与线束相关的召回事件:鼓风机调速器过热
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与线束相关的召回事件:鼓风机调速器过热
供应链快讯 4 天前
前言

近年来,随着召回制度的贯彻实施和召回的常态化,与线束相关的汽车召回事件,从来没断过。

召回的方式有两种,一种是主动召回,一种是被动召回。

主动召回:汽车企业在其产品存在潜在质量风险或者已经发生或发现其存在质量风险,对乘客和驾驶人员存在生命安全威胁的时候,有义务和责任面向社会已售车型进行产品召回,改善缺陷问题以消除安全隐患。

被动召回:国家质检总局缺陷产品管理中心收到消费者反映此问题的投诉,启动缺陷调查,受调查影响,主机厂决定采取召回措施,消除安全隐患。

很遗憾的是,汽车企业发布的召回描述,对于失效的原因,都是语焉不详,让人看得云里雾里。

中线科技的线束专家,考察研究典型的召回事件,首次揭秘真正失效原因,旨在让从业者吸取教训,举一反三,尽量避免重犯。

本文信息来源于公开资料,并且隐藏了主机厂的名字。

一、召回事件的描述

来源:TechWeb转外媒报道,原文标题:因接线不良存火灾隐患 召回近4.2万辆某系车型。时间:2019年8月28日,数量4.2万辆;地点:美国。
这次汽车召回的原因描述如下:
主机厂预计召回汽车中有 1% 存在接线安全问题,但车主最好亲自去一趟汽车经销商门店,以确保他们的车子没有发生火灾的危险。
具体说来是,因鼓风机调节器的线束可能在末端使用锡(而不是银)覆盖,那连接处可能会发生腐蚀。
如果接线腐蚀,高电流会带来升温并导致额外的接线损坏,短路产生的热量足以融化塑料材质的鼓风机-调节器并引发火灾。
对于车主来说,若你在车内闻到塑料和烧焦的异味、或者加热与空调系统停止工作,还请立即联系经销商。
主机厂将对召回范围内车辆的空调调节器插头进行检查,如无烧蚀或过热迹象,则将插头更换为镀银插头;如已发生过热或烧蚀,则除了更换插头外,还将更换受损的调节器,以消除安全隐患。
二、典型的失效情形
2014年,有美国用户在网络上吐槽:车子开了两年。每当夏天开始后,鼓风机就时而工作,时而不工作。控制面板上的旋钮倒是好的,面板的指示灯颜色也会变,就是鼓风机不灵。重启车辆一到二次,鼓风机有时就开始工作了。本以为是空调控制模块失效了,拆开车一看,发现有两根粗的导线,在离开塑件50毫米范围内,塑皮已经开始碎化。本来应该是黑色的连接器,也已经烤得变成了棕色。扭扭电线,该死的鼓风机又工作了!
有理由相信,主机厂此次开展的汽车召回活动,就是要消除类似事故的安全隐患。
三、对召回原因的疑问
相信聪明的读者也会有点糊涂,这起召回事故,原因描述是“1%的接线安全问题”,“鼓风机调节器融化”和“线束末端使用锡覆盖”等。措施是“车主闻到塑料和烧焦的异味,立即联系经销商”。召回以后,“经销商检查和更换所有的空调鼓风机调节器插头”。
转译成线束从业者能够听懂的语言就是:有1%的回路,应该用镀银的端子,线束供应商错用成镀锡端子了,潜在的失效链条如下:
有1%的回路,应该用镀银的端子,线束供应商误用成镀锡端子。
镀锡端子连接处可能会发生腐蚀,如果接线腐蚀,高电流会带来温升并导致额外的接线损坏和短路。
短路产生的热量足以融化塑料鼓风机-调节器并引发火灾。
经销商检查匹配情况,无论是否烧损,都要将插头更换为镀银插头。

情况有些不对头啊。如果是因为使用镀锡端子惹了祸,也不用如此决绝:“进行检查,如无烧蚀或过热迹象,则将插头更换为镀银插头。” 这架势,是不管用对还是用错,全部换成镀银的。

经济上也不合理。“1%的接线安全问题”,只有1%的端子用错了,赔上99%的安全余量。毕竟,要从仪表板里面掏出调速器线束插头,进行更换,是一件相当困难的事情,何必如此大动干戈?!

反正笔者是满脑子的官司。让我们先来看看相关零件和工作原理吧。

四、鼓风机和调节器是什么样的?

带调节器的鼓风机的形状如下。白色部分是调节器,黑色部分是电机。调节器上面带有两个插座,左边插座和仪表板线束对接,右边的插座和电机引线对接。
单独看调节器, 形状如下。公端塑件是一体注塑的,目测公端的端子尺寸为6.3 X 0.8。 看不出镀锡还是镀银,反正是亮色的。

五、工作原理

鼓风机的工作原理是这样的:
(1)  调节器输出的正电和负电,与鼓风机电机连接,驱动电机单向旋转。
(2)  调节器的电源和地,来自整车的供电和接地,电源的上游有一个30A的保险丝进行保护。
(3) Control Signal 控制信号来自空调控制模块。
至于调节器内部是如何调节输出电压的,可能是脉宽调制,也有可能是可控硅调节,没有查到资料。

六、镀锡和镀银的区别

从上文可以看到,给调节器供电的两根电线过热得最厉害。如下是主线束侧的线束,负责供电的是一个四孔插头(两根粗线供电,一根0.35的细线负责传递速度控制信号)。

如果应该使用镀银端子的回路,误用成镀锡端子,会不会造成特别大的电阻波动呢?让我们来考察母端子的情况。下图是用到的母端子,属于SPT系列。

镀锡端子和镀银端子有如下三个主要区别:


(1) 法向力的区别
从可分离式的电接触理论来看,镀锡端子的最小法向力要求为100克,镀银端子的最小法向力要求是75克,两者区别并不大。而且,两根粗线匹配的是6.3 SPT 系列的端子,这种端子的外部带有不锈钢外壳,进行法向力"加持”,其实际法向力远远大于100克。
这种结构的端子,根本不用担心法向力过小,而是要担心法向力过大,从而导致插头插入力过大的问题。


(2) 最高长期工作温度的区别
镀锡端子的推荐长期工作温度125度以下,镀银端子的推荐使用温度150度以下。驾驶舱的极限环境温度40度(经验值)加上端子极限允许温升55度(USCAR 2),也只有95度,都不超过125度。
镀锡端子耐温已经足够。


(3) 接触电阻的区别

实验数据表明,如果法向力合适,镀锡端子的接触电阻和镀银端子的接触电阻相差不大,可以忽略不计。用镀锡端子也没有问题。
小结一下,端子既可以镀锡,也可以镀银。和镀锡端子相比,镀银端子在最小法向力,最大长期工作温度和接触电阻三个指标上,表现更为突出,但由于鼓风机调节器所处的环境相对平和,所用到的连接器设计比较牢靠,一般情况下,用镀锡端子已经足够。
端子镀锡还是镀银,还不是引发召回事件的根本原因。
七、压接不合格会是根本原因吗?
如果我们把 “压接不合格”放在失效原因里面,解释就比较完美了。因为压接不合格,压接区域在通大电流时,温升过大,融化了线皮和周围的塑料。主机厂为了保险起见,将所有售后车辆上的插头,全部换掉。 
压接不合格
压接区域电阻过大,高电流会带来升温并导致额外的接线损坏,短路产生的热量足以融化塑料鼓风机-调节器并引发火灾
检查匹配情况,无论是否烧损,都要将插头更换为镀银插头(顺带改进压接)
事实上,国外媒体在报道该召回事件的失效原因时,同一天居然出现了两种不同的版本。一个媒体认为根本原因是"误用镀锡端子”,由TechWeb翻译了过来,在中国的不同网站和微信公众号中流传。
另一个媒体,则直接将失效的根本原因归结到为“压接问题”,译文如下:

The blower motor regulator controls the fan speed of the heating and air conditioning system. OEM says problems with the crimp connection and movement of the connector can cause corrosion of the tin-coated regulator pin。

Running the fan on high combined with electrical resistance at the connector can cause over heating and damage to the wiring. The irregular flow of electrical current may cause a short-circuit followed by melting plastic and finally a fire。

鼓风机调节器控制空调系统的风扇转速。

主机厂表示,压接连接和接头移动的问题可能导致调节器镀锡公端子的腐蚀。

当风扇在高转速下运转的时候,电流比较大,再加上压接处的电阻,会导致过热和导线损坏。电流的不规则流动可能会进一步导致短路,然后熔化塑料,最后引发火灾。

虽然失效链条比较完美了,有一个人肯定傻眼了。这个人就是线束供应商。 如果这次召回事故是因为供应商的压接质量造成的。那么,可怜的线束供应商需要赔付多少钱呢?让我们来打打算盘。
区域
召回数量
工时
工时单价
材料单价
运费总金额
美国
42000
290
20
39M
对,供应商至少需要支付九百万美元来应付这次召回行动。如果有烧车和人员伤亡事故,还需要额外赔偿,合并赔偿费用约一千万美元
供应商想想就泪奔了。
八、换剧本的理由
主机厂抓住压接问题(有线束批量生产经验的人都知道,抓住压接瑕疵,其实并不难),一屁股坐在线束供应商身上了。线束供应商有翻盘的机会吗?
线束供应商心语:我只想在平凡的世界里,和一群平凡的人们,过着平凡的日子,谁知道"平地一声惊雷起",主机厂翻脸无情啊。他们昨天还是"友”,今天就开"战", 这是什么样的"战友”啊。
调节器线束的安装环境如下:线束分支从主干上伸出120毫米左右,没有大的弯折现象,周围也没有快口和热源,也没有挤压,看上去十分和谐。望穿秋水,不,望穿电脑屏幕,也找不到异常啊。

笔者从事线束开发工作多年,这么妖的事情,碰到也不多。我们可以换个思路:既然这种设计容易出事,那些没有出事的线束设计该是什么样呢?找来几个案例。
(1) 某自主品牌设计了单独的空调线束。 鼓风机马达和调节器全部固定在空调箱上
(2) 某美系车从主线束引出了鼓风机分支,采用了镀银端子

本次召回事故中的调节器线束, 虽然很简单从主线束分了过来。这段线束,却跨越了两个时空,从主线束的相对静止的区域,跨越到鼓风机振动区域。这次跨越,属于"高风险跨越"。
如果不采取特殊的线束设计(如固定在空调箱上,和空调箱一起振动;或者采用更好的镀层;或者采取严格的布线规则),很容易引发线束界的超级难题“微动腐蚀”。

微动腐蚀的介绍,参见本公众号文章“ 背景知识:微动腐蚀”。

九、最终的剧本

在主机厂最后上报给美国当局的Safety Recall“安全召回”文件中,召回原因的描述索性"和稀泥":

This issue involves the wiring for the system – known as the blower motor – that controls airflow for the heating and cooling (air conditioning) system. Over time, and due to a number of contributing factors, the connection between the wiring and this system can degrade.

此问题涉及空调系统的气流提供系统(称为鼓风机电机)的接线。随着时间的推移,由于许多促成因素,线路和该系统之间的连接可能会下降。
方法是:用Pigtail更换了整车的局部线束内容。其中一种Pigtail的形状如下。秘密都在这根线束里面了。可能的改进措施包括:
(1) 增加了外壳和固定点:减少公母端子付的相对运动,抵抗微动腐蚀;
(2) 固定点下面有橡胶管:吸振;
(3) 采用了镀银的端子:镀银端子对微动腐蚀“非易感”;
(4) 压接的优化...

十、总结

从相对静止区域跨越到电机振动区域,是一次非常简单的跨越,却是一次非常高风险的跨越,风险价值一千万美元。这一千万美元的费用,估计主机厂承担了大部分,线束供应商连哭带闹加滚地上吊,估计“Pigtail”只能免费提供了。

线束设计看上去很容易,实际上门道很多。不经过几次召回,不经过几次“午夜狂奔”,都不敢说自己懂线束,其中的辛酸苦辣,旁人难以体会。

来源:中线科技

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