汽車連接器片型端子嚙合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與變遷

姜 銀，毛國(guó)軍，吳 震，蔡 恒，喻國(guó)倫，唐 海

（重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司，重慶 401120）

1 汽車連接器基礎(chǔ)介紹

連接器是電子終端實(shí)現(xiàn)信號(hào)或電流傳遞與交換的基本元件單元，其廣泛應(yīng)用于汽車、通信、消費(fèi)電子、國(guó)防軍工等諸多領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)汽車連接器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)230億人民幣，是連接器行業(yè)中最大的細(xì)分市場(chǎng)。常用的汽車連接器由護(hù)套、端子、卡子（TPA、CPA、PLR）組成，密封型連接器還包括密封圈和防水栓。

連接器主要由4個(gè)要素組成：接觸界面、接觸涂層、接觸彈性元件和連接器塑膠本體［1］，如圖1所示。連接器除塑膠本體外，其余3個(gè)要素均由端子決定，端子是實(shí)現(xiàn)電連接和信號(hào)傳輸?shù)暮诵模跈C(jī)械性能、電性能、抗振動(dòng)性能等方面均有較高的要求。隨著對(duì)端子可靠性等要求的不斷提升，汽車連接器端子也在材料、鍍層、嚙合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面持續(xù)地進(jìn)行發(fā)展。

圖1 非密封/密封型汽車連接器的組成

連接器端子的連接由公母端對(duì)插完成，不同行業(yè)連接器使用的端子依據(jù)其不同的特點(diǎn)和使用環(huán)境，其常用的形式往往會(huì)有差異。汽車連接器由20世紀(jì)70年代起開始引入中國(guó)，由插接工藝替代原有的螺栓壓接工藝，逐步推廣到市場(chǎng)。從低壓連接器起步，隨著新能源汽車和智能汽車的發(fā)展，逐步出現(xiàn)了高壓連接器、高速傳輸連接器等，但整車上使用最為廣泛的依然是低壓連接器，其中端子的形式又以片型端子為主，本文以低壓連接器的片型端子為主體，討論汽車連接器端子的發(fā)展。

2 汽車連接器端子嚙合結(jié)構(gòu)的發(fā)展

連接器端子按功能區(qū)域劃分，可分為壓接區(qū)、過渡區(qū)、自鎖區(qū)、結(jié)合區(qū)，其中結(jié)合區(qū)是公母端子對(duì)插結(jié)合的位置，即端子嚙合系統(tǒng)所在的位置［2］。如圖2所示。

目前汽車低壓連接器的片型端子又分為單料端子和雙料端子，其嚙合系統(tǒng)原理相同，均是采用彈性的金屬機(jī)械機(jī)構(gòu)用以維持金屬的正壓力，但具體形式又顯示出較大差異。端子嚙合結(jié)構(gòu)是決定端子彈片結(jié)構(gòu)、插拔力和接觸電阻的重要因素。

汽車連接器片型端子嚙合系統(tǒng)主要包括以下幾種類型：B字結(jié)構(gòu)端子及其變型、方形箱體彈片式端子、雙材料“鴨嘴”端子、雙材料“激光焊接”端子。其各自的特點(diǎn)如圖3所示。

圖2 端子的各功能區(qū)域

3 單料端子嚙合結(jié)構(gòu)的變遷

片式單料端子主要經(jīng)歷了B字結(jié)構(gòu)端子階段和方形箱體“彈片”式端子的發(fā)展階段。B字結(jié)構(gòu)端子為傳統(tǒng)端子類型，在國(guó)標(biāo)QC/T-417.3中，對(duì)其結(jié)構(gòu)、尺寸和性能要求有明確規(guī)定，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，目前應(yīng)用較廣泛，但插拔力大且易產(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，未來(lái)將會(huì)逐步被替換。

圖3 汽車連接器片形端子的幾種常見類型

方形箱體彈片式端子則以其端子彈片的形式而異，主流的方箱彈片式端子按彈片的結(jié)構(gòu)分為下列4種類型：懸臂梁形端子、卷舌形端子、簡(jiǎn)支梁形端子和彈性簡(jiǎn)支梁形端子［3］（圖4），其發(fā)展順序也是端子結(jié)構(gòu)性能和操作舒適度在不斷優(yōu)化與提升的過程。

懸臂梁端子的插拔力小，但耐久性相對(duì)較差，易產(chǎn)生應(yīng)力松弛等問題。卷舌形端子結(jié)構(gòu)可以確保高耐久性，但對(duì)插中插拔力很大，對(duì)于多Pin連接器對(duì)插不友好。簡(jiǎn)支梁形端子是在二者基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，耐久性較懸臂梁端子好，插拔力也較卷舌形端子小，能提供較優(yōu)良的綜合性能。彈性簡(jiǎn)支梁端子則是在其基礎(chǔ)上增加了彈性結(jié)構(gòu)，減小插拔力的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的耐久性也提供了足夠的保證。

圖4 方形箱體彈片式端子的4種嚙合結(jié)構(gòu)

圖5是4種嚙合結(jié)構(gòu)插拔力分析及簡(jiǎn)支梁型端子與彈性簡(jiǎn)支梁端子的對(duì)比分析。

4 雙料端子嚙合結(jié)構(gòu)的變遷

雙料端子的出現(xiàn)，是基于提升產(chǎn)品性能的考慮，其結(jié)構(gòu)由兩種材料通過咬合、焊接等機(jī)械連接的方式組合而成的，內(nèi)層嚙合部分采用電性能較好的銅材，且銅材采用多觸點(diǎn)的連接方式，而外層采用機(jī)械強(qiáng)度較好的材料，用以提高產(chǎn)品的耐久性和穩(wěn)定性，通常采用鋼卡的形式保證抗振性能和高溫強(qiáng)度。如圖6所示。

圖5 4種嚙合結(jié)構(gòu)的插拔力仿真分析結(jié)果

圖6 雙料片形端子的兩種嚙合結(jié)構(gòu)

雙料端子也有其發(fā)展的過程，按其結(jié)構(gòu)可分為彈性結(jié)構(gòu)二次夾緊方案和箱體結(jié)構(gòu)二次夾緊方案［3］。

彈性結(jié)構(gòu)二次夾緊方案的雙料端子又稱“鴨嘴形”端子，其內(nèi)層銅材采用鴨嘴形結(jié)構(gòu)，鋼卡端部則與“鴨嘴”結(jié)構(gòu)貼合，為其提供額外的夾持力，對(duì)PIN針正壓力大，用以保證電端子的可靠嚙合。但也正是由于額外的夾持力，在公母端對(duì)插時(shí)，插拔力會(huì)相應(yīng)增加。

箱體結(jié)構(gòu)二次夾緊方案的雙料端子，內(nèi)層嚙合部分采用多觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，依據(jù)規(guī)格不同，有4觸點(diǎn)、6觸點(diǎn)甚至8觸點(diǎn)等不同形式。多觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)提供了良好的嚙合性能，旨在提高產(chǎn)品的通電流能力和穩(wěn)定性，同時(shí)彈片的雙曲線結(jié)構(gòu)擁有高彈性，在降低插拔力方面起到積極的意義。外層則采用不銹鋼材料制作而成，可以有效解決高溫下端子夾緊力衰減的問題，同時(shí)使掛接護(hù)套可靠，且采用焊接方式加固以應(yīng)對(duì)材料本身的應(yīng)力釋放，對(duì)內(nèi)層彈片進(jìn)行限位，提供良好的抗振動(dòng)性能，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫、高振動(dòng)環(huán)境下的使用需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

在目前汽車連接器片型端子的選型和應(yīng)用中，插拔性能、機(jī)械性能綜合性較好的彈性簡(jiǎn)支梁形端子應(yīng)用越來(lái)越多，而對(duì)于較苛刻的環(huán)境，能提供良好高溫耐久性且插拔力相對(duì)較小的箱體結(jié)構(gòu)夾緊方案的雙料端子則更受青睞。

隨著汽車行業(yè)電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，連接器端子在未來(lái)會(huì)體積更小，精度更高，載流能力更強(qiáng)，其嚙合結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著技術(shù)進(jìn)行新的變遷與發(fā)展。