宝马车乘员保护系统概述

南京金陵中等专业学校 张海泉

宝马车乘员保护系统概述

南京金陵中等专业学校 张海泉

宝马车乘员保护系统包括车身保护（乘员安全区域和能量吸收区）、安全带系统、安全气囊系统和电气装置（短路保护）。宝马车在实现乘员保护功能时是将车身保护作为一部分，将安全带系统、安全气囊系统和电气装置作为另一个整体的被动安全系统，两部分共同协作联动，从而来实现乘员保护的。

1 车身保护（乘员安全区域和能量吸收）

宝马车在前后保险杠上采用了可恢复式碰撞缓冲块，当车速低于4 km/h 时，碰撞能量可被吸收。发生碰撞后，碰撞缓冲块可返回其初始位置，不会损坏后面的车身结构。A 柱区域采用高强度钢加固车门。在前部车门槛区域采用加强件防止前车轮挤入乘员区。通过固定发动机室盖，限制转向柱、加速踏板和空调器的位移，在车内使用软垫进一步增强乘员区的保护作用。对于宝马敞篷车还有翻车保护装置，宝马车主要通过加强型风窗玻璃框架、车尾设计及翻车保护杆确保有效的生存空间。翻车保护杆也就是在车辆发生剧烈的碰撞之后，隐藏在后排座椅后面的翻车保护杆伸出，与加强型风窗玻璃框架形成一个有效生存空间，从而起到保护乘员的作用（图1）。

图1 翻车保护杆

2 被动安全系统

宝马车将安全带系统、安全气囊系统和电气装置作为一个整体的被动安全系统，这个被动安全系统按照各个参与到乘员保护时所起到的作用，将所有系统部件分为传感器系统、控制单元和执行机构。传感器系统用于识别碰撞方向和碰撞强度；控制单元通过接受处理来自传感器系统的数据，触发算法计算并确定需要触发的执行机构；执行机构接受并执行来自控制单元的触发指令。

2.1 传感器系统

车型不同时，各种被动安全系统所用的传感器系统也不同。但是所有被动安全系统都通过纵向和横向加速度传感器识别碰撞情况。加速度传感器测量车辆的正、负加速度，由此确定碰撞强度和碰撞方向，加速度传感器基本上都位于车辆中部。车门压力传感器安装在车门内侧，用于测量发生侧面碰撞事故时的压力增加值。侧面碰撞撞向车门时，车门外板向内挤压，造成车门内部区域缩小且压力提高。车门压力传感器负责测量该压力变化值。

此外宝马被动系统除上述的初级传感器用于碰撞识别外，计算当前状况时还会考虑扩展型传感器测量值，扩展型传感器信号对于触发所需乘员保护系统来说非常重要。例如安全带锁扣开关和座椅占用识别装置。安全带锁扣开关用于识别乘员是否已佩戴安全带。座椅占用识别装置在识别确认前乘客座椅有人占用的前提下触发前乘客安全气囊；识别前乘客是否已佩戴安全带并发出视觉和声音警告，区分儿童（坐在经 NHTSA 检验的儿童保护系统上）和成人。扩展型传感器主要是座椅占用识别传感器，BMW目前有4种座椅占用识别传感器：SBR垫、SBE垫、SBE-SBR垫和OC3垫。

SBR垫仅用于针对座椅安全带提醒功能识别乘员，当识别到座椅上质量约为48 kg时，SBR垫会报告占用状态。SBE垫是最为知名的识别装置，多年以来一直应用在宝马车辆上。SBE垫用于识别座椅是否有人占用并将相关信息发送给控制单元。当识别到座椅上质量超过12 kg时，SBE垫就会识别为座椅有人占用。根据座椅上的物体负荷或类型，还可以更早地判断出座椅是否有人占用。带有座椅安全带提醒功能时，如果座椅上放有手提包或便携式电脑等物品，还可能会提前发出警报。

SBE-SBR垫结合了以前所用的座椅占用识别装置SBE和SBR垫。SBE用于识别前乘客座椅是否有人占用，SBR用于启用座椅安全带提醒功能。如果系统将前乘客座椅识别为占用状态，但安全带锁扣开关没有发出信号，则会启用SBR，SBR通过视觉和声音提示要求驾驶人或前排乘客在行驶期间系上安全带。SBE-SBR垫的限值如表1所列。

OC3 垫只针对美规车装备，美国法规要求，使用符合NHTSA 规定的儿童保护系统在前乘客座椅上搭乘儿童时，系统必须能够自动识别并且停用前乘客安全气囊。OC3垫根据表面压痕识别出符合规定（NHTSA FMVSS 208）且搭乘儿童的儿童座椅并停用前乘客安全气囊（前部和侧面安全气囊）。如果识别出使用符合 NHTSA 规定的儿童保护系统在前乘客座椅上搭乘儿童，前乘客安全气囊关闭指示灯就会亮起。除识别儿童座椅外，决定是否触发前乘客安全气囊时还会考虑成人占用座椅的情况。

2.2 控制单元

每个被动安全系统都有一个主控控制单元，基本功能可分为2个方面：与碰撞相关的功能和系统监控功能。

（1）与碰撞相关的功能。与碰撞相关的功能包括分析传感器信号并依此确定碰撞严重程度和碰撞方向，主控控制单元决定何时、以何种强度触发哪个乘员保护系统。

（2）系统监控功能。除与碰撞相关的功能外，安全气囊控制单元还负责一系列系统监控功能。包括系统自检、故障代码存储和蓄电池导线监控。所谓系统自检就是安全气囊控制单元从总线端 R“接通”起进行系统自检。系统自检期间安全气囊警告灯启用约 5 s。如果系统自检结束时没有发现故障，安全气囊警告灯就会熄灭且系统进入准备状态。如果顺利完成系统自检且系统进入准备状态，就会进行循环监控以监控是否出现故障。循环监控功能用于对控制单元和整个安全气囊系统进行内部诊断。只要系统处于总线端 R“接通”状态，就会一直进行循环监控。安全气囊控制单元有一个非易失性故障代码存储器。如果故障代码存储器内存有一条故障记录，就会通过安全气囊警告灯显示出来。记录故障代码时分为内部故障和外部故障。故障代码存储器也存储相关事件，例如安全气囊或安全带锁扣拉紧器触发。故障代码存储器内存有乘员保护系统触发记录时，不表示该乘员保护系统在碰撞事故中损坏，仅表示无法再次触发该乘员保护系统。

（3）蓄电池导线监控是指在宝马5系、6系和Z4车上，用于起动机和发电机的蓄电池导线，沿车身底板由行李箱连接至发动机室。蓄电池导线在车身底板上与燃油管平行布线时，需要监控蓄电池导线。因发生事故或撞到障碍物造成蓄电池导线绝缘层损坏时，就会从蓄电池上断开蓄电池导线并关闭发电机，从而避免造成短路，形成火花引起失火。

2.3 执行机构

除安全气囊控制单元和传感器系统外，各种执行机构是被动安全系统的主要组成部分。执行机构有：安全带系统、安全气囊系统、安全型蓄电池接线柱和主动式头枕。

（1）安全带系统。宝马车安全带系统包括以下组件：带有集成式带力限制器的安全带自动收卷装置、安全带锁扣拉紧器和端部固定式拉紧器。

安全带带有电动收紧装置，该装置当驾驶人和乘客系上安全带时，通过安全带电动收紧装置的电动机来自动收紧安全带，消除安全带的松弛，始终使安全带与人体紧密贴合。图2所示是车速为50 km/h时车辆发生正面碰撞，安全带松弛和不松弛两种状态下的乘员身体状态。

安全带还带有锁扣拉紧器和端部拉紧器，在发生正面或尾部碰撞或者翻车事故时由安全带锁扣拉紧器和端部固定式拉紧器，同时将安全带锁扣向下拉，在绷紧安全带的同时缩短安全带长度，尽可能防止乘员骨盆和肩部区域的安全带松弛，增强安全带约束保护作用。图3所示是车速为50 km/h时发生正面碰撞，带安全带锁扣和端部拉紧器、不带安全带锁扣和端部拉紧器（蓝线外框）的乘员身体状态。

（2）安全气囊。根据车型不同，最多可有10个安全气囊，以宝马E65车为例，安全气囊的安装位置如图4所示，驾驶人、前排乘客前部气囊各1个，左右头部气囊各1个，座椅集成式侧面气囊4个，驾驶人和前乘客膝部气囊各1个。驾驶人侧前部安全气囊的任务是，发生正面碰撞事故时与安全带配合使用降低驾驶人头部或胸部受重伤的危险。前乘客侧前部安全气囊的任务与驾驶人侧前部安全气囊一样，发生正面碰撞事故时与安全带配合使用降低前乘客头部和胸部受重伤的危险。头部安全气囊从 A 柱延伸至 C 柱，在侧窗玻璃高度处覆盖整个侧面区域。发生侧面碰撞时降低来自侧面的玻璃碎片和刺入异物的危险，覆盖范围适用于不同身材的乘员。侧面碰撞达到一定严重程度时就会引爆侧面安全气囊，侧面安全气囊从座椅靠背与后盖板之间向外弹出并在车门与乘员之间展开。车门与乘员之间的气囊提供适度的碰撞缓冲，从而降低乘员承受的负荷。美规车要求驾驶人和前排乘客还应有保护来自膝部的气囊。

图2 发生正面碰撞时安全带松弛和不松弛情况下的乘员身体状态

图3 发生碰撞时带/不带安全带锁扣和端部拉紧器的乘员身体状态。

图4 宝马E65车安全气囊的安装位置

（3）安全型蓄电池接线柱（SBK）。所谓安全型蓄电池接线柱简称SBK，就是在蓄电池正极接线柱安装了一个带有高容量的熔丝引爆装置，如果安全气囊模块识别到比较严重的正面、侧面和尾部碰撞，安全气囊模块就会触发安全型蓄电池接线柱的引爆装置，以燃爆方式断开蓄电池与起动机、发电机导线之间的连接，防止电路短路导致失火。另外，通过一个单独的车辆电源系统接口确保了安全型蓄电池接线柱触发时其余所有车辆电源系统仍保持功能正常，以保证了所有重要功能（如车灯闪烁报警灯、电话紧急呼叫等）能够正常运行。

（4）主动式头枕。当发生尾部碰撞时，在最短时间内，头枕气体发生器推动头枕前部向前移动 60 mm，缩小乘员头部与头枕间的距离，有助于增强头枕的支撑和保护功能，从而起到保护颈椎的作用。

2016-12-10）