裝、庫存處理、物流匹配和備件等工作，付出的時間和成本代價是比較大的。如果在新項目的開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計階段，通過完善的設(shè)計流程或者借鑒經(jīng)驗反饋，采用與使用環(huán)境相適應(yīng)的接口，則可以避免這種缺陷。

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

圖1 連接器設(shè)計選擇流程

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、每個針腳的功能、工作時每個針腳的詳細(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)時間、最小電流、穩(wěn)定電流，功率電流 （大于10A）的路數(shù)，信號電流的路數(shù)。這些信息非常重要，連接器設(shè)計人員需要根據(jù)這些信息選擇端子的類型，連接器的孔數(shù)。

3）溫度：包括電器零件運行時的溫度，電器零件處于非運行狀態(tài)的溫度。對于座艙內(nèi)，一般采用T2的溫度等級，對應(yīng)-40～100℃；對于發(fā)動機艙，根據(jù)具體情況，可采用T2、T3、T4、T5和T6等溫度等級，每個溫度等級高溫級差是25℃。

4）振動級別：分為3類。V1裝在車身上，V2裝在發(fā)動機上，V3與發(fā)動機懸臂連接。一般情況下，安裝在發(fā)動機的本體上的振動 （V2）與安裝在發(fā)動機的懸臂上 （V3）比較，后者的振動環(huán)境更復(fù)雜和惡劣，在車型開發(fā)后期，可用設(shè)備測量振動加速度。

5）密封等級：分為3類。E0無密封要求，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壓強的浸泡實驗，如發(fā)動機艙無保護(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，也稱為線對設(shè)備連接，典型應(yīng)用如收放機、揚聲器、節(jié)氣門等。兩種連接方式對比如圖2所示。

圖2 兩種連接類型對比

8）V0材料需求：指是否需要V0阻燃類型材料，可自動熄滅，通常在高風(fēng)險、非常重要的零件上采用V0級別，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、對線束的出線方向有無要求等信息。

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

11）備注：可填寫其它補充信息。

連接器需求描述實際上是對設(shè)備的使用條件的詳細(xì)說明，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)計人員根據(jù)該需求描述進(jìn)行連接器設(shè)計選型。

3 敏感信號的識別

即使有上述流程，在大量新車型的開發(fā)過程中，由于經(jīng)驗不足或設(shè)計人員疏忽，還是會出現(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，需要識別出敏感信號。在設(shè)計開發(fā)過程中，盡量避免采用敏感信號，或者對敏感信號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對電阻信號非常敏感，因為電阻可能影響到氣囊起爆，這與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，對接的地方就需要具備抗低頻振動的端子，線束設(shè)計也需要遵守運動環(huán)的固定規(guī)則。如果沒有遵守設(shè)計規(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，模擬信號容易受到線路阻抗的影響。當(dāng)ECU需要該小電流信號做精確的控制，并且該電器零件又安裝在振動比較強烈的地方時，可將其作為敏感信號。例如發(fā)動機ECU需要精確控制和判斷節(jié)氣門的開度，而該信號電流又小于0.01A，節(jié)氣門安裝位置振動劇烈，可將其列為敏感信號。又比如加速踏板位置傳感器，其信號決定節(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，振動比較小，一般采用普通端子即可。從設(shè)計實踐來看，車門上也是一個沖擊振動比較大的區(qū)域，如有該類信號，也需要注意。

4 結(jié)束語

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)過程中需要遵守連接器設(shè)計選擇流程，分析其工作環(huán)境，在系統(tǒng)設(shè)計時盡量避免采用敏感信號，如無法避免，則應(yīng)考慮采用與使用環(huán)境相適應(yīng)的連接器和端子。