谈谈汽车特殊导线总成的应用及故障分析

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汽车特殊导线是什么,怎样的运用场景,又会伴随怎样的故障,这是本文线束工程师之家网即将探讨的内容。

线束不仅是汽车中的组成部分,也是连接整车用电器、模块的重要零件,保证汽车功能运行的载体,更是确保整车舒适性、可靠性的核心硬件。随着汽车科技快速发展,车机、控制器芯片迭代升级,传统的LIN、CAN线束已满足不了汽车信号交付速率的要求,HSD、FAKRA高频插件、特殊线缆应用而生,蓬勃发展。相对传统的线束插件, HSD、FAKRA插件对高频性能要求更为苛刻,因此端子压接、加工工艺尤为重要,否则会影响产品的特性阻抗,可能导致信号间断丢失、仪表显示屏显示异常等市场问题。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

1.特殊导线总成的运用及特性

1.1特殊导线总成的运用

随着汽车配置升级,特殊导线总成常态化运用比重变大,成本占比随之提高。主要运用有:主机到大屏(分离式),360模块到前后左右摄像头,TBOX到主机,人脸识别到前后左右摄像头。以10万左右自主品牌车配置为例,一般特殊导线数量在10~15根,数量占比还是很大的。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

特殊导线总成由高频插件及线缆、包裹胶带组成。插件分HSD、FAKRA两种插件,其中国外插件厂家主流有罗森伯格、泰科等,国内厂家有信翰、电连等,不同品牌插件interface相同,但不同厂家设计理念存在差异,端子、护套物理结构存在细微差异。例:端子插拔力不同。为此,不同品牌插件互配使用时,需谨慎,务必充分验证。特殊导线端子压接、线缆加工等过程控制与产品可靠性密切相关,因此特殊导线的生产加工对自动化设备要求高。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

1.2特殊导线总成的特性

汽车零部件中,特殊导线总成相对属于“小件”,二级物料相对少,组装装配相对简单,主要由接插件和线缆组成。根据物理结构、传输速率,插件分为HSD、FAKRA两类,线缆主要分为RG174、RTK031、RG174LL、Dacar535、 Dacar636、Dacar566等,不同线缆线芯直径不同、耐弯曲次数存在差异。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

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HSD主要性能:文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

1.传输频率:0-2GHz,特性阻抗100Ω,最大承载电流3A;文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

2.常规使用线缆:Dacar535、 Dacar636(0.14)、Dacar566(0.4)等;文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

3.孔位:4个PIN脚。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

FAKRA主要性能:文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

按物理结构大小分为常规FAKRA和Mini FAKRA。Mini Fakra较常规Fakra更具空间优势,使用量相对较少,单port暂无成本优势;加工工艺方面:常规Fakra主流有二代机加工、三代冲压,三代为匹配自动化生产设计且成本较低。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

1. 常规Fakra传输频率:0-6GHz,特性阻抗50Ω;Mini Fakra传输频率:0-20GHz,特性阻抗50Ω;文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

2. 常规使用线缆:RG174(0.14)、RTK031(0.4)等;文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

3. 孔位:常规1个PIN脚,四合一使用Mini Fakra为4个PIN;文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

4.由于带宽需求、成本等因素,除四合一使用Mini Fakra外其余基本都使用常规Fakra。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

1.3高频性能关键特性

特性阻抗是指电缆无限长时的阻抗。电缆的特性阻抗是一个复杂的特性,它是由电缆的各种物理参数如:电感、电容、电阻的值决定的,而这些值又取决于导体的形、同心度、导体之间的距离以及电缆绝缘层的材料。特性阻抗决定了传输效果的好坏,同样也是影响信号完整性问题的关键。此外, 插入损耗、回波损耗、近端串扰性能、结合温度振动也是关键性能,是可靠性的重要指标。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

2.特殊导线总成的故障分析

特殊导线总成技术相对成熟,产品可靠性稳定,因特殊导线总成造成的市场问题不多,偶尔也有。以偶发多媒体黑屏、闪屏为例,进行探讨。显然多媒体显示异常问题很多,常见原因主机软件bug异常、大屏单件损坏等。接下来,介绍主机、大屏功能正常情况下,线缆单件质量引起的故障,线缆排查方法。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

2.1换件排除法

偶发故障,因故障难以复现,排查难度较高,需工程师理论知识扎实、理清思路对故障进行排查。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

对多媒体显示系统:主机、大屏、线束进行现场检查,通过“望”确认单件表面是否破损,通过”问”了解故障发生的工况及场景,通过“思”理论结合故障件分析潜在失效原因,理清故障排查思路,锁定根本原因,快速解决故障。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

依次更换新的主机、大屏,持续操作看功能是否正常,必要时进行周期性的过颠簸路路试验证,排除因为芯片、软件BUG引起的主机、大屏单件质量问题,可以进一步聚焦特殊导线的问题。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/application-and-fault-analysis-of-special-wire-assembly/

2.2故障件高频特性阻抗测试

特殊导线总成的物理特性、高频性能,特别是阻抗、电阻,会直接影响到显示系统稳定性、可靠性。首先拆除线束音视频的转接线束,肉眼识别线束表面是否破损,线芯是否外露,端子孔位是否异常,有无明显变大,若不能充分判断其异常,则可通过辅助设备测试故障线束的性能,进一步判断。

特性阻抗测试设备:阻抗测试仪。测试方法:LVDS线束长度860mm,高频参数的测试使用2颗板端连接器并焊接两块HSD高频测试专用PCB。测试要求:要求100±10毫欧,若测试结果超过要求100±10毫欧,则是特殊导线总成故障。

2.3故障件物理特性测试

测试设备:端子刨面仪。测试方法:故障件端子进行剖面分析。测试要求:全部压接合格(端子故障件的压接剖面均不存在空洞,且导线在端子内压缩率满足压接要求)。若测试结果:端子故障件的压接剖面均存在空洞、则压接不良。例如其它常见压接不良有:压接翼未闭合、压接不充分,导体末变形、压接翼未包住导体、 端子压接翼外翻。

特性阻抗与特性电阻,仅一字之差却有本质上差异,同时也存在紧密联系,电阻异常导致阻抗异常。可见,端子压接品质直接影响端子传输性能,压接齿合长度及压接高度影响特性阻抗,对产品品质影响很大。

以上,依次更换新的主机、大屏,模拟故障复现时的操作,必要时跑颠簸路验证,功能正常排查主机、大屏单件问题;其次,通过端子肉眼物理结构排查,借助电子设备对端子压接分析、特性阻抗测试,锁定端子压接不到位,引起的特性阻抗差异,导致显示系统特性阻抗不匹配,导致系统异常。

3.结语

随着国家汽车产业配套设施的完善,法律法规的健全,全球经济复苏,未来汽车产业一定会颠覆性发展,电动汽车、自动驾驶等技术的运用定会是汽车的标配,与此同时特殊导线总成的运用会越来越多。FAKRA因成本低,体积小,运用常景会延伸,未来趋势HSD可能会被FAKRA替代。同时网联化、智能化、共享化已高度融合,对于模块之间信号的交付的速度、宽带要求提升,百兆、千兆以太网运用而生,同样是未来的一个发展趋势。

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