汽車制動燈開關常見故障分析和改進策略

摘 要：汽車制動燈開關雖未定義為3C件或關鍵件，卻對行車安全有重要的影響。該開關常見的功能失效模式有：①制動燈常亮，導致制動燈燒壞或電池虧電；②制動燈不亮，剎車時無法警示后面來車減速。通過增加力&位移測試的過程控制方法，保證開關的檔位高度和止檔力等關鍵特性滿足設計要求；通過回位彈簧的結構改進，保證上下觸點兩邊接觸。有效的提升了現有產品的可靠性，并為新產品的質量先期策劃和控制計劃提供經驗支持。

關鍵詞：制動燈開關；故障模式；檔位高度；止檔力；結構改進

引言

隨著汽車技術不斷發展，顧客對整車安全性和舒適性提出了更高的要求。不遺余力的改進現有產品的質量缺陷，提升整車質量表現，是汽車廠家不可逾越的階段。行車制動燈開關作為制動回路的通斷樞紐和制動信號傳感器，雖然體積小、結構輕，卻需要承載大電流的通斷電弧沖擊、頻繁動作的耐久考驗（設計壽命為100萬次），在整車上因制動燈開關失效而經常出現的故障模式有：①制動燈常亮，高位制動燈和后部制動燈長時間工作發熱，熱量集聚導致燈具殼體熱熔變形；或停車后制動燈常亮，蓄電池長時間工作而致虧電，不能正常發動汽車等。②制動燈不亮，剎車時不能警示后面來車，具有安全隱患。快速分析開關失效原因，制定有效的改善措施，對于汽車廠家顯得尤為重要。

1.制動燈開關原理和結構

首先，掌握開關的作用原理和結構，是快速分析質量問題，制定有效改善措施的前提。

1.1制動燈開關原理

制動燈開關，包含兩路導通結構，自由狀態下，其中一路常閉，為兩對觸點接觸的結構，通大電流，直接控制制動燈；另一路常開，為滑片式結構，通小電流，為ECU（Electronic Control Unit）提供制動信號，從而取消定速巡航、調整節氣門開度等，如圖1所示。

制動燈開關裝在制動踏板的安裝支架上，并與踏板上的擋板配合，以此來實現剎車動作與開關開閉的聯接。初始裝車位置，開關推桿壓下，常閉回路斷開，常開回路閉合；踩下剎車踏板，踏板與開關推桿脫離，開關恢復自由狀態。如圖2所示。

1.2制動燈開關結構

制動燈開關包含約20個子零件，按照制造工藝來分，包括注塑件、沖壓件、電鍍件等，如圖3 。

其中動觸片與插片組成ECU信號回路組件；接觸片、銀點與插片組成制動燈回路組件。特別的，為了補償制動踏板支架與擋板間的距離誤差，保證開關裝到踏板安裝支架上后與踏板擋板可靠接觸，開關設計了齒形推桿與卡簧配合的自適應行程結構，如圖4所示。

2.制動燈常亮原因分析和過程控制方法

2.1制動燈常亮原因分析

制動燈開關有自適應行程結構，將推桿伸出長度設定為8個檔位，開關裝配到踏板組件上時，根據安裝支架與擋板的距離，使開關穩定在某一個檔位上。不同的檔位間的關鍵特性包括兩個方面：檔位高度和止檔力。假設：安裝支架與擋板間距為L，開關檔位高度為H。其中開關1檔的高度最大為Hmax，8檔的檔位高度最小為Hmin，設計上要求Hmax>L，且差值至少大于開關的導通斷開行程約1mm。

因此，制動燈常亮的原因主要為開關與踏板沒有可靠接觸。這其中又包含兩種可能原因：①開關裝到踏板支架上前，推桿未完全拉出，開關自適應行程沒起作用，開關推桿所處的檔位高度小于安裝支架與擋板間距，即（Hi-l）

2.2檔位高度與止檔力過程控制方法

由于尺寸測量方法的限制，不易100%監控與檔位高度和止檔力相關的推桿和卡簧的尺寸。且子零件的尺寸滿足，并不能體現零件總成的符合性。

將力&位移測試儀（試驗設備）應用在生產線上，可同時監控開關總成每一檔的檔位高度和止檔力，如圖6所示。

在此過程中，需嚴格控制探頭的下壓速度，以免測量時開關滑檔，對推桿造成二次損傷。檢測完后，開關推桿需恢復到最長的狀態，并確認后打標識。

3.制動燈不亮原因分析和結構改進方案

3.1制動燈不亮原因分析

制動燈開關內部回路不導通，是制動燈不亮的直接原因。這其中又包含幾個可能原因：①內部注塑飛邊、手套絲線等異物，導致上下觸點不能有效接觸；②動觸片與殼體干涉摩擦，兩組觸點僅單邊接觸；③彈簧彈力不夠，觸點接觸抖動時間長，電弧燒蝕觸點表面，積碳嚴重導致斷路等。

3.2結構改進方案

注塑飛邊等異物，可通過修復模具，模具定期維護保養來改善；彈簧力不夠，可在滿足開關檔位力要求的情況下，選用彈性系數較大的彈簧。動觸片與殼體摩擦導致單邊接觸的情況較為復雜，需要分析動觸片受力情況，從結構力學角度制定改善方案，以某新型國產乘用車的制動燈開關為例。

①動觸片受力分析（改進前）

因動觸片包含沖壓成型、觸點鉚接、裝配等工藝，兩組觸點的高度很難保證完成一致；且在使用過程中，兩組觸點的燒蝕程度不同，也可能導致高度差。雖不能避免兩組觸點按照先后順序接觸，如何保證兩組觸點在最短的時間內連續接觸，就成為重點研究的方向。該型開關設計初選用柱形彈簧，彈簧直徑與觸點間距一致。

如圖8所示，假設動觸片右邊與殼體摩擦力為f，柱形彈簧彈力為F，兩個力矩分別為l和L，動觸片與殼體兩邊的間距分別為h1和h2。當兩個觸點因制造誤差存在高度差時，左邊先接觸，形成杠桿支點。因為摩擦力矩l遠大于L，只要很小的摩擦力就能與彈簧力形成力平衡，導致右邊觸點不能接觸。因L太小，即使沒有摩擦力的情況下，左邊支點處也易形成力平衡，導致另一觸點接觸不良。

②動觸片受力分析（改進后）

將柱形彈簧改為錐形彈簧，縮小上端直徑。這種改進有幾個好處：①當單邊靜觸點作為支點時，縮小了摩擦力矩和彈簧力矩的大小差別，從而減小了摩擦力f對動觸片回位的影響；②力F1作用點位置的內移，避免了F1和F2受力點重合的風險，使動觸片具備一定的偏移調整能力；③當定觸點存在高度差時，彈簧支撐點向高一些的觸點方向微量位移，來確保高的定觸點接觸可靠。

③動觸片增加凸臺

為了防止錐形彈簧有太大的位移，在動觸片中間增加凸臺。

4.結論

制動燈開關在整車制動模塊中的重要作用，對開關的可靠性提出了較高的要求。文章簡要介紹了制動燈開關的原理和結構，重點分析了因制動燈開關失效導致的制動燈常亮、制動燈不亮的根本原因，并通過零件總成100%力&位移測試的過程控制方法、將柱形彈簧改為錐形彈簧等結構改進措施，使問題得以解決。識別清楚產品的關鍵特性，通過設計變更和自動化、半自動化的過程控制方法，提升產品可靠性，應是零件供應商重點關注的方向。

參考文獻：

[1]李廉錕.結構力學[M].北京，高等教育出版社，2010.

[2]于津濤.汽車維修與保養[J].北京，2006/10：48.

[3]閆炳強，黃剛.汽車維修與保養[J].北京，2008/11：57.

作者簡介：劉繼寬（1985.2-），男，漢族，山東省濟寧市人，上汽通用五菱汽車股份有限公司SQE工程師，從事供應商質量管理工作。