淺談汽車連接器設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)汽車連接器的穩(wěn)定性評(píng)估問題，對(duì)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(duì)這種發(fā)展變化帶來的市場(chǎng)需求，給出了相應(yīng)的汽車連接器應(yīng)用實(shí)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(yùn)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(duì)，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(duì)的關(guān)鍵零件，它依靠彈性結(jié)構(gòu)在與插針插合時(shí)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(shí)的對(duì)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(duì)汽車連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)及材料也提出了更高的要求，有了一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　汽車連接器的設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(zhǎng)距離通信計(jì)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(gè)連接點(diǎn)，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(dòng)、氧化作用以及摩擦腐蝕，這就顯示出設(shè)計(jì)攻關(guān)的重要性。

　　實(shí)際上這件事情做起來并不簡(jiǎn)單，大多數(shù)商業(yè)電子元器件出現(xiàn)故障時(shí)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(huì)引起火災(zāi)報(bào)警器、制動(dòng)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(shí)別并分析環(huán)境中那些可能對(duì)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(píng)估連接器的穩(wěn)定性，連接器制造商實(shí)施了精細(xì)的測(cè)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(huì)對(duì)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(duì)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(shí)惠、簡(jiǎn)單易操作。

　　在裝配廠向汽車內(nèi)安裝配線時(shí)，連接器的不當(dāng)接插可能會(huì)導(dǎo)致連接器故障。為克服這個(gè)問題，設(shè)計(jì)工程師研發(fā)了各種各樣的連接器鎖止裝置。另一個(gè)辦法就是使用一個(gè)接插輔助裝置來簡(jiǎn)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(qǐng)參考連接器耐久性之三種故障模式解析

　　由于消費(fèi)者對(duì)汽車內(nèi)部電子功能的要求越來越多，同時(shí)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(gè)細(xì)分市場(chǎng)。下面是對(duì)汽車連接器發(fā)展?fàn)顩r的一個(gè)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(dòng)下，占有較大的比例。以產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)而言，中國(guó)現(xiàn)在每輛汽車平均用到的連接器成本只有幾百元，與國(guó)外每輛車的連接器成本大約在125美元～150美元來看，中國(guó)汽車連接器市場(chǎng)還有很大的發(fā)展?jié)摿?。未來每輛汽車將使用到 600-1，000個(gè)電子連接器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)今所使用的數(shù)量。

　　市場(chǎng)的巨大潛力吸引了國(guó)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(duì)中國(guó)連接器市場(chǎng)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(guó)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(guó)際大廠外，其他尚未前往中國(guó)設(shè)廠的廠商將因?yàn)楫?dāng)?shù)匦枨蟛粩嗵岣?，本土化采?gòu)，成本優(yōu)勢(shì)等因素影響下，逐漸在中國(guó)建立起生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)供應(yīng)當(dāng)?shù)仄嚵憬M件廠商所需。

　　另外，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)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(chǎng)已成為一大利基市場(chǎng)。

　　新能源汽車連接器發(fā)展的三大趨勢(shì)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(shí)在如此高的功率下，電磁干擾是另一個(gè)重要問題。此外，連接器的插拔操作會(huì)產(chǎn)生電弧，這會(huì)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(jì)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(jì)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(shí)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(shí)還需要一個(gè)連接器同時(shí)解決傳輸GPS信號(hào)和廣播信號(hào)的問題，這就需要提升其數(shù)據(jù)傳輸能力。同時(shí)，連接器還需要承受高溫，因?yàn)槠囈嫱ǔ７胖迷谄嚽胺?，盡管有防火墻進(jìn)行防護(hù)，但還會(huì)有一些熱量會(huì)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(shì)使連接器的集成度越來越高，由于汽車對(duì)空間的設(shè)計(jì)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(gè)連接器的要接收的信號(hào)越來越多?？偟膩碚f，汽車連接系統(tǒng)將會(huì)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(shì)。下面列舉一些符合市場(chǎng)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(duì)于汽車的節(jié)能減排有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

　　而對(duì)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(xiàng)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(dú)特的“兩步式”釋放過程為互鎖裝置的工作提供足夠的時(shí)間，這樣，通電時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)斷開現(xiàn)象。用戶確實(shí)須進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作，切斷電源和拔出連接器之間會(huì)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)更小尺寸的解決方案的同時(shí)顯著減小匹配力。一旦對(duì)配到位，連接器二次鎖止會(huì)被關(guān)閉，以此保證100% 穩(wěn)固的連接。此外，采用高等級(jí)的屏蔽和密封保護(hù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了小型化緊湊設(shè)計(jì)。

　　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(jì)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(diǎn)，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(jí)為IP2-x的保護(hù)，以防發(fā)生電擊操作工的危險(xiǎn)。