能式汽車(chē)安全氣袋控制系統的設計方案

1.3.2 單片機

根據氣袋控制系統的要求，選擇MOTOROLA公司的MC68HC11E9單片機，它具有以下性能４：

·有512字節RAM：可以在發(fā)生碰撞時(shí)采集一定數量的加速度信號，作為判斷點(diǎn)火的依據。

·有512字節EEPROM：所記錄的事故數據可在失去電源的情況下長(cháng)久保存，以備事故分析。

·有12K字節EPROM：可以把程序固化在單片機中而不用外擴存儲器，減少了系統的復雜程度，提高可靠性。

·有足夠數量的A/D轉換通道：可以直接對加速度信號及氣袋和點(diǎn)火電路的檢查結果進(jìn)行A/D轉換，從而節省了專(zhuān)用A/D芯片，提高了系統的可靠性。

·具有異步串行通訊接口，可以實(shí)現系統與計算機的通訊。

可見(jiàn)該型號單片機具有氣袋控制系統所需的多種性能，可大大節省各種專(zhuān)用芯片的數量，減小系統的復雜程度。單片機的時(shí)鐘頻率選擇為3MHz，這個(gè)速度可完全滿(mǎn)足氣袋控制系統的工作要求。

1.3.3 電源

在點(diǎn)爆氣袋的瞬時(shí)，系統的電流相當大，如果電源選擇不當，無(wú)力提供大的瞬時(shí)電流而引起點(diǎn)火電壓大幅降低，就可能無(wú)法點(diǎn)火甚至因電源電壓過(guò)低而使系統停止工作。汽車(chē)用的電瓶可以提供短時(shí)間、高強度的電流，一般情況下完全滿(mǎn)足點(diǎn)火要求，可以選擇它作為控制單元電源和點(diǎn)火電源，同時(shí)也可降低系統的復雜程度。但是，汽車(chē)電瓶工作時(shí)電壓波動(dòng)非常大，因此電源部分需采取濾波等相應措施。為了減少元件數量，提高可靠性，要求所選元件的工作電壓均為+5V。

為了保證在失去電源的情況下系統仍能正常工作數百毫秒并能可靠地點(diǎn)爆氣袋，在電源部分設計了大電容蓄能。

為了防止在電壓過(guò)低時(shí)系統誤操作，還設計了電源監測電路，用以實(shí)現低電壓禁止的功能。

1.3.4 加速度測量電路

系統選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的氣袋系統專(zhuān)用電容式硅微加速度傳感器。與傳統的壓阻傳感器相比，它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1實(shí)現全電路診斷，提高了系統的可靠性。

2集成度提高，不用放大電路等即可進(jìn)行A/D轉換。

為了消除高頻噪聲的干擾，控制系統中一般都需對加速度信號進(jìn)行濾波。而濾波器的特性和濾波頻率對點(diǎn)火控制有很大影響，參考汽車(chē)碰撞試驗方法，本電路的濾波頻率選擇為100Hz。濾波器使用MAXIM公司的濾波電路MAX291。它是8階巴特沃茲低通開(kāi)關(guān)電容濾波芯片，可以采用單電源+5V供電。開(kāi)關(guān)電容濾波器是集成器件，性能可靠、結構緊湊，可以較好地滿(mǎn)足控制系統的要求。經(jīng)過(guò)濾波后的加速度信號即可進(jìn)入單片機進(jìn)行A/D轉換。

1.3.5 點(diǎn)火電路及氣袋檢測電路

氣體發(fā)生器的點(diǎn)爆條件為2A、2ms的電流脈沖。顯然，如果直接用單片機的輸出口驅動(dòng)，雖然可提供足夠的電壓，但無(wú)法提供如此大的電流，因此要設計一個(gè)點(diǎn)火電路來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。點(diǎn)火電路起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，平時(shí)處于常開(kāi)狀態(tài)，點(diǎn)火時(shí)由單片機發(fā)出的點(diǎn)火信號控制開(kāi)關(guān)閉合，把點(diǎn)火電壓加在氣體發(fā)生器橋絲的兩端，并持續一定時(shí)間。為了可靠點(diǎn)火，點(diǎn)火電壓應大于4V，在這里使用電控單元的電源(即車(chē)載電瓶)作為點(diǎn)火電路的電源2。圖3為點(diǎn)火電路的示意圖。

在驅動(dòng)電路中，利用光電耦合實(shí)現控制電路與主電路之間的隔離，以保證電路的安全并提高抗干擾能力。為了防止誤點(diǎn)火，點(diǎn)火電路和氣袋之間串聯(lián)一個(gè)機械式安全傳感器。它在原理上是一個(gè)機械式加速度傳感器，正常情況下處于常開(kāi)狀態(tài)，當減速度達到一定強度時(shí)，傳感器閉合，允許點(diǎn)火電流通過(guò)。而一般的路面干擾不足以使之閉合，此時(shí)，即使有錯誤的點(diǎn)火信號，也不能點(diǎn)爆氣袋。

為了提高系統的可靠性，點(diǎn)火電路設計有自檢能力和檢測氣袋狀況的能力，當發(fā)現不能可靠點(diǎn)爆氣袋時(shí)，通過(guò)系統驅動(dòng)指示燈顯示故障信息，通知駕駛員及時(shí)修理。檢測氣袋時(shí)可以分辨正常、短路、斷路及接觸不良等幾種情況。

1.4 控制系統軟件

1.4.1 單片機軟件

單片機的軟件有兩方面的用途，一方面是用于實(shí)現汽車(chē)碰撞中的實(shí)時(shí)車(chē)載數據采集和安全氣袋的點(diǎn)火控制；另一方面是實(shí)現車(chē)載數據采集系統同微機進(jìn)行通信。

系統主程序包括系統初始化、系統自檢、故障代碼設置、指示燈驅動(dòng)等程序。流程如圖4所示。

其中系統自檢部分包括EEPROM、加速度傳感器、點(diǎn)火電路和氣袋的自檢。自檢結束后保存結果、設置故障代碼并打開(kāi)中斷，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)，循環(huán)驅動(dòng)指示燈以顯示系統狀態(tài)，同時(shí)等待中斷發(fā)生。

數據采集與控制程序主要負責實(shí)時(shí)數據采集，使用點(diǎn)火算法對所采數據進(jìn)行計算并作出判斷，發(fā)出點(diǎn)火信號。在點(diǎn)火后還要設置狀態(tài)代碼進(jìn)行數據保存等工作。為了全面分析不同的事故情況，對不夠點(diǎn)火條件但仍有一定強度的事故也要記錄其波形，使系統具備"黑匣子"的功能。其流程如圖5所示。