某皮卡車型安全氣囊起爆故障分析

【摘 要】在汽車安全系統(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安全的核心組件。在車輛發(fā)生碰撞或突發(fā)事故時，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，從而極大地提升了行車的安全性。文章主要概述安全氣囊的組成和基本原理，并對某皮卡車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

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：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

作者簡介

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

隨著汽車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。汽車的安全防護(hù)大致上被劃分為主動和被動兩大類。主動安全，如ABS（防抱死制動）和ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)），旨在通過增強(qiáng)駕駛員的操作效率來降低發(fā)生事故的可能性。而被動安全，如安全氣囊和安全帶能在緊急狀況發(fā)生時，給予駕駛員及乘客所需的防護(hù)[1]。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時，氣囊的作用顯得尤其重要。它的快速和精準(zhǔn)的啟動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)象時有發(fā)生。一旦碰撞發(fā)生而安全氣囊未能啟動，會加劇車內(nèi)乘員的受傷程度。因此，確保安全氣囊的可靠性和穩(wěn)定性對于提升汽車整體安全性能至關(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）是一個由多個組件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其主要功能在于，在車輛遭遇碰撞的緊急情況下，通過氣囊的迅速充氣與膨脹，為乘員提供有效的防護(hù)，從而降低他們在事故中受傷的風(fēng)險。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。加速傳感器監(jiān)測碰撞加速度變化，壓力傳感器監(jiān)測撞擊點(diǎn)壓力波動。它們被安裝在車輛前端、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在整個安全氣囊系統(tǒng)中至關(guān)重要。氣囊控制單元會接收來自碰撞傳感器采集到的相關(guān)信息信號，隨后采用設(shè)計(jì)好的算法來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在短時間內(nèi)能完成信號的處理與決策，從而確保安全氣囊系統(tǒng)的準(zhǔn)確運(yùn)行。ACU通常安裝在儀表臺下方，并具備故障診斷和自檢功能，能夠監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在需要時向駕駛員提供警示。

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，一旦判定需要啟動氣囊保護(hù)機(jī)制，氣囊模塊會立即向點(diǎn)火器發(fā)出電信號指令，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間內(nèi)會充入氣囊內(nèi)部，打開氣囊為乘員提供及時的防護(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，安全氣囊指示燈點(diǎn)亮來提示駕駛員進(jìn)行必要的檢查。這樣設(shè)計(jì)的目的是使駕駛員及時了解系統(tǒng)狀態(tài)，確保行車安全[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個階段，其工作原理見圖2。

第1階段，速度信息的實(shí)時監(jiān)控。車輛的安全氣囊系統(tǒng)通過一系列傳感器，實(shí)時監(jiān)測并傳遞車輛的速度變化信息至中央控制單元。這些傳感器遍布車輛的關(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?？刂茊卧邮盏絺鞲衅鱾鱽淼乃俣刃畔⒑?，控制單元會迅速進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與判斷。若判斷碰撞強(qiáng)度超過預(yù)設(shè)的安全閾值會立即向氣體發(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)生器會迅速點(diǎn)火，并引發(fā)爆炸反應(yīng)。這個爆炸反應(yīng)會迅速產(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會迅速在乘客與車內(nèi)其他部件之間展開形成一個緩沖區(qū)域。當(dāng)乘客的身體與車內(nèi)部件發(fā)生碰撞前，氣囊已經(jīng)到位。乘客與氣囊接觸時，氣囊上的排氣孔會吸附撞擊力量，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內(nèi)物品的直接碰撞風(fēng)險，同時實(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、碰撞部位等多個關(guān)鍵因素，碰撞速度通常要求車輛相對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，通常是車輛的前部。

安全氣囊起爆過程主要包括傳感器檢測、ACU處理和氣體發(fā)生器作用這3個過程，當(dāng)車輛遇到足夠強(qiáng)度的碰撞時，安全氣囊傳感器會捕捉到加速度的快速變化，并立即將這一信號傳遞給ACU。ACU在接收到這一信號后迅速將其與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對比分析。若滿足氣囊展開的條件，ACU將通過驅(qū)動電路向氣囊組件中的氣體發(fā)生器發(fā)送啟動指令[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)過過濾和冷卻后被注入氣囊，使氣囊在極短的時間內(nèi)沖破襯墊迅速展開，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安全設(shè)計(jì)中非常重要。主機(jī)廠在車輛研發(fā)過程中必須全面考量各種潛在的碰撞場景并據(jù)此來設(shè)置安全氣囊的起爆條件。隨著科技日新月異的進(jìn)步，汽車安全技術(shù)也在不斷迭代與優(yōu)化。如今一些主動安全技術(shù)都逐步成為標(biāo)配，例如預(yù)碰撞系統(tǒng)、自動緊急制動系統(tǒng)等。這些技術(shù)能夠在碰撞發(fā)生前或發(fā)生時迅速介入，從而更有效地降低事故傷害。

2 某皮卡車型安全氣囊故障實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

某皮卡車型目前行駛里程為3000km，用戶返廠維修，反饋其車輛存在間歇性氣囊燈亮的問題。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，車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，故障代碼解析見圖3。

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

測試ACU信號自檢測試功能正常，ACU運(yùn)行時間和EDR記錄時間（碰撞事件時間）如圖5所示。

標(biāo)定曲線有多種速度下測試得出的碰撞曲線，ACU檢測到加速度的劇烈變化會自動比較并找到最接近的標(biāo)定曲線。此次檢測到的加速度曲線前部與50km/h正碰標(biāo)定曲線相近，故ACU對比該標(biāo)定曲線見圖6。藍(lán)線為該車ACU檢測到的加速度，紅線為50km/h碰撞標(biāo)定曲線，在圖6所示方框區(qū)域內(nèi)，藍(lán)線加速度變化的絕對值在0～7ms區(qū)域超過了紅線變化的幅度絕對值，被模塊判定為需要起爆[4]。

診斷儀、外部電腦、整車線路短路等外部因素會造成氣囊起爆（排除）。外部因素導(dǎo)致的氣囊起爆不會在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檢測到加速度變化程度超過標(biāo)定的起爆曲線。

照片顯示無前部碰撞。圖6加速度曲線后段馬上趨近于一條直線歸零與碰撞工況下加速度曲線后段的尖刺波紋變化差異較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推測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見圖7，進(jìn)一步推測可能是受到前方偏45°的敲擊。具體敲擊車架還是敲擊ACU模塊無法進(jìn)一步推測出。

2.3 排查總結(jié)

對車輛安全氣囊的故障進(jìn)行排查時，首先要對讀取的故障代碼進(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)檐嚰芮脫艋蛘逜CU模塊敲擊。

3 總結(jié)

汽車安全氣囊已躍升為現(xiàn)代汽車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，但并非萬無一失。在實(shí)際應(yīng)用中，安全氣囊的潛在故障問題逐漸浮出水面，其帶來的風(fēng)險不容忽視。本文詳細(xì)探討了安全氣囊的構(gòu)造和工作原理，并通過皮卡車型的安全氣囊故障實(shí)例，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了對安全氣囊的故障進(jìn)行及時診斷與修復(fù)的重要性。這不僅關(guān)乎駕乘人員生命安全，更是構(gòu)成日常行車安全體系不可或缺的一環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 劉海鵬，曾志斌，儲召龍，等. 大眾汽車安全氣囊檢測與維修［J］. 汽車電器，2021（9）：77-81，85．

[3] 張金換，杜匯良，馬春生，等. 汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4] 孫自文，高曉勇，趙向明，等. 汽車主動安全防撞氣囊研究[J]. 時代農(nóng)機(jī)，2016，43（12）：42，44.

（編輯 凌 波）