宝马轿车F20第四代的安全防护系统的结构及使用方法

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一、概述

1.隐藏式保护装置

F20被动安全系统以当前BMW车型的目标和特性为基础，被动安全系统满足世界各

国的相关法规要求。

对车身和乘员保护系统采取了很多措施。被动安全系统不仅包括乘员保护系统，还包括具有规定防碰撞性能的特殊车身结构。发生事故时，可按规定方式减小作用力，从而减轻对驾驶员和乘坐人员的伤害。乘员保护系统负责进一步降低乘员受伤危险。

在此使用第四代高级碰撞和安全模块ACSM作为F20被动安全系统的中央安全气囊

控制单元，中央传感器系统安装在ICM内。

2.车型介绍

F20安装了第四代被动安全系统作为碰撞和安全模块，表1给出了各车型所装型号。

表1 第四代被动安全系统车型

3．系统电路图

(1) F20车载网络结构概览和模块与PT-CAN的连接（图4-20）

（2）系统电路图

二、安全系统功能

1.碰撞和安全模块的任务

碰撞和安全模块的任务是持续评估所有传感器的信号，一便从中识别出碰撞情况。碰

撞和安全模块根据传感器信号及其评估结果识别出碰撞方向和碰撞强度。

通过安全带锁扣开关确定驾驶员和／或前乘客是否系上安全带。此外还包括针对声音

安全带警告的前乘客座椅占用信息。

ACSM分析传感器信息，随后采取相应措施以便有选择地触发所需乘员保护系统。

碰撞和安全模块对系统自身进行监控，并以安全气囊指示灯熄灭的方式表示系统处于准

备状态。

如果运行期间出现故障，就会将其存储在一个故障代码存储器内，诊断时可以读取

该故障代码。

如果识别到碰撞情况，就会将具体情况以碰撞信号形式提供给总线网络内的其他总

线设备，随后各控制单元根据碰撞严重程度执行各自的工作。

这些工作包括：

①打开中控锁；

②接通危险报警灯；

③接通车内照明灯；

④停用电动燃油泵；

⑤自动紧急呼叫。

碰撞和安全模块的另一项功能是安全带声音警告功能，即通过视觉和声音信号提醒

驾驶员和前乘客系好安全带。

碰撞和安全模块的功能通常分为以下几个范围：

①与碰撞相关的功能；

②系统监控功能；

③附加舒适功能。

2，与碰撞相关的功能

碰撞和安全模块必须执行下列与碰撞相关的功能：

①传感器信号分析；

②碰撞识别；

③确定触发时刻和触发顺序；

④触发引爆电路输出级；

⑤将碰撞信号发送给所有总线设备；

⑥碰撞记录；

⑦紧急呼叫功能。

（1）传感器信号分析

传感器用于识别和确认正面碰撞、侧面碰撞和尾部碰撞以及识别翻车情况，传感器

与碰撞和安全模块直接连接，碰撞和安全模块分析和处理传感器信号。

（2）碰撞识别

F20有以下传感器 （图3）：

两侧B柱各一个横向和纵向加速度传感器（绿色）；

②ICM内的一个横向和纵向加速度传感器（黄色）；

③ICM内的一个滚动速率传感器（黄色）（仅限于带有SA 2VF自适应M底盘的车辆）；

④lCM内的一个垂直加速度传感器（黄色）（仅限于带有SA 2\/F自适随M底盘的车辆）。

纵向加速度传感器可以测量正加速度和负加速度，借助这些信号可以识别正面碰撞或尾部碰撞。

借助横向加速度传感器可识别侧面碰撞，借助ICM内的滚动速率传感器和垂

直加速度传感器可以识别翻车情况（仅限于带有SA 2VF自适应M底盘的车辆），

作用方向不垂直于车辆纵轴或横轴的碰撞以横向加速度和纵向加速度组合的方式

识别出。

（3）触发时刻和触发顺序

碰撞和安全模块通过传感器发送的数据确定碰撞方向和碰撞严重程度。

例如发生正面碰撞时，B柱内的纵向加速度传感器和ICM内的纵向加速度传感器必须识别出较高的加速度值，系统根据加速度值按运算法则得出碰撞严重程度和碰撞方向，借助这些信息可以计算出待启用的乘员保护系统的触发时刻和顺序。此外，还能识别即将翻车的情况，并启用相应保护系统。

（4）触发引爆电路输出级

碰撞和安全模块由FEM通过总线端30B供电，在总线端30B处碰撞和安全模块处于

离线模式，这意味着该模块在总线上处于启用状态且可以执行所有诊断功能。引爆电路

处于禁止触发状态，只能从总线端15起系统自检结束后才能触发。此外，发动机关闭后

逻辑总线端R接通时碰撞和安全模块也处于准备引爆状态。

引爆电容器由开关调节器充电。发生碰撞事故时，引爆电容器提供引爆能量。如果发生碰撞期间供电中断，引爆电容器暂时用作能量储备装置。引爆电路输出级由一个高压断路器和一个低压断路器组成。高压断路器接通引爆电压，低压断路器接通接地点。

引爆电路输出级由微处理器控制。

（5）发送碰撞信号

发生碰撞事故使乘员保护系统触发时，碰撞和安全模块将一个碰撞信号发送给总线网络内的相关总线设备。同时通过一个直接单线导线要求TCU触发紧急呼叫。随后各控

制单元根据碰撞严重程度执行以下功能，见表1。

表1控制单元根据碰撞严重程度执行的功能

（6）碰撞记录

发生碰撞事故使一个或多个执行机构触发时，会在一个不可擦除的存储器内存储一

个碰撞记录。存入三个碰撞记录后，就会存储一个不可擦除的故障代码存储器记录，同

时提示存储了三条碰撞信息。此外，安全气囊指示灯持续发光。

发生事故期间也可能存储三个碰撞记录，每个碰撞记录都分配了一个系统时间。

存储三个碰撞记录后，控制单元仍处于可引爆状态。碰撞记录不可擦除，用于以后

进行设备诊断。最多可存储三个碰撞记录，此后必须更换该控制单元。

3.系统监控功能

碰撞和安全模块具有以下系统监控功能：

①系统自检（行驶前检查）；

②显示系统准备状态；

③循环监控；

④故障显示和故障存储；

⑤故障输出（诊断）；

⑥声音和视觉安全带警告；

⑦停用前乘客安全气囊和前乘客侧侧面安全气囊（仅限于带有SA 5DA前乘客安全

气囊关闭装置的车辆）。

（1）系统自检

碰撞和安全模块从总线端15起进行系统自检，系统自检期间安全气囊指示灯启用约

5s。如果系统自检结束时没有发现故障，安全气囊指示灯就会熄灭且系统进入准备状态。

（2）显示系统准备状态

组合仪表内的安全气囊指示灯熄灭时表示碰撞和安全模块处于系统准备状态。

（3）循环监控

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。从总线端15起持

续进行循环监控，即使发动机关闭后达到逻辑总线端R时，也会继续监控。

（4）故障显示和故障存储

碰撞和安全模块装有一个非易失性故障代码存储器，安全气囊指示灯亮起时表示故障代码存储器内有故障记录。在故障代码存储器内也存储相关事件，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，而是仅表示无法再次触发这个已引爆的乘员保护系统。

4．故障输出（诊断）

借助BMW诊断系统综合服务技术，应用ISTA可通过诊断接口读取故障代码存储器

记录。排除故障或更换己触发的组件后，可通过诊断指令“删除故障代码存储器记录”来删除故障代码存储器记录。

&声音和视觉安全带警告

所有带碰撞和安全模块的车辆都标配声音和视觉安全带警告功能，碰撞和安全模块

探测驾驶员或前乘客是否系上安全带。如果未系安全带，就会通过声音和视觉提示信息

提醒乘员系上安全带。系统分别监控两个安全带锁扣开关。

6．停用安全气囊

在前乘客侧使用儿童座椅运送幼儿时，为安全起见必须停用前乘客安全气囊和前

乘客侧侧面安全气囊。驾驶员负责停用或启用前乘客安全气囊和前乘客侧侧面安全气囊。

通过使用机械车钥匙操作前乘客安全气囊关闭开关可停用前乘客安全气囊和

前乘客侧侧面安全气囊，前乘客安全气囊关闭指示灯的黄色符号亮起时表示处于

停用状态。

在F20中用于停用前乘客安全气囊的前乘客安仝气囊关闭开关位于前乘客侧，

只有前乘客车门打开时才能接触到该开关，只能在停车状态下进行停用操作（图

4、图5）。

三、系统组件

1．碰撞和安全模块

碰撞和安全模块安装在一个带有两个插口的壳体内，一个插口用于连接车辆导线束，另一个插口规定用于驾驶室导线束。

在F20上碰撞和安全模块安装在驾驶员侧驾驶室模块支撑结构上，碰撞和安全模块内不再安装任何传感器，这些传感器现在位于变速箱通道上的ICM

内(图6)。

2．传感器和开关

在此安装了以下传感器和开关。

①ICM内的横向和纵向加速度传感器。

②ICM内的滚动速率传感器（仅限于带有SA 2VF自适应M底盘的车辆）。

③ICM内的垂直加速度传感器（仅限于带有SA 2VF自适应M底盘的车辆）。

④ B柱上的横向和纵向加速度传感器。

⑤ 用于安全带警告的座椅占用识别垫。

⑥ 安全带锁扣开关。

⑦ 紧急呼叫按钮。

⑧ 带有SA 5DA车辆的前乘客安全气囊关闭开关。

（1）B柱横向和纵向加速度传感器

B柱横向和纵向加速度传感器可存识别正面碰撞、侧面碰撞和尾部碰撞时提供支持。

B柱安全气囊传感器由一个纵向和一个横向加速度传感器组成，这些加速度传感器分别测量X方向和y方向上的加速度和减速度，由X和y信号得出的结果是识别碰撞方向的重要因素。B柱安全气囊传感器可在识别正面、侧面和尾部碰撞时提供支持。左右B柱安全气囊传感器的结构相同，安装时通过机械设码方式确定(图7)。

(2) ICM内的传感器

ICM控制单元居中位于变速箱通道上。除行驶动态协调控制系统传感器外，F20的ICM还包含用于识别碰撞的纵向和横向加速度传感器。

ICM通过两根导线直接与ACSM4连接，以便传输传感器数据，所传输的数据

在ACSM 4肉进行分析(图8)。

在带有SA 2VF自适应M底盘的车辆上，ICM通过两根附加导线与ACSM连

接。滚动速率传感器数据和垂直加速度传感器数据通过这两根附加导线传输给

ACSM，识别侧面或正面碰撞以及识别翻车时，ICM传感器数据可为ACSM 4提

供支持。

(3)座椅占用识别垫

在F20前乘客座椅的座椅面内有一个测量负荷情况的传感器垫，即座椅占用识别垫。

通过座椅占用识别垫可识别到是否占用了前乘客座椅。如果前乘客未系安全带，就会触

发视觉和声音安全带警告。座椅占用识别垫没有乘员分级功能，因此无法用于自动关闭

前乘客安全气囊。配备ACSM 4时，不再通过座椅占用识别垫而是通过ACSM分析座椅

占用数据。

（4）安全带锁扣开关

安全带锁扣开关位于驾驶员和前乘客座椅的安全带锁扣内。为了达到欧洲NCAP五

星要求，车辆必须带有后座椅安全带识别功能。在带有SA 230欧规专用选装配置的车辆上也装有后座椅安全带锁扣开关。安全带锁扣开关识别安全带锁舌是否位于安全带锁扣内。在此由碰撞和安全模块为传感器供电并分析传感器数据。从总线端15起系统持续监控安全带锁扣开关，同时将开关信号用于视觉和声音安全带警告以及确定使哪些乘员保护系统触发。

（5）前乘客安全气囊关闭开关

在带有SA 5DA的车辆上使用前乘客安全气囊关闭开关来手动停用前乘客侧的前部和侧面安全气囊。在此通过备用钥匙以手动方式操作前乘客安全气囊关闭开关，开关位置由一个霍尔传感器探测，由碰撞和安全模块分析传感器数据并为传感器供电。

3.执行机构

在F20上安装了以下执行机构：

①单级驾驶员安全气囊；

②单级前乘客安全气囊；

③左侧和右侧头部安全气囊；

④左前和右前侧面安全气囊；

⑤左前和右前安全带锁扣拉紧器；

⑥安全型蓄电池接线柱。

此外还通过以下指示灯为车辆乘员提供安全系统状态信息：

①安全气囊指示灯；

②安全带指示灯；

③前乘客安全气囊关闭指示灯。

图9所示为触发后的安全气囊，在此根据碰撞方式引爆相应的安全气囊。

（1）驾驶员安全气囊

驾驶员安全气囊的任务是，与安全带配合使用，降低正面碰撞时驾驶员受伤的危险，

驾驶员安全气囊位于方向盘缓冲垫内，驾驶员安全气囊配有一个气体发生器。

(2)前乘客安全气囊

前乘客安全气囊的任务是，降低正面碰撞时前乘客受伤的危险。前乘客安全气囊位于仪表板内，前乘客安全气囊展开时在规定位置处撕开仪表板。前乘客安全气囊向挡风玻璃方向打开，向上膨胀并支撑在风挡玻璃和仪表板上，前乘客安全气囊配有一个气体发生器(图10)。

（3）头部安全气囊

在F20上安装头部安全气囊用于保护乘员头部

头部安全气囊从A柱延伸至C柱，覆盖整个侧窗玻璃区域，该安全气囊在乘

员与侧面结构之间展开(图11)。该系统的特征是：

其范围扩展到覆盖前后所有侧窗玻璃；

②防止碎玻璃危害乘员；

③针对不同身材的乘员优化了覆盖范围。

（4）前部侧面安全气囊

与所有的车型一样，前部侧面安全气囊也从前座椅靠背中引爆。

侧面安全气囊和气体发生器位于一个塑料壳体内，即安全气囊模块内。该模块安装在前座椅靠背内座套下(图12)。触发时侧面安全气囊从靠背框架中向外弹出并在侧面结构与乘员之间展开。

（5）安全带锁扣拉紧器

F20前座椅使用大家所熟知的三点式安全带作为安全带系统。燃爆式安全带锁扣拉紧器的任务是，在发生碰撞事故时尽可能防止骨盆和肩部区域的安全带松弛，这样可以增强安全带约束作用。

安全带锁扣拉紧器位于驾驶员座椅或前乘客座椅上，在某些碰撞情况下引爆安全带锁扣拉紧器。

安全带锁扣通过一个钢拉线与拉紧管内的活塞相连。引爆器触发时产生气体压力，该压力使拉紧管内的活塞移动，此时通过拉线将安全带锁扣向下拉，从而使安全带绷紧(图13)。

(6)带有线性带力限制器的安全带收卷机构

正面碰撞、尾部碰撞或翻车时，安全带收卷机构阻止安全带拉出，以便约束乘员。发生事故时带力限制器限制安全带作用在乘员身上的负荷，安全气囊承担其余的约束作用。因此安全气囊与安全带彼此精确配合，共同发挥作用。由于安全带作用力降低且安全气囊以较大面积支撑乘员，因此降低了乘员承受的负荷。在线性系统中通过安全带自动收卷器内的扭力杆扭转来限制安全带力

（图14）。

(7)安全型蓄电池接线柱

如果碰撞和安全模块识别到较严重的正面碰撞、侧面碰撞和尾部碰撞，就会根据不

同限值使安全型蓄电池接线柱触发。随后以燃爆方式断开蓄电池和启动机／发电机以及蓄

电池正极接线柱之间的连接导线。安全型蓄电池接线柱紧靠在蓄电池正极旁边。虽然安

伞型蓄电池接线柱已断开，但仍可确保继续为所有与安全有关的用电器供电，例如危险

报警灯、车内照明灯、安全气囊和电话（包括紧急呼叫）。

（8）安全气囊指示灯

安全气囊指示灯位于组合仪表内。行驶前检查期间，碰撞和安全模块以及被动安全系统的系统准备状态通过安全气囊指示灯亮起且随后熄灭表示出来。碰撞和安全模块通过PT-CAN发送给组合仪表一条信息，通过这条信息可控制安全气囊指示灯。组合仪表以周期方式接收信息，如果该信息缺失，就会启用安全气囊指示灯。

（9）安全带指示灯

如果未系安全带或在行驶期问松开安全带，就会发出声音和视觉警告。车辆启动或

触点变化时，可在组合仪表的TFT显示屏内短时间看到后座椅安全带触点状态。

（10）前乘客安全气囊关闭指示灯

在F20上前乘客安全气囊关闭指示灯位于车顶功能中心内。如果通过前乘客安全气囊关闭开关停用了前乘客安全气囊和前乘客侧侧面安全气囊，就会启用前乘客安全气囊关闭指示灯且指示灯以黄色亮起。前乘客安全气囊关闭指示灯的亮度通过显示屏照明自动亮度调节功能来调节（图15）。

宝马轿车F20第四代的安全防护系统