淺談端子壓接區膜層對安全氣囊系統的影響

岳本龍

（北京汽車研究總院有限公司，北京 100029）

市場上經常有車輛出現儀表氣囊故障燈亮的問題，維修人員使用診斷儀讀取故障碼解析為“氣囊回路阻值高”，憑經驗認為是氣囊回路斷路，通常采用的解決措施是重新插拔線束護套，更換氣囊總成、控制器甚至整車線束以達到消除故障的目的，但車輛行駛或放置一段時間后故障復現，無法從根本上解決問題，引起用戶抱怨。

現有一車輛報副駕側氣囊回路阻值高故障，維修人員在不拆卸零部件的前提下，將位于副駕座椅下方的側氣囊線束與車身線束的對接護套拆開檢查，確認無異常重新對接后故障消除。車輛放置一周后故障復現，聯系多方對該車進行徹底檢查。

要解決該問題，需先了解安全氣囊系統的構成及工作原理。

1 安全氣囊系統構成及原理簡介

圖1為安全氣囊系統示意簡圖，由氣囊控制器、氣囊總成（正面/側面氣囊）、安全帶預緊系統、碰撞傳感器（正碰/側碰傳感器）、連接線束等部分組成。組合儀表通過CAN網絡接收氣囊系統的狀態信息并顯示。

圖1 安全氣囊系統示意圖

車輛發生碰撞時，碰撞傳感器的信號傳給控制器，控制器經運算判斷需要展開氣囊時，便向氣體發生器輸出持續電壓，產生點火電流。當點火電流和持續時間達到系統設定的條件，引燃氣體發生劑，產生大量氣體，經過濾并冷卻后進入氣囊，使氣囊在極短的時間內突破襯墊迅速展開。

控制器對氣囊回路的阻值進行實時監測。若氣囊回路的阻值過高，ECU輸出的電壓值不變，根據歐姆定律：I=UR，點火電流I變小，低于設定值，則氣囊不能展開，系統便會通過CAN網絡向組合儀表發信息，點亮氣囊燈提醒駕駛員氣囊系統發生故障。

2 故障車安全氣囊系統分析

2.1 系統拓撲簡介

該車氣囊系統的電氣拓撲如圖2所示，氣囊控制器安裝在副儀表臺中間，側碰傳感器布置在左、右B柱，側氣囊布置在主、副駕座椅頭枕外側，氣囊線束埋在座椅靠背后部，在座椅下方與車身線束對接。三者通過儀表板線束、機艙線束、車身線束實現信息傳遞。氣囊系統的各個部件包括整車線束均按相應的標準布置和固定。

圖2 故障車安全氣囊系統電氣拓撲示意圖

2.2 氣囊回路阻值構成

通過圖2可知，氣囊回路的阻值由氣體發生器阻值和線束系統的阻值兩部分組成。氣體發生器阻值用防爆歐姆表可直接測量，重點分析線束系統的阻值構成。

線束系統的理論阻值計算公式如下：

式中：R——線束系統的電阻總和；R——線束系統中導線的電阻；R——線束系統中接觸電阻總和；R——導線內部阻值特性，常溫下為37.1mΩ/m；L——線束系統中電線總長度；N——回路中端子與端子接觸數量；N——回路中端子與導線接觸數量；R——端子與端子的接觸電阻，10mΩ；R——端子與導線（0.5mm）的接觸電阻，0.6mΩ。

2.3 氣囊系統各模塊阻值設定

該車氣囊系統對各模塊的阻值規定了具體的數值范圍，見表1。通過表1可以看出，若氣體發生器阻值正常，側氣囊線束回路阻值不大于1.1Ω便符合設計要求，系統不會報故障。

表1 安全氣囊系統各分系統阻值范圍設定 Ω

2.4 側氣囊系統相關零部件參數

該車氣囊系統所用導線為0.5mm的德標FLRY-B雙絞線，護套及端子均為氣囊系統專用，端子表面鍍金。

針對車輛故障信息，對側氣囊回路阻值的組成要素進行對比分析。表2為側氣囊系統阻值相關參數。

表2 側氣囊系統阻值相關參數

2.5 線束系統側氣囊回路理論計算阻值

側氣囊系統中R與R理論計算值分別見表3、表4。

表3 R導線數值計算（常溫）

表4 R接觸數值計算（常溫）

根據2.2公式可得：主駕側氣囊回路的R=412.9+47.2=460.1mΩ；副 駕 側 氣 囊 回 路 的R=382.9+47.2=430.1mΩ。兩者均小于1.1Ω，符合氣囊系統對線束回路阻值的設計要求。

3 故障排查

3.1 故障車測試

測試設備：筆記本（CANoe）、HIOKI RM3545電阻測試儀、防爆歐姆。

根據該車故障信息描述、首次故障解決措施、系統零部件布置特點及現有測試工具，對主駕和副駕側氣囊回路的相關阻值進行測量，制定排查步驟如下。

1）首先用CANoe讀取車輛主、副駕側氣囊回路的當前阻值，記為A組數據。

2）調節座椅開關，使主、副駕座椅前后移動，再用CANoe讀取側氣囊回路的阻值，記為B組數據，觀察故障是否消失。

3）將前排座椅下方車身線束與側氣囊線束的對接護套重新插拔，再用CANoe讀取側氣囊回路阻值，記為C組數據，觀察故障是否消失。

4）從座椅上拆下氣囊總成，用防爆歐姆表測量氣體發生器的阻值，記為D組數據。

特別提醒：測量氣體發生器一定要使用防爆歐姆表，使用其他設備存在引爆氣體發生器的風險。

按上述步驟完成測量，結果見表5。

表5 實車測量數據 Ω

分析表5數據可以得出如下結論。

1）主駕側氣囊回路測量阻值自始至終無變化，且小于3.3，該回路正常。

2）副駕側氣囊回路阻值初始值7.39，大于3.3，引起系統故障；重新插拔護套后阻值恢復正常，故障消失，說明“護套重新插拔”這個動作導致了阻值變化，排查范圍縮小到該對護套附近。

3）主、副駕氣囊的氣體發生器阻值在1.8~2.2區間，正常。

4）C組數值減去D組數值即為正常情況下側氣囊線束系統的阻值，主駕側氣囊線束系統阻值為0.51Ω，副駕側氣囊線束系統阻值為0.41Ω，接近理論計算值。

上述測試結果排除氣體發生器和控制器發生故障的可能。為了繼續查找原因，將車身線束和側氣囊線束從故障車拆下做進一步分析。

3.2 故障線束初步測試

考慮到車身線束與副駕側氣囊線束的對接護套重新插拔引起系統阻值變化，判斷該處的接觸電阻存在異常。

對車身線束氣囊功能分支和側氣囊線束進行初步目視檢查，導線、護套和端子外觀良好，無明顯損壞狀況。兩護套對接牢固，將端子挑出重新插入護套，能清晰地聽到鎖片與端子卡接到位的聲音，鎖定后拉拽導線無法將端子從護套拔出，說明端子和護套固定良好，不會存在端子退針導致的虛接，影響阻值變化。

用電阻測試儀檢測對接護套根部導線之間的阻值，如圖3所示，該阻值由1個R與2個R組成，理論數值為11.2mΩ。測試過程中不斷對護套及導線進行摔打撕扯，阻值始終穩定在5.8~6.5mΩ之間，低于理論值，說明此時該護套內的接觸電阻正常。

圖3 車身線束與側氣囊線束對接段阻值測試

3.3 端子及導線檢測

端子和導線的連接方式為壓接，中國汽車行業標準QC/T 29106—2014《汽車電線束技術條件》對壓接工藝與標準有詳細的規定。

將車身線束與副駕側氣囊線束的對接分支剪下，取護套中的端子（帶壓接導線）制成檢測樣本并做標記，車身線束的端子樣本為1#、2#（316833-2：TE，母端），側氣囊線束的端子樣本為3#、4#（316834-2：TE，公端），其中1#、3#配對，2#、4#配對。

3.3.1 端子表面檢測

對4個樣本進行初步檢測，結果如下。

1）端子結構正常，無變形。

2）對2組端子進行插拔，可以感受到相應阻力，說明兩端子嚙合狀態良好。

3）用徠卡DM5000型金相顯微鏡對端子接觸面進行觀察。

因無法觀測母端子內部，只對3#、4#公端子正反面進行觀測，鍍金層狀態良好，無氧化現象，有插拔引起的淺顯劃痕，但不會引起接觸電阻的明顯變化，觀測圖像如圖4所示。

圖4 3#、4#端子正反面鍍金層觀測圖像

根據上述結果，判斷端子與端子之間的接觸電阻正常。

3.3.2 端子與導線壓接檢測

將4個樣品委托第三方線束供應商做電壓降測試和接點橫斷面檢測。中國汽車行業標準QC/T 29106—2014《汽車電線束技術條件》對電壓降和接點橫斷面檢測有詳細要求。

樣品電壓降測試結果和計算后的接觸電阻見表6。

表6 電壓降測試結果

從表6數據可以看出，1#、2#樣品電壓降小于3mV，符合標準要求，3#、4#樣品電壓降超出標準要求。

隨后對4個樣品做接點橫斷面檢測，結果為：1#、2#樣品合格，3#、4#樣品不合格，如圖5、圖6所示。

圖5 1#、2#樣品橫斷面（合格）

圖6 3#、4#樣品橫斷面（不合格）

3#、4#橫斷面檢測詳細數據見表7，根據該供應商內部標準，畫“●”項為必檢項，其它項為參考項，評價標準為任一必檢項不合格，即判定壓接不合格。

表7 3#、4#樣品橫斷面數據

綜上可知，副駕側氣囊線束的導線和端子壓接不合格，不符合標準要求。

將副駕側氣囊線束接氣體發生器的2個帶線端子制成樣品5#、6#，再次進行電壓降和橫斷面檢測，結果表明此2個樣品壓接仍不合格。電壓降檢測結果見表8。

表8 電壓降測試結果

接點橫斷面檢測結果如圖7所示，壓縮比率分別為107.97%和111.41%。

圖7 5#、6#樣品橫斷面（不合格）

4 影響線束端子壓接區電壓降的原因分析

若將副駕側氣囊回路中所有端子與導線的接觸電阻按照4#樣品的數值來計算，根據第2.2節的公式計算，副駕側氣囊線束回路系統阻值為483.38mΩ（即：382.9+10×4+5.04×12），小于1.1Ω，同樣滿足系統對線束回路阻值的設計要求，而用CANoe讀取的7.39Ω又該如何解釋？

柳州市產品質量安全檢驗所黃夢川同志根據端子壓接的一系列測試數據得出的結論：壓接松緊程度大致會引起端子壓接區電壓降0.3~0.7mV的偏差，屬于正常波動，壓接松緊度并非是引起端子壓接區電壓降不合格的主要因素，端子表面氧化才是導致端子壓接區電壓降不合格的主要原因。端子氧化產生氧化膜，產生膜層電阻，膜層電阻高于端子基材的電阻，使接觸阻值升高，從而造成電壓降升高。

需要注意的是，該處所說的氧化膜是在端子的接觸區產生的。為了加強端子的抗氧化性能，氣囊系統的線束回路一般都采用接觸區鍍金的端子。故障車的端子樣品接觸區表面鍍金層未發生氧化，因此只能是端子壓接區發生了氧化現象。

圖7、圖8可以看出，樣品的壓縮比率均不符合要求，銅絲之間充滿了縫隙，雖然端子壓接的導線匹配防水栓，但仍不能避免水氣進入壓接區的縫隙中，3#、4#樣品所在的護套固定在駕座椅下方，直接暴露在外部環境中，甚至可能有細小的微塵或者其他污染物進入壓接區，加速在端子與銅絲之間形成氧化膜。氧化膜層與其他污染物質構成膜層電阻（又叫薄膜電阻），導致回路阻值升高。

該膜層有一個特點，在小電壓、小電流（≤20mV/100mA）情況下保持相對穩定，在高電壓以及大電流情況下會被擊穿。氣囊控制器檢測回路阻值的電流小于100mA，不會擊穿膜層，因此CANoe檢測到回路阻值高達7.39Ω。

重新插拔護套后故障消失是因為該膜層另一個特性——脆弱。插拔護套的動作對壓接區膜層造成了損壞，使該處接觸電阻恢復正常。雖然端子壓接不合格，但除去膜層后線束系統阻值仍在允許范圍內，且膜層短時間內不會形成，因而車輛氣囊系統短期內運行正常。一段時間后壓接區又產生新的膜層，側氣囊系統阻值再次超過標準，故障再現。

綜上所述，側氣囊線束的導線和端子壓接不合格，壓接區存在縫隙，產生膜層電阻，是導致側氣囊回路阻值高的根本原因。

5 總結與思考

在研發層面，氣囊線束的布置、固定和插接件選型都積累了豐富的經驗，只要遵循設計規則便可以滿足要求；車輛總裝層面，主機廠對線束的裝配也非常重視。但在線束零部件的生產階段，某些細節的忽視往往會留下隱患，短期內不會影響品質指標，可以通過種種質檢程序，但終究會在一定時間后引起質變。

線束的壓接工藝發展到現在已經非常成熟，如何保證端子的壓接品質，在此不做過多的討論，僅針對氣囊線束的制作管控聊一聊個人的看法。

首先保證氣囊線束在生產環節和運輸過程無塵且干燥，避免線束的端子及導線被空氣中的濕氣和雜質污染。

再者端子壓接區的斷面檢測、拉拔力測試、電壓降測試頻率要高于普通功能的線束，做到每天一檢，一旦發現壓接異常立即整改，避免產生批量不合格品流轉至下工序，造成品質隱患。

另外，隨著新能源汽車的迅速發展，超聲波焊接也更加廣泛地應用于線束加工。

通過實驗數據對比可知，超聲波焊接和壓接兩種連接方式，兩者的拉拔力屬性差別不大，但在電壓降方面，超聲波焊接的性能優于壓接，因此氣囊回路的端子與導線采用超聲波焊接也是一種選擇。