連接器的失效模式和改善對(duì)策

近五年來中國汽車市場(chǎng)發(fā)生了重大的變化，新能源汽車的占比逐漸提高，2022 年新能源汽車市場(chǎng)份額超過25%。新能源汽車的電氣功能越多，對(duì)應(yīng)的線束插接件越多，線束插接件的故障逐漸成為影響功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要因素。線束插接件的常見失效模式有插接件端子退針、歪針、擴(kuò)孔，插接件虛接等多種模式，插接件以上失效模式也不能完全被EOL 設(shè)備或功能檢查所攔截，存在逃逸至客戶的風(fēng)險(xiǎn)，所以需要針對(duì)各種失效模式從設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、對(duì)配、出廠檢查多環(huán)節(jié)去尋找改善方案。

01 緒 論

新能源汽車線束分為高壓線束和低壓線束，高壓線束負(fù)責(zé)將電池存儲(chǔ)的電能傳輸至各個(gè)高壓部件，空調(diào)壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及PTC模塊等。低壓線束是整車線束的最主要的部分，主要是將低壓供電傳遞至各個(gè)ECU和用電器，傳輸CAN、LIN 信號(hào)、視頻線信號(hào)等。整車線束中高壓線束相對(duì)較短，是連接高壓部件之間的線束，長度幾十米，低壓線束長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高壓線長度，例如某款新能源汽車的低壓線束長度超過18km。由于低壓線束是連接各個(gè)用電器之間的紐帶，所以線束與用電器之間、線束與線束之間的插接件非常多，線束插接件的對(duì)配次數(shù)越多，潛在的失效越多。

以某款SUV 車型為例，整車上存在超過1000 個(gè)線束插接件，每天裝配車間都會(huì)反饋線束插接后退針、歪針問題，后續(xù)檢驗(yàn)車間也有反饋插接不良造成的電器功能問題?？傮w上看主要分為退針、歪針和虛接的故障模式。

02 常見失效模式及改善對(duì)策

本文針對(duì)退針、歪針的失效，總結(jié)了以下產(chǎn)生原因并針對(duì)不同失效討論了對(duì)應(yīng)改善對(duì)策。

2.1物流包裝

物流包裝在線束插接問題中的影響往往被忽略，但也是其中一個(gè)重要因素。對(duì)于線束廠商要增加過程防護(hù)，從線束與端子壓接完成到產(chǎn)品的電檢工裝測(cè)試臺(tái)增加端子的防護(hù)工裝，消除端子在零件廠商過程發(fā)生歪斜。零件出廠的物流包裝要對(duì)較大型號(hào)插接件重點(diǎn)防護(hù)，這些插接件一般開口較大，如果ECU 或者線束在插接件沒有增加防護(hù)，存在異常情況將插接件內(nèi)部的端子撞歪，帶來插歪的風(fēng)險(xiǎn)。物流環(huán)節(jié)過程很難杜絕一切異常，并無法做到整個(gè)環(huán)節(jié)的追溯，所以需要在物流包裝源頭上增加措施。改善措施：針對(duì)插接件開口較大的ECU 增加防護(hù)罩或珍珠棉對(duì)接口進(jìn)行防護(hù)，對(duì)線束產(chǎn)品增加膠帶，纏繞插接件接口，對(duì)內(nèi)部端子起到防護(hù)作用。

2.2匹配設(shè)計(jì)

2.2.1公母端尺寸匹配設(shè)計(jì)余量不合理

一般線束插接件端在設(shè)計(jì)選型時(shí)都會(huì)考慮公母端為同一家配套產(chǎn)品，公母端護(hù)套都是成熟的標(biāo)準(zhǔn)件，從插接導(dǎo)向槽到完全對(duì)配的整個(gè)過程匹配很好，插歪風(fēng)險(xiǎn)很低。目前存在線束和用電器對(duì)配的情況，用電器端的護(hù)套都是廠家根據(jù)插接件圖紙尺寸逆向開發(fā)生產(chǎn)的。關(guān)鍵尺寸的設(shè)計(jì)需要充分考慮導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的尺寸，既要能保證合理導(dǎo)向的作用，也要規(guī)避難對(duì)配的情況。

例如開音量調(diào)節(jié)開關(guān)， 線束母端為MOLEX 標(biāo)準(zhǔn)件，開關(guān)為供應(yīng)商注塑件，公母端導(dǎo)向尺寸配合相差超過0.5mm，加上開關(guān)屬于盲插插接件，人機(jī)工程差，員工無法保證平直對(duì)配，造成端子歪斜插入維修孔，如果公端硬碰母端塑殼造成退針，兩者失效模式都會(huì)產(chǎn)生開關(guān)功能失效。

改善措施：對(duì)開關(guān)Z 向尺寸進(jìn)行修模，內(nèi)部導(dǎo)向筋條增加0.2mm，改善了退針和歪針的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2線束扭轉(zhuǎn)帶來的歪針風(fēng)險(xiǎn)未識(shí)別

某氣囊線束插接件在設(shè)計(jì)選型時(shí)存在線束扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致插接件護(hù)套內(nèi)端子明顯歪斜的隱患。當(dāng)前設(shè)計(jì)上線束端子在護(hù)套內(nèi)部限位不足，導(dǎo)線上的扭轉(zhuǎn)將旋轉(zhuǎn)角度傳遞至護(hù)套內(nèi)部端子，端子就會(huì)出現(xiàn)偏移不居中的現(xiàn)象，最大偏移1mm，母端插接件的插孔壁厚0.5mm，一旦歪斜查過0.5mm 很容易造成插歪。

改善措施：臨時(shí)在線束上增加波紋管護(hù)套，消除裝配過程環(huán)節(jié)扭轉(zhuǎn)線束的風(fēng)險(xiǎn)。永久措施替換新的插接件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部限位更好，即使線束有扭轉(zhuǎn)，內(nèi)部端子也不會(huì)有偏移。

2.3端子保持力

端子保持力的大小取決于插接件內(nèi)部限位端子掛臺(tái)的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健程度。線束端子在插接件內(nèi)部由限位掛臺(tái)固定，如果掛臺(tái)結(jié)構(gòu)薄弱，端子的保持力就偏小。當(dāng)端子輕微歪斜對(duì)接時(shí)，公端會(huì)插接到母端護(hù)套導(dǎo)向結(jié)構(gòu)或者母端端子金屬上，整體插接力會(huì)偏大，端子保持力不足就會(huì)產(chǎn)生退針的現(xiàn)象。另一種情況是線束端子在裝配時(shí)沒有完全導(dǎo)入的限位掛臺(tái)內(nèi)，端子保持力幾乎為0，對(duì)配后就會(huì)出現(xiàn)退針的現(xiàn)象。線束廠商裝配是有要求端子插入后回拉，但是均為人工裝配，人員波動(dòng)，技能熟練度會(huì)影響回拉的檢查。出廠的電檢臺(tái)一般是觸點(diǎn)檢測(cè)導(dǎo)通，保持力無法檢測(cè)，所以主機(jī)廠也會(huì)發(fā)現(xiàn)類似端子未裝配到位造成的退針案例。下圖為線束母端未裝配至護(hù)套掛臺(tái)的案例。

改善措施：產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要在線束廠商裝配過程，需要從人員技能培訓(xùn)，人員穩(wěn)定性入手，減少頻繁新人上崗操作的機(jī)會(huì)。

2.4裝配工藝

2.4.1裝配工藝布局不合理

一般插接件的裝配要求有平直對(duì)配的要求，但是部分區(qū)域由于工藝布置原因，造成員工很難做到。例如某車型A 柱區(qū)域的線束插接件工藝上要求先固定主線束和頂棚線束卡扣，再對(duì)配插接件，兩個(gè)插接件對(duì)配時(shí)受制A 柱空間影響，平直對(duì)配的要求存在無法執(zhí)行到位的情況，并且插接對(duì)配時(shí)阻力較大有，容易出現(xiàn)退針的故障。

改善措施：優(yōu)化工藝裝配順序，先對(duì)配頂棚線束和車身線束，對(duì)配時(shí)線束自由狀態(tài)存在較大的操作空間，可以按照設(shè)計(jì)要求，按壓塑殼鎖止機(jī)構(gòu)裝配，然后再固定插接件的鈑金卡，這樣既減小了對(duì)配的阻力，又改善了平直對(duì)配的作業(yè)環(huán)境，有效解決緊靠A柱鈑金造成的插接問題。工藝環(huán)節(jié)要梳理現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的人機(jī)工程、工藝布局等是否合理，并給予改善。

2.4.2裝配工藝無自檢標(biāo)準(zhǔn)要求

插接失效后需要最早的發(fā)現(xiàn)，員工對(duì)配結(jié)束后就需要有意識(shí)的判斷本次裝配是否合格。當(dāng)前指導(dǎo)員工作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)只有要求平直對(duì)配，回拉檢查是否虛接，對(duì)配合格的判斷有缺失。工藝上對(duì)所有插接件進(jìn)行梳理，結(jié)合崗位環(huán)境噪音，將可以明確通過插接合格“咔噠”音作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)寫入作業(yè)指導(dǎo)書。

例如下圖是某車型直流充電系統(tǒng)的一個(gè)低壓控制回路插接件，母端護(hù)套有被公端插接的痕跡，判斷由于公端有歪斜強(qiáng)行對(duì)配將公端對(duì)配至母端維修孔內(nèi)造成的問題。實(shí)測(cè)歪斜對(duì)配阻力38N，正常對(duì)配20N 以內(nèi)。

改善措施：對(duì)配完成有明確咔噠音的，寫入作業(yè)指導(dǎo)書；對(duì)于歪斜插接阻力差異明顯的，在作業(yè)指導(dǎo)書中寫入阻力大的后果，固化的內(nèi)容對(duì)員工重新培訓(xùn)。

2.5不合理的電檢工裝造成退針

線束廠商的電檢一般都是伸縮針形式對(duì)插接件導(dǎo)通測(cè)試，不會(huì)對(duì)端子造成損傷。但存在一些外包零件，例如保險(xiǎn)杠總成是前保供應(yīng)商將線束固定在前保上，并完成導(dǎo)通檢測(cè)。前保廠商對(duì)線束電檢臺(tái)的選型考慮上未識(shí)別電檢臺(tái)與線束對(duì)配后可能造成端子歪針的風(fēng)險(xiǎn)，PFMEA 中未能充分識(shí)別造成歪針潛在因素和對(duì)策，一旦電檢設(shè)

備端的檢具出現(xiàn)問題后會(huì)造成批量的線束端子歪斜退針問題。下圖是某車型前保供應(yīng)商因?yàn)闄z具母端存在異物未及時(shí)點(diǎn)檢維修，線束經(jīng)過與電檢測(cè)試設(shè)備對(duì)配后出現(xiàn)批量前保線束退針的案例。

改善措施：對(duì)電測(cè)設(shè)備改造，需要滿足以下條件：一是公端子治具必須佩戴防歪格柵，以保障歪斜的端子無法導(dǎo)通；二是電測(cè)探針使用螺紋臺(tái)階針，可有效的預(yù)防電測(cè)過程端子被頂出去，三是根據(jù)尺寸鏈計(jì)算出端子在護(hù)套內(nèi)移動(dòng)量，從而制作探針，并建立探針日常維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃。

2.6人員操作

2.6.1裝配人員

插接件連接一般是沒有工裝輔具保證裝配到位的，所以對(duì)員工技能熟練度有較高要求，如不做管理就會(huì)出現(xiàn)虛插、暴力操作退針、歪針等問題。裝配人員在上崗前要做好完整的應(yīng)知、應(yīng)會(huì)以及實(shí)操培訓(xùn)。

插接件的應(yīng)知：插接件的種類包括拉拔試插接件、二次鎖止插接件、高壓插接件等認(rèn)知；插接件基本應(yīng)會(huì)：對(duì)各類插接件操作要領(lǐng)應(yīng)會(huì)，同時(shí)根據(jù)要領(lǐng)可完成獨(dú)立操作；插接件感知訓(xùn)練：通過線下接插件的實(shí)操訓(xùn)練能掌握區(qū)分各類接插件在插接過程中正常接插和異常插接不同的感知并能準(zhǔn)確判斷異常。

2.6.2返修人員

車輛下線之后由于出現(xiàn)功能問題，返修人員需要對(duì)導(dǎo)線通斷或者總線網(wǎng)絡(luò)中采集報(bào)文數(shù)據(jù)，需要從接插件處測(cè)量，如果測(cè)量工具不合理比如使用萬用表表筆直接懟線束母端或者暴力操作就會(huì)出現(xiàn)懟壞護(hù)套造成退針，懟大母端造成擴(kuò)孔。

改善措施：班組的晨會(huì)對(duì)歪斜對(duì)配、暴力操作等行為進(jìn)行后果教育，增強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)；車間設(shè)立定期培訓(xùn)機(jī)制，開展道場(chǎng)培訓(xùn)，對(duì)插接件正常裝配的插入力和聲音進(jìn)行培訓(xùn)，模擬端子歪斜及退針場(chǎng)景培訓(xùn)員工對(duì)異常插接阻力的識(shí)別，提高員工技能；工廠建立合理的獎(jiǎng)懲機(jī)制鼓勵(lì)員工異常舉手，增加自互檢的方式，在裝配或互檢崗位及早發(fā)現(xiàn)問題。另外管理層需要在人員穩(wěn)定性方面提出方案，通過減少人員波動(dòng)，使用熟練工降低人的因素造成插接不良問題。

03 結(jié) 語

線束插接件故障是普遍存在的一個(gè)問題，影響因素涉及物流包裝設(shè)計(jì)、物流翻包、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝布局和人員操作等多個(gè)方面?，F(xiàn)階段解決插接件歪針、退針的問題不能僅靠人員操作上的提前檢查，手感檢查的方式，還需要從零件端子的垂直度保證是否可靠，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否穩(wěn)健，工藝布局、人機(jī)工程是否合理，零部件和主機(jī)廠人工操作熟練度是否達(dá)標(biāo)等環(huán)節(jié)考慮。其次主機(jī)廠也要在EOL 檢驗(yàn)中研究退針、歪針造成間歇性故障的攔截方案，通過EOL 設(shè)備程序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)插接件造成的短路開路歷史故障碼的識(shí)別，提高插接件故障攔截成功率，降低逃逸至客戶的概率。最后要研究新技術(shù)的應(yīng)用替代線束插接件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)向模塊化、集中化的域控制發(fā)展，模塊內(nèi)部使用多層PCB、FPC 等技術(shù)方案減少線束插接的數(shù)量。