基于ARM的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)設計

引言

　　隨著汽車的普及和行駛速度的加快，交通事故及傷亡人數(shù)也在逐年上升。在發(fā)生汽車碰撞事故時，如何有效地保護司機和乘員生命的安全是迫切需要解決的問題。安全氣囊作為與安全帶配合使用的被動保護裝置已經(jīng)普及，成為汽車構件中保護乘員的主要裝備之一。

　　氣囊控制系統(tǒng)可分為機械式、模擬電子式和嵌入式3種類型。對于機械式和模擬電子式控制系統(tǒng)，由于硬件的局限，靈活性受到很大限制，應用日益減少。新一代的氣囊控制系統(tǒng)均為帶微控制器的嵌入式控制系統(tǒng)。嵌入式控制系統(tǒng)的控制算法由軟件實現(xiàn)，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性，并具有記錄事故數(shù)據(jù)和與上位機進行通訊的功能。

　　汽車的安全氣囊要求能在一個極短的時間內檢測到汽車碰撞事故的發(fā)生并控制氣囊啟爆。為了實現(xiàn)上述目標，要求安全氣囊控制系統(tǒng)的微控制器運算能力強、I/O口充足?；诖耍x擇高性能的32位微控制器，研究并開發(fā)出較為實用的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)，具有一定的應用和參考價值。本文在對國內外先進控制系統(tǒng)研究的基礎上，提出了基于ARMCortexM3內核32位微控制器的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)的設計方案，并分別進行了臺車和實車試驗。

　　1 ARMCortexM3內核與微控制器LM3S1138

　　ARM公司面向低成本應用領域研發(fā)出32位CortexM3內核處理器。該處理器有效地利用芯片空間，高度集成了外設，與內核組成了一個片上系統(tǒng)（SoC）。ARMCortexM3處理器結合了Thumb2指令32位哈佛微體系結構。Thumb2技術提高了代碼密度，比32位編碼減少了26%內存使用率，較16位編碼提高了25%性能。通過降低時鐘頻率，提供更低的功耗，降低了研發(fā)成本，提高了企業(yè)效率。芯片上實現(xiàn)了Tail-Chaining中斷技術，該技術把中斷之間的延遲縮短到6個機器周期，在實際應用中可減少70%中斷。

　　本系統(tǒng)微處理器選用TI公司基于ARMCortexM3內核的LM3S1138工業(yè)級微控制器。其工作溫度范圍是-40~85°C,并具有良好的電磁兼容特性，可應用于汽車電子領域。

　　2 系統(tǒng)工作原理與設計

　　2.1 系統(tǒng)的工作原理

安全氣囊控制系統(tǒng)主要由傳感器、自檢電路、觸發(fā)電路、通訊電路和報警電路組成，如圖1所示。

　　其工作原理為：上電后，系統(tǒng)進行自檢，確定觸發(fā)電路是否可以正常工作。若觸發(fā)電路存在故障，報警電路進行聲光報警，表明系統(tǒng)無法正常工作，通知駕駛員及時修理。當自檢正常時，通過32位微處理器LM3S1138不斷對加速度傳感器MMA7260測得的信號進行采樣。當汽車受到一定角度內的高速碰撞時，系統(tǒng)在經(jīng)過算法分析確認之后，立即觸發(fā)氣囊包內的點火器，氣囊迅速充滿氣體，阻擋駕駛員與汽車構件之間可能發(fā)生的碰撞，通過氣囊上排氣孔的節(jié)流阻尼作用來緩沖吸收駕駛員動能，從而達到保護駕駛員安全的目的。