藍(lán)寶立 鄧克旺 黃財(cái)隆

摘要：文章通過(guò)對(duì)汽車手動(dòng)變速器倒車燈開關(guān)失效問(wèn)題進(jìn)行分析，提出汽車變速器倒車燈開關(guān)失效的分析模型，通過(guò)對(duì)倒車燈電器架構(gòu)原理、倒車燈開關(guān)失效的機(jī)理、倒車燈開關(guān)故障件拆解檢測(cè)及開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理展開分析，找出倒車燈開關(guān)絕緣體燒蝕的根本原因，即動(dòng)觸片與推桿的上、下絕緣體匹配縫隙結(jié)構(gòu)不合理，齒輪油中金屬雜質(zhì)在縫隙處沉積導(dǎo)致漏電燒蝕，針對(duì)上、下絕緣體匹配結(jié)構(gòu)不良提出改進(jìn)措施，并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證解決措施的有效性。結(jié)果表明，上、下絕緣體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的倒車燈開關(guān)絕緣體燒蝕失效問(wèn)題得到有效解決。

關(guān)鍵詞：倒車燈開關(guān)；絕緣體；燒蝕；短路

中圖分類號(hào)：U463.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1674-0688（2023）02-0019-04

0 引言

隨著汽車技術(shù)的高速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，汽車產(chǎn)品從無(wú)到有、從有到優(yōu)，控制成本及提升產(chǎn)品質(zhì)量是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。變速器總成是傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵總成，也是傳動(dòng)系統(tǒng)故障率較高的總成，為降低變速器總成的故障率、提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)變速器總成“三包”期中出現(xiàn)最多的排名前10位的問(wèn)題進(jìn)行研究分析。手動(dòng)變速器上的倒車燈開關(guān)總成雖然經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)式到滑片式的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，故障率有所降低，但是在變速器總成故障中仍然排在前10位的問(wèn)題，仍需繼續(xù)分析改進(jìn)。本文從倒車燈開關(guān)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行故障分析，找出倒車燈開關(guān)絕緣體燒蝕的原因，從絕緣體結(jié)構(gòu)方面提出解決對(duì)策，并進(jìn)行實(shí)車導(dǎo)入驗(yàn)證其有效性。

1 背景介紹

某車型項(xiàng)目手動(dòng)變速器自量產(chǎn)后，陸續(xù)接到倒車燈開關(guān)故障的售后反饋，故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為倒車影像閃爍或無(wú)影像、倒車燈不亮及倒車電路保險(xiǎn)燒壞等問(wèn)題，售后維修未發(fā)現(xiàn)倒車燈燒壞，更換變速器倒車燈開關(guān)后故障解除，但客戶對(duì)無(wú)倒車影像及無(wú)倒車燈照明的故障抱怨較大。對(duì)售后維修數(shù)據(jù)系統(tǒng)導(dǎo)出過(guò)往月份維修數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，倒車燈開關(guān)發(fā)生故障的里程主要集中在20 000～30 000 km，過(guò)往月份的12MIS（出廠處于質(zhì)保使用12個(gè)月內(nèi)）統(tǒng)計(jì)平均故障率約0.15%，單月維修單數(shù)約20起；營(yíng)運(yùn)車輛每天行駛里程高達(dá)500 km，兩個(gè)月的行駛里程約30 000 km，故障表現(xiàn)突出且重復(fù)維修更換零件后仍然無(wú)法解決問(wèn)題，客戶抱怨較大，倒車燈開關(guān)單月的維修故障數(shù)量排名在整車系統(tǒng)故障維修數(shù)量的前10位。為解決客戶抱怨及降低售后索賠金額，需要對(duì)倒車燈電路系統(tǒng)進(jìn)行故障分析及提出解決對(duì)策。

2 問(wèn)題分析

汽車倒車燈開關(guān)失效的影響因素較為復(fù)雜，通過(guò)對(duì)倒車燈電器架構(gòu)設(shè)計(jì)原理、倒車燈開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理及失效機(jī)理進(jìn)行分析，總結(jié)倒車燈開關(guān)失效質(zhì)量問(wèn)題的分析模型［1］（如圖1所示）。

2.1 整車倒車燈電器架構(gòu)設(shè)計(jì)原理

整車倒車燈電路架構(gòu)設(shè)計(jì)原理如圖2所示，倒車燈電路架構(gòu)中，變速器倒車燈開關(guān)作為驅(qū)動(dòng)開關(guān)串聯(lián)在“電路電源12 V+輸入端”，倒車燈開關(guān)外殼體裝配在變速器本體上，變速器殼體與車身負(fù)極地連接，左/右倒車燈一端與倒車燈開關(guān)另一端連接，另一端與車身負(fù)極地連接。倒車燈開關(guān)為常開式結(jié)構(gòu)，倒車時(shí)，通過(guò)對(duì)變速器執(zhí)行倒擋、換擋動(dòng)作，變速器倒擋機(jī)構(gòu)推動(dòng)倒車燈開關(guān)推桿機(jī)械運(yùn)動(dòng)，開關(guān)閉合電路導(dǎo)通，倒車燈點(diǎn)亮；當(dāng)變速器退出倒擋時(shí)，倒車燈開關(guān)在回位彈簧力的作用下機(jī)械復(fù)位，開關(guān)斷開電路開路，倒車燈熄滅。

倒車燈電路正常工作額定功率為42 W，額定電壓為12 V，額定電流為3.5 A，冷機(jī)最高瞬態(tài)電流約17.5 A，倒車燈開關(guān)額定功率為60 W，額定電流為5 A，瞬態(tài)電流約為20 A。

倒車燈不亮的故障原因分析如下：倒車燈開關(guān)是一個(gè)常開式開關(guān)，安裝在正極上，接通后倒車燈點(diǎn)亮。對(duì)開關(guān)的工作電路進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此類故障的主要原因?yàn)閮?nèi)部觸點(diǎn)斷路損壞，導(dǎo)致外部電路不能接通或內(nèi)部短路，使電流不能到達(dá)倒車燈。常見的觸點(diǎn)斷路故障有觸點(diǎn)松動(dòng)接觸不良、觸點(diǎn)拉弧積碳、高溫塑料件融化變形無(wú)法接觸等［2］；常見的內(nèi)部短路故障有觸點(diǎn)拉弧高溫絕緣體燒蝕短路、觸點(diǎn)變形與彈簧短接短路等。

2.2 故障現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

僅從售后數(shù)據(jù)故障描述，無(wú)法詳細(xì)了解故障情況，根據(jù)售后故障信息反饋，組織相關(guān)人員到4S店對(duì)實(shí)車進(jìn)行故障現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。故障車為營(yíng)運(yùn)車型，主要在城鎮(zhèn)間客運(yùn)往返，每天行駛里程約500 km，整車倒車燈電路無(wú)改裝或加裝情況，檢查倒車燈開關(guān)接插件無(wú)異常，檢測(cè)整車電路電壓、電流及倒車燈開關(guān)電阻值，檢測(cè)結(jié)果見表1。工作電壓正常，倒車燈電路峰值電流存在異常，倒車燈開關(guān)電阻值也存在異常。通過(guò)更換新的倒車燈開關(guān)，重新檢測(cè)整車電路電流，電路峰值電流恢復(fù)正常，倒車燈及倒車影像恢復(fù)正常。分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車換件前后的檢測(cè)結(jié)果，判定變速器倒車燈開關(guān)總成失效導(dǎo)致倒車燈電路工作異常。

2.3 故障件拆解分析

（1）從售后返回故障件中抽取5件進(jìn)行故障分析，故障信息均為無(wú)倒車影像。對(duì)故障件進(jìn)行檢測(cè)分析，倒車燈開關(guān)外觀檢查無(wú)異常，檢測(cè)開關(guān)的輸入、輸出線路在開關(guān)通斷工作時(shí)無(wú)異常，檢測(cè)倒車燈開關(guān)線束與外殼體絕緣情況，開關(guān)斷開狀態(tài)時(shí)正常，開關(guān)接合狀態(tài)時(shí)均出現(xiàn)短路異?，F(xiàn)象，判定倒車燈開關(guān)主要故障模式為接合狀態(tài)線束與外殼體短路失效［3］。

（2）拆解故障件，拆解后從外觀上分析，內(nèi)部推桿組件動(dòng)觸片上的絕緣體存在明顯燒蝕現(xiàn)象，不同故障里程更換的故障件的燒蝕程度不同，故障里程越長(zhǎng)，則燒蝕越嚴(yán)重。用萬(wàn)用表檢測(cè)動(dòng)觸片與推桿絕緣性能發(fā)現(xiàn)，故障件的動(dòng)觸片與推桿均存在短路導(dǎo)通現(xiàn)象，判定倒車燈開關(guān)短路的主要故障模式為動(dòng)觸片與推桿間絕緣體失效短路，推桿與金屬外殼體為金屬接觸導(dǎo)致倒車燈電路短路失效。

（3）對(duì)殼體內(nèi)腔及推桿組件進(jìn)一步拆解分析，殼體內(nèi)腔底部有明顯黑色的金屬雜質(zhì)沉積，腔體內(nèi)沉積的雜質(zhì)主要來(lái)源于變速器齒輪油中齒輪磨損金屬雜質(zhì)。推桿、動(dòng)觸片及絕緣體拆解，動(dòng)觸片電源輸入端明顯燒蝕發(fā)黑，上絕緣體凸緣有燒蝕缺口，絕緣墊片也明顯燒蝕缺口，推桿臺(tái)階有燒蝕料渣（如圖3所示）。

2.4 絕緣體燒蝕原因分析

（1）零部件尺寸及裝配問(wèn)題。經(jīng)檢查，動(dòng)觸片、推桿、上絕緣體、下絕緣墊等零件關(guān)鍵重要尺寸、位置度均為全檢項(xiàng)，推桿組件壓裝后的絕緣性能均為全檢項(xiàng)，保證出廠時(shí)各零部件尺寸及裝配合格，零部件或組件裝配質(zhì)量出問(wèn)題的概率小，非主要原因。

（2）絕緣體原材料材質(zhì)問(wèn)題。供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝配情況確認(rèn)，所有倒車燈開關(guān)產(chǎn)品零件（上絕緣套、下絕緣墊圈）采用的都是相同材料，熱變形特性耐200 ℃的高溫，未發(fā)生設(shè)計(jì)變更，原材料不合格導(dǎo)致故障風(fēng)險(xiǎn)較小，非主要原因。

（3）整車異常大電流導(dǎo)致絕緣體燒蝕。①現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查故障車更換倒車燈開關(guān)后，整車倒車燈回路電流檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常大電流現(xiàn)象；廠內(nèi)全新整車下線檢測(cè)倒車燈回路電流，也未發(fā)現(xiàn)大電流現(xiàn)象，檢測(cè)結(jié)果見表2。②倒車燈開關(guān)耐電流試驗(yàn)驗(yàn)證：電壓為12 V，分別開展50 000次10 A、20 A、25 A不同異常大電流的持續(xù)接通/斷開的耐久試驗(yàn)，在20 A以下電流工作時(shí)，基本無(wú)異常；完成25 A電流下工作的耐久試驗(yàn)后，絕緣體有輕微燒蝕，絕緣體絕緣性能未失效；而25 A以上的大電流會(huì)對(duì)絕緣體耐久燒蝕有影響。

（4）絕緣體疲勞破損。倒車燈開關(guān)工作中，動(dòng)觸片不斷地開合，底部圓孔邊沿對(duì)絕緣體進(jìn)行磨削導(dǎo)致絕緣體疲勞破損，觸片與推桿接觸短路。經(jīng)故障件拆解分析，輕微燒蝕和嚴(yán)重?zé)g樣件、上絕緣體凸緣未見切割破損，未見觸片移位與推桿接觸現(xiàn)象。

（5）絕緣體漏電短路。倒車燈開關(guān)在變速器總成上方豎直布置，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理分析，內(nèi)部剖面結(jié)構(gòu)如圖4所示，動(dòng)觸片與推桿間采用上絕緣套與下絕緣平墊組合結(jié)構(gòu)裝配，動(dòng)觸片底部與推桿存在小縫隙（約0.4 mm），推桿與外殼體為金屬接觸結(jié)構(gòu)。在開關(guān)斷開時(shí)，推桿組件向下移動(dòng)，開關(guān)內(nèi)腔體積變大形成負(fù)壓，齒輪油在齒輪旋轉(zhuǎn)飛濺到殼體上方，少量齒輪油被吸入腔體內(nèi)；在開關(guān)工作時(shí)，推桿組件向上移動(dòng)，開關(guān)內(nèi)腔體積變小形成正壓，腔體內(nèi)齒輪油被擠出。變速器齒輪嚙合產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)伴隨齒輪油也被吸入開關(guān)內(nèi)腔，在絕緣體縫隙間沉積，導(dǎo)致動(dòng)觸片與推桿產(chǎn)生不良接觸，在開關(guān)接通電源正極時(shí)，瞬態(tài)峰值電流沖擊發(fā)生漏電短路，產(chǎn)生大電流及高溫，導(dǎo)致絕緣體燒蝕失效。

2.5 結(jié)果分析

綜合以上原因分析，倒車燈開關(guān)推桿組件上的動(dòng)觸片與推桿間絕緣體燒蝕短路是導(dǎo)致倒車燈開關(guān)失效的主要原因，而推桿組件的上、下絕緣體結(jié)構(gòu)縫隙金屬雜質(zhì)沉積漏電短路，是絕緣體燒蝕的根本原因。

3 解決措施

針對(duì)倒車關(guān)開關(guān)漏電短路失效問(wèn)題，從倒車燈電器架構(gòu)及倒車開關(guān)結(jié)構(gòu)工作原理方面入手，提出如下改進(jìn)措施。

（1）從倒車燈電路架構(gòu)進(jìn)行改善。整車倒車燈電路采用邏輯電器架構(gòu)，可以降低倒車燈開關(guān)電路負(fù)載電流（如圖5所示），倒車燈電路采用繼電器控制倒車燈點(diǎn)亮與熄滅［4］。倒車燈開關(guān)接通時(shí)，將繼電器的控制端與地線接通，拉低電路電壓形成電勢(shì)差，驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，倒車燈電路形成回路，點(diǎn)亮倒車燈；倒車燈開關(guān)斷開時(shí)，控制端與地線斷開，倒車燈繼電器斷開，倒車燈熄滅。

邏輯電路的優(yōu)點(diǎn)如下：倒車燈開關(guān)僅作為繼電器信號(hào)輸入控制倒車燈回路的通斷，倒車燈開關(guān)電器回路電流降低至150 mA以下，減少開關(guān)因瞬態(tài)峰值電流及觸點(diǎn)拉弧等而失效，提升倒車燈開關(guān)的使用壽命。邏輯電路的缺點(diǎn)如下：整車倒車燈電器架構(gòu)原理變更，線束接線原理需要變更，增加繼電器，成本增加，全新裝車可以應(yīng)用，已有車輛售后無(wú)法改制升級(jí)。

（2）倒車燈開關(guān)推桿增加油封密封。為防止齒輪油將金屬雜質(zhì)帶入倒車燈開關(guān)腔體內(nèi)產(chǎn)生短路，可在推桿與殼體間增加“O”形密封圈，殼體需要增加“O”形圈環(huán)型槽，加大推桿表面粗糙度等級(jí)，裝配工裝工藝需變化，企業(yè)需投入工裝開發(fā)費(fèi)用，零件總成成本增加。

（3）倒車燈開關(guān)絕緣體結(jié)構(gòu)改進(jìn)。增大動(dòng)觸片與推桿絕緣面積，消除觸片與推桿間絕緣體縫隙，將上、下絕緣體配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，將上絕緣體a由凸緣設(shè)計(jì)改為沉孔設(shè)計(jì)，將下絕緣墊b由平墊設(shè)計(jì)改為凸緣設(shè)計(jì)，凸緣的高度要求大于底墊的厚度，上、下絕緣體配合后，動(dòng)觸片底部與推桿間絕緣面積增大且無(wú)小縫隙結(jié)構(gòu)（如圖6所示），動(dòng)觸片與推桿設(shè)計(jì)不變，絕緣體與推桿頂部的鉚壓工藝維持不變，可有效解決齒輪油雜質(zhì)沉積導(dǎo)致的漏電問(wèn)題。此方法僅涉及絕緣體模具修模開發(fā)，投資費(fèi)用少，材料成本不變、裝配工藝不變，同時(shí)可滿足整車售后故障維修更換升級(jí)。

為有效解決倒車燈開關(guān)失效問(wèn)題，同時(shí)考慮整車開發(fā)成本及售后維修升級(jí)，采用章節(jié)“3（1）”中提出的措施對(duì)倒車燈開關(guān)絕緣體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，針對(duì)絕緣體漏電燒蝕問(wèn)題進(jìn)行改善，需重新開發(fā)上、下絕緣體模具，開發(fā)周期約20 d，其他零件及裝配工藝不變，成本無(wú)變化，同時(shí)可滿足售后故障維修更換升級(jí)。

4 產(chǎn)品驗(yàn)證

（1）零件單體臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證如下：按照《倒車燈開關(guān)臺(tái)架試驗(yàn)大綱》中的要求，開展性能測(cè)試、電壓降測(cè)試、絕緣阻抗試驗(yàn)、耐溫試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、密封性測(cè)試等臺(tái)架性能試驗(yàn)，樣品通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，完全滿足試驗(yàn)要求。

（2）整車試裝驗(yàn)證如下：①路試情況。整車搭載綜合道路試驗(yàn)里程為30 000 km，要求每10 km至少進(jìn)行20次掛倒擋動(dòng)作，試驗(yàn)結(jié)束拆解未見異常，符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。②整車售后跟蹤驗(yàn)證。通過(guò)售后市場(chǎng)進(jìn)行跟蹤快速驗(yàn)證，在售后市場(chǎng)營(yíng)運(yùn)車型中，抽取10臺(tái)故障車更換整改后的倒車燈開關(guān)樣件進(jìn)行試裝跟蹤驗(yàn)證，整改樣件在售后營(yíng)運(yùn)車上試裝跟蹤超過(guò)4個(gè)月，跟蹤里程超過(guò)30 000 km，未發(fā)現(xiàn)倒車燈開關(guān)故障異常反饋。

綜合以上驗(yàn)證結(jié)果表明，針對(duì)倒車燈開關(guān)絕緣體實(shí)施以上結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案后，絕緣體燒蝕問(wèn)題得到有效解決。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)倒車燈開關(guān)優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析和試驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論如下：①通過(guò)對(duì)倒車燈開關(guān)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，總結(jié)汽車倒車燈開關(guān)失效問(wèn)題分析模型，利用問(wèn)題分析模型快速鎖定問(wèn)題，找到根本原因，提高解決質(zhì)量問(wèn)題的效率。②倒車燈開關(guān)絕緣體結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，動(dòng)觸片與推桿絕緣配合面積增大，有效提升了該處的絕緣性能。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，從無(wú)到有，從有到優(yōu)，客戶越來(lái)越關(guān)注汽車動(dòng)力性、NVH性能及可靠性等，在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，需要更加關(guān)注零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，不斷提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

6 參考文獻(xiàn)

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