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汽车及外部测试设备连接器设计及定位规范

    作者:宏拓新软件
    发布日期:2024-07-08         
阅读:32     
 
 

摘 要:本文详细介绍了OBD规范对汽车连接器和外部测试设备连接器功能方面所做的一些规范和要求。这些规范和要求对汽车及相关连接器的设计与开发具有一定的指导意义。

关键词:汽车;外部测试设备;连接器;接触件;标准规范

 

1 前言

目前,欧美一些国家制定的车载自动诊断系统(OBD)规范要求在旅行车和轻型和中型卡车安装一种标准化连接器,以借助于“通用”测试设备获取仪表板上的诊断信息。本文将阐述其物理连接的具体要求和相关插针的使用要求。

SAE J1962规范要求的编制原本是为了满足1996年车型及后续车型汽车的美国OBD要求。而ISO 15031-3规范则是根据SAE J1962开发的,主要是用来满足2023年车型及后续车型汽车的欧洲OBD要求,并添加了改型的连接器型号,以适应24V系统汽车规范要求。本文件在技术上等效于ISO/DIS 15031-3标准规范。

本文件用于满足美国制定的车载自动诊断系统(OBD)规范所规定的OBD连接器要求。本文件所规定的诊断连接系统由两个配对的连接器组成,即汽车连接器和外部测试设备用连接器。

1) 汽车连接器的功能要求。这些功能要求可分为四个主要部分:连接器的位置/检查、连接器设计、连接器接触件定位、连接器和相关电路的电性能要求。

2) 外部测试设备用连接器的功能要求。这些功能要求可分为三个主要部分:连接器设计、连接器接触件定位、连接器和相关电路的电性能要求。

2 汽车连接器的位置/检查

2.1 位置一致性

1) A型汽车连接器的位置

如果采用A型汽车连接器,连接器应位于旅客或驾驶员室仪器盘驾驶员一侧到汽车中心线以外300mm之间的区域,并连接到仪表盘上,容易从驾驶员座位上将其取出。最佳位置应该位于方向盘轴和汽车中心线之间。汽车连接器的安装应便于其正常插拔。

2) B型汽车连接器的位置

如果采用B型汽车连接器,那么,连接器应位于旅客或驾驶员室仪器盘驾驶员一侧(包括外侧)到汽车中心线以外750mm之间的区域。它应该与仪表盘连接,容易从驾驶员座位或副驾驶员座位或从外面将其取出,进行检修。汽车连接器的安装应便于其正常插拔。

2.2 便于检查

便于检查就是无须借助专用工具即可拆卸仪表盘盖子、连接器盖或任何隔板。汽车连接器应夹紧、定位,这样所配对的外部测试设备用连接器可以单手进行插入或进行盲插。图4表示汽车中已经连接的诊断系统连接器检查区。

2.3 易见性

汽车连接器应该位于乘客(前座和后座)在正常视角下看不到的地方。不过,技术维修人员蹲下之后应该容易看到。

2.4 汽车运行

汽车连接器与外部测试设备的连接应不影响汽车物理和电气元件的正常运行。

3 汽车及外部测试设备连接器的设计

3.1 尺寸规格

汽车和外部测试设备用连接器的基本尺寸参见图1和2。外部测试设备用连接器的B型连接器应可以与汽车连接器的A型B型配合,并保证符合连接器电气、机械和大气环境性能;外部测试设备用连接器中A型连接器应可以与汽车连接器的A型配合,并保证符合连接器电气、机械和大气环境性能要求。

3.2 接触件数量

汽车和外部测试设备用连接器每只应可以适配16个接触件。

3.3 接触件要求

1) 接触件类型

汽车连接器应由与外部测试设备用连接器配合的阳接触件组成。

2) 接触件间距

接触件间距参见附图A1、A2、B1和B2(略)。

3.4 连接器的插合

外部测试设备用连接器的插合设计时应考虑到外部测试设备接地信号和基座接地接触件在其他测试设备连接器接触件电连接之前就完成电接触。断开时,这两个相同的接触件应不丧失电接触性能,直到其他所有接触件分离为止。

3.5 连接器形状/特征

两个连接器的配合部分其形状应为“D”形。连接器应具有容易辨别的极化特性,以便在单手操作/盲插时容易连接。

汽车连接器和外部测试设备用连接器应具有锁紧功能,以保证在正确连接的情况下外部测试设备仍保持插合状态。当外部测试设备用连接器完全就位时,其锁紧机构可以提供一种正向压力。这种锁紧特性无须触动连接器上的拉杆来完成插拔。沿分离方向拉动外部测试设备用连接器使两个配对的连接器分开应不会使两个连接器产生任何损坏。

3.6 弹簧线夹

在外部测试设备用连接器上可以使用选用的弹簧线夹,参见图1中的相关规定。

弹簧线夹详图(图中尺寸均为mm,下同)

图1 弹簧线夹详图(图中尺寸均为mm,下同)

3.7 温度类别

所选材料的最小温度范围应符合ISO8092-2表3中规定的环境温度范围类别2的要求:即-40 ℃~+85C°。

3.8 外部测试设备用连接器的寿命

外部测试设备制造商应规定外部测试设备连接器的最小插拔次数能满足规定要求。

3.9 应力消除

外部测试设备用连接器应为与其相联的线缆提供应力释放特性。

3.10 接触件、连接器参数和性能要求

1) 样品的准备

取出未用的新样品,在2.10中的5)条件下进行测试,并按照2.10中的3)和4)要求在测试之前插合200次。

2) 接触件功能参数

(1) 外部测试设备用连接器的簧片尺寸:应符合图2所显示的尺寸要求;

(2) 最小电流

接触件的载流能力:在20C°温度下其直流电流为10A;

(3) 温度范围应符合ISO 8092-2表3中规定的环境温度类别2的要求:即–40 ℃~+ 85C°;

(4) 电压范围符合ISO 16750-2规定:–0.05 ~30.0Vd.c.

(5) 接触件应接受的电缆线导体的截面积:0.75mm2和18AWG。

接触簧片详图

图2 接触簧片详图

3) 接触件的性能要求

接触件系统(即配合的接触件对)应满足3.10.5条款(1)和(2)中所列出的环境暴露性能要求。接触件电阻的测试应按照ISO8092-2中4.8.1.1条的规定进行。

(1)接口电阻(在1A下测定):3 mΩmax;

(2)每个接触件对电缆线之间的电阻:初次插合时为10 mΩ。

(3)低电流下的接触件电阻:初次插合时为100 mΩ(按照ISO8092-2、4.8.1.2条款要求用100μA/20mV的恒定电流测试)。

4) 连接器系统性能要求

连接器系统应满足下面2.10中的5)所列出的环境暴露(1)~(5)所述的性能要求。测试应在室温(23℃±5 ℃)下进行。

(1) 邻近接触件之间的绝缘电阻按照ISO 8092-2中4.12要求进行测试,其最小值应为20MΩ。

(2) 按照ISO8092-2标准4.7.1测得的基座接触件保持力,其最小值为80N。

(3) 按照ISO8092-2中的4.3.1测试的全部装有16个接触件对的连接器的插拔力,其最小值应为88 N。

(4)具有16个接触件对的连接器的插合力:

a. 没有弹簧线夹时,其最大值为110N;

b. 带有弹簧线夹时,其最大值为142N,参见图1所示。

(5)当施加一个300N的力时,其极化特性应可防止连接器发生误插现象。

(6)固定特性:汽车连接器的固定特性应可以承受沿着插拔方向施加于连接器配合面的300N的力而不会出现任何机械和电气故障。

5) 汽车连接器的快速环境暴露

汽车连接器的快速环境测试应在没有与外部测试设备用连接器插合之前进行。用独立的样品组完成(1)~(4)各个环境暴露试验。暴露试验之后,汽车连接器应与原来的外部测试设备用连接器插合完成2.10中的3)和2.10中第4)条性能测试。

(1)热循环:按照下列步骤让样品完成1000次热循环试验,参见标准ISO 8092-2第4.22条规定:

·在–40℃±2 ℃的温度下至少试验30m;

·转换时间最长为10s;

·在温度110℃±2 ℃下至少30m;

·转换时间最长为10s。

(2) 温度/湿度循环:按照下列步骤让样品完成15次循环试验:

·在tc =23℃±5 ℃室内温度,且相对湿度(RH)在45~75% 的环境中保持4h;

·在0.5 h时间内,将温度tc提高到55℃±2℃,相对湿度(RH)达到95%~99%;

·在温度tc提高到55℃±2℃,相对湿度达到95%~99%保持10h;

·在2.5h时间内,将温度tc降低到–40 ℃±2 ℃(在这一过程中相对湿度不受控制,下同);

·在–40 ℃± 2℃温度下保持2h;

·在1.5 h时间内,将温度由–40 ℃±2 ℃提高到85℃±2 ℃;

·在85℃±2 ℃温度下保持2h;

·在0.5 h时间内,让温度回到23℃±5 ℃的室内温度。

温度/湿度循环的替代测试方法——用下列循环试验进行15次:

·在95 %的相对湿度和40℃条件下保持16h;

·在–40 ℃温度下保持2h;

·在+ 85℃温度下保持2h;

·在室内温度下保持4h。

(3)机械冲击:在连接器的3个相互垂直轴向、用50 g的加速度冲击3次。

(4) 振动:在室内温度下,连接器的3个相互垂直轴向、用15g的加速度和振幅为1.5mm±0.15mm的正弦波振动2h。

4 接触件定位及相关电路规范要求

4.1 汽车和外部测试设备用连接器接触件标识

汽车连接器和外部测试设备用连接器接触件的标识参见图3和表1。

汽车连接器接触件插合端视图

图3 汽车连接器接触件插合端视图

表1 接触件的一般定位

接触件的一般定位

4.2 一般接触件的定位

接触件定位规定见表1所示。

4.3 汽车连接器接触件的定位

1)汽车连接器接触件1、3、8、9、11、12和13

汽车连接器接触件1、3、8、9、11、12和13的定位可由汽车制造商自行确定。

2)汽车连接器接触件2

如果汽车中使用SAE J1850 10.4VPW来提供OBD所要求的通信服务,那么,汽车连接器接触件2应为SAE J1850 10.4 VPW信号连接。

如果汽车中使用SAE J1850 41.6 PWM来提供所要求的OBD通信服务,那么,汽车连接器接触件2应为总线连接的正向信号。

如果汽车中既不使用SAE J1850 41.6 PWM也不使用SAE J1850 41.6 PWM来提供所要求的OBD通信服务,那么,假定这一用途不会影响符合SAE J1978 [3]的工具的运转也不会对其造成损坏的话,这一接触件的用途应由汽车制造商自行确定。

3)汽车连接器接触件4

汽车连接器接触件4用于底盘接地,应与汽车底盘实现电连接,以便为外部测试设备提供电源接地,参见SAEJ1978。

附注:3.5节中第3)条外部测试设备用连接器接触件4对这一接触件的使用做了相应规定。

4) 汽车连接器接触件5

汽车连接器接触件5用于信号接地,并在汽车连接器中实施以便为外部测试设备中的通信收发器提供一种接地基准电压,也可以为SAE J1978中的测试设备提供电源接地。

接触件5在汽车中的应用则应考虑到汽车中所用的OBD通信接口噪音的形成和节点-节点电压偏差方面的限制条件。建议采用电池负极(-)、普通汽车的完全信号接地、逻辑电路连接点或汽车中为了减小节点-节点电压偏差的其他连接点。

附注:3.5节中第4)条外部测试设备用连接器接触件5对这一接触件的使用做了相应规定。

5)汽车连接器接触件6

如果汽车中使用ISO15765-4来提供所要求的OBD通信服务,那么,汽车连接器接触件6应为CAN-HIGH总线信号连接。

如果在汽车中没有使用ISO15765-4来提供所要求的OBD通信服务,假定这一用途不会影响符合SAE J1978的工具的运转也不会对其造成损坏,那么,这一接触件的用途可由汽车制造商自行确定。

6)汽车连接器接触件7

如果在汽车中使用一个2芯或1芯的ISO9141-2或ISO14230-4[4]接口来提供OBD所要求的通信服务,那么,汽车连接器接触件7应是ISO9141-2或ISO14230-4接口的K电路。

如果在汽车中既不采用2芯也不采用1芯ISO9141-2或ISO14230-4接口来提供OBD所要求的通信服务,那么,这一接触件的用途由汽车制造商自行确定。假定这一用途不会影响符合SAE J1978的工具的运转也不会对其造成损坏。

7)汽车连接器接触件10

如果在汽车中采用SAE J1850 41.6 PWM接口来提供OBD所要求的通信服务,汽车连接器接触件10应为SAE J1850 41.6 PWM接口的总线负极信号。

如果在汽车中没有使用SAE J1850 41.6 PWM接口来提供OBD所要求的通信服务,假定这一用途不会影响符合SAE J1978的工具的运转也不会对其造成损坏,这一接触件的用途可由汽车制造商自行确定。

8)汽车连接器接触件14

如果在汽车中采用ISO15765-4CAN来提供所要求的OBD通信服务,那么,接触件14汽车连接器应为CAN-LOW总线信号连接。

如果在汽车中没有使用ISO15765-4以提供所要求的OBD通信服务,那么,这一接触件的用途由汽车制造商自行确定。假定这一用途不会影响符合SAE J1978的工具的运转也不会对其造成任何损坏。

9)汽车连接器接触件15

如果在汽车中采用一种2芯ISO9141-2或ISO14230-4接口来提供OBD所要求的通信服务,那么,接触件15汽车连接器应是ISO9141-2或ISO14230-4接口的L电路。

如果在汽车中既没有采用一种2芯ISO9141-2或ISO14230-4接口来提供所要求的OBD通信服务,那么,这一接触件的用途由汽车制造商自行确定。假定这一用途不会影响符合SAE J1978的工具的运转,也不会对其造成任何损坏。

10)汽车连接器接触件16

汽车连接器接触件16主要为外部测试设备提供永久性的正极电压,既可以提供电源电压,也可以作为K电路通信的一个基准电压。建议采用保险丝或其他电路元件来保护这一连接。这一电路可以与其他电路编成组。

(1)根据附图A1和A2规定,A型连接器接触件16的标称电源电压应为12 Vd.c.,所支持的电流最小为4.0A;

(2)根据附图B1和B2规定,B型连接器接触件16的标称电源电压应为24 Vd.c.,所支持的电流最小为2.0A。

4.4 汽车连接器接触件的保护

汽车连接器接触件发生短路时,汽车制造商建议应提供电路保护。这种保护仅限于外部测试设备与它插合前汽车连接器的现行电压范围内。

4.5 外部测试设备用连接器接触件定位及相关电路规范要求

1) 外部测试设备用连接器接触件1、3、8、9、11、12和13

外部测试设备用连接器接触件1、3、8、9、11、12和13的使用应由测试设备制造商自行确定。

外部测试设备用连接器接触件一般应处于高阻抗状态,即相对于信号接地来说,其阻抗大于500kΩ,相对于底盘接地,其阻抗大于500kΩ。

在这些外部测试设备用连接器接触件的条件由这种高阻抗状态发生其他变化以前,外部测试设备用户或外部测试设备应检定这些汽车连接器接触件的使用是否合适。

汽车诊断连接器检查区

图4 汽车诊断连接器检查区

2)外部测试设备用连接器接触件2、6、7、10、14和15

外部测试设备用连接器接触件2、6、7、10、14和15的用途和使用是否与汽车连接器中与其配对的接触件的用途和使用兼容。

3)外部测试设备用连接器接触件4

外部测试设备用连接器接触件4用于底盘接地。这一接触件可以用于外部测试设备的用电源接地。这一接触件属于选用件,可以用于外部测试设备用连接器。

4)外部测试设备用连接器接触件5

外部测试设备用连接器接触件5用于信号接地。这一接触件应用于SAE J1978外部测试设备中,为汽车通信收发器提供信号接地基准,其电流不应超过1.5A。

5)外部测试设备用连接器接触件16

外部测试设备用连接器接触件16用于永久性正极电压,以提供工作电源并为外部测试设备提供基准电压。

4.6 外部测试设备用连接器接触件保护

所有与外部测试设备用连接器接触件连接的电路建议应进行适当的保护措施。这样,外部测试设备用连接器接触件失效时这些电路就不会出现任何故障:

(1) 连接到汽车连接器接触件16——用作永久性的正极电压;

(2) 连接到汽车连接器接触件4——汽车底盘接地;

(3) 连接到汽车连接器接触件5——汽车信号接地。

4.7 外部测试设备用连接器接触件4、5和外部测试设备外表面之间的最小阻抗

下列各项之间的最小阻抗应为1MΩ:

·外部测试设备用连接器接触件4和5;

·外部测试设备用连接器接触件4和外部测试设备外表面;

·外部测试设备用连接器接触件5和外部测试设备外表面。

5 结论

通过对汽车连接器和外部测试设备用连接器接触件的特性描述,规范了汽车及相关连接器的设计与开发,给连接器的设计开发人员提供必要的参考。

 

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