汽车电子产品的现在有很大一块是面向不同车企的兼容化设计,不管内部如何兼容,具体到外部就需要确定连接接口需求,包括安装位置、结构和电器方面的内容,一个突出的问题就是连接器的选择。汽车连接器及线束是对汽车进行电信号控制的载体,,将车辆中央控制部件与汽车控制单元、电气电子执行单元、电器件有机地连接在一起,形成一个完整的汽车电器电控系统。

(1)     汽车连接器及线束在车内电子技术中的含量和数量,也是汽车功能和性能的一项重要指标

(2)     汽车连接器,单车大约需要 200 条线束、350 个以上的连接器

 

我们在选择连接器的时候,首先需要考虑汽车连接器的特殊性。汽车连接器也是不同整车企业自己定标准为主,基础的国际标准为ISO 8092-2005,分为四部分:

(1)     ISO 8092.1 单线片式插接件的尺寸和特殊要求

(2)     ISO 8092.2 定义,试验方法和一般性能要求

(3)     ISO 8092.3 多线片式插接件的尺寸和特殊要求

(4)     ISO 8092.4 用于单线和多线插接的圆柱式插接件 尺寸和特殊要求

 

由于国际标准是博弈的结果,很多东西都是厂家决定了一个基础方向,但在试验参数及试验项目以及试验方法上都已不能符合连接器的发展现状,所以基本分成三个区域性的标准,代表美国、欧洲和日本汽车工业的一些要求。

1) 美国汽车工程学会制定的连接器性能规范USCAR-2,在试验参数及试验项目上能够代表连接器的发展现状,在试验方法上更具操作性。通用的GMW3191及菲亚特的7-Z8260等标准都是基于USCAR-2编写的。

2) JASO D605-1996 汽车电子插接器:日本汽车工业协会也基于日本车企的综合需求,制定了一个基本的连接器标准

3) LV 124 3.5 吨以下汽车电气和电子部件 试验项目、试验条件和试验要求,这份供货规范是由汽车制造 商奥迪公司、BMW 公司、戴姆勒公司、保时捷公司和大众汽车公司的代表编写而成的,这也是代表德国汽车产业的一份企业联合标准

而实际上,由于汽车连接器的实际情况,我们也是选大不选小,因为由于连接器选择问题带来的潜在麻烦实在比较多。所以我们不仅仅是参考标准体系,也是看排名选供应商的。

主要的连接器厂家介绍如下表所示,基于实际的考虑,我们对于连接器的兼容性,特别是考虑于整车对外接口的这部分,是需要考虑厂家的问题,特别是整车线束的另一端是由车企来确认的。

表1 主要的连接器厂家

莫仕美国做端子、胶壳起家,消费类电子连接器的世界老大,产品也覆盖消费电子、电力、医疗、汽车、航 空航天以及通讯网络方面,2013 年 9 月被科氏工业集团(Koch   Industries)以 72 亿美元收购;
德尔福派克美国全球领先的汽车与汽车电子零部件及系统技术供应商,原为通用汽车公司的零部件子公司,1999 年从通用车企分离,接插件、端子、USB 连接器等产品主要用于汽车
鸿海台湾主要从事电脑、通讯、消费电子、汽车电子等领域连接器、精密线缆与线缆装配产品的研发制造
矢崎日本日本连接器企业的佼佼者,产品主要用于汽车连接器
住友日本主要生产汽车、通讯、电子行业连接器 JAE(Japan   Aviation Electronics)
JAE日本初期主要生产日本军用连接器,现主要用于电脑、通讯轨道交通等领域
JST日本主要做电脑周边、汽车连接器及通信连接器等,但在大陆,主要是 FPC 等精密连接器比较有名
广濑端子日本主要生产用于摄像机,笔记本,液晶显示器等产品中的精密连接器

 

从性能上来看,我们首先要看连接器的材料和工艺的过程,如下图所示:

图3 连接器的整体工艺和产业概览

如果我们按照汽车的工艺来要求,包括端子、外壳还有密封等等工艺,都是我们重点需要去审查的。在选择连接器的时候我们应该从哪些角度去考虑适合硬件使用的连接器呢?

表3 连接器主要性能

机械性能: 连接器机械性能包括机械寿命、拔插力、机械防呆等

1.        机械寿命【耐久性】:以一次插入和一次拔出为一个循环,以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。

2.        插拔力:是重要地机械性能,插拔力分为插入力和拔出力(分离力)。插入力要小(从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构),而分离力若太小,则会影响接触的可靠性。  连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构接触部位镀层质量以及接触件排列尺寸精度有关。这里还可以略微细分:

a)        端子插入力是指端子插入Housing定位后所耗费的最大力量。

b)        端子保持力是指端子脱离Housing时所耗费的最小力量。

c)        插入力是指公座与母座配合时,欲插入所耗费的最大力量。

d)        拔出力是指公座与母座配合时,欲拔出所耗费的最小力量。

e)        PIN保持力是指使Wafer中的PIN针脱离其绝缘体时所需要的最小力量。

 

电气性能:连接器的电气性能主要包括:极限电流、接触电阻、绝缘电阻和抗电强度等。

1.        额定电压:生产厂推荐的最高工作电压,主要取决于所使用的绝缘材料,接触对之间的间距大小。某些元件或装置在低于其额定电压时,可能不能完成其应有的功能,连接器在低于额定电压下都能正常工作。

2.        额定电流:生产厂推荐的最高工作电流,在低于额定电流情况下,连接器一般都能正常工作。在连接器的设计过程中,是通过对连接器的热设计来满足额定电流要求的,

a)        在接触对有电流流过时,由于存在导体电阻和接触电阻,接触对将会发热。当其发热超过一定极限时,将破坏连接器的绝缘和形成接触对表面镀层的软化,造成故障。

b)        要限制额定电流,事实上要限制连接器内部的温升不超过设计的规定值。

c)        在选择时要注意的问题是:对多芯连接器而言,额定电流必须降额使用,这在大电流的场合更应引起重视。

3.        接触电阻:接触电阻是指两个导体在接触部分产生的电阻。连接器的接触电阻指标事实上是接触对电阻,它包括接触电阻和接触对导体电阻。

a)        通常导体电阻较小,因此接触对电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。

b)        在连接小信号的电路中,要注意给出的接触电阻的测试条件:

· 接触表面会附则氧化层,油污或其他污染物,两接触件表面会产生膜层电阻。在膜层厚度增加时,电阻迅速增大,是膜层成为不良导体。

· 膜层在高压下会发生机械击穿,或在高电压,大电流下会发生电击穿。

4.        绝缘电阻:是指在连接器的绝缘部分施加电压,从而使绝缘部分的表面内或表面上产生漏电流而呈现出的电阻值。

a)        主要受绝缘材料,温度,湿度,污损等因素的影响。

b)        连接器样本上提供的绝缘电阻值一般都是在标准大气条件下的指标值,在某些环境条件下,绝缘电阻值会有不用程度的下降。

5.        抗电强度(耐电压):接触对的相互绝缘部分之间或绝缘部分与接地之间,在规定时间内所能承受的比额定电压更高而不产生击穿现象的临界电压。

a)        主要受接触对间距和爬电距离和几何形状,绝缘体材料以及环境温度和湿度,大气压力的影响。

 

3) 环境性能:连接器环境性能主要包括:耐温、耐湿、耐盐雾、振动、冲击等。根据具体的应用环境选择。如应用环境较为潮湿时,对于连接器的耐湿、耐盐雾要求就高,避免连接器的金属触点被锈蚀。一般在汽车上这些条件需要参照ISO16750去考虑。

1.        环境温度:连接器的金属材料和绝缘材料决定着连接器的工作环境温度。高温会破坏缘材料,引起绝缘电阻和耐压性能降低;对金属而言高温可使接触对失去弹性,加速氧化和发生镀层变质。通常的环境温度为-40~85℃特殊场合下可能要求更高。

2.        潮湿:相对湿度大于80%,是引起电击穿的要原因。潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散,容易使绝缘电阻降低到MΩ级以下,长期处在高湿环境下,会引起物理变形,分解。逸出生成物,产生呼吸效应及电解。腐蚀和裂纹。特别是在设备外部的连接器,常常要考虑潮湿,水渗和污染的环境条件。

3.        温度冲击:湿度急变试验是模拟使用连接器设备在寒冷的环境转入温暖环境的实际使用情况。温度急变可能使绝缘材料裂纹或起层。在北方,汽车从外部进入车库或者关闭取暖时候温度变化会非常快。

4.        腐蚀环境:根据连接器的不同使用腐蚀环境,选用相应金属。塑料,镀层结构的连接器,像在盐雾环境下使用的连接器,如果没有防腐的金属表面,会使性能迅速恶化。这个一般在海边的情况尤其恶劣。

5.        振动和冲击:是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形,以及电气连续性中断的时间。