安全氣囊觸發(fā)芯片的防故障特性
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亞洲的汽車安全氣囊系統(tǒng)市場預(yù)計(jì)將繼續(xù)增長，這主要得益于中國市場的增長。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?yàn)闅W美地區(qū)實(shí)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(jì)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(jì)該領(lǐng)域?qū)瓉硌该驮鲩L。另外，隨著中國車輛出口的不斷增長，安全問題也越來越受到關(guān)注，因此我們預(yù)計(jì)今后四年，側(cè)面和頭部安全氣囊也將不斷增長。
目前，隨著歐美新法規(guī)的實(shí)施，安全氣囊系統(tǒng)預(yù)計(jì)將變得更加完善。原始設(shè)備制造商將面臨著價(jià)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(jià)為105美元的正面安全氣囊預(yù)計(jì)4年之后成本將降低15%。業(yè)內(nèi)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運(yùn)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三倍，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(gè)功能都成為汽車不可或缺的一部分。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，因此該市場有望持續(xù)增長。
原來的安全系統(tǒng)采用分立式組件提供所需功能，但近些年來，所有系統(tǒng)都采用了集成方式。目前多數(shù)RCU（安全防護(hù)控制單元）都是由MCU（主控單元）、通信接口、電源、傳感器接口和燃爆電路構(gòu)成。本文涵蓋RCU的燃爆電路部分。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(shí)必須全面考慮系統(tǒng)的各種特性，以確保達(dá)到所需的安全水平。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，安全氣囊控制器必須具備兩個(gè)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)準(zhǔn)(即IEC 61508)的具體要求，確保達(dá)到相應(yīng)的安全水平。
安全系統(tǒng)的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)提出了“自動防故障”理念。當(dāng)安全系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其設(shè)計(jì)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(gè)特性比第二個(gè)特性更重要。然而，事實(shí)并非如此。當(dāng)安全系統(tǒng)檢測到意外事故時(shí)，如果因?yàn)槟撤N故障無法完成氣囊的觸發(fā)，就會造成人員傷亡，盡管如此絕大多數(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周期結(jié)束，隨時(shí)都可能發(fā)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)。
綜合考慮，應(yīng)當(dāng)盡可能確保在發(fā)生意外事故時(shí)實(shí)現(xiàn)安全氣囊的正確觸發(fā)，同時(shí)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了解安全氣囊系統(tǒng)以及如何實(shí)現(xiàn)故障防護(hù)功能，有必要介紹一下整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理(參見圖2)。
通常情況下，汽車衛(wèi)星傳感器接口獲取外部傳感器(加速度或壓力傳感器)發(fā)送的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析。這些傳感器依據(jù)功能或所屬類型(前端碰撞加速度傳感器、側(cè)面碰撞壓力傳感器或側(cè)面碰撞加速度傳感器)的不同而分布于汽車的前端、車門內(nèi)或B柱上。如果出現(xiàn)碰撞事故，傳感器承受的絕對加速度或壓力就會大幅提高，使主微控制器得知發(fā)生了碰撞事故。這時(shí)主微控制器必須依據(jù)該傳感器的數(shù)據(jù)、板載傳感器的數(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接口發(fā)送指令。與此同時(shí)，備用系統(tǒng)(通常為備用8位微控制器)也必須依據(jù)更基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)(即僅板載傳感器數(shù)據(jù))做出決定，讓指定硬件線路允許燃爆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(shí)現(xiàn)的。燃爆管在此用作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(shí)間(通常0.5ms至2ms)，安全氣囊就將完成觸發(fā)。
從生成傳感器信息、發(fā)送傳感器信息、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(shí)通過燃爆管，在這整個(gè)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. 啟動軟硬件進(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，前三種專用于防止意外觸發(fā)，剩下的用于確保在需要時(shí)完成觸發(fā)1。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”(缺陷芯片、ESD損壞等)條件下，實(shí)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(gè)燃爆管配備兩個(gè)開關(guān)(參見圖2)。這兩個(gè)開關(guān)確保電流只有在規(guī)定的條件下流入燃爆管。
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