汽車安全氣囊系統“自動防故障”設計
通常情況下,汽車衛星感測器介面獲取外部感測器(加速度或壓力感測器)發送的數據并對其進行分析。這些感測器依據功能或所屬類型(前端碰撞加速度感測器、側面碰撞壓力感測器或側面碰撞加速度感測器)的不同而分佈于汽車的前端、車門內或B柱上。如果出現碰撞事故,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生了碰撞事故。這時主微控制器必須依據該感測器的數據、板載感測器的數據、座椅的位置和其他參數,決定是否觸發安全氣囊。
如果決定觸發安全氣囊,主微控制器就會向燃爆介面發送指令。與此同時,備用系統(通常為備用8位元微控制器)也必須依據更基礎的數據(即僅板載感測器數據)做出決定,讓指定硬體線路允許燃爆IC觸發氣囊。
觸發是使電流流過燃爆管(通常在1.2A至1.75A之間)實現的。燃爆管在此作為電阻僅為幾歐姆的電阻器,因此要想節省能量必須控制電流。如果電流流經燃爆管達到一定時間(通常0.5ms至2ms),安全氣囊就將完成觸發。
從產生感測器資訊、發送感測器資訊、分析所有參數、做出決策、將決策傳輸至觸發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。
下文將針對觸發氣囊流程的最后兩步展開分析。
觸發IC的安全特性
英飛凌現有的觸發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. 啟動軟硬體進行觸發
4. 電阻測量
5. 開關測試
6. 高側供電(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,剩下的用于確保在需要時完成觸發。下文將論述所有這些特性。
CrosSave
為了在可能出現的‘生產故障’(缺陷晶片、ESD損壞等)條件下,實現自動防故障功能,安全氣囊系統需要具備冗余或多樣化特性。每個燃爆管配備兩個開關(參見圖2)。這兩個開關確保電流只有在規定的條件下流入燃爆管。

圖2:氣囊驅動晶片的簡化結構圖。
這種特性可透過叁種方式實現:採用單片IC整合高側(HS)和低側(LS)開關;採用兩個相同的IC,但透過PCB設計使高側開關和低側開關分離(交叉耦合);或者採用兩種不同的技術,將兩個不同的晶片整合至一個封裝內(CrosSaveTM)。
採用單片IC時,如果晶片產生故障,就會帶來危險。因為兩個開關都整合在一個晶片上,因而無法實現自動防故障功能。
第二和第叁種方式分離了兩個開關,一旦出現故障,只是一個開關會受損,仍能實現自動防故障功能。哪種方式更加安全則需要進一步探討。
CrosSave(參見圖3)具備單一封裝優勢,與其他解決方案相較,節省了板卡空間,降低了設計難度,同時始終確保了系統的自動防故障功能。

圖3:CrosSave的分離式晶片概念。
一方面,交叉耦合採用冗余性實現自動防故障功能。冗余系統對于共因故障(CCF)的保護較差。另一方面,CrosSave採用多樣性策略,對于CCF保護較佳,但有較高的耦合係數。
總之,這兩種解決方案與單片系統相較,能夠提供更加安全的性能。
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