某車型側(cè)氣囊線束優(yōu)化設(shè)計

李松原

(東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西柳州 545006)

0 引言

在車輛發(fā)生側(cè)面碰撞時，側(cè)氣囊可對乘客頭部、胸部及腹部進(jìn)行有效防護(hù)，因此側(cè)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(cè)氣囊回路阻值過高，在發(fā)生碰撞時可能導(dǎo)致側(cè)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(cè)氣囊阻值過高故障屬于氣囊系統(tǒng)常見故障且排查困難，故障不易攻克[4]。由于故障涉及系統(tǒng)眾多，故障不易在線復(fù)現(xiàn)，排查探測手段有限，問題點(diǎn)易復(fù)發(fā)，售后維修多以整體換件來暫時解除顧客困擾，未能從設(shè)計角度、從根本上解決故障問題。

本文作者以某車型側(cè)氣囊回路阻值過高故障為例，從系統(tǒng)布置、原理、原材料等角度對故障進(jìn)行深入分析，對分析出的各類風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行逐一優(yōu)化改善，最終實(shí)現(xiàn)故障率的有效降低，并同時實(shí)現(xiàn)降成本的目的。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及故障描述

1.1 系統(tǒng)布置

側(cè)氣囊回路相關(guān)系統(tǒng)布置如圖1所示，由氣囊ECU、儀表線束總成、車身線束總成、側(cè)氣囊構(gòu)成完整回路。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

氣囊ECU采用博世平臺化8點(diǎn)火回路控制器，側(cè)氣囊相關(guān)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(cè)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(cè)氣囊自帶過渡線對接。側(cè)氣囊集成于前排座椅靠背骨架內(nèi)，通過自帶一段過渡線實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火裝置與車身線束總成連接。

1.2 系統(tǒng)電氣原理

側(cè)氣囊回路相關(guān)系統(tǒng)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(cè)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(cè)氣囊總成中各段回路長度如圖2標(biāo)注，主駕側(cè)氣囊回路總長4 310 mm，副駕側(cè)氣囊回路總長4 860 mm，導(dǎo)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(cè)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(cè)氣囊過渡線與點(diǎn)火裝置采用JST AK2系列接插件連接。

圖2 優(yōu)化前電氣原理

1.3 故障描述

故障主要表現(xiàn)為組合儀表上氣囊故障燈不規(guī)律點(diǎn)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(diǎn)亮。故障發(fā)生里程分布如圖3所示，由圖3可知故障多發(fā)于10 000～30 000 km。使用診斷儀對故障車輛進(jìn)行故障碼讀取，故障碼為“駕駛員側(cè)面安全氣囊阻值過高”或“乘員側(cè)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(diǎn)亮，ECU記錄故障碼。采用型號為小電流電阻測試儀對車輛側(cè)氣囊回路阻值進(jìn)行測量，測得阻值為3.86 Ω，達(dá)到故障碼記錄觸發(fā)條件。

圖3 故障里程數(shù)分布

2 故障排查分析

氣囊ECU及點(diǎn)火裝置為供應(yīng)商平臺化產(chǎn)品，在多家主機(jī)廠車型上應(yīng)用，且通過零件互換法[5]對故障車輛零件與正常車輛進(jìn)行調(diào)換，故障不隨氣囊ECU及點(diǎn)火裝置轉(zhuǎn)移，因此將故障排查分析重點(diǎn)放在線束系統(tǒng)上。

2.1 布置核查

對故障車輛側(cè)氣囊回路進(jìn)行保安防災(zāi)檢查，確認(rèn)線束回路外包覆完整，導(dǎo)線無破損，線束布置無保安防災(zāi)風(fēng)險。

車身線束與側(cè)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(cè)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(dǎo)線無固定，座椅在移動過程中護(hù)套內(nèi)端子直接受力，車輛在運(yùn)行過程中車身線束甩擺所產(chǎn)生作用力直接作用于端子根部，極限條件下可使回路出現(xiàn)瞬斷，存在布置風(fēng)險。

圖4 側(cè)氣囊分支布置風(fēng)險點(diǎn)

2.2 原理核查

對側(cè)氣囊回路理論阻值進(jìn)行計算，側(cè)氣囊回路阻值包括導(dǎo)線阻值、端子阻值、壓接阻值、接觸電阻及點(diǎn)火裝置電阻值。按照J(rèn)ASO日標(biāo)導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)[6]，導(dǎo)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(diǎn)火裝置設(shè)計理論阻值為(2±0.2) Ω，按2.2 Ω最大理論值進(jìn)行計算。

表1 端子連接理論總阻值

則駕駛位側(cè)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(cè)氣囊回路導(dǎo)線總阻值；Rt1為駕駛位側(cè)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(cè)氣囊與車身線束總成對接及側(cè)氣囊過渡線與點(diǎn)火裝置對接采用鍍金端子；Rs為側(cè)氣囊點(diǎn)火裝置設(shè)計理論阻值最大值。

副駕駛位側(cè)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(cè)氣囊回路導(dǎo)線總阻值；Rt2為副駕駛位側(cè)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(cè)氣囊與車身線束總成對接及側(cè)氣囊過渡線與點(diǎn)火裝置對接采用鍍金端子；Rs為側(cè)氣囊點(diǎn)火裝置設(shè)計理論阻值最大值。

由式(1)、式(2)可知，側(cè)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(cè)氣囊回路進(jìn)行逐段分解測量[8]，測得側(cè)氣囊與車身線束總成對接矢崎接插件總阻值為1.35 Ω，遠(yuǎn)大于其0.02 Ω的理論值。結(jié)合重新插拔矢崎接插件氣囊故障燈熄滅的故障現(xiàn)象，重點(diǎn)對矢崎接插件進(jìn)行排查。

對故障件護(hù)套、端子外觀進(jìn)行檢查，對端子壓接工藝、端子與端子嚙合力、端子在護(hù)套中保持力、護(hù)套與護(hù)套嚙合力、振動等項目按USCAR-2標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果均滿足要求，結(jié)果被判定合格。為進(jìn)一步確認(rèn)可能原因，對矢崎對插件進(jìn)行半剖核查，發(fā)現(xiàn)如下風(fēng)險點(diǎn)：

(1)公母護(hù)套對接、CPA鎖止后，由于護(hù)套卡勾結(jié)構(gòu)配合間隙較大，導(dǎo)致公母護(hù)套前后活動量多達(dá)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(diǎn)超越母端彈片接觸點(diǎn)不足0.5 mm，未達(dá)到USCAR-2標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)險。

圖5 接插件半剖核查

(2)公母護(hù)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(jìn)行前后推拉，模擬接插件在使用過程中公母護(hù)套在配合間隙內(nèi)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(yàn)可知，端子表面鍍金鍍層隨著竄動次數(shù)的增加而加劇，且隨著竄動次數(shù)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(dá)到1.8 mm×0.3 mm。

圖6 端子表面鍍層磨損試驗(yàn)

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

3 回路優(yōu)化設(shè)計

在對故障進(jìn)行分析后，對分析出的風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行逐一改善。

3.1 布置優(yōu)化設(shè)計

對座椅骨架進(jìn)行更改，增加線束卡扣固定點(diǎn)。車身線束從座椅穿出后首先由卡扣固定在座椅上，再與側(cè)氣囊接插件進(jìn)行對接，確保保護(hù)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(yōu)化設(shè)計

對側(cè)氣囊回路Layout原理進(jìn)行優(yōu)化，減少線束分段及接插件對接次數(shù)，如圖7所示。

圖7 優(yōu)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(zhuǎn)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(cè)氣囊回路導(dǎo)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(jìn)一步提升。

3.3 原材料優(yōu)化設(shè)計

對側(cè)氣囊與車身線束總成線線對接插件進(jìn)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(hù)套采用滑塊鎖緊結(jié)構(gòu)，由彈簧支撐滑塊處于鎖止位置?；瑝K卡槽采用楔形結(jié)構(gòu)設(shè)計，公母護(hù)套裝配到位時鎖緊機(jī)構(gòu)自動鎖止，護(hù)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(dǎo)致的磨損。

母端鍍金端子型號為SAITS-A03GF-M064，端子內(nèi)采用雙觸點(diǎn)設(shè)計，采用USCAR-2測試標(biāo)準(zhǔn)對端子連接總阻值進(jìn)行試驗(yàn)[7]，結(jié)果如表2所示?？芍篔ST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(yōu)異。

表2 端子連接總阻值對比試驗(yàn) mΩ

4 實(shí)車驗(yàn)證

將側(cè)氣囊回路優(yōu)化設(shè)計改善項應(yīng)用于某車型整車線束中，并進(jìn)行批量驗(yàn)證。對下線的5臺樣車側(cè)氣囊回路阻值進(jìn)行實(shí)車測量，并與優(yōu)化前回路阻值進(jìn)行對比，結(jié)果如表3所示。可知：優(yōu)化后實(shí)車側(cè)氣囊回路阻值均優(yōu)于優(yōu)化前實(shí)車阻值，優(yōu)化后側(cè)氣囊回路阻值平均降低0.246及0.284 Ω。

表3 側(cè)氣囊回路阻值實(shí)車驗(yàn)證 Ω

側(cè)氣囊回路優(yōu)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(dá)到優(yōu)化目的。

5 結(jié)束語

以某車型側(cè)氣囊回路阻值過高引起的氣囊系統(tǒng)故障為例，對側(cè)氣囊回路線束布置、電氣原理、線束原材料進(jìn)行故障分析，點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)側(cè)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(fēng)險點(diǎn)。針對上述風(fēng)險點(diǎn)，對側(cè)氣囊回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計：對側(cè)氣囊回路線束分段進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化線束布置，對接插件進(jìn)行重新選型。經(jīng)優(yōu)化改善，駕駛位及副駕駛位側(cè)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(shí)現(xiàn)單臺降成本3.9元，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計預(yù)期效果。