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[摘 要]本文主要针对汽车线束的可靠性问题展开研究，将可靠性知识应用到汽车线束设计中，主要对线束回路、端子可靠性、接插件和线束保护可靠性进行分析，并提出合理解决方案。
[关键词]汽车线束；设计；可靠性
中图分类号：U463.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0099-01
1 端子的可靠性设计及分析
1.1 电接触理论
电接触理论有几部分组成：接触电阻和接触表面膜层；摩擦与摩损；弹性零件设计；接触表面镀层研究；微振动对接触可靠性的影响。1）触电阻和接触表面膜层：连接器的电传导过程是通过接口之间的接触实行的，但实际上，接触面并不是完全光滑的，而是表面粗糙不平，导致实际接触面积大大减小，除此之外，金属表面由于会有氧化膜或其他膜层导致不能导电。在实际接触面积中，金属间的接触或准金属接触在介面膜被压破或电压击穿的地方形成。于是，当电流通过接触件接口时，在导电斑点处会有大量集中电流，引起导电斑点附近的电流发生收缩，这种现象称为“收缩电阻”记作Rc。如果电流通过导电斑点时有含有极薄的准金属接触电子通过薄膜时还会遇到另一种附加电阻，称为“膜层电阻”，用Rf表示。则接触电阻RK可表示为：Rk=Rc+Rf。2）摩擦与磨损，汽车连接器插针与插孔之间的摩擦和磨损会而导致接触表面不在光滑，形状粗糙变形，还会附有热量产生。随着将表层的镀层的磨损，会导致接触不良。3）接触表面镀层，汽车连接器的端子底端通常要进行镀镍处理，镍发生氧化形成的氧化层对端子底层起到了保护作用。如果对于可靠性要求较高的部位必须镀金防止过度氧化。
1.2 端子的材料选用
连接器的判断指标为是否具有稳定的接触面积。这些对于端子有几点要求：（1）插拔寿命要求；（2）在温度和振动条件下的负荷要求；（3）在恶劣环境下工作要求端子的制造材料多种多样，可以更具具体端子类型、插拔频度和环境等因素选择。
连接器电阻组成如下：R=R1+R2+R3。R1表示导体电阻，是整个端子实测电阻之和，大小是由端子材料、横截面积、端子长度决定的。R2为收缩电阻。端子在护套中进行接触传递电信号，导电斑点附近发生电流收缩，称为“收缩电阻”。R3为膜层电阻。接触件表面受腐蚀及灰尘中有害物质使接触表面产生膜层，形成膜层电阻。通过实验探讨接触压力、材料对接触电阻的影响（1）接触电阻影响能力研究：实验仪器及方案：实验所用接触电阻测试仪器的测量精确度度为1毫欧。实验参数：测试电流10mA，开路电压20mV。通过改变接触件相互接触面大小，并绘制研究了接触电阻和接触面大小的关系图，得出结论如下，接触电阻无法通过正向力的增加而减少，接触端半径对接触电阻大小影响也不大，只和其自身特性有关。汽车连接器的设计关键在于降低接触电阻，可以使用高导电率端子材料，选择截面积较大的端子等有效方法。（2）影响接触电阻的生产能力研究：根据上面的分析，端子表面粗糙度和端子膜层厚度可能影响接触电阻的因素。根据实验要求，选取两种相同端子，一组不经过处理，其表面粗糙度为Ra0.7，作为样品1，样品2使用处理过后表面粗糙度为Ra1.5的端子。采用酸洗除油，提高端子清洁度的样品作为A，另一组未处理的端子，记为样品B。用样品1、样品2与样品A、样品B分别组装成产品，然后两两组合，分别测出相应的接触电阻。并且记录。根据数据可以分析出以下结果：端子表面粗糙度和端子膜层厚度对接触电阻有一定的影响。端子表面粗糙度提高或将端子表面处理使膜层变薄都可以显著提高制成能力指数，从而降低接触电阻。
2 插拔力可靠性设计
插拔力分为插入力和拔出力，是连接性特有的一个重要机械性能，是弹性接插件用插针插入和拔出因为插孔变形而产生的力，其实是一种滑动摩擦力。它正确反映了正压力的大小。插拔力的评价指标包括最大插入力和最小分離了。只有这两个标准相互协调，才能保证一定的可靠性。材料的摩擦系数是由自身材料特性决定的，铜材料由于其导电性较好，具有一定的力学性能，可以作为较好的接触材料，对接触面进行处理，改变粗糙度也是重要的调整摩擦系数的技术手段。根据胡克定律，插拔力大小与正压力的大小相关，而对于端子而言，弹性接触件的弹力较大或接触件间的接触压力增大都能相应的增加正压力，从而增加插拔力，反之亦然。因此，插拔力就是接触件间弹力所产生的摩擦力。
3 线束接插件的可靠性设计
接插件的选取和装配过程中需要以下注意以下几点，可以从根本上提高产品的可靠性。1）连接器在不影响功能的情况下，接触件数量应该尽量少。用一个连接器代替几个相似功能连接器工作，能提高可靠性。将一些功能相似的接插件统一分配，能做到线束接插件数量的减少，降低风险。2）连接器选用时，应充分考虑设备工作总负荷和热量温度等工作条件。在考虑环境最高温度，工作电流，最大负载等因素之后，连接器的选择通过工作时散发的热量来确定的。为了更好地降低连接器的工作温度，要考虑其散热条件。3）连接器遇到恶劣工作环境如有腐蚀性气、液体存在时，安装时应该防止污染接插件内部结构，造成接触不良。一般会另外添加一些保护措施，如使用防水接插件或防水栓。
4 线束保护装置可靠性设计
线束的包扎及固定能有效地保护线路。线束的部件应该安装到较为隐蔽的地方，即要不影响安装，又要使维修时方便。用软胶套管保护方法一般试用于有经常相对运动的部件之间，例如车门与车体之间的线束。提高保护设计的可靠性最根本的办法是通过实验确定。实验是通过可行性实验针对不同环境、不同部位采用几种不同的包扎材料进行保护，选择其中表现较好的，这样采取的防护措施才更加安全可靠。
5 线束长度可靠性设计
在线束设计初期，根据用电器位置设置好线束走向后，线束的长度就基本确定。在实际生产中，由于工艺要求，公差等因素，需要对线束长度进行微调。线束主线长度由于在汽车车架上有固定的孔位来固定线束，它的长度跟设计长度不会相差较大。但是线束上的分支尺寸必须要经过实际安装来最终确定。分支线束如果较长，不但会浪费材料和空间，而且在汽车行驶中容易和其他部位产生摩擦，容易磨损产生接触不良或引起短路。分支线设计较短出现无法安装的情况严重的话会造成成批的报废。如果人为在装配中将线绷紧进行装配，则容易造成单点受力，端子松脱，连接不可靠甚至出现断路现象，存在重大隐患。所以在线束长度的设定中考虑有余量，一般在总长度的3%-5%之间，具体还需要样件确认来最终确定。
6 结语
本文通过将可靠性知识融合到汽车线束设计中，提出汽车线束系统可靠性方法。对于汽车可靠性设计提出了一些可行性方案。根据线束所处环境，确定线束的安装和固定方式及防护材料的选择。汽车产品的可靠性设计，能保证环境性能要求和机械性能要求，电性能，可靠的连接和信号的正确传输，以保证电子器件及开关正常工作。
参考文献
[1] 潘骏，陈文华，吴友义等.电连接器可靠性研究述评[C].全国机械可靠性学术交流会.2007：52-57.
[2] 赵汝彬.受电弓滑板滑动电接触磨损特性的实验研究[D].辽宁工程技术大学，2009.
[3] 靳方建.电连接器接触件可靠性分析与高温插拔试验[D].浙江理工大学，2012.
[关键词]汽车线束；设计；可靠性
中图分类号：U463.62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0099-01
1 端子的可靠性设计及分析
1.1 电接触理论
电接触理论有几部分组成：接触电阻和接触表面膜层；摩擦与摩损；弹性零件设计；接触表面镀层研究；微振动对接触可靠性的影响。1）触电阻和接触表面膜层：连接器的电传导过程是通过接口之间的接触实行的，但实际上，接触面并不是完全光滑的，而是表面粗糙不平，导致实际接触面积大大减小，除此之外，金属表面由于会有氧化膜或其他膜层导致不能导电。在实际接触面积中，金属间的接触或准金属接触在介面膜被压破或电压击穿的地方形成。于是，当电流通过接触件接口时，在导电斑点处会有大量集中电流，引起导电斑点附近的电流发生收缩，这种现象称为“收缩电阻”记作Rc。如果电流通过导电斑点时有含有极薄的准金属接触电子通过薄膜时还会遇到另一种附加电阻，称为“膜层电阻”，用Rf表示。则接触电阻RK可表示为：Rk=Rc+Rf。2）摩擦与磨损，汽车连接器插针与插孔之间的摩擦和磨损会而导致接触表面不在光滑，形状粗糙变形，还会附有热量产生。随着将表层的镀层的磨损，会导致接触不良。3）接触表面镀层，汽车连接器的端子底端通常要进行镀镍处理，镍发生氧化形成的氧化层对端子底层起到了保护作用。如果对于可靠性要求较高的部位必须镀金防止过度氧化。
1.2 端子的材料选用
连接器的判断指标为是否具有稳定的接触面积。这些对于端子有几点要求：（1）插拔寿命要求；（2）在温度和振动条件下的负荷要求；（3）在恶劣环境下工作要求端子的制造材料多种多样，可以更具具体端子类型、插拔频度和环境等因素选择。
连接器电阻组成如下：R=R1+R2+R3。R1表示导体电阻，是整个端子实测电阻之和，大小是由端子材料、横截面积、端子长度决定的。R2为收缩电阻。端子在护套中进行接触传递电信号，导电斑点附近发生电流收缩，称为“收缩电阻”。R3为膜层电阻。接触件表面受腐蚀及灰尘中有害物质使接触表面产生膜层，形成膜层电阻。通过实验探讨接触压力、材料对接触电阻的影响（1）接触电阻影响能力研究：实验仪器及方案：实验所用接触电阻测试仪器的测量精确度度为1毫欧。实验参数：测试电流10mA，开路电压20mV。通过改变接触件相互接触面大小，并绘制研究了接触电阻和接触面大小的关系图，得出结论如下，接触电阻无法通过正向力的增加而减少，接触端半径对接触电阻大小影响也不大，只和其自身特性有关。汽车连接器的设计关键在于降低接触电阻，可以使用高导电率端子材料，选择截面积较大的端子等有效方法。（2）影响接触电阻的生产能力研究：根据上面的分析，端子表面粗糙度和端子膜层厚度可能影响接触电阻的因素。根据实验要求，选取两种相同端子，一组不经过处理，其表面粗糙度为Ra0.7，作为样品1，样品2使用处理过后表面粗糙度为Ra1.5的端子。采用酸洗除油，提高端子清洁度的样品作为A，另一组未处理的端子，记为样品B。用样品1、样品2与样品A、样品B分别组装成产品，然后两两组合，分别测出相应的接触电阻。并且记录。根据数据可以分析出以下结果：端子表面粗糙度和端子膜层厚度对接触电阻有一定的影响。端子表面粗糙度提高或将端子表面处理使膜层变薄都可以显著提高制成能力指数，从而降低接触电阻。
2 插拔力可靠性设计
插拔力分为插入力和拔出力，是连接性特有的一个重要机械性能，是弹性接插件用插针插入和拔出因为插孔变形而产生的力，其实是一种滑动摩擦力。它正确反映了正压力的大小。插拔力的评价指标包括最大插入力和最小分離了。只有这两个标准相互协调，才能保证一定的可靠性。材料的摩擦系数是由自身材料特性决定的，铜材料由于其导电性较好，具有一定的力学性能，可以作为较好的接触材料，对接触面进行处理，改变粗糙度也是重要的调整摩擦系数的技术手段。根据胡克定律，插拔力大小与正压力的大小相关，而对于端子而言，弹性接触件的弹力较大或接触件间的接触压力增大都能相应的增加正压力，从而增加插拔力，反之亦然。因此，插拔力就是接触件间弹力所产生的摩擦力。
3 线束接插件的可靠性设计
接插件的选取和装配过程中需要以下注意以下几点，可以从根本上提高产品的可靠性。1）连接器在不影响功能的情况下，接触件数量应该尽量少。用一个连接器代替几个相似功能连接器工作，能提高可靠性。将一些功能相似的接插件统一分配，能做到线束接插件数量的减少，降低风险。2）连接器选用时，应充分考虑设备工作总负荷和热量温度等工作条件。在考虑环境最高温度，工作电流，最大负载等因素之后，连接器的选择通过工作时散发的热量来确定的。为了更好地降低连接器的工作温度，要考虑其散热条件。3）连接器遇到恶劣工作环境如有腐蚀性气、液体存在时，安装时应该防止污染接插件内部结构，造成接触不良。一般会另外添加一些保护措施，如使用防水接插件或防水栓。
4 线束保护装置可靠性设计
线束的包扎及固定能有效地保护线路。线束的部件应该安装到较为隐蔽的地方，即要不影响安装，又要使维修时方便。用软胶套管保护方法一般试用于有经常相对运动的部件之间，例如车门与车体之间的线束。提高保护设计的可靠性最根本的办法是通过实验确定。实验是通过可行性实验针对不同环境、不同部位采用几种不同的包扎材料进行保护，选择其中表现较好的，这样采取的防护措施才更加安全可靠。
5 线束长度可靠性设计
在线束设计初期，根据用电器位置设置好线束走向后，线束的长度就基本确定。在实际生产中，由于工艺要求，公差等因素，需要对线束长度进行微调。线束主线长度由于在汽车车架上有固定的孔位来固定线束，它的长度跟设计长度不会相差较大。但是线束上的分支尺寸必须要经过实际安装来最终确定。分支线束如果较长，不但会浪费材料和空间，而且在汽车行驶中容易和其他部位产生摩擦，容易磨损产生接触不良或引起短路。分支线设计较短出现无法安装的情况严重的话会造成成批的报废。如果人为在装配中将线绷紧进行装配，则容易造成单点受力，端子松脱，连接不可靠甚至出现断路现象，存在重大隐患。所以在线束长度的设定中考虑有余量，一般在总长度的3%-5%之间，具体还需要样件确认来最终确定。
6 结语
本文通过将可靠性知识融合到汽车线束设计中，提出汽车线束系统可靠性方法。对于汽车可靠性设计提出了一些可行性方案。根据线束所处环境，确定线束的安装和固定方式及防护材料的选择。汽车产品的可靠性设计，能保证环境性能要求和机械性能要求，电性能，可靠的连接和信号的正确传输，以保证电子器件及开关正常工作。
参考文献
[1] 潘骏，陈文华，吴友义等.电连接器可靠性研究述评[C].全国机械可靠性学术交流会.2007：52-57.
[2] 赵汝彬.受电弓滑板滑动电接触磨损特性的实验研究[D].辽宁工程技术大学，2009.
[3] 靳方建.电连接器接触件可靠性分析与高温插拔试验[D].浙江理工大学，2012.