淺談汽車連接器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用案例

　　本文章從汽車連接器的四大基本結(jié)構(gòu)入手，介紹了汽車連接器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)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(yīng)的汽車連接器應(yīng)用實例。

　　汽車連接器形式和結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，其主要是由四大基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組件使汽車連接器能夠充當(dāng)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(guān)鍵零件，它依靠彈性結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)裝的絕緣安裝板和插針提供機(jī)械保護(hù)，并提供插頭和插座插合時的對準(zhǔn)，進(jìn)而將連接器固定到設(shè)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(jié)構(gòu)附件和安裝附件。結(jié)構(gòu)附件如卡圈、定位鍵、定位銷、導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(xì)化及可靠性方向發(fā)展，對汽車連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀設(shè)計及材料也提出了更高的要求，有了一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

　　汽車連接器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　　汽車連接器必需符合USCAR—20的標(biāo)準(zhǔn)，這是汽車電氣連接器系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定汽車連接器在整個使用周期內(nèi)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(nèi)，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(jī)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(guān)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(dá)零上155°C）、振動、氧化作用以及摩擦腐蝕，這就顯示出設(shè)計攻關(guān)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(guān)鍵汽車零配件連接出現(xiàn)問題，則會引起火災(zāi)報警器、制動器或安全氣囊失靈，導(dǎo)致嚴(yán)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(jī)械現(xiàn)象。按照汽車制造商規(guī)定的應(yīng)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(xì)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(qiáng)烈振蕩是引起氧化作用和摩擦腐蝕，并導(dǎo)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(jì)實惠、簡單易操作。

　　在裝配廠向汽車內(nèi)安裝配線時，連接器的不當(dāng)接插可能會導(dǎo)致連接器故障。為克服這個問題，設(shè)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(xì)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(nèi)部電子功能的要求越來越多，同時汽車內(nèi)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(xì)分市場。下面是對汽車連接器發(fā)展?fàn)顩r的一個小結(jié)。

　　汽車連接器的發(fā)展變化

　　目前全球汽車連接器約占連結(jié)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(jié)構(gòu)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)注，主要的汽車電子企業(yè)如泰科、德爾福、FCI等紛紛加強(qiáng)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(wù)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(shè)廠的廠商將因為當(dāng)?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(yīng)當(dāng)?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(gòu)的全面改進(jìn)，連接器首當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的防觸電保護(hù)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(yán)重危害到電氣連接和電子設(shè)備，并且可能引起汽車燃燒，這些都需要連接器的特殊設(shè)計與開發(fā)。

　　新能源汽車連接器要達(dá)到其高性能要求主要靠嚴(yán)格的設(shè)計規(guī)范，比如在暴露的情況下要防止高壓把空氣擊穿，這需要保留一定的空氣間隙;在高電壓大電流的情況下，其溫度升高不能超過額定值;在選擇外殼材料時要考慮重量、強(qiáng)度和是否易于加工，而且在不同溫度下連接器端子的材料性能如何保持穩(wěn)定性、如何保證必要的導(dǎo)電率等都需要考量。

　　在連通性方面，由于汽車娛樂系統(tǒng)的不斷擴(kuò)充，高速數(shù)據(jù)傳輸功能的重要性日益突出。比如在有些車型上，倒車反光鏡上安裝了攝影頭，可使駕駛員擁有更廣闊的視野，這就需要連接器傳輸更多的數(shù)據(jù)。有時還需要一個連接器同時解決傳輸GPS信號和廣播信號的問題，這就需要提升其數(shù)據(jù)傳輸能力。同時，連接器還需要承受高溫，因為汽車引擎通常放置在汽車前方，盡管有防火墻進(jìn)行防護(hù)，但還會有一些熱量會傳導(dǎo)過來，因此連接器要能夠承受高溫。

　　而隨著汽車連接器的應(yīng)用越來越多，汽車的合成化趨勢使連接器的集成度越來越高，由于汽車對空間的設(shè)計的要求，連接器也被要求有更小的體積，不占用較大的空間，單個連接器的要接收的信號越來越多。總的來說，汽車連接系統(tǒng)將會向電子控制模塊的方向發(fā)展，在安全和連通的基礎(chǔ)上，小型化、智能化和集成化是連接器未來發(fā)展的趨勢。下面列舉一些符合市場需求的汽車連接器的應(yīng)用案例。

　　汽車連接器應(yīng)用舉例

　　慕尼黑上海電子展上，泰科電子帶來了最新的研發(fā)成果—用于汽車的050系列端子和連接器系統(tǒng)。泰科電子新型050系列端子連接系統(tǒng)在小型化和減輕重量方面取得了重大的技術(shù)改進(jìn)，比之前的064系列縮小包裝體積達(dá)70%，重量減輕50%，高度縮減50%。相信這樣的小型化連接器對于汽車的節(jié)能減排有非常重要的實用價值。

　　而對于汽車連接器安全性和小型化的需求，F(xiàn)CI研制出創(chuàng)新的塑殼解決方案-APEX-280和RCS-800連接器。其中的一項創(chuàng)新是獲得專利的互鎖裝置：確保一拔出連接器就立即斷電——而且獨特的“兩步式”釋放過程為互鎖裝置的工作提供足夠的時間，這樣，通電時就不會出現(xiàn)斷開現(xiàn)象。用戶確實須進(jìn)行兩個獨立的動作，切斷電源和拔出連接器之間會有五秒鐘的延遲。這些新穎的安全裝置還擁有許多其他特點。端子被固定在塑料防護(hù)孔格后，防止手指的碰觸。 FCI的ErgoMate齒輪軸向連接系統(tǒng)在幫助實現(xiàn)更小尺寸的解決方案的同時顯著減小匹配力。一旦對配到位，連接器二次鎖止會被關(guān)閉，以此保證100% 穩(wěn)固的連接。此外，采用高等級的屏蔽和密封保護(hù)的同時，實現(xiàn)了小型化緊湊設(shè)計。

　　另外，F(xiàn)CI的RCS-800端子也適應(yīng)汽車連接器安全性和高連通性的需要。其全新的8毫米圓形端子的設(shè)計比同等載流能力的扁平端子更加有效地利用空間。這些圓形RCS 端子有很多接觸點，根據(jù)用戶的需求規(guī)范，工作電流可達(dá)250A，甚至更高。此外，采用特殊表面鍍層能夠防止電弧放電造成的損壞，另一方面，塑料蓋帽提供等級為IP2-x的保護(hù)，以防發(fā)生電擊操作工的危險。