电器零件连接器设计选型研究

任江华

（金康科技中心，重庆 401120）

某车型TU5发动机投产以来，售后反映节气门体故障率高、发动机线束故障率高，故障现象为行驶过程中，发动机突然熄火、发抖；发动机诊断故障灯亮，启动后怠速发抖、不稳；发动机加速无力、发抖。网点诊断：节气门电位计信号故障、电动节气门插头接触不良、发动机线束插头接触不良。售后的解决办法一般为，更换节气门或更换发动机线束。不同网点有各自的习惯，有的更换前者，有的更换后者，因此二者的故障率呈同一趋势。

1 故障分析

各专业人员针对此问题做过分析，主要的思路还是集中在零件的符合性上。对于接触不良的问题，通常是核查线束和对接电器零件的符合性。对于线束而言，连接器和内部的端子属于标准件，是指定的型号，而且广泛使用在各个电器零件上，由经过认证的供应商供货。

线束的核查有以下几种方法。

1）线束电检。故障车上返回的线束在线束供应商处电检一般没有问题，因为电检只能发现短路、断路等故障，而无法检测接触不良。

2）端子尺寸测量。无论是主机厂还是线束供应商，都没有端子的详细尺寸图纸，只有一些外形尺寸，通过检查这些尺寸，通常是符合的。而一些关键尺寸只有生产这些端子的二级供应商才有，要求他们提供相关报告是可行的，但通常报告显示都是符合要求的，并且这些端子应用在很多场合，绝大多数没有问题。

对于电器零件端，检查的方法也是检查接口尺寸。有的电器零件国产化了，接口是国内开模做的；有时尺寸公差控制不是很好，存在问题也比较常见。该车发动机采用了ME744电喷系统，节气门的设计制造在欧洲，在中国进行组装，接口尺寸符合相关标准。因此，通过以上两个途径核实符合性，没有发现问题的根本原因。

外方专家建议更改连接器的类型，同时连接器的3、4孔端子由镀锡改成镀金端子，以提高其性能。但经过2006年和2007年的实践证明，节气门体接触不良依然存在，问题并没有根本解决。针对此情况，对比分析TU5 ME745、TU3、EW10发动机电喷系统的节气门体，发现存在一种性能更高的端子，该端子可以耐受40g（重力加速度）的振动，而普通的镀金端子只能耐25g的振动 （表1）。ME744电喷系统和ME745电喷系统的节气门体在发动机上的布置几乎完全一样，发动机本体也高度相似，而后者的接触不良故障非常少，它们之间的重大差别就是信号端子采用了耐受40g振动的端子。因此，从对比分析来说，应该是ME744电喷系统采用的节气门体连接器接口耐振动性能不足，不能完全满足发动机的振动环境。

表1 各电喷系统节气门体连接器对比

该车型通过更改节气门连接器接口，并采用了耐受40g振动的端子后，量产故障率大幅降低，问题解决。

2 连接器的设计选型

2.1 设计流程

线束上的连接器是跟电器零件配合的，电器零件的接口决定了使用哪种类型的连接器和端子，因此，只有更改电器零件即节气门的接口，并配合线束连接器的更改，才能解决该问题。而针对已经批量生产的产品，更改的涉及面是比较广的，需要考虑重新开模、验证、试装、库存处理、物流匹配和备件等工作，付出的时间和成本代价是比较大的。如果在新项目的开发和产品设计阶段，通过完善的设计流程或者借鉴经验反馈，采用与使用环境相适应的接口，则可以避免这种缺陷。

这就需要一个流程来设计电器零件的接口，连接器设计选择流程如图1所示。由专业的连接器设计人员根据零部件的需求设计选用连接器，避免由电器零部件设计人员自行选型。

图1 连接器设计选择流程

2.2 连接器需求描述

专业内部建立连接器需求描述模板，电器零件开发人员在零件设计阶段，需要向连接器专业人员提出需求描述，表2是右后雾灯的例子。

表2 连接器需求描述

接口定义文件，主要包含静态消耗、每个针脚的功能、工作时每个针脚的详细电流特性、电流曲线和电气方面的特殊要求等信息。

1）应用情况：一些基本信息，如零件名称、重要性、车型项目、装车数量等。

2）总电路数：描述电器零件的一般电流特性，最大电流及持续时间、最小电流、稳定电流，功率电流 （大于10A）的路数，信号电流的路数。这些信息非常重要，连接器设计人员需要根据这些信息选择端子的类型，连接器的孔数。

3）温度：包括电器零件运行时的温度，电器零件处于非运行状态的温度。对于座舱内，一般采用T2的温度等级，对应-40～100℃；对于发动机舱，根据具体情况，可采用T2、T3、T4、T5和T6等温度等级，每个温度等级高温级差是25℃。

4）振动级别：分为3类。V1装在车身上，V2装在发动机上，V3与发动机悬臂连接。一般情况下，安装在发动机的本体上的振动 （V2）与安装在发动机的悬臂上 （V3）比较，后者的振动环境更复杂和恶劣，在车型开发后期，可用设备测量振动加速度。

5）密封等级：分为3类。E0无密封要求，如座舱内的电器设备；E1可耐受喷淋，如门内部分电器设备；E2可耐受300mbar压强的浸泡实验，如发动机舱无保护罩的设备。

6）零件采用的技术规范：指开发该电器零件的主要技术规范或技术任务书。

7）连接类型：相互连接指电器零件上带一段线束，与整车的线束连接，也称为线对线连接，在后灯上经常用到这种连接。插座指在电器零件上直接开模或者集成连接器，电器零件直接与线束连接，也称为线对设备连接，典型应用如收放机、扬声器、节气门等。两种连接方式对比如图2所示。

图2 两种连接类型对比

8）V0材料需求：指是否需要V0阻燃类型材料，可自动熄灭，通常在高风险、非常重要的零件上采用V0级别，如熔断丝盒等，V0材料成本较高。

9）连接器的布置：包含连接器安装在车辆的什么区域、周围的空间大小、对线束的出线方向有无要求等信息。

10）防插错颜色：同一类的连接器，可以制作成互不兼容的、具有机械防插错性能的多种型号，而每种具体的型号分别和一种颜色对应，零件设计人员可以对颜色提出要求。

11）备注：可填写其它补充信息。

连接器需求描述实际上是对设备的使用条件的详细说明，只有详细了解了设备的使用环境，才能选择合适的连接器，使其与环境相适应，连接器设计人员根据该需求描述进行连接器设计选型。

3 敏感信号的识别

即使有上述流程，在大量新车型的开发过程中，由于经验不足或设计人员疏忽，还是会出现连接器接触不良的情况，追求0ppm的可靠性是一种理想状态。为进一步提升可靠性，需要识别出敏感信号。在设计开发过程中，尽量避免采用敏感信号，或者对敏感信号的连接器采用高性能的端子（与普通端子相比成本较高）。

第1类是安全气囊系统。安全气囊ECU对电阻信号非常敏感，因为电阻可能影响到气囊起爆，这与ECU的诊断策略和气囊起爆原理有关。因此，在安全气囊ECU端，外资和合资品牌一般采用特殊的镀金端子。由于气囊安装位置的原因，通常线束需要由多段组成，例如，座椅上的气囊需要座椅线束与座舱线束连接，而座椅又经常前后移动，对接的地方就需要具备抗低频振动的端子，线束设计也需要遵守运动环的固定规则。如果没有遵守设计规则，这是经常导致安全气囊故障灯亮的原因之一。

第2类是某些特殊的小电流模拟信号，模拟信号容易受到线路阻抗的影响。当ECU需要该小电流信号做精确的控制，并且该电器零件又安装在振动比较强烈的地方时，可将其作为敏感信号。例如发动机ECU需要精确控制和判断节气门的开度，而该信号电流又小于0.01A，节气门安装位置振动剧烈，可将其列为敏感信号。又比如加速踏板位置传感器，其信号决定节气门的开度，非常重要，并且其电流也小于0.01A，但一般该传感器安装在车身上，振动比较小，一般采用普通端子即可。从设计实践来看，车门上也是一个冲击振动比较大的区域，如有该类信号，也需要注意。

4 结束语

为了降低连接器接触不良的故障，提高整车电器可靠性，电器零件开发过程中需要遵守连接器设计选择流程，分析其工作环境，在系统设计时尽量避免采用敏感信号，如无法避免，则应考虑采用与使用环境相适应的连接器和端子。