淺析汽車線束分支末端連接器和其最近固定點(diǎn)之間的距離

張鵬,邱偉，辛強(qiáng)

(1.中汽檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東廣州 510535;2.中國(guó)汽車零部件工業(yè)有限公司，北京 100083)

0 引言

當(dāng)前，在主機(jī)廠的線束設(shè)計(jì)規(guī)范中，大都會(huì)對(duì)固定點(diǎn)與固定點(diǎn)之間的距離進(jìn)行定義，卻鮮有對(duì)線束分支末端的連接器和其最近固定點(diǎn)之間的距離做出說明，大部分的“Global OEM”也是如此。但是，很多連接器出現(xiàn)的失效問題，卻跟這個(gè)問題相關(guān)，比如：端子鍍層磨損、端子阻抗變大、連接器信號(hào)瞬斷、密封連接器漏水、端子銹蝕、甚至燒蝕等等。

線束分支第一個(gè)固定點(diǎn)到連接器之間的距離問題，不是上述失效的充要條件，而是這些失效的潛在原因之一。為此，本文作者針對(duì)這個(gè)距離問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，找到了其原因所在，并提出了解決方案，從而避免失效情況的發(fā)生，為線束工程師的設(shè)計(jì)工作提供了參考和指導(dǎo)。

1 固定點(diǎn)與分支點(diǎn)的介紹

圖1為分支末端連接器到第一個(gè)固定點(diǎn)距離，圖中的“L”即為所討論的距離。

圖1 分支末端連接器到第一個(gè)固定點(diǎn)距離

文中所說的固定點(diǎn)(Retainer)，是指固定在車身或者車身附件上的有直接物理連接的各種裝置，比如各類卡釘、將線束綁縛在車身上的軋帶、塑料通道等等。

此處，有兩個(gè)概念需要做出解釋，這也是實(shí)際工作中工程師容易混淆的地方：分支點(diǎn)和固定點(diǎn)。一般情況下，不可以把線束分支點(diǎn)視作固定點(diǎn)，如圖2所示。圖中“分支點(diǎn)A”是不能夠視為固定點(diǎn)的，除非主干非常粗壯，而且在靠近分支點(diǎn)A的地方有固定點(diǎn)，可以確保分支點(diǎn)A的相對(duì)固定。

圖2 分支點(diǎn)

2 一般固定點(diǎn)的作用

一般固定點(diǎn)的作用通常如下：

(1)固定線束，避免產(chǎn)生噪聲、磨損；

(2)定位線束，躲避干涉；

(3)導(dǎo)向線束，讓分支朝向適當(dāng)方向；

(4)工藝裝配需求[1]。

3 分支上距離末端連接器最近的固定點(diǎn)的作用

汽車線束行業(yè)設(shè)計(jì)要求：在靜態(tài)時(shí)，線束安裝在車上以后，不能讓導(dǎo)線對(duì)連接器內(nèi)部的端子有拉力。在靜態(tài)下端子不受導(dǎo)線拉力，依然不可以確保端子/連接器的穩(wěn)定安全。車輛一旦啟動(dòng)，就始終是一個(gè)振動(dòng)的環(huán)境。而振動(dòng)的本質(zhì)，是有力和加速度的存在。

下面分析一下端子的受力情況，先簡(jiǎn)化模型，用單根導(dǎo)線來講解，如圖3所示。

圖3 單根導(dǎo)線模型

線束裝車以后，連接器和固定點(diǎn)都已經(jīng)被固定起來了，先假設(shè)線束設(shè)計(jì)是合理的，即在靜態(tài)時(shí)，端子沒有受到導(dǎo)線的拉力(導(dǎo)線及覆蓋物的重力除外)。在車輛運(yùn)行后，整車即處于一個(gè)振動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)橛姓駝?dòng)加速度的存在，同時(shí)根據(jù)力與反作用力原理，端子和導(dǎo)線之間就存在了拉力(動(dòng)態(tài)應(yīng)力)。

一般情況下，連接器端子和固定點(diǎn)共同承載長(zhǎng)度為“L1”導(dǎo)線的力，但是在某個(gè)特殊時(shí)刻(特定的振動(dòng)方向上)，導(dǎo)線所有的力都可能會(huì)加載在端子上，此為最惡劣狀況，此刻，端子的受力大小為：

F=m·a

式中：m為L(zhǎng)1這段長(zhǎng)度導(dǎo)線的質(zhì)量;a為振動(dòng)加速度。

由于振動(dòng)加速是不受人為控制的，在某個(gè)時(shí)刻，加速度是固定的，所以端子的受力大小，取決于導(dǎo)線的質(zhì)量，換句話說，也就是取決于導(dǎo)線的長(zhǎng)度。當(dāng)然，上面只是一個(gè)簡(jiǎn)化的物理模型，其實(shí)端子受力的大小，不僅僅取決于導(dǎo)線的質(zhì)量，還有導(dǎo)線外面覆蓋物的質(zhì)量。

在多孔連接器中，由于實(shí)際生產(chǎn)上沒有辦法保證各個(gè)端子所連接導(dǎo)線的松弛度都是一樣的，而這些導(dǎo)線又都是包覆在一起的，所以在某個(gè)振動(dòng)時(shí)刻，甚至?xí)l(fā)生這一段線束(導(dǎo)線及其覆蓋物)所產(chǎn)生的全部拉力都作用在連接器中的幾個(gè)甚至一個(gè)端子上。所以，這段線束的長(zhǎng)度(即到連接器最近的這個(gè)固定點(diǎn)和連接器之間的距離)，決定了端子的受力大小。

綜上所述，分支上距離末端連接器最近的固定點(diǎn)的作用除了具有一般固定點(diǎn)的作用外，還具有最本質(zhì)的作用——應(yīng)力控制，通過控制長(zhǎng)度(到連接器的距離)來控制作用在端子上的應(yīng)力大小，防止此應(yīng)力過大而產(chǎn)生一系列的失效。

4 連接器到其最近的固定點(diǎn)之間的距離

連接器到其最近的固定點(diǎn)之間的距離，最終取決于“端子/連接器”這個(gè)系統(tǒng)對(duì)作用在其上的振動(dòng)拉應(yīng)力的承受能力。所以，解決這個(gè)距離問題的方案，應(yīng)該到端子、連接器的標(biāo)準(zhǔn)中去尋找，例如SAE/USCAR-2-2020[2]，這是一個(gè)汽車電氣連接器(含端子)的標(biāo)準(zhǔn)，其中關(guān)于振動(dòng)測(cè)試的設(shè)置如圖4所示。

圖4 振動(dòng)測(cè)試設(shè)置模型

由圖4可以看到，線束上連接器和其最近的固定點(diǎn)之間的距離為(100±10)mm[2]。

文中第3節(jié)已經(jīng)分析了在振動(dòng)情況下這個(gè)距離對(duì)于連接器和端子的影響。如果某個(gè)連接器(連同端子)是按照SAE/USCAR-2這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系開發(fā)驗(yàn)證的，那么可以將“(100±10)mm”理解為“連接器/端子”系統(tǒng)的固有屬性。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn) [3],發(fā)現(xiàn)幾乎所有體系的汽車連接器標(biāo)準(zhǔn)中，都將此距離定義為100 mm。也就是說，如果使用的連接器是按照上述幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系開發(fā)的，而在線束設(shè)計(jì)中，卻忽視這個(gè)“屬性”，擅自增大這個(gè)距離尺寸，那么出現(xiàn)連接器相關(guān)失效就實(shí)屬正?，F(xiàn)象。

當(dāng)然，有人在設(shè)計(jì)中沒有遵守這個(gè)“100 mm”原則，似乎也沒出現(xiàn)失效?？赡艿脑蛴校哼B接器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是有或多或少的余量；連接器孔位并未用滿；覆蓋物質(zhì)量較少。甚至還有可能，出現(xiàn)了失效，只是沒有被發(fā)現(xiàn)而已。

由于不清楚每一個(gè)連接器的設(shè)計(jì)余量，所以，在設(shè)計(jì)線束時(shí)，最好不要去放大這個(gè)距離尺寸，除非做過了充分的測(cè)試驗(yàn)證。否則，即使現(xiàn)在沒有出現(xiàn)問題，也不代表在整個(gè)壽命周期內(nèi)都是安全的。

現(xiàn)實(shí)中還存在一個(gè)實(shí)車空間無法達(dá)到要求的問題。這就要求線束的三維設(shè)計(jì)要跟整車設(shè)計(jì)同步，讓線束布置滿足所需要的空間。即使?jié)M足不了，也要盡可能地靠近這個(gè)數(shù)值。

5 結(jié)束語

文中從連接器、端子及振動(dòng)的角度探討了汽車線束三維布局設(shè)計(jì)中的一個(gè)典型問題，即線束分支末端連接器和其最近的固定點(diǎn)之間的距離，根據(jù)連接器設(shè)計(jì)驗(yàn)證體系標(biāo)準(zhǔn)，最大應(yīng)為100 mm；同時(shí)倡導(dǎo)線束設(shè)計(jì)回歸設(shè)計(jì)本質(zhì)，即講邏輯而非靠經(jīng)驗(yàn)，重驗(yàn)證而非憑想象。