某車型側氣囊線束優化設計

李松原

(東風柳州汽車有限公司，廣西柳州 545006)

0 引言

在車輛發生側面碰撞時，側氣囊可對乘客頭部、胸部及腹部進行有效防護，因此側氣囊已成為車輛被動安全重要組成部分，在越來越多的車型上搭載配備[1-2]。側氣囊回路阻值過高，在發生碰撞時可能導致側氣囊展開不及時或不展開，甚至可能對乘客造成二次傷害，對乘客生命造成威脅[3]。

側氣囊阻值過高故障屬于氣囊系統常見故障且排查困難，故障不易攻克[4]。由于故障涉及系統眾多，故障不易在線復現，排查探測手段有限，問題點易復發，售后維修多以整體換件來暫時解除顧客困擾，未能從設計角度、從根本上解決故障問題。

本文作者以某車型側氣囊回路阻值過高故障為例，從系統布置、原理、原材料等角度對故障進行深入分析，對分析出的各類風險點進行逐一優化改善，最終實現故障率的有效降低，并同時實現降成本的目的。

1 系統構成及故障描述

1.1 系統布置

側氣囊回路相關系統布置如圖1所示，由氣囊ECU、儀表線束總成、車身線束總成、側氣囊構成完整回路。

圖1 系統架構

氣囊ECU采用博世平臺化8點火回路控制器，側氣囊相關回路位于接插件B口。儀表線束總成與氣囊ECU相連接，線束沿儀表臺管梁布置，左右側氣囊回路分別在左右A柱下方與車身線束總成對接。車身線束總成沿門檻下邊緣布置，在主駕座椅、副駕座椅下方與側氣囊自帶過渡線對接。側氣囊集成于前排座椅靠背骨架內，通過自帶一段過渡線實現點火裝置與車身線束總成連接。

1.2 系統電氣原理

側氣囊回路相關系統電氣原理如圖2所示。儀表線束總成與氣囊ECU板端接插件連接，側氣囊回路對接接插件型號為TE：2209954-3。儀表線束總成、車身線束總成、側氣囊總成中各段回路長度如圖2標注，主駕側氣囊回路總長4 310 mm，副駕側氣囊回路總長4 860 mm，導線類型均為AVSS 0.5 mm2雙絞線。儀表線束總成與車身線束總成線線對接，插件采用兩對泰科插件，車身線束與側氣囊過渡線采用矢崎接插件對接，型號分別為7282-5524-70及7283-5524-70。側氣囊過渡線與點火裝置采用JST AK2系列接插件連接。

圖2 優化前電氣原理

1.3 故障描述

故障主要表現為組合儀表上氣囊故障燈不規律點亮，車輛再次啟動時故障燈熄滅，一段時間后故障燈又再次點亮。故障發生里程分布如圖3所示，由圖3可知故障多發于10 000～30 000 km。使用診斷儀對故障車輛進行故障碼讀取，故障碼為“駕駛員側面安全氣囊阻值過高”或“乘員側面安全氣囊阻值過高”。氣囊ECU故障碼報碼策略為回路阻值高于3.5 Ω時氣囊故障燈點亮，ECU記錄故障碼。采用型號為小電流電阻測試儀對車輛側氣囊回路阻值進行測量，測得阻值為3.86 Ω，達到故障碼記錄觸發條件。

圖3 故障里程數分布

2 故障排查分析

氣囊ECU及點火裝置為供應商平臺化產品，在多家主機廠車型上應用，且通過零件互換法[5]對故障車輛零件與正常車輛進行調換，故障不隨氣囊ECU及點火裝置轉移，因此將故障排查分析重點放在線束系統上。

2.1 布置核查

對故障車輛側氣囊回路進行保安防災檢查，確認線束回路外包覆完整，導線無破損，線束布置無保安防災風險。

車身線束與側氣囊過渡線對接插件固定于座椅下部，車身線束從地毯穿出后直接與側氣囊過渡線對接，如圖4所示。該線束布置方式使車身線束約340 mm導線無固定，座椅在移動過程中護套內端子直接受力，車輛在運行過程中車身線束甩擺所產生作用力直接作用于端子根部，極限條件下可使回路出現瞬斷，存在布置風險。

圖4 側氣囊分支布置風險點

2.2 原理核查

對側氣囊回路理論阻值進行計算，側氣囊回路阻值包括導線阻值、端子阻值、壓接阻值、接觸電阻及點火裝置電阻值。按照JASO日標導線標準[6]，導線在20 ℃的理論阻值為32.7 mΩ/m，公、母端壓接端子連接后最大連接總阻值[7]如表1所示，最大連接總阻值包含端子阻值、壓接阻值及接觸電阻阻值。點火裝置設計理論阻值為(2±0.2) Ω，按2.2 Ω最大理論值進行計算。

表1 端子連接理論總阻值

則駕駛位側氣囊回路理論總阻值Rd為

Rd=Rw1+Rt1+Rs=4.31×2×0.032 7+(0.02+0.02+0.01+0.01)×2+2.2≈2.602 Ω

(1)

式中：Rw1為駕駛位側氣囊回路導線總阻值；Rt1為駕駛位側氣囊回路連接總阻值，各線線對接連接器片寬均為0.64 mm，側氣囊與車身線束總成對接及側氣囊過渡線與點火裝置對接采用鍍金端子；Rs為側氣囊點火裝置設計理論阻值最大值。

副駕駛位側氣囊回路理論總阻值Rp為

Rp=Rw2+Rt2+Rs=4.86×2×0.032 7+(0.02+0.005+0.01+0.01)×2+2.2≈2.608 Ω

(2)

式中：Rw2為副駕駛位側氣囊回路導線總阻值；Rt2為副駕駛位側氣囊回路連接總阻值，936154-1接插件所用端子片寬為2.3 mm，其余為0.64 mm片寬端子，側氣囊與車身線束總成對接及側氣囊過渡線與點火裝置對接采用鍍金端子；Rs為側氣囊點火裝置設計理論阻值最大值。

由式(1)、式(2)可知，側氣囊回路理論阻值滿足氣囊ECU阻值要求。

2.3 原材料核查

采用破線測量方法使用小電流電阻測試儀對故障車輛側氣囊回路進行逐段分解測量[8]，測得側氣囊與車身線束總成對接矢崎接插件總阻值為1.35 Ω，遠大于其0.02 Ω的理論值。結合重新插拔矢崎接插件氣囊故障燈熄滅的故障現象，重點對矢崎接插件進行排查。

對故障件護套、端子外觀進行檢查，對端子壓接工藝、端子與端子嚙合力、端子在護套中保持力、護套與護套嚙合力、振動等項目按USCAR-2標準[7]進行試驗，結果均滿足要求，結果被判定合格。為進一步確認可能原因，對矢崎對插件進行半剖核查，發現如下風險點：

(1)公母護套對接、CPA鎖止后，由于護套卡勾結構配合間隙較大，導致公母護套前后活動量多達1.57 mm，如圖5所示。在其最大配合間隙下，公端子接觸面起始點超越母端彈片接觸點不足0.5 mm，未達到USCAR-2標準所要求的最小1 mm插入量[7]。公端子插入量過小，連接器在某些工況下可能存在電流瞬斷的風險。

圖5 接插件半剖核查

(2)公母護套配合間隙大，將加速端子表面鍍層磨損，端子接觸電阻隨之增大。將接插件在CPA鎖止后進行前后推拉，模擬接插件在使用過程中公母護套在配合間隙內竄動，分別前后推拉25、50、100及150次，觀察端子表面鍍層磨損情況，如圖6所示。由試驗可知，端子表面鍍金鍍層隨著竄動次數的增加而加劇，且隨著竄動次數的增加鍍層磨損面寬度也隨之增加。推拉150次后端子鍍層磨損面達到1.8 mm×0.3 mm。

圖6 端子表面鍍層磨損試驗

(3)母端子型號為7116-4221-08，端子內部僅1個觸點，當彈片失效時，回路瞬斷概率增加。

3 回路優化設計

在對故障進行分析后，對分析出的風險點進行逐一改善。

3.1 布置優化設計

對座椅骨架進行更改，增加線束卡扣固定點。車身線束從座椅穿出后首先由卡扣固定在座椅上，再與側氣囊接插件進行對接，確保保護套根部與座椅骨架相對靜止，端子根部不受線束移動、甩擺等不良工況影響。

3.2 原理優化設計

對側氣囊回路Layout原理進行優化，減少線束分段及接插件對接次數，如圖7所示。

圖7 優化后電氣原理

將氣囊ECU接插件B口對接線束由儀表線束總成轉接改為由車身線束總成從車身中央通道引出分支直接對接，回路減少1對線線對接插件，側氣囊回路導線長度分別減少1.735及1.99 m，理論回路阻值分別由2.602、2.608 Ω降至2.448、2.468 Ω，同時回路可靠性進一步提升。

3.3 原材料優化設計

對側氣囊與車身線束總成線線對接插件進行重新選型：采用JST的SABPB-02-1A-Y及SABRB-02-1A-Y作為線線對接方案。JST護套采用滑塊鎖緊結構，由彈簧支撐滑塊處于鎖止位置。滑塊卡槽采用楔形結構設計，公母護套裝配到位時鎖緊機構自動鎖止，護套前后位移量為0 mm，可以有效減少端子鍍層因配合晃動導致的磨損。

母端鍍金端子型號為SAITS-A03GF-M064，端子內采用雙觸點設計，采用USCAR-2測試標準對端子連接總阻值進行試驗[7]，結果如表2所示。可知：JST端子平均總阻值為7.34 mΩ，較矢崎端子平均總阻值低1.7 mΩ，端子性能較為優異。

表2 端子連接總阻值對比試驗 mΩ

4 實車驗證

將側氣囊回路優化設計改善項應用于某車型整車線束中，并進行批量驗證。對下線的5臺樣車側氣囊回路阻值進行實車測量，并與優化前回路阻值進行對比，結果如表3所示。可知：優化后實車側氣囊回路阻值均優于優化前實車阻值，優化后側氣囊回路阻值平均降低0.246及0.284 Ω。

表3 側氣囊回路阻值實車驗證 Ω

側氣囊回路優化方案于2016年10月在某車型上切換，售后故障率由1.01%降至0.03%，基本達到優化目的。

5 結束語

以某車型側氣囊回路阻值過高引起的氣囊系統故障為例，對側氣囊回路線束布置、電氣原理、線束原材料進行故障分析，點檢發現側氣囊分支固定不良、線束分段不合理、線線對接插件選型不良等風險點。針對上述風險點，對側氣囊回路進行優化設計：對側氣囊回路線束分段進行調整，優化線束布置，對接插件進行重新選型。經優化改善，駕駛位及副駕駛位側氣囊回路阻值分別下降0.246及0.284 Ω，售后故障率由1.01%降至0.03%，同時實現單臺降成本3.9元，達到優化設計預期效果。