淺談端子壓接區(qū)膜層對安全氣囊系統(tǒng)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(jīng)常有車輛出現(xiàn)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(jīng)驗認(rèn)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(hù)套，更換氣囊總成、控制器甚至整車線束以達(dá)到消除故障的目的，但車輛行駛或放置一段時間后故障復(fù)現(xiàn)，無法從根本上解決問題，引起用戶抱怨。

現(xiàn)有一車輛報副駕側(cè)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(cè)氣囊線束與車身線束的對接護(hù)套拆開檢查，確認(rèn)無異常重新對接后故障消除。車輛放置一周后故障復(fù)現(xiàn)，聯(lián)系多方對該車進(jìn)行徹底檢查。

要解決該問題，需先了解安全氣囊系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

1 安全氣囊系統(tǒng)構(gòu)成及原理簡介

圖1為安全氣囊系統(tǒng)示意簡圖，由氣囊控制器、氣囊總成（正面/側(cè)面氣囊）、安全帶預(yù)緊系統(tǒng)、碰撞傳感器（正碰/側(cè)碰傳感器）、連接線束等部分組成。組合儀表通過CAN網(wǎng)絡(luò)接收氣囊系統(tǒng)的狀態(tài)信息并顯示。

圖1 安全氣囊系統(tǒng)示意圖

車輛發(fā)生碰撞時，碰撞傳感器的信號傳給控制器，控制器經(jīng)運算判斷需要展開氣囊時，便向氣體發(fā)生器輸出持續(xù)電壓，產(chǎn)生點火電流。當(dāng)點火電流和持續(xù)時間達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的條件，引燃?xì)怏w發(fā)生劑，產(chǎn)生大量氣體，經(jīng)過濾并冷卻后進(jìn)入氣囊，使氣囊在極短的時間內(nèi)突破襯墊迅速展開。

控制器對氣囊回路的阻值進(jìn)行實時監(jiān)測。若氣囊回路的阻值過高，ECU輸出的電壓值不變，根據(jù)歐姆定律：I=UR，點火電流I變小，低于設(shè)定值，則氣囊不能展開，系統(tǒng)便會通過CAN網(wǎng)絡(luò)向組合儀表發(fā)信息，點亮氣囊燈提醒駕駛員氣囊系統(tǒng)發(fā)生故障。

2 故障車安全氣囊系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)拓?fù)浜喗?/h3>

該車氣囊系統(tǒng)的電氣拓?fù)淙鐖D2所示，氣囊控制器安裝在副儀表臺中間，側(cè)碰傳感器布置在左、右B柱，側(cè)氣囊布置在主、副駕座椅頭枕外側(cè)，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(jī)艙線束、車身線束實現(xiàn)信息傳遞。氣囊系統(tǒng)的各個部件包括整車線束均按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)布置和固定。

圖2 故障車安全氣囊系統(tǒng)電氣拓?fù)涫疽鈭D

2.2 氣囊回路阻值構(gòu)成

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

線束系統(tǒng)的理論阻值計算公式如下：

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

2.3 氣囊系統(tǒng)各模塊阻值設(shè)定

該車氣囊系統(tǒng)對各模塊的阻值規(guī)定了具體的數(shù)值范圍，見表1。通過表1可以看出，若氣體發(fā)生器阻值正常，側(cè)氣囊線束回路阻值不大于1.1Ω便符合設(shè)計要求，系統(tǒng)不會報故障。

表1 安全氣囊系統(tǒng)各分系統(tǒng)阻值范圍設(shè)定 Ω

2.4 側(cè)氣囊系統(tǒng)相關(guān)零部件參數(shù)

該車氣囊系統(tǒng)所用導(dǎo)線為0.5mm的德標(biāo)FLRY-B雙絞線，護(hù)套及端子均為氣囊系統(tǒng)專用，端子表面鍍金。

針對車輛故障信息，對側(cè)氣囊回路阻值的組成要素進(jìn)行對比分析。表2為側(cè)氣囊系統(tǒng)阻值相關(guān)參數(shù)。

表2 側(cè)氣囊系統(tǒng)阻值相關(guān)參數(shù)

2.5 線束系統(tǒng)側(cè)氣囊回路理論計算阻值

側(cè)氣囊系統(tǒng)中R與R理論計算值分別見表3、表4。

表3 R導(dǎo)線數(shù)值計算（常溫）

表4 R接觸數(shù)值計算（常溫）

根據(jù)2.2公式可得：主駕側(cè)氣囊回路的R=412.9+47.2=460.1mΩ；副 駕 側(cè) 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(tǒng)對線束回路阻值的設(shè)計要求。

3 故障排查

3.1 故障車測試

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

根據(jù)該車故障信息描述、首次故障解決措施、系統(tǒng)零部件布置特點及現(xiàn)有測試工具，對主駕和副駕側(cè)氣囊回路的相關(guān)阻值進(jìn)行測量，制定排查步驟如下。

1）首先用CANoe讀取車輛主、副駕側(cè)氣囊回路的當(dāng)前阻值，記為A組數(shù)據(jù)。

2）調(diào)節(jié)座椅開關(guān)，使主、副駕座椅前后移動，再用CANoe讀取側(cè)氣囊回路的阻值，記為B組數(shù)據(jù)，觀察故障是否消失。

3）將前排座椅下方車身線束與側(cè)氣囊線束的對接護(hù)套重新插拔，再用CANoe讀取側(cè)氣囊回路阻值，記為C組數(shù)據(jù)，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(fā)生器的阻值，記為D組數(shù)據(jù)。

特別提醒：測量氣體發(fā)生器一定要使用防爆歐姆表，使用其他設(shè)備存在引爆氣體發(fā)生器的風(fēng)險。

按上述步驟完成測量，結(jié)果見表5。

表5 實車測量數(shù)據(jù) Ω

分析表5數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論。

1）主駕側(cè)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(cè)氣囊回路阻值初始值7.39，大于3.3，引起系統(tǒng)故障；重新插拔護(hù)套后阻值恢復(fù)正常，故障消失，說明“護(hù)套重新插拔”這個動作導(dǎo)致了阻值變化，排查范圍縮小到該對護(hù)套附近。

3）主、副駕氣囊的氣體發(fā)生器阻值在1.8~2.2區(qū)間，正常。

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

上述測試結(jié)果排除氣體發(fā)生器和控制器發(fā)生故障的可能。為了繼續(xù)查找原因，將車身線束和側(cè)氣囊線束從故障車拆下做進(jìn)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(cè)氣囊線束的對接護(hù)套重新插拔引起系統(tǒng)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(cè)氣囊線束進(jìn)行初步目視檢查，導(dǎo)線、護(hù)套和端子外觀良好，無明顯損壞狀況。兩護(hù)套對接牢固，將端子挑出重新插入護(hù)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(dǎo)線無法將端子從護(hù)套拔出，說明端子和護(hù)套固定良好，不會存在端子退針導(dǎo)致的虛接，影響阻值變化。

用電阻測試儀檢測對接護(hù)套根部導(dǎo)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(shù)值為11.2mΩ。測試過程中不斷對護(hù)套及導(dǎo)線進(jìn)行摔打撕扯，阻值始終穩(wěn)定在5.8~6.5mΩ之間，低于理論值，說明此時該護(hù)套內(nèi)的接觸電阻正常。

圖3 車身線束與側(cè)氣囊線束對接段阻值測試

3.3 端子及導(dǎo)線檢測

端子和導(dǎo)線的連接方式為壓接，中國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29106—2014《汽車電線束技術(shù)條件》對壓接工藝與標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)的規(guī)定。

將車身線束與副駕側(cè)氣囊線束的對接分支剪下，取護(hù)套中的端子（帶壓接導(dǎo)線）制成檢測樣本并做標(biāo)記，車身線束的端子樣本為1#、2#（316833-2：TE，母端），側(cè)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(jìn)行初步檢測，結(jié)果如下。

1）端子結(jié)構(gòu)正常，無變形。

2）對2組端子進(jìn)行插拔，可以感受到相應(yīng)阻力，說明兩端子嚙合狀態(tài)良好。

3）用徠卡DM5000型金相顯微鏡對端子接觸面進(jìn)行觀察。

因無法觀測母端子內(nèi)部，只對3#、4#公端子正反面進(jìn)行觀測，鍍金層狀態(tài)良好，無氧化現(xiàn)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(jù)上述結(jié)果，判斷端子與端子之間的接觸電阻正常。

3.3.2 端子與導(dǎo)線壓接檢測

將4個樣品委托第三方線束供應(yīng)商做電壓降測試和接點橫斷面檢測。中國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29106—2014《汽車電線束技術(shù)條件》對電壓降和接點橫斷面檢測有詳細(xì)要求。

樣品電壓降測試結(jié)果和計算后的接觸電阻見表6。

表6 電壓降測試結(jié)果

從表6數(shù)據(jù)可以看出，1#、2#樣品電壓降小于3mV，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，3#、4#樣品電壓降超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨后對4個樣品做接點橫斷面檢測，結(jié)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(xì)數(shù)據(jù)見表7，根據(jù)該供應(yīng)商內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，畫“●”項為必檢項，其它項為參考項，評價標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)

綜上可知，副駕側(cè)氣囊線束的導(dǎo)線和端子壓接不合格，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

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

表8 電壓降測試結(jié)果

接點橫斷面檢測結(jié)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(qū)電壓降的原因分析

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

柳州市產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗所黃夢川同志根據(jù)端子壓接的一系列測試數(shù)據(jù)得出的結(jié)論：壓接松緊程度大致會引起端子壓接區(qū)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(qū)電壓降不合格的主要因素，端子表面氧化才是導(dǎo)致端子壓接區(qū)電壓降不合格的主要原因。端子氧化產(chǎn)生氧化膜，產(chǎn)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(qū)產(chǎn)生的。為了加強(qiáng)端子的抗氧化性能，氣囊系統(tǒng)的線束回路一般都采用接觸區(qū)鍍金的端子。故障車的端子樣品接觸區(qū)表面鍍金層未發(fā)生氧化，因此只能是端子壓接區(qū)發(fā)生了氧化現(xiàn)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(dǎo)線匹配防水栓，但仍不能避免水氣進(jìn)入壓接區(qū)的縫隙中，3#、4#樣品所在的護(hù)套固定在駕座椅下方，直接暴露在外部環(huán)境中，甚至可能有細(xì)小的微塵或者其他污染物進(jìn)入壓接區(qū)，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(zhì)構(gòu)成膜層電阻（又叫薄膜電阻），導(dǎo)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(wěn)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(dá)7.39Ω。

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

綜上所述，側(cè)氣囊線束的導(dǎo)線和端子壓接不合格，壓接區(qū)存在縫隙，產(chǎn)生膜層電阻，是導(dǎo)致側(cè)氣囊回路阻值高的根本原因。

5 總結(jié)與思考

在研發(fā)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(jīng)驗，只要遵循設(shè)計規(guī)則便可以滿足要求；車輛總裝層面，主機(jī)廠對線束的裝配也非常重視。但在線束零部件的生產(chǎn)階段，某些細(xì)節(jié)的忽視往往會留下隱患，短期內(nèi)不會影響品質(zhì)指標(biāo)，可以通過種種質(zhì)檢程序，但終究會在一定時間后引起質(zhì)變。

線束的壓接工藝發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，如何保證端子的壓接品質(zhì)，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(chǎn)環(huán)節(jié)和運輸過程無塵且干燥，避免線束的端子及導(dǎo)線被空氣中的濕氣和雜質(zhì)污染。

再者端子壓接區(qū)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(fā)現(xiàn)壓接異常立即整改，避免產(chǎn)生批量不合格品流轉(zhuǎn)至下工序，造成品質(zhì)隱患。

另外，隨著新能源汽車的迅速發(fā)展，超聲波焊接也更加廣泛地應(yīng)用于線束加工。

通過實驗數(shù)據(jù)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(yōu)于壓接，因此氣囊回路的端子與導(dǎo)線采用超聲波焊接也是一種選擇。