某皮卡車(chē)型安全氣囊起爆故障分析

【摘 要】在汽車(chē)安全系統(tǒng)中，安全氣囊占據(jù)了舉足輕重的地位，它是確保駕駛員和乘客行車(chē)安全的核心組件。在車(chē)輛發(fā)生碰撞或突發(fā)事故時(shí)，安全氣囊能夠迅速響應(yīng)并發(fā)揮作用，有效減少駕駛員和乘客受傷的風(fēng)險(xiǎn)，從而極大地提升了行車(chē)的安全性。文章主要概述安全氣囊的組成和基本原理，并對(duì)某皮卡車(chē)型安全氣囊起爆案例進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】安全氣囊；起爆；故障分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）10-0089-03

Analysis of Airbag Initiation Failure of a Pickup Truck

YAO Jinping

（Jiangling Motor Co.，Ltd.，Nanchang 330200，China）

【Abstract】In the automobile safety system，the airbag occupies a pivotal position，which is the core component to ensure the safety of drivers and passengers. In the event of a collision or sudden accident，the airbag can respond quickly and play a role，effectively reducing the risk of injury to drivers and passengers，thus greatly improving the safety of driving. This paper mainly summarizes the composition and basic principle of the airbag，and analyzes the case of the airbag detonating in a pickup truck.

【Key words】airbag；detonates；fault analysis

作者簡(jiǎn)介

姚金平（1979—），男，工程師，主要從事汽車(chē)、機(jī)械及機(jī)電設(shè)計(jì)工作。

隨著汽車(chē)作為日常出行主要工具的普及，其安全性逐漸受到了公眾的廣泛關(guān)注。汽車(chē)的安全防護(hù)大致上被劃分為主動(dòng)和被動(dòng)兩大類(lèi)。主動(dòng)安全，如ABS（防抱死制動(dòng)）和ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)），旨在通過(guò)增強(qiáng)駕駛員的操作效率來(lái)降低發(fā)生事故的可能性。而被動(dòng)安全，如安全氣囊和安全帶能在緊急狀況發(fā)生時(shí)，給予駕駛員及乘客所需的防護(hù)[1]。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，氣囊的作用顯得尤其重要。它的快速和精準(zhǔn)的啟動(dòng)能降低駕駛員和乘客的二次傷害。然而交通事故中，安全氣囊失效的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。一旦碰撞發(fā)生而安全氣囊未能啟動(dòng)，會(huì)加劇車(chē)內(nèi)乘員的受傷程度。因此，確保安全氣囊的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)于提升汽車(chē)整體安全性能至關(guān)重要。

1 安全氣囊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 安全氣囊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

安全氣囊系統(tǒng)（Supplemental Restraint System，SRS）是一個(gè)由多個(gè)組件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其主要功能在于，在車(chē)輛遭遇碰撞的緊急情況下，通過(guò)氣囊的迅速充氣與膨脹，為乘員提供有效的防護(hù)，從而降低他們?cè)谑鹿手惺軅娘L(fēng)險(xiǎn)。圖1為安全氣囊系統(tǒng)的組成示意圖，包括碰撞傳感器、氣囊控制單元、氣囊模塊、安全氣囊指示燈以及連接線(xiàn)路等[2]。

碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，分為加速傳感器和壓力傳感器兩類(lèi)。加速傳感器監(jiān)測(cè)碰撞加速度變化，壓力傳感器監(jiān)測(cè)撞擊點(diǎn)壓力波動(dòng)。它們被安裝在車(chē)輛前端、側(cè)方及關(guān)鍵區(qū)域，確保全方位感知不同角度和強(qiáng)度的碰撞，守護(hù)乘客安全。

氣囊控制單元ACU在整個(gè)安全氣囊系統(tǒng)中至關(guān)重要。氣囊控制單元會(huì)接收來(lái)自碰撞傳感器采集到的相關(guān)信息信號(hào)，隨后采用設(shè)計(jì)好的算法來(lái)判定氣囊是否需要被觸發(fā)。氣囊控制單元內(nèi)部集成了先進(jìn)的電路和算法，這就確保ACU在短時(shí)間內(nèi)能完成信號(hào)的處理與決策，從而確保安全氣囊系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)行。ACU通常安裝在儀表臺(tái)下方，并具備故障診斷和自檢功能，能夠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在需要時(shí)向駕駛員提供警示。

氣囊模塊是安全氣囊系統(tǒng)的執(zhí)行單元，其包括氣囊、氣體發(fā)生器和點(diǎn)火器等關(guān)鍵部件。在ACU的決策下，一旦判定需要啟動(dòng)氣囊保護(hù)機(jī)制，氣囊模塊會(huì)立即向點(diǎn)火器發(fā)出電信號(hào)指令，引燃?xì)怏w發(fā)生器內(nèi)部的固態(tài)燃料，并迅速釋放大量氣體。這些氣體在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)充入氣囊內(nèi)部，打開(kāi)氣囊為乘員提供及時(shí)的防護(hù)。

安全氣囊指示燈是安全氣囊系統(tǒng)狀態(tài)的重要標(biāo)志。正常情況下，安全氣囊指示燈在組合儀表上保持熄滅狀態(tài)，表明安全氣囊系統(tǒng)運(yùn)作正常。當(dāng)安全氣囊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，安全氣囊指示燈點(diǎn)亮來(lái)提示駕駛員進(jìn)行必要的檢查。這樣設(shè)計(jì)的目的是使駕駛員及時(shí)了解系統(tǒng)狀態(tài)，確保行車(chē)安全[3]。

1.2 安全氣囊的工作原理

安全氣囊的工作原理包括以下4個(gè)階段，其工作原理見(jiàn)圖2。

第1階段，速度信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。車(chē)輛的安全氣囊系統(tǒng)通過(guò)一系列傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并傳遞車(chē)輛的速度變化信息至中央控制單元。這些傳感器遍布車(chē)輛的關(guān)鍵部位，旨在精準(zhǔn)捕捉任何可能觸發(fā)安全氣囊激活的碰撞事件。

第2階段，控制裝置的分析與判斷。控制單元接收到傳感器傳來(lái)的速度信息后，控制單元會(huì)迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與判斷。若判斷碰撞強(qiáng)度超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值會(huì)立即向氣體發(fā)生器發(fā)出點(diǎn)火指令。

第3階段，點(diǎn)火與充氣。點(diǎn)火器一旦接收到點(diǎn)火指令，氣體發(fā)生器會(huì)迅速點(diǎn)火，并引發(fā)爆炸反應(yīng)。這個(gè)爆炸反應(yīng)會(huì)迅速產(chǎn)生大量氣體使安全氣囊在瞬間充氣膨脹。

第4階段，氣囊彈出與保護(hù)。安全氣囊充氣膨脹的同時(shí)會(huì)迅速在乘客與車(chē)內(nèi)其他部件之間展開(kāi)形成一個(gè)緩沖區(qū)域。當(dāng)乘客的身體與車(chē)內(nèi)部件發(fā)生碰撞前，氣囊已經(jīng)到位。乘客與氣囊接觸時(shí)，氣囊上的排氣孔會(huì)吸附撞擊力量，實(shí)現(xiàn)保障乘客的目的。

氣囊的主要功效在于降低司乘人員與車(chē)內(nèi)物品的直接碰撞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)頭部與胸部碰撞力的均衡分散，進(jìn)一步吸收司乘人員在碰撞中產(chǎn)生的動(dòng)能，從而起到補(bǔ)充安全帶的效果，為乘員提供更為全面的保護(hù)。

1.3 安全氣囊的起爆條件和起爆過(guò)程

安全氣囊的起爆條件涉及碰撞速度、碰撞角度、碰撞部位等多個(gè)關(guān)鍵因素，碰撞速度通常要求車(chē)輛相對(duì)剛性固定障礙物的碰撞速度高于30km/h。碰撞角度要求碰撞必須在車(chē)輛正前方左右大約60°之間的位置。碰撞部位必須撞擊在安全氣囊傳感器附近，通常是車(chē)輛的前部。

安全氣囊起爆過(guò)程主要包括傳感器檢測(cè)、ACU處理和氣體發(fā)生器作用這3個(gè)過(guò)程，當(dāng)車(chē)輛遇到足夠強(qiáng)度的碰撞時(shí)，安全氣囊傳感器會(huì)捕捉到加速度的快速變化，并立即將這一信號(hào)傳遞給ACU。ACU在接收到這一信號(hào)后迅速將其與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比分析。若滿(mǎn)足氣囊展開(kāi)的條件，ACU將通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路向氣囊組件中的氣體發(fā)生器發(fā)送啟動(dòng)指令[4]。隨后氣體發(fā)生器根據(jù)接收到的指令，點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑并產(chǎn)生大量氣體。這些氣體經(jīng)過(guò)過(guò)濾和冷卻后被注入氣囊，使氣囊在極短的時(shí)間內(nèi)沖破襯墊迅速展開(kāi)，為乘客提供保護(hù)。

安全氣囊的重要性及其起爆條件在汽車(chē)安全設(shè)計(jì)中非常重要。主機(jī)廠(chǎng)在車(chē)輛研發(fā)過(guò)程中必須全面考量各種潛在的碰撞場(chǎng)景并據(jù)此來(lái)設(shè)置安全氣囊的起爆條件。隨著科技日新月異的進(jìn)步，汽車(chē)安全技術(shù)也在不斷迭代與優(yōu)化。如今一些主動(dòng)安全技術(shù)都逐步成為標(biāo)配，例如預(yù)碰撞系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)等。這些技術(shù)能夠在碰撞發(fā)生前或發(fā)生時(shí)迅速介入，從而更有效地降低事故傷害。

2 某皮卡車(chē)型安全氣囊故障實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

某皮卡車(chē)型目前行駛里程為3000km，用戶(hù)返廠(chǎng)維修，反饋其車(chē)輛存在間歇性氣囊燈亮的問(wèn)題。維修站技師連接KT700診斷儀準(zhǔn)備讀取安全氣囊系統(tǒng)故障碼時(shí)，車(chē)輛主副氣囊突然爆炸。

2.2 檢查分析

按表1的排查項(xiàng)目進(jìn)行排查并得出相應(yīng)的排查結(jié)果，讀到以下故障碼：B10E4、B1048、B1095、B1098、B10D0、B1046，故障代碼解析見(jiàn)圖3。

將ACU寄回供應(yīng)商做追溯信息檢查，見(jiàn)圖4，通過(guò)功能測(cè)試。但ACU錯(cuò)誤信息讀取，記錄碰撞事件，存在以下錯(cuò)誤碼：錯(cuò)誤碼0CB——內(nèi)部歷史錯(cuò)誤，駕駛員側(cè)對(duì)地短路、開(kāi)路，ACU上電自檢過(guò)程錯(cuò)誤消失，錯(cuò)誤碼轉(zhuǎn)變?yōu)闅v史錯(cuò)誤，與氣囊起爆無(wú)關(guān)；錯(cuò)誤碼019——外部歷史錯(cuò)誤，回路4（乘員氣囊）阻值高；錯(cuò)誤碼0F8——安全帶預(yù)緊起爆；錯(cuò)誤碼0FB——駕駛員氣囊起爆記錄；錯(cuò)誤碼0FE——ACU檢測(cè)到碰撞信號(hào)，并起爆氣囊后ACU數(shù)據(jù)鎖定保護(hù)數(shù)據(jù)不被覆蓋；錯(cuò)誤碼012——外部歷史錯(cuò)誤，回路3（乘員氣囊）阻值高。

測(cè)試ACU信號(hào)自檢測(cè)試功能正常，ACU運(yùn)行時(shí)間和EDR記錄時(shí)間（碰撞事件時(shí)間）如圖5所示。

標(biāo)定曲線(xiàn)有多種速度下測(cè)試得出的碰撞曲線(xiàn)，ACU檢測(cè)到加速度的劇烈變化會(huì)自動(dòng)比較并找到最接近的標(biāo)定曲線(xiàn)。此次檢測(cè)到的加速度曲線(xiàn)前部與50km/h正碰標(biāo)定曲線(xiàn)相近，故ACU對(duì)比該標(biāo)定曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。藍(lán)線(xiàn)為該車(chē)ACU檢測(cè)到的加速度，紅線(xiàn)為50km/h碰撞標(biāo)定曲線(xiàn)，在圖6所示方框區(qū)域內(nèi)，藍(lán)線(xiàn)加速度變化的絕對(duì)值在0～7ms區(qū)域超過(guò)了紅線(xiàn)變化的幅度絕對(duì)值，被模塊判定為需要起爆[4]。

診斷儀、外部電腦、整車(chē)線(xiàn)路短路等外部因素會(huì)造成氣囊起爆（排除）。外部因素導(dǎo)致的氣囊起爆不會(huì)在ACU中鎖定碰撞記錄，反之ACU記錄的碰撞數(shù)據(jù)必然是因?yàn)槟K檢測(cè)到加速度變化程度超過(guò)標(biāo)定的起爆曲線(xiàn)。

照片顯示無(wú)前部碰撞。圖6加速度曲線(xiàn)后段馬上趨近于一條直線(xiàn)歸零與碰撞工況下加速度曲線(xiàn)后段的尖刺波紋變化差異較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推測(cè)可能是受到敲擊觸發(fā)的加速度變化。ACU中記錄的加速度信號(hào)見(jiàn)圖7，進(jìn)一步推測(cè)可能是受到前方偏45°的敲擊。具體敲擊車(chē)架還是敲擊ACU模塊無(wú)法進(jìn)一步推測(cè)出。

2.3 排查總結(jié)

對(duì)車(chē)輛安全氣囊的故障進(jìn)行排查時(shí)，首先要對(duì)讀取的故障代碼進(jìn)行分析，進(jìn)而確定故障發(fā)生的位置。此次事件碰撞強(qiáng)度達(dá)到起爆條件，為起爆事件，可能原因?yàn)檐?chē)架敲擊或者ACU模塊敲擊。

3 總結(jié)

汽車(chē)安全氣囊已躍升為現(xiàn)代汽車(chē)安全體系的核心要素，其在降低交通事故傷亡方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而，盡管其防護(hù)效果顯著，但并非萬(wàn)無(wú)一失。在實(shí)際應(yīng)用中，安全氣囊的潛在故障問(wèn)題逐漸浮出水面，其帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。本文詳細(xì)探討了安全氣囊的構(gòu)造和工作原理，并通過(guò)皮卡車(chē)型的安全氣囊故障實(shí)例，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了對(duì)安全氣囊的故障進(jìn)行及時(shí)診斷與修復(fù)的重要性。這不僅關(guān)乎駕乘人員生命安全，更是構(gòu)成日常行車(chē)安全體系不可或缺的一環(huán)。

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（編輯 凌 波）