安全氣囊觸發芯片的防故障特性
加入技術交流群
亞洲的汽車安全氣囊系統市場預計將繼續增長，這主要得益于中國市場的增長。未來五年，該市場的增幅將達到25%。此外，韓國出口歐美的汽車裝備了越來越多的安全氣囊，這主要是因為歐美地區實施的新安全法規。目前，韓國的乘用車已經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%。中國市場目前的正面安全氣囊安裝率只有62%，因此我們預計該領域將會迎來迅猛增長。另外，隨著中國車輛出口的不斷增長，安全問題也越來越受到關注，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。
目前，隨著歐美新法規的實施，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價格壓力，需要應對平衡成本、創新與可靠性的挑戰。相關研究顯示，目前平均售價為105美元的正面安全氣囊預計4年之后成本將降低15%。業內認為可靠應用是汽車安全氣囊系統最重要的問題，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，歐洲路面的車輛增加了三倍，但道路卻只增加了二倍。隨著交通量的日益增大，現代汽車呈現出為駕駛員和乘客提供越來越高的安全性和舒適性的態勢。
在提高汽車安全性和舒適性方面，電子技術與其他化學技術和機械技術發揮了重要作用。如今GPS系統、自動鏡、自動燈、電動座椅、電子噴射裝置和其他上百個功能都成為汽車不可或缺的一部分。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，安全系統開始發揮作用。目前，汽車提供諸如ABS、ESC、ASR、安全氣囊、行人保護等主動與被動安全系統。今后，由于道路還遠不能達到百分之百安全，因此該市場有望持續增長。
原來的安全系統采用分立式組件提供所需功能，但近些年來，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的相關安全特性。
氣囊安全性
開發安全系統時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，安全氣囊控制器必須具備兩個安全特性：1. 在事故條件下的觸發；2. 防止意外觸發。
上述兩種特性都必須遵照相關標準(即IEC 61508)的具體要求，確保達到相應的安全水平。
安全系統的相關安全標準提出了“自動防故障”理念。當安全系統出現故障時，其設計應該確保故障不會損壞相鄰的系統或對人員造成傷害。
乍看之下，有人可能會覺得第一個特性比第二個特性更重要。然而，事實并非如此。當安全系統檢測到意外事故時，如果因為某種故障無法完成氣囊的觸發，就會造成人員傷亡，盡管如此絕大多數車主仍希望永遠無需觸發安全氣囊。另一方面，在RCU安裝到汽車上之后，從汽車測試期到使用周期結束，隨時都可能發生安全氣囊意外觸發。如果出現這種情況會對相關人員造成傷害(工廠工人、汽車駕駛員或修車廠技工)。
綜合考慮，應當盡可能確保在發生意外事故時實現安全氣囊的正確觸發，同時也必須努力防止安全氣囊的意外觸發。
為了使大家能夠更好地了解安全氣囊系統以及如何實現故障防護功能，有必要介紹一下整個系統的運行原理(參見圖2)。
通常情況下，汽車衛星傳感器接口獲取外部傳感器(加速度或壓力傳感器)發送的數據并對其進行分析。這些傳感器依據功能或所屬類型(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的前端、車門內或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大幅提高，使主微控制器得知發生了碰撞事故。這時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，決定是否觸發安全氣囊。
如果決定觸發安全氣囊，主微控制器就會向燃爆接口發送指令。與此同時，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。
從生成傳感器信息、發送傳感器信息、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. 啟動軟硬件進行觸發
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，前三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1。下文將論述所有這些特性。
CrosSave
為了在可能出現的“生產故障”(缺陷芯片、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。
評論