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汽车组合开关灯光模块的失效分析及改进
黄玉华
（东风汽车股份有限公司商品研发院电器科，湖北武汉４３００５６）
摘要：通过对东风小霸王系列车型组合开关失效模式的分析，得出了汽车组合开关设计过程中预防灯光模块早
期失效的有效方法。
关键词：灯光模块；接触电阻；电弧；失效
中图分类号：Ｕ４６３．６５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—８６３９（２ｏ０７）０８－－０００４—０４
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌｅ Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈｇｒｏｕｐ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
ＨＵＡＮＧ Ｙｕ ｈｕａ
（Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｒｈａｎｄｉｓｅ，ＤｏｎｇＦｅｎｇ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｗｉｔｃｈｇｒｏｕｐ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ＤＯＮＧＦＥＮＧ ＸＩＡ０ＢＡＷＡＮＧ．ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ
ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅ；ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｖｏｌｔａｉｃ ａｒｃ；ｆａｉｌｕｒｅ
汽车组合开关，通常是指装在转向柱上的由２
个以上用以控制汽车灯光、信号、电器等部件的开
关组成的装置。它一般包括灯光模块和刮水器喷水
模块两大部分。本文所要讨论的是它的一个主要功
能模块——灯光模块。
东风小霸王系列车型所用组合开关的灯光模块
具有如下功能：①位置灯控制功能；②远光灯控制
功能；③近光灯控制功能；④超车灯控制功能；⑤
转向灯控制功能。
根据市场反馈，该型组合开关灯光模块的超车
图１ 东风小霸王系列车型组合开关灯光部分结构图
功能容易失效，并且由此造成除转向灯控制外的其
余功能随之失效，用户反映强烈。为解决这一问
王系列组合开关灯光模块的失效，主要是在灯光触
点频繁的通断过程中损坏的。在静止过程中，触点
的发热，并没造成底座和触点的融化失效。
２组合开关灯光模块失效原因分析
为解决灯光模块触点通断过程中产生的上述问
题，决定从其失效的方式上进行分析，以期找到延
长其使用寿命的有效方法。
１ 组合开关灯光模块失效方式分析
东风小霸王系列车型组合开关灯光部分的结构
如图１所示。
题，必须从触点通断过程中发生的一系列物理、化
学过程上进行分析。
２．１ 电弧
大家知道，在大气中开断电路时，如果电源电
压超过１２－２０ Ｖ，被断开电流超过０．２５～１ Ａ，在触头
间隙间就会产生电弧。电弧是一团温度极高（达
通过拆解故障件，发现灯光模块有以下几种失
效方式。
ａ．动、静触点座熔融粘接。
ｂ．ＯＦＦ档变光触点处底座烧蚀，形成凹坑，触
点卡死。
ｃ．动触点座熔化，动触点运动受阻。
ｄ．动静触点烧蚀，互熔粘接。
通过常温耐久试验和高温带载试验，发现小霸
修改稿收稿日期：２００７－０４—１０
６ ０００ Ｋ），发出强光和能够导电的近似圆柱形气体。
它的产生，一方面使电路仍保持导通状态，延迟了
电路的断开；另一方面将烧损用来接通和断开电路
作者简介：黄玉华，男，高级工程师，１９９４年毕业于湖北汽车工业学院汽车工程系，在东风汽车公司一直从事汽车车身
及汽车电器系统的开发研究工作。
《汽车电器》２００７年第８期
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的触点和绝缘底座。这两方面都是极其有害的。
表１不同材料触头间的最小生弧电压和最小生弧电流
同时，试验表明，不同材料触头，在大气中开
触头最小生弧最小生弧 触头 最小生弧最小生弧
断电路时，如果被断开电路的电流和断开后加在弧
材料 电压／Ｖ 电流／Ａ 材料 电压／ｖ 电流／Ａ
隙两端的电压超过表１所示的最小生弧电压和最小
铂 １７．５ ０．９ 铜 １３ ０．４３
生弧电流，弧隙中就将产生电弧。
金 １５ ０．３８ 镉 １１ ０．１
钯８ ０．４５ 钼 １７ ０．７５
开关电器工作时，在大多数情况下，被断开电
银 １２ ０－４ 镍 １５ ０．４５
路的电压和电流都大于生弧电压和生弧电流。对小
钨 １５ １．１
霸王系列组合开关灯光模块而言，电路电压为
（２８－＊０．５）Ｖ，断开电流为４．３ Ａ左右，而先期的触点
２．２触点磨损
材料为黄铜，故从表１可以看出，本灯光模块的起
触点通断过程中触点的磨损形式和影响磨损的
弧，不可避免。
因素如表２所示。
表２触点的磨损形式和影响磨损的因素
上述磨损中，以电弧磨损对触点的破坏为最
电阻和表面膜电阻构成。
大，对电流小于２０ Ａ的小负载触点，其磨损程度可
在实际运用中，接触电阻除了考虑上述２种电阻
由下面经验公式进行估算
外，还应考虑接触的结构形式、材料性能和表面加
（ｄ －ｄ ｂ）? 。Ⅳ／叼
工等因素。通常用下面的经验公式计算接触电阻
式中： 一磨损物质量，ｇ；Ⅳ＿一切换电路
Ｒ ＝ 面ｇｊ
次数；ｒ材料密度，ｇ／ｃｍ ；叼——体积利用系数，
０．５～１．０；ｑ。，ｑｂ＿＿＿开闭电路时，气体放电阶段流
式中：ｐ～一触点压力，Ｎ；Ｒ．——接触电阻，
过的电量，Ｃ； ， 厂开闭电路触点电磨损系数
ｍ１２：ｍ——与接触形式有关的系数，见表４；
经验值，ｅｍ ／Ｃ，其值见表３。
Ｋ厂与接触材料、表面情况、接触方式等有关的
表３触点电磨损系数经验值
系数，见表５。
表４不同接触形式的ｍ值 表５ 各种触点材料的Ｋｊ
接触形式 ｍ
点
０．５
线
０．５～０．８
面
１．０
由表３．－ｉ＂见，在触点断开时，银触点的磨损系
数是最小的，闭合时银触点的磨损系数仅比钨高。 从上可知，要减小触点接触电阻，在接触压
２．３接触电阻 力一定的情况下，可通过改变接触形式和接触材
触点在接通时会产生接触电阻，它主要由收缩 料进行。
黪好消息：免费提供防冻液技米ｊ 详见插３广告黪 《汽车电器》２００７年第８期
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３组合开关灯光模块的改进
通过上述分析，要改进东风小霸王系列组合开
关灯光模块的耐久寿命，应该从以上３方面人手进
行。然而由于本模块控制的电路电压及电流均超过
触点的最小起弧电压和最小起弧电流，故在这方面
改进较为困难。但是可以通过改进触点运动方式、
触点材料、触点形状方面人手，一方面使起弧趋势
降低，另一方面使触点磨损减少，使接触电阻降
静触点
低。下面就从触点运动方式、触点形状、触点材料
方面，介绍东风小霸王系列组合开关灯光模块改进
的情况。
３．１ 改进触点运动方式
一
滑块运动速度 厂推杆运动速度 ，一动触点运动速度
图３ 改进后的开关触点运动方式
３．１．１ 改进前
图２是改进前的触点运动方式。从图２可以看
出，动触点是沿静触点平面滑动过去接触的，在滑
动过程中，势必造成触点镀层的损坏及触点表面光
洁度的改变，从而使收缩电阻加大；同时，由于该
动触点直接与绝缘底座接触，其本身的高温和电弧
高温场使底座局部分解成微粒，吸附在触点上，因
触点和底座的损坏。
采用本结构，动触点悬空，仅支点处与支座连
接，触点产生的热大多由簧片散失到空气中，有效
减少了热量向底座的传导，延长了底座的寿命。
在本结构中，簧片材料选择为锡青铜，预弯角
度为５。，以确保簧片的疲劳寿命和触点的正压力。
３＿２改进触点形状
该种微粒为碳氢化合物，在触点形成碳的吸附层，
该层使膜电阻急剧上升。在上述２种因素的影响下，
触点接触电阻增大，发热量增加。另外，在触点分
离时由于滑动摩擦使其分离不够彻底和迅速，从而
加大了电弧的产生时间和强度，更进一步使发热量
增加，造成触点底座的熔化。
还有本结构动静触点与底座接触面积大，热量
易向底座传导，这也是造成底座熔化的原因之一。
通过对原灯光模块触点形状的分析，发现触点
间的接触为线接触。大家知道，在影响开关触点接
触电阻方面，当触点压紧力小于９．８０７ Ｎ时，点接触
的接触电阻是最小的。对铜而言，当压紧力为９．８０７ Ｎ
时，点接触电阻为２３Ｏ Ｑ，线接触电阻为３３０ Ｑ，
而面接触电阻高达１ ９００ Ｑ，由此可见，在小压力
下，触点的外形对接触电阻（亦即对触点）发热量
的影响也是较大的。原灯光模块采用的是圆柱状动
触点和平面状静触点，通过上面分析可知，这２种
触点在小压力情况下，接触电阻是很大的。为此，
需将其接触方式改为点接触，这样，动静触点都可
改成球面触点，如图４所示。
从图４中可以看出：在相同压力下，图４ｂ触点
问的压强大，容易破坏触点表面的氧化膜等表面
膜，使接触电阻大大降低，从而减少发热，防止触
点熔焊和底座发热变形。
灭弧槽
３．３改进触点材料
图２改进前的开关触点运动方式
开关触点要正常工作，除了和外部条件有着密
切联系外，还和采用的材料性质有着重要关系，尤
３．１．２改进后
为改进上述现象，决定将触点的运动方式改为
沿触点表面法线方向运动。图３是改进后的开关触
点运动方式。
静
从图３中可以看出，动触点在推杆的作用下，
沿静触点的法向运动，触点的机械磨损大大减小，
同时触点不易形成碳氢化合物的吸附层，使膜电阻
上升减少。这样，一方面可减少触点发热量的增
加，另一方面由于触点运动迅速，分离彻底果断，
（ａ）原触点线接触方式
图４
（ｂ）改进后的点接触方式
还可有效抑制电弧的产生，进一步减少电弧热量对
触点接触方式的改进
《汽车电器》２∞７年第８期
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其是对触点的磨损和工作可靠性影响很大。根据各
触电阻的稳定性要高许多。
种电器的任务和使用条件，有时对电接触材料提出
根据上述分析，决定将触点材料由黄铜镀银改
不同的、甚至矛盾的要求，但是无论采用哪种触点 为银锡合金，该种材料在继电器触点中应用极广，
材料，首先要求有尽可能好的导电和导热性能，也
在３０ Ａ、２８ Ｖ灯载下耐久达３０万次以上，完全可以
就是电阻率要小，导热系数要大。电阻率小触头处
满足开关触点寿命的要求。
于闭合时接触电阻就小，相应产生的热损耗也就
上述３方面的改进方案通过试验验证，在（２８±
小；如果具有良好的导热性能，可以改善触头和导
０．５）Ｖ、２４０ Ｗ灯负载情况下，开关最高寿命可达
体的散热条件，由此会引出许多好的效果，如：触
到１８万次以上，比改进前的不到３万次，提高了６倍
点表面温度降低，各种有害的气化膜也不易形成，
多。在对新结构的灯光模块失效件进行分析中发
保持了接触电阻的稳定性，在开始分断时使触点间
现，样件中没有出现触点严重烧蚀、底座熔化现
不易形成金属桥。良好的散热条件可降低生弧条
象，而主要是导线与接线端子焊锡熔化造成失效。
件，使金属不易汽化和熔化，使触点电磨损降低；
良好的导热条件，也可使电弧熄灭后瞬间的介质强
４结束语
度迅速恢复，电弧的重燃也就降低了。
通过东风小霸王组合开关灯光模块改进前后结
触点材料大致可分为３类：纯金属、合金、复
构、触点材料选择及触点形状的比较，不难发现改
合材料。一般认为纯金属和固溶体合金适合用于
进后的灯光模块有许多优点，关于改进前后２种方
中、小负荷电器，大负荷电器主要采用复合材料
案的比较，总结如表６。
（粉末冶金触头）制成触头。原小霸王组合开关灯
表６改进前后灯光模块的比较
光模块中采用的是黄铜镀银触点。
从表面上看，原灯光模块是选择了合适的低压
开关触点材料，这是因为在纯金属中，银的导电导
热性能都是最好的，在常温时不易氧化，高温时的
氧化膜又很容易分解而还原成金属银。铜也具有良
好的导电和导热性能，仅次于银，同时硬度也高，
熔点也高，且价格低廉，但是在本灯光模块的先期
结构中，动静触点以滑动摩擦的形式接通和分离，
从上可以看出，为预防组合开关灯光模块的早
机械磨损和电磨损均较大。由于机械和电磨损，使
期失效，在其设计过程中必须考虑如何减少电弧损
银层早期破坏，暴露的铜在高温中极易氧化，而氧
坏；如何减少触头发热；如何引导热量传导；如何
化铜的电阻率又是纯铜电阻率的好几倍，所以使得
选择合适的触点材料、形状；如何选择绝缘底座材
开关触点在使用过程中接触电阻急剧增加，造成触
料等。希望本文能给大家一点有益的启示。
点发热，使底座熔化。
从接触电阻稳定性方面，也要改进触头材料，
参考文献：
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采用银或银合金触点，比铜触点在相同压力下的接
（责任编辑文珍）
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（责任编辑文珍）
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