安全氣囊觸發(fā)芯片的防故障特性
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亞洲的汽車(chē)安全氣囊系統市場(chǎng)預計將繼續增長(cháng)，這主要得益于中國市場(chǎng)的增長(cháng)。未來(lái)五年，該市場(chǎng)的增幅將達到25%。此外，韓國出口歐美的汽車(chē)裝備了越來(lái)越多的安全氣囊，這主要是因為歐美地區實(shí)施的新安全法規。目前，韓國的乘用車(chē)已經(jīng)100%裝配正面安全氣囊，頭部安全氣囊的增幅預計到2013年將達到44%。中國市場(chǎng)目前的正面安全氣囊安裝率只有62%，因此我們預計該領(lǐng)域將會(huì )迎來(lái)迅猛增長(cháng)。另外，隨著(zhù)中國車(chē)輛出口的不斷增長(cháng)，安全問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注，因此我們預計今后四年，側面和頭部安全氣囊也將不斷增長(cháng)。
目前，隨著(zhù)歐美新法規的實(shí)施，安全氣囊系統預計將變得更加完善。原始設備制造商將面臨著(zhù)價(jià)格壓力，需要應對平衡成本、創(chuàng )新與可靠性的挑戰。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計4年之后成本將降低15%。業(yè)內認為可靠應用是汽車(chē)安全氣囊系統最重要的問(wèn)題，因此，本文將探討在較差的運行條件下(例如泄漏和低壓)如何平衡安全要素和系統成本。
近30年來(lái)，歐洲路面的車(chē)輛增加了三倍，但道路卻只增加了二倍。隨著(zhù)交通量的日益增大，現代汽車(chē)呈現出為駕駛員和乘客提供越來(lái)越高的安全性和舒適性的態(tài)勢。
在提高汽車(chē)安全性和舒適性方面，電子技術(shù)與其他化學(xué)技術(shù)和機械技術(shù)發(fā)揮了重要作用。如今GPS系統、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(chē)不可或缺的一部分。但除了舒適性以外，用戶(hù)還希望為自己和家人購買(mǎi)具備更高安全性的汽車(chē)。
因此，安全系統開(kāi)始發(fā)揮作用。目前，汽車(chē)提供諸如ABS、ESC、ASR、安全氣囊、行人保護等主動(dòng)與被動(dòng)安全系統。今后，由于道路還遠不能達到百分之百安全，因此該市場(chǎng)有望持續增長(cháng)。
原來(lái)的安全系統采用分立式組件提供所需功能，但近些年來(lái)，所有系統都采用了集成方式。目前多數RCU（安全防護控制單元）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成。本文涵蓋RCU的燃爆電路部分。下文將探討安全氣囊系統的安全性和應用IC的相關(guān)安全特性。
氣囊安全性
開(kāi)發(fā)安全系統時(shí)必須全面考慮系統的各種特性，以確保達到所需的安全水平。從系統的角度出發(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)標準(即IEC 61508)的具體要求，確保達到相應的安全水平。
安全系統的相關(guān)安全標準提出了“自動(dòng)防故障”理念。當安全系統出現故障時(shí)，其設計應該確保故障不會(huì )損壞相鄰的系統或對人員造成傷害。
乍看之下，有人可能會(huì )覺(jué)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。當安全系統檢測到意外事故時(shí)，如果因為某種故障無(wú)法完成氣囊的觸發(fā)，就會(huì )造成人員傷亡，盡管如此絕大多數車(chē)主仍希望永遠無(wú)需觸發(fā)安全氣囊。另一方面，在RCU安裝到汽車(chē)上之后，從汽車(chē)測試期到使用周期結束，隨時(shí)都可能發(fā)生安全氣囊意外觸發(fā)。如果出現這種情況會(huì )對相關(guān)人員造成傷害(工廠(chǎng)工人、汽車(chē)駕駛員或修車(chē)廠(chǎng)技工)。
綜合考慮，應當盡可能確保在發(fā)生意外事故時(shí)實(shí)現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以及如何實(shí)現故障防護功能，有必要介紹一下整個(gè)系統的運行原理(參見(jiàn)圖2)。
通常情況下，汽車(chē)衛星傳感器接口獲取外部傳感器(加速度或壓力傳感器)發(fā)送的數據并對其進(jìn)行分析。這些傳感器依據功能或所屬類(lèi)型(前端碰撞加速度傳感器、側面碰撞壓力傳感器或側面碰撞加速度傳感器)的不同而分布于汽車(chē)的前端、車(chē)門(mén)內或B柱上。如果出現碰撞事故，傳感器承受的絕對加速度或壓力就會(huì )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該傳感器的數據、板載傳感器的數據、座椅的位置和其他參數，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 )向燃爆接口發(fā)送指令。與此同時(shí)，備用系統(通常為備用8位微控制器)也必須依據更基礎的數據(即僅板載傳感器數據)做出決定，讓指定硬件線(xiàn)路允許燃爆IC觸發(fā)氣囊。
觸發(fā)是使電流流過(guò)燃爆管(通常在1.2A至1.75A之間)實(shí)現的。燃爆管在此用作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(jīng)燃爆管達到一定時(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、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(guò)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。
下文將針對觸發(fā)氣囊流程的最后兩步展開(kāi)分析。
觸發(fā)IC的安全特性
英飛凌現有的觸發(fā)IC具備多種可確保自動(dòng)防故障功能的特性。其中包括：
1. CrosSave
2. 泄漏檢測
3. 啟動(dòng)軟硬件進(jìn)行觸發(fā)
4. 電阻測量
5. 開(kāi)關(guān)測試
6. 高側供電(HSS)診斷
7. 板載電壓測量
上述特性中，前三種專(zhuān)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
為了在可能出現的“生產(chǎn)故障”(缺陷芯片、ESD損壞等)條件下，實(shí)現自動(dòng)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(gè)燃爆管配備兩個(gè)開(kāi)關(guān)(參見(jiàn)圖2)。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)確保電流只有在規定的條件下流入燃爆管。
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