汽车碰撞熄火原理及测试验证方法

卿 辉，陈 成，王 刚

（神龙汽车有限公司技术质量部电子电器分部，湖北 武汉 430056）

1 前言

随着汽车数量的增加和行驶速度的不断提高，行车安全越来越重要。而在所有的汽车事故中，与碰撞相关的事故占90%以上［1］。汽车碰撞在实际生活总不可避免，则汽车在发生碰撞后，如何保护车内人员及车外人员安全，将事故风险降至最低，汽车碰撞后，车辆状态是否符合法规和相关标准要求是至关重要的。一般车辆最常见的要求包括：安全气囊点爆、发动机熄火 （新能源车辆要求高压电切断，电机不工作）、双闪灯点亮、车门解锁、后窗禁止升降功能解除等［2］。本文重点讨论车辆熄火这一要求。因此，新车型在设计研发阶段，必须要将完整的车辆送至正规的检测机构来进行真实的碰撞，以判断车辆是否符合国家法规等要求。如果车辆在第一次发运到测试机构进行碰撞时，碰撞结果不合格，则需要车企再次准备新车发运至检测机构进行碰撞测试，直到碰撞结果合格。如果一种方法可以保证车辆在发运至检测机构前保证电子电器零件 （硬件、软件、标定、配置参数）满足条件，则可以避免车辆多次重复检测，减少公司经济成本。

本文则从传统燃油车辆和纯电动车辆碰撞熄火的原理出发，找出了一种模拟安全气囊碰撞发出碰撞信号的方法来验证车辆是否熄火。利用该方法可以检查发运检测中心的车辆是否满足碰撞要求。如果模拟测试结果合格，则车辆可以发运至检测机构进行真实的碰撞；如果模拟测试不合格，则车企技术员还可以根据该方法判断碰撞熄火系统中哪一零件异常，找到故障根源，进行返修后，再次模拟测试，直至模拟测试合格后即可以发运至检测机构进行真实的碰撞测试。

2 传统燃油汽车碰撞熄火工作原理

传统燃油车碰撞熄火工作原理简图如图1所示。即车辆碰撞传感器通过物理硬线与RBG（安全气囊控制盒）相连，RBG再通过CAN HAB总线 （一种低速CAN网，通信速率125kb/s）将相关碰撞信息 （如碰撞速度的大小，此处碰撞速度有3种，即高速、中速和低速，及碰撞位置、碰撞类型等）发送给BSI（智能伺服盒），BSI同样也通过CAN IS总线 （一种高速CAN网，通信速率为500kb/s）将碰撞信号INFO_CRASH发送给CMM（发动机电控单元）。CMM再通过物理硬线信号发送一个高电平电压信号给车辆熔断丝盒上PU副继电器，控制PU副继电器断开，由于PU副继电器直接控制汽车燃油的油泵工作与否，当PU副继电器闭合后，油泵供电正常，车辆不熄火；当PU副继电器断开后，油泵供电切断，车辆熄火［3］。因此，当BSI发送了CAN信号INFO_CRASH到CMM，则油泵供电切断，车辆熄火。当BSI不发送CAN信号INFO_CRASH到CMM，则油泵供电正常，车辆不会熄火。

图1 传统燃油车碰撞熄火工作原理简图

3 新能源纯电动汽车碰撞切断高压电工作原理

新能源汽车的碰撞切断高压电这一功能系统主要包括：碰撞传感器、RBG、BSI智能伺服盒、VCU整车控制电控单元以及BMS电源管理系统［4］。其工作原理如图2所示。

图2 碰撞切断高压电工作原理

新能源汽车上高压电切断有两种途径：一是碰撞传感器将碰撞信息通过硬线发送给RBG，RBG将碰撞信息 （包括车辆碰撞位置、碰撞速度以及碰撞类型）通过CAN HAB总线发送给BSI，BSI再将相对应的碰撞信息通过CAN HS1（高速CAN网，通信速率500kb/s）总线发送给VCU，同样VCU也会将此碰撞信息通过ECAN（纯电动车新增一条高速CAN网络，该CAN网的网关是VCU，通信速率500kb/s）总线发送给BMS，BMS收到碰撞信号info_crash信号后控制电源管理系统中主继电器的断开来切断电池包的高压电，车辆熄火。二是碰撞传感器将碰撞信息通过硬线发送给RBG，RBG将脉冲PWM信号通过硬线直接接到BMS，BMS控制主继电器的断开来切断电池包的高压电，车辆熄火。两种途径只要满足一种即可实现高压电切断。

4 车辆碰撞测试验证方法

结合前述两种类型汽车碰撞熄火原理，可知碰撞信号的发出端 （碰撞传感器和RBG）相同，只是处理控制信号INFO_CRASH的电控单元不同。因此，借用CAN网络诊断工具（硬件和软件）以及专用安全气囊控制模块程序，在整车上模拟RBG发出相对应的碰撞信号，即可实现模拟车辆在不同碰撞方式下能否熄火的方法。

4.1 硬件和软件设置

测试方法中，所需硬件设备为VECTOR VN1630ACAN/LIN接口硬件，带CAN HAB网DB9端子的三通转接线。所需软件为CANalyzer。在已有CANalyzer配置文件的前提下，需导入面板、CAPL（CAN总线访问编程语言）程序、系统变量文件，具体方法如下。

1） 在“【File】--【Database Overview】”菜单中导入DBC数据库文件，默认IS网段的数据库绑定至CAN1，CAN HAB等网段的数据库绑定至CAN2。

2） 在“【Configuration】--【System Variables】”菜单中导入系统变量文件。

3） 在“【View】--【Measurement Setup】”菜单中导入CAPL文件。

4） 在“【Configuration】--【Panels】”菜单中导入面板文件。

以上步骤完成后，安全气囊模块功能测试图形化界面便形成。

4.2 安全气囊测试模块图形化界面

模拟安全气囊控制程序模块界面如图3所示。该程序模块中，ECU simulation setup：Airbag安全气囊模拟设置，可以用来设置是否使用CAPL来模拟Airbag的功能以及是否连续向CAN网上发送信息帧ETAT_INFO_CRASH。Front area crash、Lateral area crash、Rear area crash，分别模拟车辆前部、侧部、后部遭到碰撞的情况，每种碰撞又细分为高速碰撞、中等速度碰撞、低速碰撞、可修复性碰撞。Advanced crash setting：高级碰撞设置区域，可以用来初始化所有的碰撞信息 （即清除所有碰撞信息）、模拟车辆碰撞之后发生翻转、模拟车辆撞到行人等。Crash information TX state：信息帧发送指示。当短按面板上的任何一个按键时，如果碰撞信息发送成功，指示灯会亮起约1s时间，然后熄灭。

图3 模拟安全气囊控制程序模块界面

4.3 具体测试原理

在碰撞测试实车上切断RBG控制盒的供电以及断开CAN HAB网线的基础上，采用车辆诊断工具VECTOR VN1630A CAN/LIN接口硬件以及CANALYZER软件中专用程序模块module airbag来模拟RBG电控单元发送相应的碰撞信息给BSI，它可以模拟当车辆发生各种碰撞时RBG向CAN HAB网上发送的碰撞信息 ［具体的信息如：INFO_CRASH（碰撞信号）；FRONT_F_VIT（前部中速碰撞），CAN HAB上信号ID OX018］，当BSI收到正常的碰撞信息后，将碰撞信号 （INFO_CRASH）在CAN IS网络上发出。

对于新能源车辆，VCU收到BSI CAN IS上发送的正确的碰撞信号后，VCU在ECAN高速网上将发出INFO_CRASH的信号给BMS。BMS控制主继电器断开的同时，也在ECAN网上实时监测高压电池包主继电器状态，其CAN信号main connector state对应的值为close时，表示高压电没有切断；该CAN信号对应的值为open时，表示高压电已经断开。对于传统燃油车，CMM在收到BSI CAN HS1上发送的正确的碰撞信号后，会通过硬线信号来控制油泵的切断，车辆即可熄火。

4.4 具体测试步骤

如上所述，两种车辆测试方法基本一致，下面以新能源车辆的测试方法为例进行说明。新能源车辆具体实施起来，步骤如下。

1）提前将车辆上RBG的供电熔断丝拔掉以切断RBG电源，来断开RBG ECU与CAN网的连接。

2）将VECTOR硬件设备VN1630A CAN/LIN接口一端与PC电脑连接。VECTOR硬件设备VN1630A CAN/LIN另一端的第2通道 （该硬件设备上共有4个CAN/LIN通道）与整车CAN HAB网络相连；1通道和整车CAN HS1相连；3通道和整车CAN IDIV（一种低速CAN网，通信速率500kb/s）相连；4通道和整车ECAN相连。此种连接方式并不固定，测试人员可以结合试验需求和测试习惯自己选择，但需要注意的是，CAN HAB只能选择2通道，因为Airbag moudule程序模块中对CAN HAB接口已经做了明确的定义。

3）将Airbag module程序加载到CANALYZER软件，按照前述软件设置方法，调出如图3中所示的面板。并运行CANALYZER软件，保证整车RBG功能正常，一旦CANALYZER软件停止运行，仪表上RBG故障指示灯常亮。

4）车辆点火，保证车辆高压闭合，整车运行正常。

5）点击图3中的Continue simulating RBG按钮激活模拟的碰撞信号，然后再根据测试的要求点击相应的高速high speed、低速low speed、中速medium speed等按钮，则模拟仿真的RBG碰撞信号发出。

6）在CANALYZER软件中找出与碰撞相关的所有CAN信号，则可以实时关注实车上CAN网络信号，当ECAN上BMS发送的信号main connector state对应的值为open时，则说明电池包高压已被切断。

7）如果高压电被切断，则说明车辆状态已经满足碰撞中切断高压电的条件，车辆可以发运至检测中心进行碰撞试验。如果高压电没有被切断，则通过采集的CAN HS1以及ECAN上的CAN数据，可以很准确地判断问题点是BSI、VCU还是BMS。然后根据故障点查找故障原因，找到解决办法，保证车辆发运至碰撞检测中心前满足高压切断条件。

5 故障案例

5.1 东风标致E2008碰撞时高压电无法切断

在新能源车辆E2008有3辆车发运至天津检查中心进行实车碰撞测试时，碰撞结果显示3辆车中有1辆车辆在中速的情况下进行碰撞，碰撞结束后，检测人员对车辆进行检测时发现该车高压电没有切断，导致测试结果没有通过。

该故障车辆运回公司后，技术员对车辆用文中提到的测试方法进行模拟测试，发现BSI通过CAN高速网将info_crash发送给VCU，VCU也将该信号在ECAN高速网上进行了转发，但BMS在CAN ECAN网络上发送的信号main connector state对应的值依旧为close（正常应为open），则车辆高压电没有断开即为BMS造成。最后对发运3辆车辆的硬件、软件、标定、编码参数进行了逐一对比，发现故障车辆中BMS的软件与正常车辆的软件版本不一致，因此该故障车问题根源就判定为BMS软件导致。

5.2 东风标致2008可修复前碰时车辆熄火

东风标致2008，在模拟一种前部可修复性碰撞 （Repair_crash_front）时，按照测试案例的要求，此种可修复性的碰撞，发动机不应熄火。但是实际测试中模拟碰撞时，测试结果为车辆熄火。

依据前述原理可知，车辆熄火是因为CMM收到了BSI发出的事件帧 （ID 4C8 info_crash）。而此种状态的碰撞要求BSI不发送该事件帧给CMM，因此判定该问题为BSI软件问题。后经PSA（法国标致雪铁龙集团）BSI团队验证核实该问题是BSI软件导致。

6 结束语

随着新能源和智能网联技术的不断成熟，越来越多的新车型将会涌现在各大主机厂。因此，作为技术员，首先需要深入新产品去了解车辆碰撞熄火原理；其次，需要用专业的知识判断现有的测试方法是否能应用到新车型上；如果不行，最后需要重新研究和开发一种新的测试方法来满足新车型碰撞测试要求。这样就能保证将车辆发运碰撞测试检测中心前的状态 （硬件、软件、编码参数）正确。避免新车型重复碰撞测试，降低成本的同时也提高了产品的开发效率。