汽车安全气囊系统“自动防故障”设计
通常情况下,汽车卫星感测器介面获取外部感测器(加速度或压力感测器)发送的数据并对其进行分析。这些感测器依据功能或所属类型(前端碰撞加速度感测器、侧面碰撞压力感测器或侧面碰撞加速度感测器)的不同而分佈于汽车的前端、车门内或B柱上。如果出现碰撞事故,感测器承受的绝对加速度或压力就会大幅提高,使主微控制器得知产生了碰撞事故。这时主微控制器必须依据该感测器的数据、板载感测器的数据、座椅的位置和其他参数,决定是否触发安全气囊。
如果决定触发安全气囊,主微控制器就会向燃爆介面发送指令。与此同时,备用系统(通常为备用8位元微控制器)也必须依据更基础的数据(即仅板载感测器数据)做出决定,让指定硬体线路允许燃爆IC触发气囊。
触发是使电流流过燃爆管(通常在1.2A至1.75A之间)实现的。燃爆管在此作为电阻仅为几欧姆的电阻器,因此要想节省能量必须控制电流。如果电流流经燃爆管达到一定时间(通常0.5ms至2ms),安全气囊就将完成触发。
从产生感测器资讯、发送感测器资讯、分析所有参数、做出决策、将决策传输至触发IC到最终确保电流仅在需要时通过燃爆管,在这整个流程中必须确保有可靠的自动防故障性能。
下文将针对触发气囊流程的最后两步展开分析。
触发IC的安全特性
英飞凌现有的触发IC具备多种可确保自动防故障功能的特性。其中包括:
1. CrosSave
2. 泄漏检测
3. 启动软硬体进行触发
4. 电阻测量
5. 开关测试
6. 高侧供电(HSS)诊断
7. 板载电压测量
上述特性中,前叁种专用于防止意外触发,剩下的用于确保在需要时完成触发。下文将论述所有这些特性。
CrosSave
为了在可能出现的‘生产故障’(缺陷晶片、ESD损坏等)条件下,实现自动防故障功能,安全气囊系统需要具备冗余或多样化特性。每个燃爆管配备两个开关(参见图2)。这两个开关确保电流只有在规定的条件下流入燃爆管。

图2:气囊驱动晶片的简化结构图。
这种特性可透过叁种方式实现:採用单片IC整合高侧(HS)和低侧(LS)开关;採用两个相同的IC,但透过PCB设计使高侧开关和低侧开关分离(交叉耦合);或者採用两种不同的技术,将两个不同的晶片整合至一个封装内(CrosSaveTM)。
採用单片IC时,如果晶片产生故障,就会带来危险。因为两个开关都整合在一个晶片上,因而无法实现自动防故障功能。
第二和第叁种方式分离了两个开关,一旦出现故障,只是一个开关会受损,仍能实现自动防故障功能。哪种方式更加安全则需要进一步探讨。
CrosSave(参见图3)具备单一封装优势,与其他解决方案相较,节省了板卡空间,降低了设计难度,同时始终确保了系统的自动防故障功能。

图3:CrosSave的分离式晶片概念。
一方面,交叉耦合採用冗余性实现自动防故障功能。冗余系统对于共因故障(CCF)的保护较差。另一方面,CrosSave採用多样性策略,对于CCF保护较佳,但有较高的耦合係数。
总之,这两种解决方案与单片系统相较,能够提供更加安全的性能。
评论