基于A(yíng)RM的汽車(chē)安全氣囊控制系統設計

引言

　　隨著(zhù)汽車(chē)的普及和行駛速度的加快，交通事故及傷亡人數也在逐年上升。在發(fā)生汽車(chē)碰撞事故時(shí)，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(wèn)題。安全氣囊作為與安全帶配合使用的被動(dòng)保護裝置已經(jīng)普及，成為汽車(chē)構件中保護乘員的主要裝備之一。

　　氣囊控制系統可分為機械式、模擬電子式和嵌入式3種類(lèi)型。對于機械式和模擬電子式控制系統，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均為帶微控制器的嵌入式控制系統。嵌入式控制系統的控制算法由軟件實(shí)現，極大地提高了系統的靈活性，并具有記錄事故數據和與上位機進(jìn)行通訊的功能。

　　汽車(chē)的安全氣囊要求能在一個(gè)極短的時(shí)間內檢測到汽車(chē)碰撞事故的發(fā)生并控制氣囊啟爆。為了實(shí)現上述目標，要求安全氣囊控制系統的微控制器運算能力強、I/O口充足?；诖?，選擇高性能的32位微控制器，研究并開(kāi)發(fā)出較為實(shí)用的汽車(chē)安全氣囊控制系統，具有一定的應用和參考價(jià)值。本文在對國內外先進(jìn)控制系統研究的基礎上，提出了基于ARMCortexM3內核32位微控制器的汽車(chē)安全氣囊控制系統的設計方案，并分別進(jìn)行了臺車(chē)和實(shí)車(chē)試驗。

　　1 ARMCortexM3內核與微控制器LM3S1138

　　ARM公司面向低成本應用領(lǐng)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(gè)片上系統（SoC）。ARMCortexM3處理器結合了Thumb2指令32位哈佛微體系結構。Thumb2技術(shù)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(guò)降低時(shí)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(shí)現了Tail-Chaining中斷技術(shù)，該技術(shù)把中斷之間的延遲縮短到6個(gè)機器周期，在實(shí)際應用中可減少70%中斷。

　　本系統微處理器選用TI公司基于A(yíng)RMCortexM3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(chē)電子領(lǐng)域。

　　2 系統工作原理與設計

　　2.1 系統的工作原理

安全氣囊控制系統主要由傳感器、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，系統進(jìn)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(jìn)行聲光報警，表明系統無(wú)法正常工作，通知駕駛員及時(shí)修理。當自檢正常時(shí)，通過(guò)32位微處理器LM3S1138不斷對加速度傳感器MMA7260測得的信號進(jìn)行采樣。當汽車(chē)受到一定角度內的高速碰撞時(shí)，系統在經(jīng)過(guò)算法分析確認之后，立即觸發(fā)氣囊包內的點(diǎn)火器，氣囊迅速充滿(mǎn)氣體，阻擋駕駛員與汽車(chē)構件之間可能發(fā)生的碰撞，通過(guò)氣囊上排氣孔的節流阻尼作用來(lái)緩沖吸收駕駛員動(dòng)能，從而達到保護駕駛員安全的目的。