小部件,大功能--汽车连接器技术创新及其应用探讨

汽车连接器技术创新及其应用探讨

作者:陈永光 发布时间:2013-03-19
分享到
随着电子技术的飞速发展,以及人们对汽车在安全性,环保性,舒适性和智能化等方面的要求越来越高,汽车的电子化程度正在快速提高.

随着电子技术的飞速发展,以及人们对汽车在安全性、环保性、舒适性和智能化等方面的要求越来越高,汽车的电子化程度正在快速提高。半导体、传感器和连接器等部件在汽车中的应用也日趋广泛,其技术创新和应用对提升汽车整体性能发挥着越来越重要的作用。

汽车连接器的作用主要是在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间,架起沟通的桥梁,从而使电流流通,使电路实现预定的功能。一般汽车需要用到的连接器种类有近百种,单一车型所使用的连接器约有数百个之多。这也使得汽车连接器的应用数量呈现快速增长的态势。

汽车连接器部件看似“不起眼”,但其对于汽车整体性能的重要意义却不容小觑。连接器性能的可靠性直接关系到车辆的安全性,甚至关系到车辆的舒适性和节能环保等特性。因此,为了确保连接器的质量可靠性,各种苛刻的试验,如冲击试验、盐雾试验和高温试验,以及严格的在线检测等缺一不可。同时,人们又努力从产品设计和应用新材料等多方面进一步优化连接器产品,以使其在更加小型化的同时,通过应用新型材料和新设计,使其进一步实现轻量化,而其功能则不允许有丝毫让步,甚至会得到进一步提升。

AI:作为一家领先的车用连接器供应商,贵公司可提供哪些车用连接器产品系列?

沈伟明先生:TE Connectivity在汽车线束用端子的开发与制造方面拥有数十年的经验,与各大汽车品牌厂商一起研究和制定了汽车上电流和数据传输的技术规范和验证标准,为客户不断提供更好的技术解决方案。TE Connectivity在美国、欧洲及亚太地区都有产品研发中心。虽然车型不同,但全球大部分汽车都有100~4500个TE Connectivity提供的部件。在中国,很多整车企业和一级零部件供应商都是我们的客户。TE Connectivity上海总部具备较强的产品开发实力和快速样品制作能力,并拥有先进的试验设备,专业生产和研发适合中国客户和汽车市场需求的连接器、中央电器盒、传感器、线束、新能源高压系列产品及车载娱乐系统等产品系列。

蒋炯毅先生:2012年10月26日,德尔福以7.65亿欧元(约合9.72亿美元)收购FCI集团下属汽车产品事业部(MVL),继而成为全球第二大汽车连接器供应商。新的德尔福连接器系统全球年销售收入为24亿美元。此次收购不仅帮助德尔福连接器系统扩大了产品组合,拓展了全球布局,而且增强了客户基础,将为德尔福连接器系统带来日产汽车和现代汽车等新客户,并加深了和大众汽车及其他法系整车制造商的合作。

新的德尔福连接器系统产品组合更为广阔,拥有线束端连接器、设备端连接器、一体化设备端连接器、安全约束系统连接器、数据传输连接器、高功率连接器及中央电气盒等六大类。这些产品互为补充,可为客户提供全套的解决方案。


图1  德尔福连接器系统的安全约束系统连接器

AI:请重点举例,贵公司的连接器产品在汽车中有哪些典型应用?

沈伟明先生:TE Connectivity拥有汽车行业最广泛的接插件的产品系列。我们通常不强调哪个产品更典型或者主推哪个系列的应用。客户在不同的发展阶段,不同的车型和配置上所需要的产品会有很大的差异。因此,我们会根据每个客户、每一款车的适用规范、要求和能接受的费用,选择对客户最有利的、量身定做的解决方案。

蒋炯毅先生:德尔福连接器系统产品有着非常广泛的应用:

(1)线束端连接器、设备端连接器及一体化设备端连接器的应用最为广泛,可应用到车灯、车窗控制、转向控制、制动控制、发动机控制、传动控制和传感器等,提供了各种关键车载设备间的互联。

(2)安全约束系统连接器(见图1)用于各种驾驶气囊、乘客气囊和侧气囊等,保证千钧一发之际的乘客安全。值得一提的是,德尔福的安全约束系统连接器是全球第一的,无论在产品种类、还是在客户认证上,都远超过竞争对手。德尔福的安全约束系统连接器接口设计是此类产品的开创者,已经成为了事实上的标准。安全气囊线束则使用绞线,这样可以保证汽车中各种设备的杂波不会错误触发安全气囊。在连接器中还有一块磁铁,也有帮助过滤杂波的作用。

(3)数据传输连接器提供导航地图、车内多媒体传输和倒车摄像头图像传输等。比如,后排乘客的高清视频、游戏的数据传输就要用到数据传输连接器。在倒车时需要图像传输,连接器可能会有雨水打湿,德尔福将丰富的密封设计经验与此相结合,开发出新的密封数据传输连接器,以保证数据连接的稳定性。针对传统USB连接器线缆最长只能有1.7m,德尔福在不增加产品大小的情况下,成功地将更粗的线缆做到一起,使得新的USB连接器线缆最长能做到4m,使得客户在布线时游刃有余。同时,德尔福的数据传输器已经从单一的车载USB,扩展到了LVDS低压差分信号传输,其传输速率可以达到2Gb,远高于USB 2.0的480Mb。德尔福不仅有丰富的线端数据传输连接器,而且也提供多媒体用户接口,里面不仅仅是一个连接器,还有Hub以及电源芯片,提供车内各种多媒体设备和用户间的数据交流,为移动设备提供大电流供电。


图2  TE Connectivity推出的NanoMQS系列端子

(4)高功率连接器为车载电池、电动机等提供大电流的传输,在混合动力和电动汽车上,提供从高压高电流、高压中电流到高压低电流的应用与保护。

(5)中央电器盒上提供电流过载保护,即保险丝盒,但中央电器盒同时还能简化连接器以及线束分布,通过中央电器盒优化后能大大减少连接器数量和线束的复杂程度。

AI:连接器产品看似很小,却直接关系到整车的性能。贵公司通过哪些手段,确保连接器产品的高质量和高可靠性?

沈伟明先生:TE Connectivity理解接插件的质量和稳定性能对汽车的重要性。我们通过全球统一的高质量的产品设计、稳定的工艺设计、可靠的质量标准和在线检测、统一的操作规程管理及其培训体系等来确保接插件一贯的高品质和高可靠性。

蒋炯毅先生:德尔福认为,产品的质量和可靠性首先是设计出来的。我们拥有本地的自主设计研发团队,可以对开发过程中的问题作出快速反应,设计产品时通过有限元分析工具、模流分析工具和六西格玛工具等使得产品在还在图纸上时就已经得到详尽的检验。此外,产品的标准化设计让我们使用已被反复验证过的设计。

我们在上海的实验室具备ISO/TS 16949:2009资质,不仅得到国家ISO 17025:2005实验室认证,还被包括大众汽车在内的多家客户认可,可以做各种高温高湿、低温、振动、温度冲击及机械冲击的环境实验,我们的产品在各种模拟环境试验中接受测试,确保质量。

德尔福的生产系统也独树一帜,在德尔福连接器系统上海工厂内的200多台注塑机全都在内部联网,客户的订单会被自动安排到最适合的机器上去生产,机器生产前技术员必须用扫描条形码,在模具、物料及注塑机台都有条形码,只有条形码全部匹配系统内的数据时,机器才能启动。

由于连接器上很多关键尺寸仅仅相差0.1mm就会造成功能失效,靠肉眼根本无法分辨,因此在德尔福,注塑工艺参数也是从服务器下载到注塑机,以防有人工干预而生产出不符合要求的产品。在关键设备连接器的包装上,均会采用防静电托盘,保护客户的印刷电路板组件不受干扰损坏。


图3 TE Connectivity中国区汽车事业部副总裁兼总经理沈伟明先生

AI:在汽车行业节能减排的大背景下,“轻量化”已成为行业大趋势,连接器的轻量化也势在必行。贵公司主要从哪几大方面,应对这一趋势?

沈伟明先生:对于如何迎接汽车行业节能减排最大的挑战,我认为,通过减轻车辆重量来降低CO2排放是最重要的因素之一。

TE Connectivity正在重新思考汽车连接器技术并采取一个“三管齐下”的策略帮助汽车制造商。我们正在设计更小的部件和线束,实现能够减少重金属和材料的技术。同时,我们还在改进车载通信网络和复杂的发动机系统,以进一步提高效率。除了这些工作以外,我们还在想办法减少生产时间,降低系统总成本。

减轻车辆重量从缩小它的每个部件开始:缩小电子触片、减小铜线的直径和压缩发动机控制装置的组装密度。TE Connectivity的这些创新方法验证了一句古老的格言:积少成多,集腋成裘。

下面我列举几个有针对性的例子:

(1)MQS系列端子 MQS系列端子具有组装密度高、结构稳健和功能性需求高的特点。虽然是小型化设计(电触头由一个边缘长度为0.63mm的方形接口组成),但是能满足应用于汽车领域的连接系统的大部分需求(载流量小于7 A),并能涵盖防水及非防水领域所有应用。

(2)NanoMQS系列端子 继承了MQS系列连接系统的高性能特点,NanoMQS系列端子(见图2)为汽车终端信号电路提供了一个全新的小型化解决方案。根据不同的应用,这个间距在1.8 mm的紧凑系统能减小在PCB板上将近50%的布局空间,并且线径尺寸能减小至0.13mm2。除此以外,NanoMQS端子还可以和MQS端子混合使用。

(3)MCON 1.2端子 这种高性能端子连接系统在保证功能不变的情况下将传统触片尺寸从1.5mm缩小到1.2mm。MCON 1.2适合高振动应用,具有8个接触点,能满足最小0.13mm线径的压接要求。此外,相应密封外壳系列的可靠设计提高了质量,同时降低了维修成本。

蒋炯毅先生:德尔福连接器系统在轻量化方面已经走在了前列。德尔福的一体化设计理念,帮助客户在原来需要使用铝铸件的地方使用塑料件代替,其巧妙的设计思路不仅为客户节省成本、减少重量,也为客户避免了原来设计中存在的潜在失效模式。即使是在纯塑件的地方,德尔福也使用了创新的设计,有效减少了零件数量。同时,德尔福也从小型化方面着手,比如数据传输连接器,其尺寸在以前是不可想象的。尽管这也带来了工艺上的挑战,但德尔福已经积累了很多经验,能够满足在小型零件上的制造要求。


图4 德尔福连接器系统亚太区工程经理蒋炯毅先生

德尔福新型接线端子压接设计日前获得2012年《汽车新闻》PACETM大奖,这一创新设计有助于实现汽车线束的微型化和自动化组装,进而减小汽车体积和重量。目前业内面临的主要挑战是如何高效连接端子与小型线束,而德尔福的这项全新专利技术可以使用传统的自动化组装工艺。此外,德尔福还针对需要密封端子的应用开发了0.13mm2自动密封工艺。

AI:技术创新是汽车行业和相关企业持续进步的根本保证,贵公司在连接器的技术创新方面主要进行了哪些努力?

沈伟明先生:TE Connectivity正在努力突破技术极限。小型化是TE Connectivity在汽车连接器领域最重要的创新之一。在如何实现缩小部件尺寸,同时不改变甚至提升连接器功能方面,TE Connectivity已经成功地开发了诸如前述的MCON 1.2端子和MQS端子等一系列小型化产品。近期,我们在MQS的基础上进一步成功开发了Nano MQS,实现了小型化的又一个技术突破。

另一项技术创新是通过在连接器制作过程中使用更轻、更少的金属材料来减少汽车排放。我们的创新解决方案使汽车制造商能够减轻连接器重量,节省资金,与此同时增大容量。这个道理很简单:部件更小,材料更轻,功能更强。

下面我来列举两个例子:

(1) Press-Fit技术 采用免焊技术将连接器与PCB板相连,使PCB板可以重复利用,增加了每个连接器的连接次数,同时减少了每个连接的包装体积。与标准高温焊接相比,每个连接点使用的金属更少。

Press-Fit技术使连接器的材料不局限于耐高温塑料,可以引入更环保的塑料。此外,采用Press-Fit技术的连接器可以单独组装到电路板上,无需波峰焊或回流焊,避免了高温焊接工艺造成的环境污染。

(2) 铝线压接技术 目前,TE Connectivity正在研发新一代可靠耐用并且适于量产的铝线压接技术。将铝线连接到汽车内经过验证的标准端子上。为了防止电化学腐蚀,采用铝芯完全密封的压接设计:压接筒后端将导线的塑皮卷入,前端通过卷边闭合并且增加密封材料敷点,实现全封闭式的防蚀保护。此外,沿导线方向渐变的压接高度,在保证良好电性能的同时,有效提高了压接的机械性能。应汽车行业批量生产的需求,TE Connectivity开发了压接模具,可实现铝线压接工艺的全自动化。

在应用过程中,客户可以使用已有设备和相同的压接工艺,得到相同的压接产出率,而避免额外的设备投入。

蒋炯毅先生:自2003年进入中国市场开始,德尔福连接器系统就把本地化创新作为中国战略的核心,是作为全球车用连接器供应商中把核心技术放在中国、放在亚洲的厂商之一。

德尔福连接器系统在中国的250多名工程师已经在中国申请了70多项专利。每年申请的专利约为20~30个,其中1/3为发明专利。我们把鼓励本地创新作为我们的业务目标之一,立足中国,在中国研发,在中国创新。在德尔福连接器系统中有专门的工程部门进行技术创新,该部门在新技术研发上做了很多努力,前面提到的高功率连接器的设计以及数据传输连接器的关键工艺都是这个部门贡献的。

本期对话嘉宾

TE Connectivity中国区汽车事业部副总裁兼总经理沈伟明先生

德尔福连接器系统亚太区工程经理蒋炯毅先生

收藏
赞一下
0