汽車碰撞熄火原理及測試驗(yàn)證方法

卿 輝，陳 成，王 剛

（神龍汽車有限公司技術(shù)質(zhì)量部電子電器分部，湖北 武漢 430056）

1 前言

隨著汽車數(shù)量的增加和行駛速度的不斷提高，行車安全越來越重要。而在所有的汽車事故中，與碰撞相關(guān)的事故占90%以上［1］。汽車碰撞在實(shí)際生活總不可避免，則汽車在發(fā)生碰撞后，如何保護(hù)車內(nèi)人員及車外人員安全，將事故風(fēng)險(xiǎn)降至最低，汽車碰撞后，車輛狀態(tài)是否符合法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求是至關(guān)重要的。一般車輛最常見的要求包括：安全氣囊點(diǎn)爆、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火 （新能源車輛要求高壓電切斷，電機(jī)不工作）、雙閃燈點(diǎn)亮、車門解鎖、后窗禁止升降功能解除等［2］。本文重點(diǎn)討論車輛熄火這一要求。因此，新車型在設(shè)計(jì)研發(fā)階段，必須要將完整的車輛送至正規(guī)的檢測機(jī)構(gòu)來進(jìn)行真實(shí)的碰撞，以判斷車輛是否符合國家法規(guī)等要求。如果車輛在第一次發(fā)運(yùn)到測試機(jī)構(gòu)進(jìn)行碰撞時(shí)，碰撞結(jié)果不合格，則需要車企再次準(zhǔn)備新車發(fā)運(yùn)至檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行碰撞測試，直到碰撞結(jié)果合格。如果一種方法可以保證車輛在發(fā)運(yùn)至檢測機(jī)構(gòu)前保證電子電器零件 （硬件、軟件、標(biāo)定、配置參數(shù)）滿足條件，則可以避免車輛多次重復(fù)檢測，減少公司經(jīng)濟(jì)成本。

本文則從傳統(tǒng)燃油車輛和純電動(dòng)車輛碰撞熄火的原理出發(fā)，找出了一種模擬安全氣囊碰撞發(fā)出碰撞信號的方法來驗(yàn)證車輛是否熄火。利用該方法可以檢查發(fā)運(yùn)檢測中心的車輛是否滿足碰撞要求。如果模擬測試結(jié)果合格，則車輛可以發(fā)運(yùn)至檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行真實(shí)的碰撞；如果模擬測試不合格，則車企技術(shù)員還可以根據(jù)該方法判斷碰撞熄火系統(tǒng)中哪一零件異常，找到故障根源，進(jìn)行返修后，再次模擬測試，直至模擬測試合格后即可以發(fā)運(yùn)至檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行真實(shí)的碰撞測試。

2 傳統(tǒng)燃油汽車碰撞熄火工作原理

傳統(tǒng)燃油車碰撞熄火工作原理簡圖如圖1所示。即車輛碰撞傳感器通過物理硬線與RBG（安全氣囊控制盒）相連，RBG再通過CAN HAB總線 （一種低速CAN網(wǎng)，通信速率125kb/s）將相關(guān)碰撞信息 （如碰撞速度的大小，此處碰撞速度有3種，即高速、中速和低速，及碰撞位置、碰撞類型等）發(fā)送給BSI（智能伺服盒），BSI同樣也通過CAN IS總線 （一種高速CAN網(wǎng)，通信速率為500kb/s）將碰撞信號INFO_CRASH發(fā)送給CMM（發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元）。CMM再通過物理硬線信號發(fā)送一個(gè)高電平電壓信號給車輛熔斷絲盒上PU副繼電器，控制PU副繼電器斷開，由于PU副繼電器直接控制汽車燃油的油泵工作與否，當(dāng)PU副繼電器閉合后，油泵供電正常，車輛不熄火；當(dāng)PU副繼電器斷開后，油泵供電切斷，車輛熄火［3］。因此，當(dāng)BSI發(fā)送了CAN信號INFO_CRASH到CMM，則油泵供電切斷，車輛熄火。當(dāng)BSI不發(fā)送CAN信號INFO_CRASH到CMM，則油泵供電正常，車輛不會(huì)熄火。

圖1 傳統(tǒng)燃油車碰撞熄火工作原理簡圖

3 新能源純電動(dòng)汽車碰撞切斷高壓電工作原理

新能源汽車的碰撞切斷高壓電這一功能系統(tǒng)主要包括：碰撞傳感器、RBG、BSI智能伺服盒、VCU整車控制電控單元以及BMS電源管理系統(tǒng)［4］。其工作原理如圖2所示。

圖2 碰撞切斷高壓電工作原理

新能源汽車上高壓電切斷有兩種途徑：一是碰撞傳感器將碰撞信息通過硬線發(fā)送給RBG，RBG將碰撞信息 （包括車輛碰撞位置、碰撞速度以及碰撞類型）通過CAN HAB總線發(fā)送給BSI，BSI再將相對應(yīng)的碰撞信息通過CAN HS1（高速CAN網(wǎng)，通信速率500kb/s）總線發(fā)送給VCU，同樣VCU也會(huì)將此碰撞信息通過ECAN（純電動(dòng)車新增一條高速CAN網(wǎng)絡(luò)，該CAN網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)是VCU，通信速率500kb/s）總線發(fā)送給BMS，BMS收到碰撞信號info_crash信號后控制電源管理系統(tǒng)中主繼電器的斷開來切斷電池包的高壓電，車輛熄火。二是碰撞傳感器將碰撞信息通過硬線發(fā)送給RBG，RBG將脈沖PWM信號通過硬線直接接到BMS，BMS控制主繼電器的斷開來切斷電池包的高壓電，車輛熄火。兩種途徑只要滿足一種即可實(shí)現(xiàn)高壓電切斷。

4 車輛碰撞測試驗(yàn)證方法

結(jié)合前述兩種類型汽車碰撞熄火原理，可知碰撞信號的發(fā)出端 （碰撞傳感器和RBG）相同，只是處理控制信號INFO_CRASH的電控單元不同。因此，借用CAN網(wǎng)絡(luò)診斷工具（硬件和軟件）以及專用安全氣囊控制模塊程序，在整車上模擬RBG發(fā)出相對應(yīng)的碰撞信號，即可實(shí)現(xiàn)模擬車輛在不同碰撞方式下能否熄火的方法。

4.1 硬件和軟件設(shè)置

測試方法中，所需硬件設(shè)備為VECTOR VN1630ACAN/LIN接口硬件，帶CAN HAB網(wǎng)DB9端子的三通轉(zhuǎn)接線。所需軟件為CANalyzer。在已有CANalyzer配置文件的前提下，需導(dǎo)入面板、CAPL（CAN總線訪問編程語言）程序、系統(tǒng)變量文件，具體方法如下。

1） 在“【File】--【Database Overview】”菜單中導(dǎo)入DBC數(shù)據(jù)庫文件，默認(rèn)IS網(wǎng)段的數(shù)據(jù)庫綁定至CAN1，CAN HAB等網(wǎng)段的數(shù)據(jù)庫綁定至CAN2。

2） 在“【Configuration】--【System Variables】”菜單中導(dǎo)入系統(tǒng)變量文件。

3） 在“【View】--【Measurement Setup】”菜單中導(dǎo)入CAPL文件。

4） 在“【Configuration】--【Panels】”菜單中導(dǎo)入面板文件。

以上步驟完成后，安全氣囊模塊功能測試圖形化界面便形成。

4.2 安全氣囊測試模塊圖形化界面

模擬安全氣囊控制程序模塊界面如圖3所示。該程序模塊中，ECU simulation setup：Airbag安全氣囊模擬設(shè)置，可以用來設(shè)置是否使用CAPL來模擬Airbag的功能以及是否連續(xù)向CAN網(wǎng)上發(fā)送信息幀ETAT_INFO_CRASH。Front area crash、Lateral area crash、Rear area crash，分別模擬車輛前部、側(cè)部、后部遭到碰撞的情況，每種碰撞又細(xì)分為高速碰撞、中等速度碰撞、低速碰撞、可修復(fù)性碰撞。Advanced crash setting：高級碰撞設(shè)置區(qū)域，可以用來初始化所有的碰撞信息 （即清除所有碰撞信息）、模擬車輛碰撞之后發(fā)生翻轉(zhuǎn)、模擬車輛撞到行人等。Crash information TX state：信息幀發(fā)送指示。當(dāng)短按面板上的任何一個(gè)按鍵時(shí)，如果碰撞信息發(fā)送成功，指示燈會(huì)亮起約1s時(shí)間，然后熄滅。

圖3 模擬安全氣囊控制程序模塊界面

4.3 具體測試原理

在碰撞測試實(shí)車上切斷RBG控制盒的供電以及斷開CAN HAB網(wǎng)線的基礎(chǔ)上，采用車輛診斷工具VECTOR VN1630A CAN/LIN接口硬件以及CANALYZER軟件中專用程序模塊module airbag來模擬RBG電控單元發(fā)送相應(yīng)的碰撞信息給BSI，它可以模擬當(dāng)車輛發(fā)生各種碰撞時(shí)RBG向CAN HAB網(wǎng)上發(fā)送的碰撞信息 ［具體的信息如：INFO_CRASH（碰撞信號）；FRONT_F_VIT（前部中速碰撞），CAN HAB上信號ID OX018］，當(dāng)BSI收到正常的碰撞信息后，將碰撞信號 （INFO_CRASH）在CAN IS網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出。

對于新能源車輛，VCU收到BSI CAN IS上發(fā)送的正確的碰撞信號后，VCU在ECAN高速網(wǎng)上將發(fā)出INFO_CRASH的信號給BMS。BMS控制主繼電器斷開的同時(shí)，也在ECAN網(wǎng)上實(shí)時(shí)監(jiān)測高壓電池包主繼電器狀態(tài)，其CAN信號main connector state對應(yīng)的值為close時(shí)，表示高壓電沒有切斷；該CAN信號對應(yīng)的值為open時(shí)，表示高壓電已經(jīng)斷開。對于傳統(tǒng)燃油車，CMM在收到BSI CAN HS1上發(fā)送的正確的碰撞信號后，會(huì)通過硬線信號來控制油泵的切斷，車輛即可熄火。

4.4 具體測試步驟

如上所述，兩種車輛測試方法基本一致，下面以新能源車輛的測試方法為例進(jìn)行說明。新能源車輛具體實(shí)施起來，步驟如下。

1）提前將車輛上RBG的供電熔斷絲拔掉以切斷RBG電源，來斷開RBG ECU與CAN網(wǎng)的連接。

2）將VECTOR硬件設(shè)備VN1630A CAN/LIN接口一端與PC電腦連接。VECTOR硬件設(shè)備VN1630A CAN/LIN另一端的第2通道 （該硬件設(shè)備上共有4個(gè)CAN/LIN通道）與整車CAN HAB網(wǎng)絡(luò)相連；1通道和整車CAN HS1相連；3通道和整車CAN IDIV（一種低速CAN網(wǎng)，通信速率500kb/s）相連；4通道和整車ECAN相連。此種連接方式并不固定，測試人員可以結(jié)合試驗(yàn)需求和測試習(xí)慣自己選擇，但需要注意的是，CAN HAB只能選擇2通道，因?yàn)锳irbag moudule程序模塊中對CAN HAB接口已經(jīng)做了明確的定義。

3）將Airbag module程序加載到CANALYZER軟件，按照前述軟件設(shè)置方法，調(diào)出如圖3中所示的面板。并運(yùn)行CANALYZER軟件，保證整車RBG功能正常，一旦CANALYZER軟件停止運(yùn)行，儀表上RBG故障指示燈常亮。

4）車輛點(diǎn)火，保證車輛高壓閉合，整車運(yùn)行正常。

5）點(diǎn)擊圖3中的Continue simulating RBG按鈕激活模擬的碰撞信號，然后再根據(jù)測試的要求點(diǎn)擊相應(yīng)的高速high speed、低速low speed、中速medium speed等按鈕，則模擬仿真的RBG碰撞信號發(fā)出。

6）在CANALYZER軟件中找出與碰撞相關(guān)的所有CAN信號，則可以實(shí)時(shí)關(guān)注實(shí)車上CAN網(wǎng)絡(luò)信號，當(dāng)ECAN上BMS發(fā)送的信號main connector state對應(yīng)的值為open時(shí)，則說明電池包高壓已被切斷。

7）如果高壓電被切斷，則說明車輛狀態(tài)已經(jīng)滿足碰撞中切斷高壓電的條件，車輛可以發(fā)運(yùn)至檢測中心進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。如果高壓電沒有被切斷，則通過采集的CAN HS1以及ECAN上的CAN數(shù)據(jù)，可以很準(zhǔn)確地判斷問題點(diǎn)是BSI、VCU還是BMS。然后根據(jù)故障點(diǎn)查找故障原因，找到解決辦法，保證車輛發(fā)運(yùn)至碰撞檢測中心前滿足高壓切斷條件。

5 故障案例

5.1 東風(fēng)標(biāo)致E2008碰撞時(shí)高壓電無法切斷

在新能源車輛E2008有3輛車發(fā)運(yùn)至天津檢查中心進(jìn)行實(shí)車碰撞測試時(shí)，碰撞結(jié)果顯示3輛車中有1輛車輛在中速的情況下進(jìn)行碰撞，碰撞結(jié)束后，檢測人員對車輛進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)該車高壓電沒有切斷，導(dǎo)致測試結(jié)果沒有通過。

該故障車輛運(yùn)回公司后，技術(shù)員對車輛用文中提到的測試方法進(jìn)行模擬測試，發(fā)現(xiàn)BSI通過CAN高速網(wǎng)將info_crash發(fā)送給VCU，VCU也將該信號在ECAN高速網(wǎng)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)，但BMS在CAN ECAN網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的信號main connector state對應(yīng)的值依舊為close（正常應(yīng)為open），則車輛高壓電沒有斷開即為BMS造成。最后對發(fā)運(yùn)3輛車輛的硬件、軟件、標(biāo)定、編碼參數(shù)進(jìn)行了逐一對比，發(fā)現(xiàn)故障車輛中BMS的軟件與正常車輛的軟件版本不一致，因此該故障車問題根源就判定為BMS軟件導(dǎo)致。

5.2 東風(fēng)標(biāo)致2008可修復(fù)前碰時(shí)車輛熄火

東風(fēng)標(biāo)致2008，在模擬一種前部可修復(fù)性碰撞 （Repair_crash_front）時(shí)，按照測試案例的要求，此種可修復(fù)性的碰撞，發(fā)動(dòng)機(jī)不應(yīng)熄火。但是實(shí)際測試中模擬碰撞時(shí)，測試結(jié)果為車輛熄火。

依據(jù)前述原理可知，車輛熄火是因?yàn)镃MM收到了BSI發(fā)出的事件幀 （ID 4C8 info_crash）。而此種狀態(tài)的碰撞要求BSI不發(fā)送該事件幀給CMM，因此判定該問題為BSI軟件問題。后經(jīng)PSA（法國標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)）BSI團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證核實(shí)該問題是BSI軟件導(dǎo)致。

6 結(jié)束語

隨著新能源和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷成熟，越來越多的新車型將會(huì)涌現(xiàn)在各大主機(jī)廠。因此，作為技術(shù)員，首先需要深入新產(chǎn)品去了解車輛碰撞熄火原理；其次，需要用專業(yè)的知識判斷現(xiàn)有的測試方法是否能應(yīng)用到新車型上；如果不行，最后需要重新研究和開發(fā)一種新的測試方法來滿足新車型碰撞測試要求。這樣就能保證將車輛發(fā)運(yùn)碰撞測試檢測中心前的狀態(tài) （硬件、軟件、編碼參數(shù)）正確。避免新車型重復(fù)碰撞測試，降低成本的同時(shí)也提高了產(chǎn)品的開發(fā)效率。