淺談汽車連接器設計標準及其應用案例

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

汽車連接器形式和結構是千變萬化的，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連接器能夠充當橋梁作用，穩(wěn)定運行。

接觸件是汽車連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽性接觸件和陰性接觸件組成接觸對,通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。陽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,是接觸對的關鍵零件,它依靠彈性結構在與插針插合時發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生彈性力與陽性接觸件形成緊密接觸,完成連接。插孔的結構種類很多,有圓筒型(劈槽、縮口)、音叉型、懸臂梁型(縱向開槽)、折迭型(縱向開槽,9字形)、盒形(方插孔)以及雙曲面線簧插孔等。

殼體，也稱外殼(shell),是汽車連接器的外罩,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的對準,進而將連接器固定到設備上。

絕緣體也常稱之為汽車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、導向銷、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。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車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，對汽車連接器結構設計、外觀設計及材料也提出了更高的要求，有了一定的設計標準。

汽車連接器的設計標準

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

1)連接器觸頭的材料穩(wěn)定、可靠;

2)正向力穩(wěn)定;

3)電路的電壓和電流穩(wěn)定;

4)溫度要求在規(guī)定的范圍之內，包括周圍的溫度和自身的溫升;

5)較好的魯棒性;

6)必需與高速長距離通信計算機用的連接器相同，汽車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℃

一輛典型輕型汽車大約有1500個連接點，其中50%到60%用于關鍵的配電功能。汽車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、氧化作用以及摩擦腐蝕，這就顯示出設計攻關的重要性。

實際上這件事情做起來并不簡單，大多數(shù)商業(yè)電子元器件出現(xiàn)故障時最多讓人感到煩惱失意，可是如果關鍵汽車零配件連接出現(xiàn)問題，則會引起火災報警器、制動器或安全氣囊失靈，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(xiàn)象。按照汽車制造商規(guī)定的應用條件，為了評估連接器的穩(wěn)定性，連接器制造商實施了精細的測試程序。如果出現(xiàn)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題。以下是這三種故障模式介紹。

汽車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。

線纜與端子的連接問題是引發(fā)保修和連接器系統(tǒng)故障主要原因之一。對于汽車配線系統(tǒng)，壓接是一種非常普遍的方法，用于將端子連接到線纜上。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)濟實惠、簡單易操作。

在裝配廠向汽車內安裝配線時，連接器的不當接插可能會導致連接器故障。為克服這個問題，設計工程師研發(fā)了各種各樣的連接器鎖止裝置。另一個辦法就是使用一個接插輔助裝置來簡化較大的連接器的接插工藝。

詳細的汽車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

由于消費者對汽車內部電子功能的要求越來越多，同時汽車內部可以提供的電子功能也越來越豐富，使車用連接器成為汽車零部件中發(fā)展最快的一個細分市場。下面是對汽車連接器發(fā)展狀況的一個小結。

汽車連接器的發(fā)展變化

目前全球汽車連接器約占連結器產(chǎn)業(yè)15%左右，未來可望在汽車電子產(chǎn)品的帶動下，占有較大的比例。以產(chǎn)品成本結構而言，中國現(xiàn)在每輛汽車平均用到的連接器成本只有幾百元，與國外每輛車的連接器成本大約在125美元～150美元來看，中國汽車連接器市場還有很大的發(fā)展?jié)摿?。未來每輛汽車將使用到600-1,000個電子連接器，遠遠大于現(xiàn)今所使用的數(shù)量。

市場的巨大潛力吸引了國外廠商的極大關注，主要的汽車電子企業(yè)如泰科、德爾福、FCI等紛紛加強對中國連接器市場的投入和布局。德爾福甚至將其汽車連接器業(yè)務的中心也搬到了上海。中國將可望成為未來全球汽車連接器重要的生產(chǎn)基地。除了現(xiàn)有一線知名國際大廠外，其他尚未前往中國設廠的廠商將因為當?shù)匦枨蟛粩嗵岣?，本土化采購，成本?yōu)勢等因素影響下，逐漸在中國建立起生產(chǎn)據(jù)點供應當?shù)仄嚵憬M件廠商所需。

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

新能源汽車連接器發(fā)展的三大趨勢為：一是綠色，二是安全，三是連通性。

由于新能源汽車是“綠色”的汽車，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的。同時在如此高的功率下，電磁干擾是另一個重要問題。此外，連接器的插拔操作會產(chǎn)生電弧，這會嚴重危害到電氣連接和電子設備，并且可能引起汽車燃燒，這些都需要連接器的特殊設計與開發(fā)。