一、概述
车规级线缆组件一般由车规级连接器、快速接插端子,电源、信号、数据线缆束连接而成。
图1 车规级线缆组件制造工厂
图2 不同类型的车规级连接器
车辆制造行业从经济、效率方面考虑,对主流电气线缆组件除为电气绝缘材料外,成型包覆材料一般 采用尼龙螺旋套管、热收缩布套管、魔术贴编制套管、电气绝缘胶布等。此类材料成本低、操作简便,但 仅能起到塑形、防火、耐磨损等一般防护作用,对电气线缆束组件的防水、防潮及抗冲击、减振等抗复杂 环境防护性能不足。
图3 民用车辆电气线束主要防护材料
由于家用及工业汽车制造行业与有高可靠性需求的军工装备特种车辆制造标准与行业应用工程环境的不同,在工程应用过程中经常发生因防水失效导致电气绝缘降低、甚至短路现象;其次,工业车辆电气线缆组件在中低频振动环境下易发生瞬断故障,不能满足军工装备电气连接的高可靠性要求。
图4 车规级接插件振动环境接触不良烧蚀故障
图5 车规级连接器防水失效接触件锈蚀
图6 车规级连接器电气胶带缠绕、热缩、点胶防水可靠性低
图7 振动过程中压接、焊点尖角部位使民用级热缩管磨损、电气短路
图8 民用行业常规热熔胶、硅橡胶防潮、防水电气绝缘密封性能不可靠
图9 机械部位无防护割伤
图10 空间结构狭小中低频振动磨损
一、民用车规级线缆组件与军工装备要求的区别
(1)行业工程应用环境与研制标准不同
在行业工程应用中,民用车工作环境良好,城乡路面平整,特殊天气、地形可以绕行甚至停止行驶,所以在制造过程中更为关注人身安全和舒适性。在电气线缆组件连接正常的情况下,以抗低频振动、防火、阻燃为主;军用特种装备车辆以执行重要任务为主,不但要求具备全天候工作能力,更要求对特殊地形的涉水、越野能力,所以电气线缆组件基本要求具备耐高低温,抗振动磨损,防水、防潮、防盐雾腐蚀、耐霉菌生长,防火、阻燃等,耐环境性能要求更为全面和可靠。特种装备车辆执行任务中要求使命必达,对可靠性要求更为严格。
在研制标准方面,因对可靠性要求的等级不同,军民装备制造标准不同。民用线缆遵循国际或国家标准,如 ISO、GB/T 等;而军工线缆则按 GJB、QJ、MIL-DTL 等执行。军工标准可能要求更全面的环境测试和逐件检验,而民用标准魔某些检验、试验项目可能仅通过批量抽检即可。
图11 行业工程应用中的特种车辆
(2)市场竞争目的不同
民用车辆制造基本每型以百万、千万数量为基础,以商用性价比为导向,市场价格竞争激烈,故对成本控制极为敏感。因出现故障可以不限时间的定点维修、保养,所以可以通过降低性能设计或制造标准从而达到降低成本的目的;军工装备级线缆组件需满足“零故障”或极低故障率,因军事任务中任何线缆故障都可能导致装备失灵、任务失败甚至人员伤亡,对可靠性要求更为严格,导致制造和管理成本与民用不可同日而语。
(3)结构安装防护方式不同
民用车规级线缆组件一般应用于车辆内部,外部由车辆外壳保护,应用环境良好、车辆结构空间设计较规整,线缆组件多为标准化布线;
军用特种车辆线缆组件一般因功能控制需求经常敷设于车辆舱室内外,因频繁工作于越野、涉水等特殊环境,应用环境恶劣,并因特种车辆执行机构功能复杂,线缆组件安装防护需定制化设计。
图12 军用特种车辆的特殊工作环境
图13 特种车辆结构安装防护方式
(4)元器件选型不同
民用车辆 | 军工特种车辆 | |
线缆材料 | 生产以百万辆计,优先选高纯度电解铜,部分低负载场景可采用铜包铝,无需考虑特殊环境下的环境性能(如高低温、潮湿、浸水)。 | 以 “极端环境下的稳定性” 为核心,线缆材料需兼顾导电、力学性能及环境性能,一般选用铜合金,高温、潮湿、振动剧烈环境会采用镀银 //镀锡导体。 |
绝缘与护套材料 | 优先选 “性价比高、加工性好” 的材料,常规场景用 PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯);高温环境用交联聚乙烯或三元乙丙橡胶等,耐温范围通常为 - 40℃~105℃,无需考虑强腐蚀、强辐射环境适应性。 | 需耐受极端温度(-55℃~150℃甚至更高)、化学腐蚀(如油污、沙尘、海水)、紫外线辐射等,绝缘 / 护套材料。优先选氟塑料、硅橡胶或聚酰亚胺等,且需通过耐盐雾、耐霉菌测试。 |
连接器与接触件 | 连接器壳体多为工程塑料或普通黄铜,接触件为镀锡铜,插拔寿命一般要求百次以上即可,对 “防误插” 或 “强振动下的接触稳定性”要求不严格。 | 连接器壳体采用耐候性工程塑料或金属材质并用特殊防腐表面处理;接触件一般为镀金,插拔寿命要求千次以上,且必须具备防误插、振动防松设计,必须通淋雨、盐雾、霉菌、振动等环境筛选测试,确保极端环境下电连接的可靠性。 |
(5)线缆组件制造工艺标准不同
民用车电气线缆组件按车规级执行即可,批量、生产效率、成本为首要目标。质量检测以抽样测试为主,允许工艺参数在限定范围内波动;
军工装备车载电气装备严格按国军标或航空、航天等高端行业标准严格执行。制造工艺严格、复杂,装备产品100% 全检,历经高低温、淋雨、浸水、潮湿、盐雾、霉菌、振动等环境筛选等交付、例行试验项目。由于该行业产品特别关注复杂恶劣环境应用可靠性设计、制造,生产及管理成本极高。
(6)产品装备维护、维修要求不同
民用车的主要功能是满足日常出行需求,线缆组件设计、制造以不产生危及生命安全或造成重大损失为核心。若线缆接触不良引发车辆部分功能失效,可通过维修厂处理,性能恢复紧迫性不高。
军工装备承担着国防、军事任务等重要职能,线缆组件的任何微小故障都可能在极端环境下,导致供电、通信、控制故障等,甚至装备系统功能丧失,经济损失惨重,且紧急状态下将直接影响任务成败和人员安全。军事装备(如飞行器、特装车辆、舰船等)中线缆组件应用于野外、高空、深海等极端环境下,面临高温/低温、高湿、盐雾、霉菌、冲击振动等多重复杂环境考验,必须以器件、材料和工艺的高可靠性能方可保障设备稳定运行。
所以,民用与军用两者的差异本质是“民用场景的经济性”与“军事场景的极致安全性”在技术路径上的分化,前者服务于商业量产,后者服务于国防任务的绝对可靠。