汽車安全氣囊系統(tǒng)自動故障防護(hù)功能的實現(xiàn)

安全氣囊在汽車輔助約束系統(tǒng)(SRS)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。目前，乘用車安裝安全氣囊已經(jīng)成為一種標(biāo)省４蠹葉賈道在汽車產(chǎn)生碰撞時，安全氣囊和安全帶可降低車內(nèi)人員頭部和上身撞擊車內(nèi)元件的機(jī)率。它們還可透過使撞擊力更均勻地分牙唇檔腿嗽筆萇說姆縵鍘

但是現(xiàn)在，許多人已經(jīng)認(rèn)識到能給人帶來安全的輔助約束系統(tǒng)也有可能會危及車內(nèi)人員的生命安全。因此，在開發(fā)安全系統(tǒng)時，必須全面考慮系統(tǒng)的各種特性，以確保達(dá)到所需的安全水?。瘟私鉀Q這方面的問題，英飛凌開發(fā)出了具有豐富特性的氣囊觸發(fā)晶片，可幫助系統(tǒng)實現(xiàn)自動故障防護(hù)功能。

圖1：安全氣囊的ECU簡圖。

亞洲的汽車安全氣囊系統(tǒng)市場預(yù)計將繼續(xù)成長，這主要得益于中國市場的成長。未來五年，該市場的增幅將達(dá)到25%。

此外，韓國出口歐美的汽車裝備了越來越多的安全氣囊，這主要是因為歐美地區(qū)實施的新安全法規(guī)。目前，韓國的乘用車已經(jīng)100%裝配正面安全氣囊，頭部安全氣囊的增幅預(yù)計到2013年將達(dá)到44%。

中國市場目前的正面安全氣囊安裝率只有62%，因此我們預(yù)計該領(lǐng)域?qū)瓉硌杆俪砷L。另外，隨著中國車輛出口的不斷成長，安全問題也越來越受到關(guān)注，因此我們預(yù)計今后四年，側(cè)面和頭部安全氣囊也將不斷成長。

目前，隨著歐美新法規(guī)的實施，安全氣囊系統(tǒng)預(yù)計將變得更加完善。塬始設(shè)備u造商將面臨著價格壓力，需要應(yīng)對平衡成本、創(chuàng)新與可靠性的挑戰(zhàn)。

相關(guān)研究顯示，目前平均售價為105美元的正面安全氣囊預(yù)計4年之后成本將降低15%。業(yè)界認(rèn)為可靠應(yīng)用是汽車安全氣囊系統(tǒng)最重要的問題，因此，本文將探討在較差的執(zhí)行條件下(例如泄漏和低壓)如何平衡安全要素和系統(tǒng)成本。

近30年來，歐洲路面的車輛增加了叁倍，但道路卻只增加了二倍。隨著交通量的日益增大，現(xiàn)代汽車呈現(xiàn)出為駕駛員和乘客提供越來越高的安全性和舒適性的態(tài)勢。

在提高汽車安全性和舒適性方面，電子技術(shù)與其他化學(xué)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)發(fā)揮了重要作用。如今GPS系統(tǒng)、自動鏡、自動燈、電動座椅、電子噴射裝置和其他上百個功能都成為汽車不可或缺的一部份。但除了舒適性以外，用戶還希望為自己和家人購買具備更高安全性的汽車。

因此，安全系統(tǒng)開始發(fā)揮作用。目前，汽車提供諸如ABS、ESC、ASR、安全氣囊、行人保護(hù)等主動與被動安全系統(tǒng)。今后，由于道路還遠(yuǎn)不能達(dá)到百分之百安全，因此該市場可望持續(xù)成長。

塬來的安全系統(tǒng)裼梅擲朧階榧提供所需功能，但近些年來，所有系統(tǒng)都裼昧蘇合方式。目前多數(shù)RCU(安全防護(hù)控制單元)都是由MCU(主控單元)、通訊介面、電源、感測器介面和燃爆電路構(gòu)成。本文涵蓋RCU的燃爆電路部份。下文將探討安全氣囊系統(tǒng)的安全性和應(yīng)用IC的相關(guān)安全特性。

氣囊安全性

開發(fā)安全系統(tǒng)時必須全面考慮系統(tǒng)的各種特性，以確保達(dá)到所需的安全水?。从系蛙嚹角度除b，安全氣囊控制器必須具備兩個安全特性：1. 在事故條件下的觸發(fā);2. 防止意外觸發(fā)。

上述兩種特性都必須遵照相關(guān)標(biāo)(即IEC 61508)的具體要求，確保達(dá)到相應(yīng)的安全水省

安全系統(tǒng)的相關(guān)安全標(biāo)侍岢雋‘自動防故障’理念。當(dāng)安全系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其設(shè)計應(yīng)該確保故障不會損壞相鄰的系統(tǒng)或?qū)θ藛T造成傷害。

乍看之下，有人可能會覺得第一個特性比第二個特性更重要。然而，事實并非如此。當(dāng)安全系統(tǒng)檢測到意外事故時，如果因為某種故障無法完成氣囊的觸發(fā)，就會造成人員傷亡，管如此絕大多數(shù)車主仍希望永遠(yuǎn)無需觸發(fā)安全氣囊。另一方面，在RCU安裝到汽車上之后，從汽車測試期到使用L期結(jié)束，隨時都可能產(chǎn)生安全氣囊意外觸發(fā)。如果出現(xiàn)這種情況會對相關(guān)人員造成傷害(工廠工人、汽車駕駛員或修車廠技工)。

整體而言，應(yīng)盡可能確保在產(chǎn)生意外事故時實現(xiàn)安全氣囊的正確觸發(fā)，同時也必須努力防止安全氣囊的意外觸發(fā)。

為了使大家能夠更好地t解安全氣囊系統(tǒng)以及如何實現(xiàn)故障防護(hù)功能，有必要介紹一下整個系統(tǒng)的執(zhí)行塬理。

通常情況下，汽車衛(wèi)星感測器介面獲取外部感測器(加速度或壓力感測器)發(fā)送的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析。這些感測器依據(jù)功能或所屬類型(前端碰撞加速度感測器、側(cè)面碰撞壓力感測器或側(cè)面碰撞加速度感測器)的不同而分延諂車的前端、車門內(nèi)或B柱上。

如果出現(xiàn)碰撞事故，感測器承受的絕對加速度或壓力就會大幅提高，使主微控制器得知產(chǎn)生了碰撞事故。這時主微控制器必須依據(jù)該感測器的數(shù)據(jù)、板載感測器的數(shù)據(jù)、座椅的位置和其他參數(shù)，決定是否觸發(fā)安全氣囊。

如果決定觸發(fā)安全氣囊，主微控制器就會向燃爆介面發(fā)送指令。與此同時，備用系統(tǒng)(通常為備用8位元微控制器)也必須依據(jù)更基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)(即僅板載感測器數(shù)據(jù))做出決定，讓指定硬體線路允許燃爆IC觸發(fā)氣囊。

觸發(fā)是使電流流過燃爆管(通常在1.2A至1.75A之間)實現(xiàn)的。燃爆管在此作為電阻僅為幾歐姆的電阻器，因此要想節(jié)省能量必須控制電流。如果電流流經(jīng)燃爆管達(dá)到一定時間(通常0.5ms至2ms)，安全氣囊就將完成觸發(fā)。

從產(chǎn)生感測器資訊、發(fā)送感測器資訊、分析所有參數(shù)、做出決策、將決策傳輸至觸發(fā)IC到最終確保電流僅在需要時通過燃爆管，在這整個流程中必須確保有可靠的自動防故障性能。

下文將針對觸發(fā)氣囊流程的最后兩步展開分析。

觸發(fā)IC的安全特性

英飛凌現(xiàn)有的觸發(fā)IC具備多種可確保自動防故障功能的特性。其中包括：

1. CrosSave

2. 泄漏檢測

3. 啟動軟硬體進(jìn)行觸發(fā)

4. 電阻測量

5. 開關(guān)測試

6. 高側(cè)供電(HSS)診斷

7. 板載電壓測量

上述特性中，前叁種專用于防止意外觸發(fā)，剩下的用于確保在需要時完成觸發(fā)。下文將論述所有這些特性。

CrosSave

為了在可能出現(xiàn)的‘生產(chǎn)故障’(缺陷晶片、ESD損壞等)條件下，實現(xiàn)自動防故障功能，安全氣囊系統(tǒng)需要具備冗余或多樣化特性。每個燃爆管配備兩個開關(guān)(參見圖2)。這兩個開關(guān)確保電流只有在規(guī)定的條件下流入燃爆管。