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摘 要：汽车制动灯开关虽未定义为3C件或关键件，却对行车安全有重要的影响。该开关常见的功能失效模式有：①制动灯常亮，导致制动灯烧坏或电池亏电；②制动灯不亮，刹车时无法警示后面来车减速。通过增加力&位移测试的过程控制方法，保证开关的档位高度和止档力等关键特性满足设计要求；通过回位弹簧的结构改进，保证上下触点两边接触。有效的提升了现有产品的可靠性，并为新产品的质量先期策划和控制计划提供经验支持。
关键词：制动灯开关；故障模式；档位高度；止档力；结构改进
引言
随着汽车技术不断发展，顾客对整车安全性和舒适性提出了更高的要求。不遗余力的改进现有产品的质量缺陷，提升整车质量表现，是汽车厂家不可逾越的阶段。行车制动灯开关作为制动回路的通断枢纽和制动信号传感器，虽然体积小、结构轻，却需要承载大电流的通断电弧冲击、频繁动作的耐久考验（设计寿命为100万次），在整车上因制动灯开关失效而经常出现的故障模式有：①制动灯常亮，高位制动灯和后部制动灯长时间工作发热，热量集聚导致灯具壳体热熔变形；或停车后制动灯常亮，蓄电池长时间工作而致亏电，不能正常发动汽车等。②制动灯不亮，刹车时不能警示后面来车，具有安全隐患。快速分析开关失效原因，制定有效的改善措施，对于汽车厂家显得尤为重要。
1.制动灯开关原理和结构
首先，掌握开关的作用原理和结构，是快速分析质量问题，制定有效改善措施的前提。
1.1制动灯开关原理
制动灯开关，包含两路导通结构，自由状态下，其中一路常闭，为两对触点接触的结构，通大电流，直接控制制动灯；另一路常开，为滑片式结构，通小电流，為ECU（Electronic Control Unit）提供制动信号，从而取消定速巡航、调整节气门开度等，如图1所示。
制动灯开关装在制动踏板的安装支架上，并与踏板上的挡板配合，以此来实现刹车动作与开关开闭的联接。初始装车位置，开关推杆压下，常闭回路断开，常开回路闭合；踩下刹车踏板，踏板与开关推杆脱离，开关恢复自由状态。如图2所示。
1.2制动灯开关结构
制动灯开关包含约20个子零件，按照制造工艺来分，包括注塑件、冲压件、电镀件等，如图3 。
其中动触片与插片组成ECU信号回路组件；接触片、银点与插片组成制动灯回路组件。特别的，为了补偿制动踏板支架与挡板间的距离误差，保证开关装到踏板安装支架上后与踏板挡板可靠接触，开关设计了齿形推杆与卡簧配合的自适应行程结构，如图4所示。
2.制动灯常亮原因分析和过程控制方法
2.1制动灯常亮原因分析
制动灯开关有自适应行程结构，将推杆伸出长度设定为8个档位，开关装配到踏板组件上时，根据安装支架与挡板的距离，使开关稳定在某一个档位上。不同的档位间的关键特性包括两个方面：档位高度和止档力。假设：安装支架与挡板间距为L，开关档位高度为H。其中开关1档的高度最大为Hmax，8档的档位高度最小为Hmin，设计上要求Hmax>L，且差值至少大于开关的导通断开行程约1mm。
因此，制动灯常亮的原因主要为开关与踏板没有可靠接触。这其中又包含两种可能原因：①开关装到踏板支架上前，推杆未完全拉出，开关自适应行程没起作用，开关推杆所处的档位高度小于安装支架与挡板间距，即（Hi-l） 2.2档位高度与止档力过程控制方法
由于尺寸测量方法的限制，不易100%监控与档位高度和止档力相关的推杆和卡簧的尺寸。且子零件的尺寸满足，并不能体现零件总成的符合性。
将力&位移测试仪（试验设备）应用在生产线上，可同时监控开关总成每一档的档位高度和止档力，如图6所示。
在此过程中，需严格控制探头的下压速度，以免测量时开关滑档，对推杆造成二次损伤。检测完后，开关推杆需恢复到最长的状态，并确认后打标识。
3.制动灯不亮原因分析和结构改进方案
3.1制动灯不亮原因分析
制动灯开关内部回路不导通，是制动灯不亮的直接原因。这其中又包含几个可能原因：①内部注塑飞边、手套丝线等异物，导致上下触点不能有效接触；②动触片与壳体干涉摩擦，两组触点仅单边接触；③弹簧弹力不够，触点接触抖动时间长，电弧烧蚀触点表面，积碳严重导致断路等。
3.2结构改进方案
注塑飞边等异物，可通过修复模具，模具定期维护保养来改善；弹簧力不够，可在满足开关档位力要求的情况下，选用弹性系数较大的弹簧。动触片与壳体摩擦导致单边接触的情况较为复杂，需要分析动触片受力情况，从结构力学角度制定改善方案，以某新型国产乘用车的制动灯开关为例。
①动触片受力分析（改进前）
因动触片包含冲压成型、触点铆接、装配等工艺，两组触点的高度很难保证完成一致；且在使用过程中，两组触点的烧蚀程度不同，也可能导致高度差。虽不能避免两组触点按照先后顺序接触，如何保证两组触点在最短的时间内连续接触，就成为重点研究的方向。该型开关设计初选用柱形弹簧，弹簧直径与触点间距一致。
如图8所示，假设动触片右边与壳体摩擦力为f，柱形弹簧弹力为F，两个力矩分别为l和L，动触片与壳体两边的间距分别为h1和h2。当两个触点因制造误差存在高度差时，左边先接触，形成杠杆支点。因为摩擦力矩l远大于L，只要很小的摩擦力就能与弹簧力形成力平衡，导致右边触点不能接触。因L太小，即使没有摩擦力的情况下，左边支点处也易形成力平衡，导致另一触点接触不良。
②动触片受力分析（改进后）
将柱形弹簧改为锥形弹簧，缩小上端直径。这种改进有几个好处：①当单边静触点作为支点时，缩小了摩擦力矩和弹簧力矩的大小差别，从而减小了摩擦力f对动触片回位的影响；②力F1作用点位置的内移，避免了F1和F2受力点重合的风险，使动触片具备一定的偏移调整能力；③当定触点存在高度差时，弹簧支撑点向高一些的触点方向微量位移，来确保高的定触点接触可靠。
③动触片增加凸台
为了防止锥形弹簧有太大的位移，在动触片中间增加凸台。
4.结论
制动灯开关在整车制动模块中的重要作用，对开关的可靠性提出了较高的要求。文章简要介绍了制动灯开关的原理和结构，重点分析了因制动灯开关失效导致的制动灯常亮、制动灯不亮的根本原因，并通过零件总成100%力&位移测试的过程控制方法、将柱形弹簧改为锥形弹簧等结构改进措施，使问题得以解决。识别清楚产品的关键特性，通过设计变更和自动化、半自动化的过程控制方法，提升产品可靠性，应是零件供应商重点关注的方向。
参考文献：
[1]李廉锟.结构力学[M].北京，高等教育出版社，2010.
[2]于津涛.汽车维修与保养[J].北京，2006/10：48.
[3]闫炳强，黄刚.汽车维修与保养[J].北京，2008/11：57.
作者简介：刘继宽（1985.2-），男，汉族，山东省济宁市人，上汽通用五菱汽车股份有限公司SQE工程师，从事供应商质量管理工作。
关键词：制动灯开关；故障模式；档位高度；止档力；结构改进
引言
随着汽车技术不断发展，顾客对整车安全性和舒适性提出了更高的要求。不遗余力的改进现有产品的质量缺陷，提升整车质量表现，是汽车厂家不可逾越的阶段。行车制动灯开关作为制动回路的通断枢纽和制动信号传感器，虽然体积小、结构轻，却需要承载大电流的通断电弧冲击、频繁动作的耐久考验（设计寿命为100万次），在整车上因制动灯开关失效而经常出现的故障模式有：①制动灯常亮，高位制动灯和后部制动灯长时间工作发热，热量集聚导致灯具壳体热熔变形；或停车后制动灯常亮，蓄电池长时间工作而致亏电，不能正常发动汽车等。②制动灯不亮，刹车时不能警示后面来车，具有安全隐患。快速分析开关失效原因，制定有效的改善措施，对于汽车厂家显得尤为重要。
1.制动灯开关原理和结构
首先，掌握开关的作用原理和结构，是快速分析质量问题，制定有效改善措施的前提。
1.1制动灯开关原理
制动灯开关，包含两路导通结构，自由状态下，其中一路常闭，为两对触点接触的结构，通大电流，直接控制制动灯；另一路常开，为滑片式结构，通小电流，為ECU（Electronic Control Unit）提供制动信号，从而取消定速巡航、调整节气门开度等，如图1所示。
制动灯开关装在制动踏板的安装支架上，并与踏板上的挡板配合，以此来实现刹车动作与开关开闭的联接。初始装车位置，开关推杆压下，常闭回路断开，常开回路闭合；踩下刹车踏板，踏板与开关推杆脱离，开关恢复自由状态。如图2所示。
1.2制动灯开关结构
制动灯开关包含约20个子零件，按照制造工艺来分，包括注塑件、冲压件、电镀件等，如图3 。
其中动触片与插片组成ECU信号回路组件；接触片、银点与插片组成制动灯回路组件。特别的，为了补偿制动踏板支架与挡板间的距离误差，保证开关装到踏板安装支架上后与踏板挡板可靠接触，开关设计了齿形推杆与卡簧配合的自适应行程结构，如图4所示。
2.制动灯常亮原因分析和过程控制方法
2.1制动灯常亮原因分析
制动灯开关有自适应行程结构，将推杆伸出长度设定为8个档位，开关装配到踏板组件上时，根据安装支架与挡板的距离，使开关稳定在某一个档位上。不同的档位间的关键特性包括两个方面：档位高度和止档力。假设：安装支架与挡板间距为L，开关档位高度为H。其中开关1档的高度最大为Hmax，8档的档位高度最小为Hmin，设计上要求Hmax>L，且差值至少大于开关的导通断开行程约1mm。
因此，制动灯常亮的原因主要为开关与踏板没有可靠接触。这其中又包含两种可能原因：①开关装到踏板支架上前，推杆未完全拉出，开关自适应行程没起作用，开关推杆所处的档位高度小于安装支架与挡板间距，即（Hi-l）
由于尺寸测量方法的限制，不易100%监控与档位高度和止档力相关的推杆和卡簧的尺寸。且子零件的尺寸满足，并不能体现零件总成的符合性。
将力&位移测试仪（试验设备）应用在生产线上，可同时监控开关总成每一档的档位高度和止档力，如图6所示。
在此过程中，需严格控制探头的下压速度，以免测量时开关滑档，对推杆造成二次损伤。检测完后，开关推杆需恢复到最长的状态，并确认后打标识。
3.制动灯不亮原因分析和结构改进方案
3.1制动灯不亮原因分析
制动灯开关内部回路不导通，是制动灯不亮的直接原因。这其中又包含几个可能原因：①内部注塑飞边、手套丝线等异物，导致上下触点不能有效接触；②动触片与壳体干涉摩擦，两组触点仅单边接触；③弹簧弹力不够，触点接触抖动时间长，电弧烧蚀触点表面，积碳严重导致断路等。
3.2结构改进方案
注塑飞边等异物，可通过修复模具，模具定期维护保养来改善；弹簧力不够，可在满足开关档位力要求的情况下，选用弹性系数较大的弹簧。动触片与壳体摩擦导致单边接触的情况较为复杂，需要分析动触片受力情况，从结构力学角度制定改善方案，以某新型国产乘用车的制动灯开关为例。
①动触片受力分析（改进前）
因动触片包含冲压成型、触点铆接、装配等工艺，两组触点的高度很难保证完成一致；且在使用过程中，两组触点的烧蚀程度不同，也可能导致高度差。虽不能避免两组触点按照先后顺序接触，如何保证两组触点在最短的时间内连续接触，就成为重点研究的方向。该型开关设计初选用柱形弹簧，弹簧直径与触点间距一致。
如图8所示，假设动触片右边与壳体摩擦力为f，柱形弹簧弹力为F，两个力矩分别为l和L，动触片与壳体两边的间距分别为h1和h2。当两个触点因制造误差存在高度差时，左边先接触，形成杠杆支点。因为摩擦力矩l远大于L，只要很小的摩擦力就能与弹簧力形成力平衡，导致右边触点不能接触。因L太小，即使没有摩擦力的情况下，左边支点处也易形成力平衡，导致另一触点接触不良。
②动触片受力分析（改进后）
将柱形弹簧改为锥形弹簧，缩小上端直径。这种改进有几个好处：①当单边静触点作为支点时，缩小了摩擦力矩和弹簧力矩的大小差别，从而减小了摩擦力f对动触片回位的影响；②力F1作用点位置的内移，避免了F1和F2受力点重合的风险，使动触片具备一定的偏移调整能力；③当定触点存在高度差时，弹簧支撑点向高一些的触点方向微量位移，来确保高的定触点接触可靠。
③动触片增加凸台
为了防止锥形弹簧有太大的位移，在动触片中间增加凸台。
4.结论
制动灯开关在整车制动模块中的重要作用，对开关的可靠性提出了较高的要求。文章简要介绍了制动灯开关的原理和结构，重点分析了因制动灯开关失效导致的制动灯常亮、制动灯不亮的根本原因，并通过零件总成100%力&位移测试的过程控制方法、将柱形弹簧改为锥形弹簧等结构改进措施，使问题得以解决。识别清楚产品的关键特性，通过设计变更和自动化、半自动化的过程控制方法，提升产品可靠性，应是零件供应商重点关注的方向。
参考文献：
[1]李廉锟.结构力学[M].北京，高等教育出版社，2010.
[2]于津涛.汽车维修与保养[J].北京，2006/10：48.
[3]闫炳强，黄刚.汽车维修与保养[J].北京，2008/11：57.
作者简介：刘继宽（1985.2-），男，汉族，山东省济宁市人，上汽通用五菱汽车股份有限公司SQE工程师，从事供应商质量管理工作。