某车型变速器倒车灯开关烧蚀问题的解决策略

蓝宝立 邓克旺 黄财隆

摘要：文章通过对汽车手动变速器倒车灯开关失效问题进行分析，提出汽车变速器倒车灯开关失效的分析模型，通过对倒车灯电器架构原理、倒车灯开关失效的机理、倒车灯开关故障件拆解检测及开关内部结构工作原理展开分析，找出倒车灯开关绝缘体烧蚀的根本原因，即动触片与推杆的上、下绝缘体匹配缝隙结构不合理，齿轮油中金属杂质在缝隙处沉积导致漏电烧蚀，针对上、下绝缘体匹配结构不良提出改进措施，并通过相关试验验证解决措施的有效性。结果表明，上、下绝缘体结构优化后的倒车灯开关绝缘体烧蚀失效問题得到有效解决。

关键词：倒车灯开关；绝缘体；烧蚀；短路

中图分类号：U463.2    文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）02-0019-04

0 引言

随着汽车技术的高速发展，市场竞争越来越激烈，汽车产品从无到有、从有到优，控制成本及提升产品质量是赢得市场竞争的关键。变速器总成是传动系统的关键总成，也是传动系统故障率较高的总成，为降低变速器总成的故障率、提升产品竞争力，对变速器总成“三包”期中出现最多的排名前10位的问题进行研究分析。手动变速器上的倒车灯开关总成虽然经过触点式到滑片式的结构改进，故障率有所降低，但是在变速器总成故障中仍然排在前10位的问题，仍需继续分析改进。本文从倒车灯开关结构上进行故障分析，找出倒车灯开关绝缘体烧蚀的原因，从绝缘体结构方面提出解决对策，并进行实车导入验证其有效性。

1 背景介绍

某车型项目手动变速器自量产后，陆续接到倒车灯开关故障的售后反馈，故障现象主要表现为倒车影像闪烁或无影像、倒车灯不亮及倒车电路保险烧坏等问题，售后维修未发现倒车灯烧坏，更换变速器倒车灯开关后故障解除，但客户对无倒车影像及无倒车灯照明的故障抱怨较大。对售后维修数据系统导出过往月份维修数据进行统计分析发现，倒车灯开关发生故障的里程主要集中在20 000～30 000 km，过往月份的12MIS（出厂处于质保使用12个月内）统计平均故障率约0.15%，单月维修单数约20起；营运车辆每天行驶里程高达500 km，两个月的行驶里程约30 000 km，故障表现突出且重复维修更换零件后仍然无法解决问题，客户抱怨较大，倒车灯开关单月的维修故障数量排名在整车系统故障维修数量的前10位。为解决客户抱怨及降低售后索赔金额，需要对倒车灯电路系统进行故障分析及提出解决对策。

2 问题分析

汽车倒车灯开关失效的影响因素较为复杂，通过对倒车灯电器架构设计原理、倒车灯开关内部结构工作原理及失效机理进行分析，总结倒车灯开关失效质量问题的分析模型［1］（如图1所示）。

2.1 整车倒车灯电器架构设计原理

整车倒车灯电路架构设计原理如图2所示，倒车灯电路架构中，变速器倒车灯开关作为驱动开关串联在“电路电源12 V+输入端”，倒车灯开关外壳体装配在变速器本体上，变速器壳体与车身负极地连接，左/右倒车灯一端与倒车灯开关另一端连接，另一端与车身负极地连接。倒车灯开关为常开式结构，倒车时，通过对变速器执行倒挡、换挡动作，变速器倒挡机构推动倒车灯开关推杆机械运动，开关闭合电路导通，倒车灯点亮；当变速器退出倒挡时，倒车灯开关在回位弹簧力的作用下机械复位，开关断开电路开路，倒车灯熄灭。

倒车灯电路正常工作额定功率为42 W，额定电压为12 V，额定电流为3.5 A，冷机最高瞬态电流约17.5 A，倒车灯开关额定功率为60 W，额定电流为5 A，瞬态电流约为20 A。

倒车灯不亮的故障原因分析如下：倒车灯开关是一个常开式开关，安装在正极上，接通后倒车灯点亮。对开关的工作电路进行分析发现，出现此类故障的主要原因为内部触点断路损坏，导致外部电路不能接通或内部短路，使电流不能到达倒车灯。常见的触点断路故障有触点松动接触不良、触点拉弧积碳、高温塑料件融化变形无法接触等［2］；常见的内部短路故障有触点拉弧高温绝缘体烧蚀短路、触点变形与弹簧短接短路等。

2.2 故障现场调查

仅从售后数据故障描述，无法详细了解故障情况，根据售后故障信息反馈，组织相关人员到4S店对实车进行故障现场调查。故障车为营运车型，主要在城镇间客运往返，每天行驶里程约500 km，整车倒车灯电路无改装或加装情况，检查倒车灯开关接插件无异常，检测整车电路电压、电流及倒车灯开关电阻值，检测结果见表1。工作电压正常，倒车灯电路峰值电流存在异常，倒车灯开关电阻值也存在异常。通过更换新的倒车灯开关，重新检测整车电路电流，电路峰值电流恢复正常，倒车灯及倒车影像恢复正常。分析现场实车换件前后的检测结果，判定变速器倒车灯开关总成失效导致倒车灯电路工作异常。

2.3 故障件拆解分析

（1）从售后返回故障件中抽取5件进行故障分析，故障信息均为无倒车影像。对故障件进行检测分析，倒车灯开关外观检查无异常，检测开关的输入、输出线路在开关通断工作时无异常，检测倒车灯开关线束与外壳体绝缘情况，开关断开状态时正常，开关接合状态时均出现短路异常现象，判定倒车灯开关主要故障模式为接合状态线束与外壳体短路失效［3］。

（2）拆解故障件，拆解后从外观上分析，内部推杆组件动触片上的绝缘体存在明显烧蚀现象，不同故障里程更换的故障件的烧蚀程度不同，故障里程越长，则烧蚀越严重。用万用表检测动触片与推杆绝缘性能发现，故障件的动触片与推杆均存在短路导通现象，判定倒车灯开关短路的主要故障模式为动触片与推杆间绝缘体失效短路，推杆与金属外壳体为金属接触导致倒车灯电路短路失效。

（3）对壳体内腔及推杆组件进一步拆解分析，壳体内腔底部有明显黑色的金属杂质沉积，腔体内沉积的杂质主要来源于变速器齿轮油中齿轮磨损金属杂质。推杆、动触片及绝缘体拆解，动触片电源输入端明显烧蚀发黑，上绝缘体凸缘有烧蚀缺口，绝缘垫片也明显烧蚀缺口，推杆台阶有烧蚀料渣（如图3所示）。

2.4 绝缘体烧蚀原因分析

（1）零部件尺寸及装配问题。经检查，动触片、推杆、上绝缘体、下绝缘垫等零件关键重要尺寸、位置度均为全检项，推杆组件压装后的绝缘性能均为全检项，保证出厂时各零部件尺寸及装配合格，零部件或组件装配质量出问题的概率小，非主要原因。

（2）绝缘体原材料材质问题。供应商现场实际装配情况确认，所有倒车灯开关产品零件（上绝缘套、下绝缘垫圈）采用的都是相同材料，热变形特性耐200 ℃的高温，未发生设计变更，原材料不合格导致故障风险较小，非主要原因。

（3）整车异常大电流导致绝缘体烧蚀。①现场调查故障车更换倒车灯开关后，整车倒车灯回路电流检测，未发现异常大电流现象；厂内全新整车下线检测倒车灯回路电流，也未发现大电流现象，检测结果见表2。②倒车灯开关耐电流试验验证：电压为12 V，分别开展50 000次10 A、20 A、25 A不同异常大电流的持续接通/断开的耐久试验，在20 A以下电流工作时，基本无异常；完成25 A电流下工作的耐久试验后，绝缘体有轻微烧蚀，绝缘体绝缘性能未失效；而25 A以上的大电流会对绝缘体耐久烧蚀有影响。

（4）绝缘体疲劳破损。倒车灯开关工作中，动触片不断地开合，底部圆孔边沿对绝缘体进行磨削导致绝缘体疲劳破损，触片与推杆接触短路。经故障件拆解分析，轻微烧蚀和严重烧蚀样件、上绝缘体凸缘未见切割破损，未见触片移位与推杆接触现象。

（5）绝缘体漏电短路。倒车灯开关在变速器总成上方竖直布置，根据内部结构及工作原理分析，内部剖面结构如图4所示，动触片与推杆间采用上绝缘套与下绝缘平垫组合结构装配，动触片底部与推杆存在小缝隙（约0.4 mm），推杆与外壳体为金属接触结构。在开关断开时，推杆组件向下移动，开关内腔体积变大形成负压，齿轮油在齿轮旋转飞溅到壳体上方，少量齿轮油被吸入腔体内；在开关工作时，推杆组件向上移动，开关内腔体积变小形成正压，腔体内齿轮油被挤出。变速器齿轮啮合产生的金属杂质伴随齿轮油也被吸入开关内腔，在绝缘体缝隙间沉积，导致动触片与推杆产生不良接触，在开关接通电源正极时，瞬态峰值电流冲击发生漏电短路，产生大电流及高温，导致绝缘体烧蚀失效。

2.5 结果分析

综合以上原因分析，倒车灯开关推杆组件上的动触片与推杆间绝缘体烧蚀短路是导致倒车灯开关失效的主要原因，而推杆组件的上、下绝缘体结构缝隙金属杂质沉积漏电短路，是绝缘体烧蚀的根本原因。

3 解决措施

针对倒车关开关漏电短路失效问题，从倒车燈电器架构及倒车开关结构工作原理方面入手，提出如下改进措施。

（1）从倒车灯电路架构进行改善。整车倒车灯电路采用逻辑电器架构，可以降低倒车灯开关电路负载电流（如图5所示），倒车灯电路采用继电器控制倒车灯点亮与熄灭［4］。倒车灯开关接通时，将继电器的控制端与地线接通，拉低电路电压形成电势差，驱动继电器闭合，倒车灯电路形成回路，点亮倒车灯；倒车灯开关断开时，控制端与地线断开，倒车灯继电器断开，倒车灯熄灭。

逻辑电路的优点如下：倒车灯开关仅作为继电器信号输入控制倒车灯回路的通断，倒车灯开关电器回路电流降低至150 mA以下，减少开关因瞬态峰值电流及触点拉弧等而失效，提升倒车灯开关的使用寿命。逻辑电路的缺点如下：整车倒车灯电器架构原理变更，线束接线原理需要变更，增加继电器，成本增加，全新装车可以应用，已有车辆售后无法改制升级。

（2）倒车灯开关推杆增加油封密封。为防止齿轮油将金属杂质带入倒车灯开关腔体内产生短路，可在推杆与壳体间增加“O”形密封圈，壳体需要增加“O”形圈环型槽，加大推杆表面粗糙度等级，装配工装工艺需变化，企业需投入工装开发费用，零件总成成本增加。

（3）倒车灯开关绝缘体结构改进。增大动触片与推杆绝缘面积，消除触片与推杆间绝缘体缝隙，将上、下绝缘体配合结构进行设计改进，将上绝缘体a由凸缘设计改为沉孔设计，将下绝缘垫b由平垫设计改为凸缘设计，凸缘的高度要求大于底垫的厚度，上、下绝缘体配合后，动触片底部与推杆间绝缘面积增大且无小缝隙结构（如图6所示），动触片与推杆设计不变，绝缘体与推杆顶部的铆压工艺维持不变，可有效解决齿轮油杂质沉积导致的漏电问题。此方法仅涉及绝缘体模具修模开发，投资费用少，材料成本不变、装配工艺不变，同时可满足整车售后故障维修更换升级。

为有效解决倒车灯开关失效问题，同时考虑整车开发成本及售后维修升级，采用章节“3（1）”中提出的措施对倒车灯开关绝缘体结构进行设计改进，针对绝缘体漏电烧蚀问题进行改善，需重新开发上、下绝缘体模具，开发周期约20 d，其他零件及装配工艺不变，成本无变化，同时可满足售后故障维修更换升级。

4 产品验证

（1）零件单体台架试验验证如下：按照《倒车灯开关台架试验大纲》中的要求，开展性能测试、电压降测试、绝缘阻抗试验、耐温试验、寿命试验、密封性测试等台架性能试验，样品通过台架试验验证，完全满足试验要求。

（2）整车试装验证如下：①路试情况。整车搭载综合道路试验里程为30 000 km，要求每10 km至少进行20次挂倒挡动作，试验结束拆解未见异常，符合试验标准要求。②整车售后跟踪验证。通过售后市场进行跟踪快速验证，在售后市场营运车型中，抽取10台故障车更换整改后的倒车灯开关样件进行试装跟踪验证，整改样件在售后营运车上试装跟踪超过4个月，跟踪里程超过30 000 km，未发现倒车灯开关故障异常反馈。

综合以上验证结果表明，针对倒车灯开关绝缘体实施以上结构优化方案后，绝缘体烧蚀问题得到有效解决。

5 结语

通过对倒车灯开关优化前后结构进行对比分析和试验验证得出结论如下：①通过对倒车灯开关结构和工作原理进行分析，总结汽车倒车灯开关失效问题分析模型，利用问题分析模型快速锁定问题，找到根本原因，提高解决质量问题的效率。②倒车灯开关绝缘体结构优化后，动触片与推杆绝缘配合面积增大，有效提升了该处的绝缘性能。随着汽车技术的发展，从无到有，从有到优，客户越来越关注汽车动力性、NVH性能及可靠性等，在产品开发过程中，需要更加关注零部件的细节设计，不断提升产品竞争力。

6 参考文献

［1］朱亮，程陶园.某车型前制动钳异响问题分析［J］.企业科技与发展，2014（13）：63-65.

［2］辛树清. 变速器倒车灯开关故障分析［J］.现代零部件，2014（5）：72.

［3］敬亚杰，李现伟，李佳雯.HNSAE19252某车型倒车灯开关烧蚀问题的分析及整改：第十六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集［C］.郑州：河南省汽车工程学会，2019：386-388.

［4］李祥，李志超.倒车灯开关电路的改进［J］.工程机械与维修，2008（5）：147.