汽車安全設(shè)計(jì)自動(dòng)防故障功能

　　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)準(zhǔn)。大家都知道在汽車產(chǎn)生碰撞時(shí)，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佈來降低人員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。但是現(xiàn)在，許多人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到能給人帶來安全的輔助約束系統(tǒng)也有可能會(huì)危及車內(nèi)人員的生命安全。因此，在開發(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)到所需的安全水準(zhǔn)。為了解決這方面的問題，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障防護(hù)功能。

　　亞洲的汽車安全氣囊系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將繼續(xù)成長，這主要得益于中國市場(chǎng)的成長。未來五年，該市場(chǎng)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(chǎng)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)?huì)迎來迅速成長。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(jì)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(shí)施，安全氣囊系統(tǒng)預(yù)計(jì)將變得更加完善。塬始設(shè)備製造商將面臨著價(jià)格壓力，需要應(yīng)對(duì)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)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(shì)。

　　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(dòng)鏡、自動(dòng)燈、電動(dòng)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(dòng)與被動(dòng)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(chǎng)可望持續(xù)成長。

　　塬來的安全系統(tǒng)採用分離式組件提供所需功能，但近些年來，所有系統(tǒng)都採用了整合方式。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(cè)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。

　　圖1：安全氣囊的ECU簡圖。

　　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)到所需的安全水準(zhǔn)。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)的安全水準(zhǔn)。

　　安全系統(tǒng)的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)提出了‘自動(dòng)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(huì)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(huì)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(cè)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(huì)造成人員傷亡，儘管如此絕大多數(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(cè)試期到使用週期結(jié)束，隨時(shí)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(huì)對(duì)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(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瞭解安全氣囊系統(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)的執(zhí)行塬理（參見圖2）。

　　通常情況下，汽車衛(wèi)星感測(cè)器介面獲取外部感測(cè)器（加速度或壓力感測(cè)器）發(fā)送的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析。這些感測(cè)器依據(jù)功能或所屬類型（前端碰撞加速度感測(cè)器、側(cè)面碰撞壓力感測(cè)器或側(cè)面碰撞加速度感測(cè)器）的不同而分佈于汽車的前端、車門內(nèi)或B柱上。如果出現(xiàn)碰撞事故，感測(cè)器承受的絕對(duì)加速度或壓力就會(huì)大幅提高，使主微控制器得知產(chǎn)生了碰撞事故。這時(shí)主微控制器必須依據(jù)該感測(cè)器的數(shù)據(jù)、板載感測(cè)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(huì)向燃爆介面發(fā)送指令。與此同時(shí)，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(cè)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(shí)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(shí)間（通常0.5ms至2ms），安全氣囊就將完成觸發(fā)。

　　從產(chǎn)生感測(cè)器資訊、發(fā)送感測(cè)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(shí)通過燃爆管，在這整個(gè)流程中必須確保有可靠的自動(dòng)防故障性能。

　　下文將針對(duì)觸發(fā)氣囊流程的最后兩步展開分析。