基于TRIZ理论的汽车连接器改进设计

【摘" 要】针对汽车连接器未满足电接触性能而导致使用过程中出现装配性能降低的问题，文章基于发明问题解决理论（TRIZ理论），利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析矩阵、39个工程参数、40个创新发明原理等知识库工具进行改进设计，在满足电接触性能和不增加成本的前提下，解决连接器装配性能低的问题。

【关键词】TRIZ理论；改进设计；冲突矩阵；防水型连接器

中图分类号：U463.6" " 文献标识码：A" " 文章编号：1003-8639（ 2024 ）08-0097-03

Improvement Design of Vehicle Connectors Based on TRIZ Theory*

WANG Wujun1，WANG Zhiguang1，JI Genchang2

（1.Connector Ramp;D Center Henan THB Electrical Co.，Ltd.，Hebi 458030；

2. Zhejiang Gekrypton Intelligent Technology Co.，Ltd.，Ningbo 315000，China）

【Abstract】In response to the problem of reduced assembly performance caused by inadequate electrical contact performance of automotive connectors during use，this article is based on the theory of invention problem solving （TRIZ theory） and utilizes the contradiction/conflict analysis matrix，39 engineering parameters，40 innovative invention principles and other knowledge base tools of TRIZ theory to improve the design. Under the premise of meeting electrical contact performance and not increasing costs，the problem of low assembly performance of connectors is solved.

【Key words】TRIZ theory；improve design；conflict matrix；waterproof connector

作者简介

王武军（1969—），男，硕士，正高级工程师，主要从事汽车用连接器开发和新技术研究工作；吉跟昌，男，硕士，主要研究方向为门系统及雷达防撞。

汽车连接器用于汽车电子电气系统可分离界面的电气连接器和信号传递，而可分离界面由插头端和插座端组成。在可分离界面处，为了实现良好的导通性能，插座端子弹片对插头端子头部需要一个正压力。正压力过大时，会造成系统装配困难；正压力过小时，会造成电气导通的可靠性降低。为确保电气导通的可靠性，一般正压力会比较大，从而造成装配困难问题。所以，汽车装配线上经常反馈连接器的装配困难问题，目前没有很好的解决办法。

1 TRIZ理论

" TRIZ理论是俄文中发明问题解决理论的词头缩写，是前苏联人阿奇舒勒及其领导的一批科研人员在分析了世界上近250万份发明专利的基础上，所提出的发明问题解决理论[1]。该理论将产品创新的核心――产生新的工作原理的过程具体化[2]，提出了技术系统演变的8个模式、冲突/矛盾矩阵、39个工程参数、40个发明原理及物质-场分析等发明工具和方法供人们使用，现已成为一种较完善的创新理论工具。

TRIZ理论解决问题的一般步骤：①对给定问题进行分析和定义；②工具和方法的选择，如果发现存在矛盾，则用“原理”去解决；如果问题明确但不知道该怎么做，则用“效应”去解决；如果系统需要改进，则用“标准解”去解决；③对设计结果进行评价，如果发现新问题，则要对问题继续分析，直到不出现新问题，设计方案得以应用[3]。基于TRIZ理论的冲突解决流程如图1所示。

用TRIZ理论解决特定设计领域的问题时，首先应采用TRIZ理论的定义方法将领域问题转化为TRIZ标准问题；之后利用发明原理、标准解、效应等工具，确定TRIZ通用解；最后通过与通用解的类比及设计经验，确定领域解[4]。

2 连接器的改进设计

2.1" 连接器插拔力分析

汽车连接器（图2）一般由插头护套2、插座护套5、插头端子3、插座端子4组成。使用时，插头端子3和插座端子4与导线1压接连接后分别装配在插头护套2和插座护套5内。通过插头护套2和插座护套5的啮合和分离实现插头端子3和插座端子4的啮合和分离，进而完成电路的导通和断开。连接器的插拔力主要由连接器插拔过程中公端子和母端子间的摩擦阻力决定，端子间的摩擦阻力与正压力和摩擦系数成正比，而电路的导通性能与正压力成正比。连接器的插拔力数值近似等于所有配对的公端子和母端子的摩擦阻力以及由于尺寸超差造成的附加力的几何迭加。对于端子数量较多的连接器，满足装配要求的插拔力条件时，往往需要降低端子间的正压力，会明显降低电气导通可靠性。

2.2" 问题描述及TRIZ分析

根据分析，该问题要解决的是汽车连接器的插拔力和电气导通可靠性的矛盾，可利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析法及相应的创新原理解决。该矛盾/冲突因果链分析如图3所示。分析可知：需要解决的问题是连接器的插拔力过大，现有的解决方法是降低端子配合的正压力以实现插拔力降低，现有解决方法的缺点是导电可靠性降低，造成使用风险。

用TRIZ理论对该技术矛盾定义如下。改善：力，恶化：可靠性，力VS可靠性。查TRIZ理论的39个工程参数表可知，改善的工程参数（力）为第10条工程参数，恶化的工程参数（可靠性）为第27条工程参数。据此查找冲突矩阵表（表1）可知，TRIZ理论提供的创新原理序号为3、13、21、35。对第3条、第13条、第21条、第35条发明原理进行如下分析。

1）原理3——局部质量原理。①将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的，将系统的温度、密度、压力由恒定值改为按一定的斜率增长；②让物体的不同部分各具不同的功能，如瑞士军刀（带多种常用工具，如螺丝刀、起瓶器、小刀、剪刀等）；③让物体的各部分处于完成各自功能的最佳状态，如在餐盒内设置间隔，在不同的间隔内放置不同的食物，避免串味。

2）原理13——反向作用原理。用相反的动作替代要求指定的动作；把物体或过程倒过来；让物体可动部分不动，不动部分可动。

3）原理21——减少有害作用的时间。将危险或有害的流程或步骤在高速下进行。如照相用闪光灯。

4）原理35——物理或化学状态的改变原理。①改变物体的物理状态；②改变物体的浓度和粘度；③改变物体的柔度；④改变物体的温度或体积。

经分析发现，原理13为“反向作用原理”，根据设计经验，该原理可以解决所分析的问题。

2.3" 改进设计方案

为解决汽车连接器用于多个端子时插拔力大造成装配困难问题，根据TRIZ理论分析，采用40个创新发明原理的第13个原理“反向作用原理”，将常规的连接器的挂台与孔配合的自锁结构改为自锁凸台配合的自锁结构6（图4）。该设计方案的工作原理为：对插装配公端连接器和母端连接器时，首先插头护套和插座护套上的自锁凸台的自锁前斜面相接触，自锁凸台所处的外框架开始发生弹性形变，继续装配公端连接器和母端连接器，插头护套和插座护套上的自锁凸台上的圆弧顶点对接重合后，自锁凸台所处的外框架的弹性形变达到最大值，此时插头端子和插座端子接触开始产生阻力。继续装配公端连接器和母端连接器，插头护套和插座护套上的自锁凸台的自锁后斜面开始接触，自锁凸台所处的外框架开始恢复弹性形变，弹性形变恢复完成时，插头端子和插座端子装配到位。装配过程中，自锁凸台所处的外框架恢复弹性形变的力能抵消一部分插头端子和插座端子对插时产生的摩擦阻力，使连接器的整体插入力降低。

经过实践验证，该方案能有效解决多线连接器装配困难的问题，使连接器的可靠性得到保证，且该方案不需要增加额外成本。

3 设计方案对比分析

改进后的设计方案与原方案相比，生产成本不变，售后成本降低，可靠性提高。表2为改进设计方案与原方案在材料、工艺性、可靠性、成本等方面的对比分析。

4 结论

TRIZ理论将复杂的发明问题解决过程通过一种相对简单的逻辑思维展现在人们面前，使发明问题的解决得以简化。利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析矩阵、39个工程参数、40个发明原理等知识库工具对汽车连接器传统设计存在的装配性能降低问题进行改进，在保证成本不变、导通性能不降低的前提下解决装配困难的问题。该问题的解决也证明TRIZ理论是一种非常有效的创新设计工具。

参考文献：

[1] 徐起贺，任中普，戚新波. TRIZ创新理论实用指南[M]. 北京：北京理工大学出版社，2011.

[2] 米峰，王小平. 基于TRIZ与QFD的故宫旅游产品造型设计研究[J]. 河北工业科技，2008，111（5）：27-31.

[3] 江帆，王一军，萧仲敏，等. 基于TRIZ理论的滚筒球磨机防水结构创新设计[J]. 矿山机械，2010，38（5）：71-73.

[4] 韩华亭，范海雄，王崴，等. 基于TRIZ理论的一种可调整支架的改进设计[J]. 机械设计与制造，2010（2）：31-33.

（编辑" 凌" 波）