能式汽車安全氣袋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.3.2 單片機(jī)

根據(jù)氣袋控制系統(tǒng)的要求，選擇MOTOROLA公司的MC68HC11E9單片機(jī)，它具有以下性能４：

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

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

·有12K字節(jié)EPROM：可以把程序固化在單片機(jī)中而不用外擴(kuò)存儲(chǔ)器，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高可靠性。

·有足夠數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換通道：可以直接對(duì)加速度信號(hào)及氣袋和點(diǎn)火電路的檢查結(jié)果進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省了專用A/D芯片，提高了系統(tǒng)的可靠性。

·具有異步串行通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的通訊。

可見該型號(hào)單片機(jī)具有氣袋控制系統(tǒng)所需的多種性能，可大大節(jié)省各種專用芯片的數(shù)量，減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率選擇為3MHz，這個(gè)速度可完全滿足氣袋控制系統(tǒng)的工作要求。

1.3.3 電源

在點(diǎn)爆氣袋的瞬時(shí)，系統(tǒng)的電流相當(dāng)大，如果電源選擇不當(dāng)，無力提供大的瞬時(shí)電流而引起點(diǎn)火電壓大幅降低，就可能無法點(diǎn)火甚至因電源電壓過低而使系統(tǒng)停止工作。汽車用的電瓶可以提供短時(shí)間、高強(qiáng)度的電流，一般情況下完全滿足點(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(tǒng)的復(fù)雜程度。但是，汽車電瓶工作時(shí)電壓波動(dòng)非常大，因此電源部分需采取濾波等相應(yīng)措施。為了減少元件數(shù)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(tǒng)仍能正常工作數(shù)百毫秒并能可靠地點(diǎn)爆氣袋，在電源部分設(shè)計(jì)了大電容蓄能。

為了防止在電壓過低時(shí)系統(tǒng)誤操作，還設(shè)計(jì)了電源監(jiān)測(cè)電路，用以實(shí)現(xiàn)低電壓禁止的功能。

1.3.4 加速度測(cè)量電路

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

1實(shí)現(xiàn)全電路診斷，提高了系統(tǒng)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(zhuǎn)換。

為了消除高頻噪聲的干擾，控制系統(tǒng)中一般都需對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行濾波。而濾波器的特性和濾波頻率對(duì)點(diǎn)火控制有很大影響，參考汽車碰撞試驗(yàn)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階巴特沃茲低通開關(guān)電容濾波芯片，可以采用單電源+5V供電。開關(guān)電容濾波器是集成器件，性能可靠、結(jié)構(gòu)緊湊，可以較好地滿足控制系統(tǒng)的要求。經(jīng)過濾波后的加速度信號(hào)即可進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

1.3.5 點(diǎn)火電路及氣袋檢測(cè)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(jī)的輸出口驅(qū)動(dòng)，雖然可提供足夠的電壓，但無法提供如此大的電流，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)火電路來完成這個(gè)任務(wù)。點(diǎn)火電路起到一個(gè)開關(guān)的作用，平時(shí)處于常開狀態(tài)，點(diǎn)火時(shí)由單片機(jī)發(fā)出的點(diǎn)火信號(hào)控制開關(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(xù)一定時(shí)間。為了可靠點(diǎn)火，點(diǎn)火電壓應(yīng)大于4V，在這里使用電控單元的電源(即車載電瓶)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(qū)動(dòng)電路中，利用光電耦合實(shí)現(xiàn)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(jī)械式安全傳感器。它在原理上是一個(gè)機(jī)械式加速度傳感器，正常情況下處于常開狀態(tài)，當(dāng)減速度達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，傳感器閉合，允許點(diǎn)火電流通過。而一般的路面干擾不足以使之閉合，此時(shí)，即使有錯(cuò)誤的點(diǎn)火信號(hào)，也不能點(diǎn)爆氣袋。

為了提高系統(tǒng)的可靠性，點(diǎn)火電路設(shè)計(jì)有自檢能力和檢測(cè)氣袋狀況的能力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不能可靠點(diǎn)爆氣袋時(shí)，通過系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)指示燈顯示故障信息，通知駕駛員及時(shí)修理。檢測(cè)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(tǒng)軟件

1.4.1 單片機(jī)軟件

單片機(jī)的軟件有兩方面的用途，一方面是用于實(shí)現(xiàn)汽車碰撞中的實(shí)時(shí)車載數(shù)據(jù)采集和安全氣袋的點(diǎn)火控制；另一方面是實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同微機(jī)進(jìn)行通信。

系統(tǒng)主程序包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢、故障代碼設(shè)置、指示燈驅(qū)動(dòng)等程序。流程如圖4所示。

其中系統(tǒng)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(jié)束后保存結(jié)果、設(shè)置故障代碼并打開中斷，即進(jìn)入正常工作狀態(tài)，循環(huán)驅(qū)動(dòng)指示燈以顯示系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)等待中斷發(fā)生。

數(shù)據(jù)采集與控制程序主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，使用點(diǎn)火算法對(duì)所采數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并作出判斷，發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。在點(diǎn)火后還要設(shè)置狀態(tài)代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)保存等工作。為了全面分析不同的事故情況，對(duì)不夠點(diǎn)火條件但仍有一定強(qiáng)度的事故也要記錄其波形，使系統(tǒng)具備"黑匣子"的功能。其流程如圖5所示。