藍寶立 鄧克旺 黃財隆

摘要：文章通過對汽車手動變速器倒車燈開關失效問題進行分析，提出汽車變速器倒車燈開關失效的分析模型，通過對倒車燈電器架構原理、倒車燈開關失效的機理、倒車燈開關故障件拆解檢測及開關內部結構工作原理展開分析，找出倒車燈開關絕緣體燒蝕的根本原因，即動觸片與推桿的上、下絕緣體匹配縫隙結構不合理，齒輪油中金屬雜質在縫隙處沉積導致漏電燒蝕，針對上、下絕緣體匹配結構不良提出改進措施，并通過相關試驗驗證解決措施的有效性。結果表明，上、下絕緣體結構優(yōu)化后的倒車燈開關絕緣體燒蝕失效問題得到有效解決。

關鍵詞：倒車燈開關；絕緣體；燒蝕；短路

中圖分類號：U463.2? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0019-04

0 引言

隨著汽車技術的高速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，汽車產品從無到有、從有到優(yōu)，控制成本及提升產品質量是贏得市場競爭的關鍵。變速器總成是傳動系統(tǒng)的關鍵總成，也是傳動系統(tǒng)故障率較高的總成，為降低變速器總成的故障率、提升產品競爭力，對變速器總成“三包”期中出現(xiàn)最多的排名前10位的問題進行研究分析。手動變速器上的倒車燈開關總成雖然經過觸點式到滑片式的結構改進，故障率有所降低，但是在變速器總成故障中仍然排在前10位的問題，仍需繼續(xù)分析改進。本文從倒車燈開關結構上進行故障分析，找出倒車燈開關絕緣體燒蝕的原因，從絕緣體結構方面提出解決對策，并進行實車導入驗證其有效性。

1 背景介紹

某車型項目手動變速器自量產后，陸續(xù)接到倒車燈開關故障的售后反饋，故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為倒車影像閃爍或無影像、倒車燈不亮及倒車電路保險燒壞等問題，售后維修未發(fā)現(xiàn)倒車燈燒壞，更換變速器倒車燈開關后故障解除，但客戶對無倒車影像及無倒車燈照明的故障抱怨較大。對售后維修數(shù)據(jù)系統(tǒng)導出過往月份維修數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，倒車燈開關發(fā)生故障的里程主要集中在20 000～30 000 km，過往月份的12MIS（出廠處于質保使用12個月內）統(tǒng)計平均故障率約0.15%，單月維修單數(shù)約20起；營運車輛每天行駛里程高達500 km，兩個月的行駛里程約30 000 km，故障表現(xiàn)突出且重復維修更換零件后仍然無法解決問題，客戶抱怨較大，倒車燈開關單月的維修故障數(shù)量排名在整車系統(tǒng)故障維修數(shù)量的前10位。為解決客戶抱怨及降低售后索賠金額，需要對倒車燈電路系統(tǒng)進行故障分析及提出解決對策。

2 問題分析

汽車倒車燈開關失效的影響因素較為復雜，通過對倒車燈電器架構設計原理、倒車燈開關內部結構工作原理及失效機理進行分析，總結倒車燈開關失效質量問題的分析模型［1］（如圖1所示）。

2.1 整車倒車燈電器架構設計原理

整車倒車燈電路架構設計原理如圖2所示，倒車燈電路架構中，變速器倒車燈開關作為驅動開關串聯(lián)在“電路電源12 V+輸入端”，倒車燈開關外殼體裝配在變速器本體上，變速器殼體與車身負極地連接，左/右倒車燈一端與倒車燈開關另一端連接，另一端與車身負極地連接。倒車燈開關為常開式結構，倒車時，通過對變速器執(zhí)行倒擋、換擋動作，變速器倒擋機構推動倒車燈開關推桿機械運動，開關閉合電路導通，倒車燈點亮；當變速器退出倒擋時，倒車燈開關在回位彈簧力的作用下機械復位，開關斷開電路開路，倒車燈熄滅。

倒車燈電路正常工作額定功率為42 W，額定電壓為12 V，額定電流為3.5 A，冷機最高瞬態(tài)電流約17.5 A，倒車燈開關額定功率為60 W，額定電流為5 A，瞬態(tài)電流約為20 A。

倒車燈不亮的故障原因分析如下：倒車燈開關是一個常開式開關，安裝在正極上，接通后倒車燈點亮。對開關的工作電路進行分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此類故障的主要原因為內部觸點斷路損壞，導致外部電路不能接通或內部短路，使電流不能到達倒車燈。常見的觸點斷路故障有觸點松動接觸不良、觸點拉弧積碳、高溫塑料件融化變形無法接觸等［2］；常見的內部短路故障有觸點拉弧高溫絕緣體燒蝕短路、觸點變形與彈簧短接短路等。

2.2 故障現(xiàn)場調查

僅從售后數(shù)據(jù)故障描述，無法詳細了解故障情況，根據(jù)售后故障信息反饋，組織相關人員到4S店對實車進行故障現(xiàn)場調查。故障車為營運車型，主要在城鎮(zhèn)間客運往返，每天行駛里程約500 km，整車倒車燈電路無改裝或加裝情況，檢查倒車燈開關接插件無異常，檢測整車電路電壓、電流及倒車燈開關電阻值，檢測結果見表1。工作電壓正常，倒車燈電路峰值電流存在異常，倒車燈開關電阻值也存在異常。通過更換新的倒車燈開關，重新檢測整車電路電流，電路峰值電流恢復正常，倒車燈及倒車影像恢復正常。分析現(xiàn)場實車換件前后的檢測結果，判定變速器倒車燈開關總成失效導致倒車燈電路工作異常。

2.3 故障件拆解分析

（1）從售后返回故障件中抽取5件進行故障分析，故障信息均為無倒車影像。對故障件進行檢測分析，倒車燈開關外觀檢查無異常，檢測開關的輸入、輸出線路在開關通斷工作時無異常，檢測倒車燈開關線束與外殼體絕緣情況，開關斷開狀態(tài)時正常，開關接合狀態(tài)時均出現(xiàn)短路異?，F(xiàn)象，判定倒車燈開關主要故障模式為接合狀態(tài)線束與外殼體短路失效［3］。

（2）拆解故障件，拆解后從外觀上分析，內部推桿組件動觸片上的絕緣體存在明顯燒蝕現(xiàn)象，不同故障里程更換的故障件的燒蝕程度不同，故障里程越長，則燒蝕越嚴重。用萬用表檢測動觸片與推桿絕緣性能發(fā)現(xiàn)，故障件的動觸片與推桿均存在短路導通現(xiàn)象，判定倒車燈開關短路的主要故障模式為動觸片與推桿間絕緣體失效短路，推桿與金屬外殼體為金屬接觸導致倒車燈電路短路失效。

（3）對殼體內腔及推桿組件進一步拆解分析，殼體內腔底部有明顯黑色的金屬雜質沉積，腔體內沉積的雜質主要來源于變速器齒輪油中齒輪磨損金屬雜質。推桿、動觸片及絕緣體拆解，動觸片電源輸入端明顯燒蝕發(fā)黑，上絕緣體凸緣有燒蝕缺口，絕緣墊片也明顯燒蝕缺口，推桿臺階有燒蝕料渣（如圖3所示）。

2.4 絕緣體燒蝕原因分析

（1）零部件尺寸及裝配問題。經檢查，動觸片、推桿、上絕緣體、下絕緣墊等零件關鍵重要尺寸、位置度均為全檢項，推桿組件壓裝后的絕緣性能均為全檢項，保證出廠時各零部件尺寸及裝配合格，零部件或組件裝配質量出問題的概率小，非主要原因。

（2）絕緣體原材料材質問題。供應商現(xiàn)場實際裝配情況確認，所有倒車燈開關產品零件（上絕緣套、下絕緣墊圈）采用的都是相同材料，熱變形特性耐200 ℃的高溫，未發(fā)生設計變更，原材料不合格導致故障風險較小，非主要原因。

（3）整車異常大電流導致絕緣體燒蝕。①現(xiàn)場調查故障車更換倒車燈開關后，整車倒車燈回路電流檢測，未發(fā)現(xiàn)異常大電流現(xiàn)象；廠內全新整車下線檢測倒車燈回路電流，也未發(fā)現(xiàn)大電流現(xiàn)象，檢測結果見表2。②倒車燈開關耐電流試驗驗證：電壓為12 V，分別開展50 000次10 A、20 A、25 A不同異常大電流的持續(xù)接通/斷開的耐久試驗，在20 A以下電流工作時，基本無異常；完成25 A電流下工作的耐久試驗后，絕緣體有輕微燒蝕，絕緣體絕緣性能未失效；而25 A以上的大電流會對絕緣體耐久燒蝕有影響。

（4）絕緣體疲勞破損。倒車燈開關工作中，動觸片不斷地開合，底部圓孔邊沿對絕緣體進行磨削導致絕緣體疲勞破損，觸片與推桿接觸短路。經故障件拆解分析，輕微燒蝕和嚴重燒蝕樣件、上絕緣體凸緣未見切割破損，未見觸片移位與推桿接觸現(xiàn)象。

（5）絕緣體漏電短路。倒車燈開關在變速器總成上方豎直布置，根據(jù)內部結構及工作原理分析，內部剖面結構如圖4所示，動觸片與推桿間采用上絕緣套與下絕緣平墊組合結構裝配，動觸片底部與推桿存在小縫隙（約0.4 mm），推桿與外殼體為金屬接觸結構。在開關斷開時，推桿組件向下移動，開關內腔體積變大形成負壓，齒輪油在齒輪旋轉飛濺到殼體上方，少量齒輪油被吸入腔體內；在開關工作時，推桿組件向上移動，開關內腔體積變小形成正壓，腔體內齒輪油被擠出。變速器齒輪嚙合產生的金屬雜質伴隨齒輪油也被吸入開關內腔，在絕緣體縫隙間沉積，導致動觸片與推桿產生不良接觸，在開關接通電源正極時，瞬態(tài)峰值電流沖擊發(fā)生漏電短路，產生大電流及高溫，導致絕緣體燒蝕失效。

2.5 結果分析

綜合以上原因分析，倒車燈開關推桿組件上的動觸片與推桿間絕緣體燒蝕短路是導致倒車燈開關失效的主要原因，而推桿組件的上、下絕緣體結構縫隙金屬雜質沉積漏電短路，是絕緣體燒蝕的根本原因。

3 解決措施

針對倒車關開關漏電短路失效問題，從倒車燈電器架構及倒車開關結構工作原理方面入手，提出如下改進措施。

（1）從倒車燈電路架構進行改善。整車倒車燈電路采用邏輯電器架構，可以降低倒車燈開關電路負載電流（如圖5所示），倒車燈電路采用繼電器控制倒車燈點亮與熄滅［4］。倒車燈開關接通時，將繼電器的控制端與地線接通，拉低電路電壓形成電勢差，驅動繼電器閉合，倒車燈電路形成回路，點亮倒車燈；倒車燈開關斷開時，控制端與地線斷開，倒車燈繼電器斷開，倒車燈熄滅。

邏輯電路的優(yōu)點如下：倒車燈開關僅作為繼電器信號輸入控制倒車燈回路的通斷，倒車燈開關電器回路電流降低至150 mA以下，減少開關因瞬態(tài)峰值電流及觸點拉弧等而失效，提升倒車燈開關的使用壽命。邏輯電路的缺點如下：整車倒車燈電器架構原理變更，線束接線原理需要變更，增加繼電器，成本增加，全新裝車可以應用，已有車輛售后無法改制升級。

（2）倒車燈開關推桿增加油封密封。為防止齒輪油將金屬雜質帶入倒車燈開關腔體內產生短路，可在推桿與殼體間增加“O”形密封圈，殼體需要增加“O”形圈環(huán)型槽，加大推桿表面粗糙度等級，裝配工裝工藝需變化，企業(yè)需投入工裝開發(fā)費用，零件總成成本增加。

（3）倒車燈開關絕緣體結構改進。增大動觸片與推桿絕緣面積，消除觸片與推桿間絕緣體縫隙，將上、下絕緣體配合結構進行設計改進，將上絕緣體a由凸緣設計改為沉孔設計，將下絕緣墊b由平墊設計改為凸緣設計，凸緣的高度要求大于底墊的厚度，上、下絕緣體配合后，動觸片底部與推桿間絕緣面積增大且無小縫隙結構（如圖6所示），動觸片與推桿設計不變，絕緣體與推桿頂部的鉚壓工藝維持不變，可有效解決齒輪油雜質沉積導致的漏電問題。此方法僅涉及絕緣體模具修模開發(fā)，投資費用少，材料成本不變、裝配工藝不變，同時可滿足整車售后故障維修更換升級。

為有效解決倒車燈開關失效問題，同時考慮整車開發(fā)成本及售后維修升級，采用章節(jié)“3（1）”中提出的措施對倒車燈開關絕緣體結構進行設計改進，針對絕緣體漏電燒蝕問題進行改善，需重新開發(fā)上、下絕緣體模具，開發(fā)周期約20 d，其他零件及裝配工藝不變，成本無變化，同時可滿足售后故障維修更換升級。

4 產品驗證

（1）零件單體臺架試驗驗證如下：按照《倒車燈開關臺架試驗大綱》中的要求，開展性能測試、電壓降測試、絕緣阻抗試驗、耐溫試驗、壽命試驗、密封性測試等臺架性能試驗，樣品通過臺架試驗驗證，完全滿足試驗要求。

（2）整車試裝驗證如下：①路試情況。整車搭載綜合道路試驗里程為30 000 km，要求每10 km至少進行20次掛倒擋動作，試驗結束拆解未見異常，符合試驗標準要求。②整車售后跟蹤驗證。通過售后市場進行跟蹤快速驗證，在售后市場營運車型中，抽取10臺故障車更換整改后的倒車燈開關樣件進行試裝跟蹤驗證，整改樣件在售后營運車上試裝跟蹤超過4個月，跟蹤里程超過30 000 km，未發(fā)現(xiàn)倒車燈開關故障異常反饋。

綜合以上驗證結果表明，針對倒車燈開關絕緣體實施以上結構優(yōu)化方案后，絕緣體燒蝕問題得到有效解決。

5 結語

通過對倒車燈開關優(yōu)化前后結構進行對比分析和試驗驗證得出結論如下：①通過對倒車燈開關結構和工作原理進行分析，總結汽車倒車燈開關失效問題分析模型，利用問題分析模型快速鎖定問題，找到根本原因，提高解決質量問題的效率。②倒車燈開關絕緣體結構優(yōu)化后，動觸片與推桿絕緣配合面積增大，有效提升了該處的絕緣性能。隨著汽車技術的發(fā)展，從無到有，從有到優(yōu)，客戶越來越關注汽車動力性、NVH性能及可靠性等，在產品開發(fā)過程中，需要更加關注零部件的細節(jié)設計，不斷提升產品競爭力。

6 參考文獻

［1］朱亮，程陶園.某車型前制動鉗異響問題分析［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2014（13）：63-65.

［2］辛樹清. 變速器倒車燈開關故障分析［J］.現(xiàn)代零部件，2014（5）：72.

［3］敬亞杰，李現(xiàn)偉，李佳雯.HNSAE19252某車型倒車燈開關燒蝕問題的分析及整改：第十六屆河南省汽車工程科技學術研討會論文集［C］.鄭州：河南省汽車工程學會，2019：386-388.

［4］李祥，李志超.倒車燈開關電路的改進［J］.工程機械與維修，2008（5）：147.