寶馬車乘員保護系統概述

南京金陵中等專業學校 張海泉

寶馬車乘員保護系統概述

南京金陵中等專業學校 張海泉

寶馬車乘員保護系統包括車身保護（乘員安全區域和能量吸收區）、安全帶系統、安全氣囊系統和電氣裝置（短路保護）。寶馬車在實現乘員保護功能時是將車身保護作為一部分，將安全帶系統、安全氣囊系統和電氣裝置作為另一個整體的被動安全系統，兩部分共同協作聯動，從而來實現乘員保護的。

1 車身保護（乘員安全區域和能量吸收）

寶馬車在前后保險杠上采用了可恢復式碰撞緩沖塊，當車速低于4 km/h 時，碰撞能量可被吸收。發生碰撞后，碰撞緩沖塊可返回其初始位置，不會損壞后面的車身結構。A 柱區域采用高強度鋼加固車門。在前部車門檻區域采用加強件防止前車輪擠入乘員區。通過固定發動機室蓋，限制轉向柱、加速踏板和空調器的位移，在車內使用軟墊進一步增強乘員區的保護作用。對于寶馬敞篷車還有翻車保護裝置，寶馬車主要通過加強型風窗玻璃框架、車尾設計及翻車保護桿確保有效的生存空間。翻車保護桿也就是在車輛發生劇烈的碰撞之后，隱藏在后排座椅后面的翻車保護桿伸出，與加強型風窗玻璃框架形成一個有效生存空間，從而起到保護乘員的作用（圖1）。

圖1 翻車保護桿

2 被動安全系統

寶馬車將安全帶系統、安全氣囊系統和電氣裝置作為一個整體的被動安全系統，這個被動安全系統按照各個參與到乘員保護時所起到的作用，將所有系統部件分為傳感器系統、控制單元和執行機構。傳感器系統用于識別碰撞方向和碰撞強度；控制單元通過接受處理來自傳感器系統的數據，觸發算法計算并確定需要觸發的執行機構；執行機構接受并執行來自控制單元的觸發指令。

2.1 傳感器系統

車型不同時，各種被動安全系統所用的傳感器系統也不同。但是所有被動安全系統都通過縱向和橫向加速度傳感器識別碰撞情況。加速度傳感器測量車輛的正、負加速度，由此確定碰撞強度和碰撞方向，加速度傳感器基本上都位于車輛中部。車門壓力傳感器安裝在車門內側，用于測量發生側面碰撞事故時的壓力增加值。側面碰撞撞向車門時，車門外板向內擠壓，造成車門內部區域縮小且壓力提高。車門壓力傳感器負責測量該壓力變化值。

此外寶馬被動系統除上述的初級傳感器用于碰撞識別外，計算當前狀況時還會考慮擴展型傳感器測量值，擴展型傳感器信號對于觸發所需乘員保護系統來說非常重要。例如安全帶鎖扣開關和座椅占用識別裝置。安全帶鎖扣開關用于識別乘員是否已佩戴安全帶。座椅占用識別裝置在識別確認前乘客座椅有人占用的前提下觸發前乘客安全氣囊；識別前乘客是否已佩戴安全帶并發出視覺和聲音警告，區分兒童（坐在經 NHTSA 檢驗的兒童保護系統上）和成人。擴展型傳感器主要是座椅占用識別傳感器，BMW目前有4種座椅占用識別傳感器：SBR墊、SBE墊、SBE-SBR墊和OC3墊。

SBR墊僅用于針對座椅安全帶提醒功能識別乘員，當識別到座椅上質量約為48 kg時，SBR墊會報告占用狀態。SBE墊是最為知名的識別裝置，多年以來一直應用在寶馬車輛上。SBE墊用于識別座椅是否有人占用并將相關信息發送給控制單元。當識別到座椅上質量超過12 kg時，SBE墊就會識別為座椅有人占用。根據座椅上的物體負荷或類型，還可以更早地判斷出座椅是否有人占用。帶有座椅安全帶提醒功能時，如果座椅上放有手提包或便攜式電腦等物品，還可能會提前發出警報。

SBE-SBR墊結合了以前所用的座椅占用識別裝置SBE和SBR墊。SBE用于識別前乘客座椅是否有人占用，SBR用于啟用座椅安全帶提醒功能。如果系統將前乘客座椅識別為占用狀態，但安全帶鎖扣開關沒有發出信號，則會啟用SBR，SBR通過視覺和聲音提示要求駕駛人或前排乘客在行駛期間系上安全帶。SBE-SBR墊的限值如表1所列。

OC3 墊只針對美規車裝備，美國法規要求，使用符合NHTSA 規定的兒童保護系統在前乘客座椅上搭乘兒童時，系統必須能夠自動識別并且停用前乘客安全氣囊。OC3墊根據表面壓痕識別出符合規定（NHTSA FMVSS 208）且搭乘兒童的兒童座椅并停用前乘客安全氣囊（前部和側面安全氣囊）。如果識別出使用符合 NHTSA 規定的兒童保護系統在前乘客座椅上搭乘兒童，前乘客安全氣囊關閉指示燈就會亮起。除識別兒童座椅外，決定是否觸發前乘客安全氣囊時還會考慮成人占用座椅的情況。

2.2 控制單元

每個被動安全系統都有一個主控控制單元，基本功能可分為2個方面：與碰撞相關的功能和系統監控功能。

（1）與碰撞相關的功能。與碰撞相關的功能包括分析傳感器信號并依此確定碰撞嚴重程度和碰撞方向，主控控制單元決定何時、以何種強度觸發哪個乘員保護系統。

（2）系統監控功能。除與碰撞相關的功能外，安全氣囊控制單元還負責一系列系統監控功能。包括系統自檢、故障代碼存儲和蓄電池導線監控。所謂系統自檢就是安全氣囊控制單元從總線端 R“接通”起進行系統自檢。系統自檢期間安全氣囊警告燈啟用約 5 s。如果系統自檢結束時沒有發現故障，安全氣囊警告燈就會熄滅且系統進入準備狀態。如果順利完成系統自檢且系統進入準備狀態，就會進行循環監控以監控是否出現故障。循環監控功能用于對控制單元和整個安全氣囊系統進行內部診斷。只要系統處于總線端 R“接通”狀態，就會一直進行循環監控。安全氣囊控制單元有一個非易失性故障代碼存儲器。如果故障代碼存儲器內存有一條故障記錄，就會通過安全氣囊警告燈顯示出來。記錄故障代碼時分為內部故障和外部故障。故障代碼存儲器也存儲相關事件，例如安全氣囊或安全帶鎖扣拉緊器觸發。故障代碼存儲器內存有乘員保護系統觸發記錄時，不表示該乘員保護系統在碰撞事故中損壞，僅表示無法再次觸發該乘員保護系統。

（3）蓄電池導線監控是指在寶馬5系、6系和Z4車上，用于起動機和發電機的蓄電池導線，沿車身底板由行李箱連接至發動機室。蓄電池導線在車身底板上與燃油管平行布線時，需要監控蓄電池導線。因發生事故或撞到障礙物造成蓄電池導線絕緣層損壞時，就會從蓄電池上斷開蓄電池導線并關閉發電機，從而避免造成短路，形成火花引起失火。

2.3 執行機構

除安全氣囊控制單元和傳感器系統外，各種執行機構是被動安全系統的主要組成部分。執行機構有：安全帶系統、安全氣囊系統、安全型蓄電池接線柱和主動式頭枕。

（1）安全帶系統。寶馬車安全帶系統包括以下組件：帶有集成式帶力限制器的安全帶自動收卷裝置、安全帶鎖扣拉緊器和端部固定式拉緊器。

安全帶帶有電動收緊裝置，該裝置當駕駛人和乘客系上安全帶時，通過安全帶電動收緊裝置的電動機來自動收緊安全帶，消除安全帶的松弛，始終使安全帶與人體緊密貼合。圖2所示是車速為50 km/h時車輛發生正面碰撞，安全帶松弛和不松弛兩種狀態下的乘員身體狀態。

安全帶還帶有鎖扣拉緊器和端部拉緊器，在發生正面或尾部碰撞或者翻車事故時由安全帶鎖扣拉緊器和端部固定式拉緊器，同時將安全帶鎖扣向下拉，在繃緊安全帶的同時縮短安全帶長度，盡可能防止乘員骨盆和肩部區域的安全帶松弛，增強安全帶約束保護作用。圖3所示是車速為50 km/h時發生正面碰撞，帶安全帶鎖扣和端部拉緊器、不帶安全帶鎖扣和端部拉緊器（藍線外框）的乘員身體狀態。

（2）安全氣囊。根據車型不同，最多可有10個安全氣囊，以寶馬E65車為例，安全氣囊的安裝位置如圖4所示，駕駛人、前排乘客前部氣囊各1個，左右頭部氣囊各1個，座椅集成式側面氣囊4個，駕駛人和前乘客膝部氣囊各1個。駕駛人側前部安全氣囊的任務是，發生正面碰撞事故時與安全帶配合使用降低駕駛人頭部或胸部受重傷的危險。前乘客側前部安全氣囊的任務與駕駛人側前部安全氣囊一樣，發生正面碰撞事故時與安全帶配合使用降低前乘客頭部和胸部受重傷的危險。頭部安全氣囊從 A 柱延伸至 C 柱，在側窗玻璃高度處覆蓋整個側面區域。發生側面碰撞時降低來自側面的玻璃碎片和刺入異物的危險，覆蓋范圍適用于不同身材的乘員。側面碰撞達到一定嚴重程度時就會引爆側面安全氣囊，側面安全氣囊從座椅靠背與后蓋板之間向外彈出并在車門與乘員之間展開。車門與乘員之間的氣囊提供適度的碰撞緩沖，從而降低乘員承受的負荷。美規車要求駕駛人和前排乘客還應有保護來自膝部的氣囊。

圖2 發生正面碰撞時安全帶松弛和不松弛情況下的乘員身體狀態

圖3 發生碰撞時帶/不帶安全帶鎖扣和端部拉緊器的乘員身體狀態。

圖4 寶馬E65車安全氣囊的安裝位置

（3）安全型蓄電池接線柱（SBK）。所謂安全型蓄電池接線柱簡稱SBK，就是在蓄電池正極接線柱安裝了一個帶有高容量的熔絲引爆裝置，如果安全氣囊模塊識別到比較嚴重的正面、側面和尾部碰撞，安全氣囊模塊就會觸發安全型蓄電池接線柱的引爆裝置，以燃爆方式斷開蓄電池與起動機、發電機導線之間的連接，防止電路短路導致失火。另外，通過一個單獨的車輛電源系統接口確保了安全型蓄電池接線柱觸發時其余所有車輛電源系統仍保持功能正常，以保證了所有重要功能（如車燈閃爍報警燈、電話緊急呼叫等）能夠正常運行。

（4）主動式頭枕。當發生尾部碰撞時，在最短時間內，頭枕氣體發生器推動頭枕前部向前移動 60 mm，縮小乘員頭部與頭枕間的距離，有助于增強頭枕的支撐和保護功能，從而起到保護頸椎的作用。

2016-12-10）