CN110758309A - 一种电压型碰撞检测电路 - Google Patents

一种电压型碰撞检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压型碰撞检测电路，包括：依次连接的碰撞信号发生器、碰撞信号处理电路和微处理器，碰撞信号处理电路包括：依次连接的开关电路、分压电路和比较电路；开关电路包括：第一电阻和晶体管，第一电阻的一端与碰撞信号发生器耦接，第一电阻的另一端与晶体管的栅极耦接；分压电路包括：第二电阻和第三电阻，第二电阻的一端与第一电源的正极耦接，第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端和晶体管的漏极耦接；比较电路包括：比较器，比较器的正相端与第二电阻的另一端耦接，比较器的输出端与微处理器耦接，比较器的正极耦接第二电源的正极。本发明可以保证晶体管有效地关断，避免潜在的系统功耗或者器件损坏。

Description

一种电压型碰撞检测电路
技术领域
本发明涉及汽车安全领域，尤其涉及一种电压型碰撞检测电路。
背景技术
目前汽车交通呈现出车辆高速化、驾驶人员非职业化和车流密集化的趋势，进而造成车车碰撞和人车碰撞的交通事故频发，使得汽车碰撞检测电路的研究具有非常重要的现实意义。
ACU(Airbag Control Unit，安全气囊控制单元)是一个电子控制模块，是汽车乘员辅助保护系统的重要组成部分，安装在车辆前地板中央通道的前端区域。当汽车发生碰撞时，ACU可以发送碰撞信号给汽车控制器，实现碰撞解锁，燃油切断或高压回路切断。其中，电压型碰撞信号为一个PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)，可用频率和占空比进行表征。当ACU改变PWM的频率或占空比时，控制器就可以区分正常状态和碰撞状态，从而实现碰撞信号的检测。
图1为传统的汽车碰撞信号检测电路结构示意图，如图1所示。传统的方案存在以下问题：
1、导致器件损坏。原因一是Q1的栅极悬空，带通滤波器也不可能将干扰全部滤除，Q1可能因干扰导致导通或关闭；原因二是Q1的栅极悬空，当漏源电压增加到一定值时，栅极电压就会随之太高，Q1就会导通；原因三是Q1的栅极和源极之间存在寄生电容，当Q1关断时，栅极电荷没有回路释放，电荷积累，致使Q1被击穿。
2、电平转换电路输出端上拉到单片机电源，一方面驱动能力低，另一方面失效几率高。前者是因为单片机电源电压太低，驱动负载的能力有限；后者是因为汽车控制器的电源是由蓄电池提供的，通常为9～16V，需要通过DCDC(Direct current to Directcurrent，直流到直流)转换器为单片机电源，当转换器失效时，蓄电池电压就无法转换为单片机电源电压，那么也就检测不到碰撞信号。
3、检测方法易受外界干扰，导致误报或漏报等故障。检测方法为模拟电压信号检测，通过单片机ADC读取电阻R4电压来判断碰撞信号是否发生变化，单片机电源、晶体管Q1、二极管D1和外界辐射都会影响电阻R4的电压。
4、一阶低通滤波器无法完全滤除外界干扰。原因一是滤波效果易受到系统阻抗和负载的影响，原因二是实现超低频率的唯一方法是使用超大电容器，这很难实现。
因此亟需提供一种电压型碰撞检测电路技术方案，能够准确检测碰撞信号，并且能够保证器件安全，降低电路的能源损耗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开一种电压型碰撞检测电路，能够准确检测碰撞信号，并且能够保证器件安全。
一方面，本发明提供一种电压型碰撞检测电路，包括：依次连接的碰撞信号发生器、碰撞信号处理电路和微处理器，所述碰撞信号处理电路包括：依次连接的开关电路、分压电路和比较电路；所述开关电路包括：第一电阻和晶体管，所述第一电阻的一端与所述碰撞信号发生器耦接，所述第一电阻的另一端与所述晶体管的栅极耦接，所述晶体管的源极接地；所述分压电路电路包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与第一电源的正极耦接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述晶体管的漏极耦接，所述第三电阻的另一端接地；所述比较电路包括：比较器，所述比较器的正相端与所述第二电阻的另一端耦接，所述比较器的输出端与所述微处理器耦接，所述比较器的正极耦接第二电源的正极，所述比较器的负极接地。
进一步地、所述碰撞信号处理电路还包括：滤波电路，所述滤波电路包括：第四电阻和第一电容和第二电容，所述第四电阻的一端分别与所述晶体管的漏极和第一电容的一端耦接，所述第四电阻的另一端分别与所述第二电容的一端和所述第二电阻的另一端耦接，所述第一电容的另一端分别与所述晶体管的源极和所述第二电容的另一端耦接。
进一步地、所述开关电路还包括：耦接在所述晶体管的栅极和源极的第五电阻。
进一步地、所述分压电路还包括：第一二极管、第二二极管和第三电容，所述第一二极管的正极与所述第二电阻的另一端和所述第三电容的一端耦接，所述第一二极管的负极与所述第四电阻的另一端耦接，所述第三电容的另一端接地，所述第二二极管的正极与所述第一电源的正极耦接，所述第二二极管的负极与所述第二电阻的一端耦接。
进一步地、所述比较电路还包括：第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极分别所述比较器的正相端和所述第四二极管的负极耦接，所述第三二极管的负极耦接所述第二电源的正极，所述第四二极管的正极接地。
进一步地、所述比较电路还包括：第四电容和第五电容，所述第四电容耦接在所述比较器的反相端通过所述第四电容接地，所述第五电容耦接在所述比较器的正极和负极之间。
进一步地、所述比较电路还包括：第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端耦接所述第二电源的正极，所述第六电阻的另一端耦接所述比较器的反相端，所述第七电阻的一端耦接所述比较器的反相端，所述第七电阻的另一端接地。
进一步地、所述微处理器为单片机。
进一步地、所述晶体管为场效应管。
另一方面，本发明提供一种车辆，所述车辆设有碰撞检测系统，所述碰撞检测系统包括上述所述的电压型碰撞检测电路。
实施本发明，具有如下有益效果：
1)本发明可以保证晶体管有效地关断，防止栅极悬空时晶体管误导通，避免潜在的系统功耗或者器件损坏。
2)本发明的提高了驱动能力，还降低失效概率。
3)本发明的检测方法为数字电压信号检测，可计算出碰撞信号的频率和占空比。
4)本发明可完全滤除外部干扰。
附图说明
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1为传统的汽车碰撞信号检测电路结构示意图；
图2为本发明提供的一种电压型碰撞检测电路的结构示意图；
图3为本发明提供的第一种电压型碰撞检测电路的电路图；
图4为本发明提供的第二种电压型碰撞检测电路的电路图；
图5为本发明提供的第三种电压型碰撞检测电路的电路图；
图6为本发明提供的第四种电压型碰撞检测电路的电路图；
图7为本发明提供的第五种电压型碰撞检测电路的电路图；
图8为本发明提供的第六种电压型碰撞检测电路的电路图；
图9为本发明提供的第七种电压型碰撞检测电路的电路图；
其中：1-碰撞信号发生器、2-碰撞信号处理电路，3-微处理器，4-第一电源，5-第二电源，
21-开关电路，22-分压电路，23-比较电路，24-滤波电路，
211-第一电阻，212-第五电阻，213-晶体管，
221-第二电阻，222-第三电阻，223-第三电容，224-第一二极管，225-第二二极管，
231-比较器，232-第六电阻，233-第七电阻，234-第四电容，235-第五电容，236-第三二极管，237-第四二极管，
241-第四电阻，242-第一电容，243-第二电容。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“耦接”另一个元件时，它可以是直接耦接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
图2为本发明提供的一种电压型碰撞检测电路的结构示意图；图3为本发明提供的第一种电压型碰撞检测电路的电路图，如图2和图3所示，本发明提供一种电压型碰撞检测电路，包括：依次连接的碰撞信号发生器、碰撞信号处理电路和微处理器，
所述碰撞信号处理电路包括：依次连接的开关电路、分压电路和比较电路；
所述开关电路包括：第一电阻211和晶体管213，所述第一电阻211的一端与所述碰撞信号发生器耦接，所述第一电阻211的另一端与所述晶体管213的栅极耦接，所述晶体管213的源极接地；
所述分压电路电路包括：第二电阻221和第三电阻222，所述第二电阻221的一端与第一电源的正极耦接，所述第二电阻221的另一端分别与所述第三电阻222的一端和所述晶体管213的漏极耦接，所述第三电阻222的另一端接地；
所述比较电路包括：比较器231，所述比较器231的正相端与所述第二电阻221的另一端耦接，所述比较器231的输出端与所述微处理器耦接，所述比较器231的正极耦接第二电源的正极，所述比较器231的负极接地。
具体地、本发明实施例中的碰撞信号发生器可以是碰撞传感器，碰撞传感器可以检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入到碰撞信号处理电路，当然碰撞信号可以是PWM信号或电压信号等，PWM信号可以是连续的也可以是断开的，具体周期、频率、占空比等工作参数可以根据实际需要进行设置，优选的0-5V电压。
具体地、碰撞信号处理电路可以至少包括：依次连接的开关电路、分压电路和比较电路；碰撞信号处理电路可以与碰撞信号发生器的输出端口耦接，用于处理碰撞信号发生器发送的PWM信号或电压信号；并将处理过的PWM信号或电压信号通过微处理器的输入端口发送给微处理器。
具体地、微处理器可以接收碰撞信号发生器发送的是PWM信号或电压信号，微处理器优选的可以是单片机。
其中，开关电路可以包括但不限于：第一电阻211和晶体管213；分压电路电路可以包括但不限于：第二电阻221和第三电阻222；比较电路可以包括但不限于：比较器231。其中晶体管213可以是场效应管，第一电源可以是车载的蓄电池电源，第二电源可以是车载发动机提供的电源或单片机电源。
需要说明的是上述器件的具体型号、工作参数可以根据实际需要进行设置，在本说明书实施例中不做具体限定。
本说明书实施例提供的电压型碰撞检测电路通过碰撞信号处理电路将碰撞信号发生器发送的PWM信号进行处理，保证微处理器接收的信号的工作参数与其对应，避免由于信号误发造成汽车的碰撞解锁，燃油切断或高压回路切断甚至安全气囊开启的情况发生，提高了车辆的安全性。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述碰撞信号处理电路还包括：滤波电路，所述滤波电路包括：第四电阻241和第一电容242和第二电容243，所述第四电阻241的一端分别与所述晶体管213的漏极和第一电容242的一端耦接，所述第四电阻241的另一端分别与所述第二电容243的一端和所述第二电阻221的另一端耦接，所述第一电容242的另一端分别与所述晶体管213的源极和所述第二电容243的另一端耦接。
具体地、图4为本发明提供的第二种电压型碰撞检测电路的电路图，如图4所示，碰撞信号处理电路还可以包括：滤波电路，该滤波电路可以是π型滤波电路。
本说明书实施例提供的电压型碰撞检测电路通过滤波电路对碰撞信号发生器发送的PWM信号进行滤波，可以过滤掉由开关电路产生的噪声，提高信号的准确性，保障了安全气囊在必要时的开启，进而提高了车辆的安全性。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述开关电路还包括：耦接在所述晶体管213的栅极和源极的第五电阻212。
具体地、图5为本发明提供的第三种电压型碰撞检测电路的电路图，如图5所示，第五电阻212的阻值可以根据碰撞信号发生器发送的PWM信号确定，在本说明书实施例中不做具体限定。
本发明可以保证晶体管213有效地关断，防止栅极悬空时晶体管213误导通，避免潜在的系统功耗或者器件损坏。方法是在场效应管晶体管213的栅极和源极之间并联一个电阻第五电阻212，原因一是为栅极提供固定的偏置电压，在碰撞信号为低电平时，第五电阻212可保证晶体管213有效地关断；原因二是栅极提供固定的偏置电压，即使漏源电压增加，也不会影响栅极电压，晶体管213不会导通；原因三是当晶体管213关断时，第五电阻212为栅极和源极之间的寄生电容提供了泄放通道，不会击穿晶体管213。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述分压电路还包括：第一二极管224、第二二极管225和第三电容223，所述第一二极管224的正极与所述第二电阻221的另一端和所述第三电容223的一端耦接，所述第一二极管224的负极与所述第四电阻241的另一端耦接，所述第三电容223的另一端接地，所述第二二极管225的正极与所述第一电源的正极耦接，所述第二二极管225的负极与所述第二电阻221的一端耦接。
具体地、图6为本发明提供的第四种电压型碰撞检测电路的电路图，如图6所示，第一二极管224、第二二极管225和第三电容223的工作参数可以由第一电源的电压值和碰撞信号发生器发送的PWM信号确定。
本发明提供的分压电路采用一阶低通滤波电路，可过滤掉由第一电源传导的噪声，提高PWM信号的准确性。本发明不仅提高了驱动能力，还降低失效概率。方法是将电平转换电路的输出端上拉至第一电源，由于第一电源电压高，可驱动更多地负载；不需要DCDC转换器，降低失效概率。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述比较电路还包括：第三二极管236和第四二极管237，所述第三二极管236的正极分别所述比较器231的正相端和所述第四二极管237的负极耦接，所述第三二极管236的负极耦接所述第二电源的正极，所述第四二极管237的正极接地。
具体地、图7为本发明提供的第五种电压型碰撞检测电路的电路图，如图7所示，第三二极管236和第四二极管237的工作参数可以根据第二电源的电压值和和碰撞信号发生器发送的PWM信号确定。
在一些可能是实施例中，所述比较电路还包括：第四电容234和第五电容235，所述第四电容234耦接在所述比较器231的反相端通过所述第四电容234接地，所述第五电容235耦接在所述比较器231的正极和负极之间。
具体地、图8为本发明提供的第六种电压型碰撞检测电路的电路图；如图8所示，第四电容234和第五电容235的工作参数可以由第二电源的电压值和和碰撞信号发生器发送的PWM信号确定。
在一些可能是实施例中，所述比较电路还包括：第六电阻232和第七电阻233，所述第六电阻232的一端耦接所述第二电源的正极，所述第六电阻232的另一端耦接所述比较器231的反相端，所述第七电阻233的一端耦接所述比较器231的反相端，所述第七电阻233的另一端接地。
具体地、图9为本发明提供的第七种电压型碰撞检测电路的电路图，如图9所示，第六电阻232和第七电阻233的工作参数可以根据第二电源的电压值和和碰撞信号发生器发送的PWM信号确定。
当碰撞信号为低电平时，晶体管213处于关断状态，比较器231的正相端电压V+大于反相端电压Vref，输出高电平V2；当碰撞信号为高电平V1时，晶体管213处于闭合状态，比较器231的正相端电压V+被拉到地，小于反相端电压Vref，输出低电平，因此单片机会捕捉到与碰撞信号同频率、相反占空比的PWM信号，经过换算，就可计算出碰撞信号的频率和周期。
本发明的检测方法为数字电压信号检测，可计算出碰撞信号的频率和占空比。本发明提供的电压型碰撞检测电路通过比较器231将比较器231的正相端和反相端进行比较，输出与碰撞信号同频率，相反占空比的PWM波，原因是电压比较器231输出的是数字信号，即使有高频成分在，也不影响输出。
比较器231的电源和地之间并联一个第五电容235，比较器231的反相端和地之间并联一个第四电容234，可过滤掉由V2传导的噪声。
另外本发明还提供了一种汽车，所述车辆设有碰撞检测系统，所述碰撞检测系统包括上述任一项所述的电压型碰撞检测电路。由于上述电压型碰撞检测电路具有上述技术效果，因此具有上述电压型碰撞检测电路的汽车也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (10)

1.一种电压型碰撞检测电路，包括：依次连接的碰撞信号发生器、碰撞信号处理电路和微处理器，其特征在于，
所述碰撞信号处理电路包括：依次连接的开关电路、分压电路和比较电路；
所述开关电路包括：第一电阻和晶体管，所述第一电阻的一端与所述碰撞信号发生器耦接，所述第一电阻的另一端与所述晶体管的栅极耦接，所述晶体管的源极接地；
所述分压电路电路包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与第一电源的正极耦接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述晶体管的漏极耦接，所述第三电阻的另一端接地；
所述比较电路包括：比较器，所述比较器的正相端与所述第二电阻的另一端耦接，所述比较器的输出端与所述微处理器耦接，所述比较器的正极耦接第二电源的正极，所述比较器的负极接地。
2.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，所述碰撞信号处理电路还包括：滤波电路，所述滤波电路包括：第四电阻和第一电容和第二电容，所述第四电阻的一端分别与所述晶体管的漏极和第一电容的一端耦接，所述第四电阻的另一端分别与所述第二电容的一端和所述第二电阻的另一端耦接，所述第一电容的另一端分别与所述晶体管的源极和所述第二电容的另一端耦接。
3.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，所述开关电路还包括：耦接在所述晶体管的栅极和源极的第五电阻。
4.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，
所述分压电路还包括：第一二极管、第二二极管和第三电容，所述第一二极管的正极与所述第二电阻的另一端和所述第三电容的一端耦接，所述第一二极管的负极与所述第四电阻的另一端耦接，所述第三电容的另一端接地，所述第二二极管的正极与所述第一电源的正极耦接，所述第二二极管的负极与所述第二电阻的一端耦接。
5.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，所述比较电路还包括：第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极分别所述比较器的正相端和所述第四二极管的负极耦接，所述第三二极管的负极耦接所述第二电源的正极，所述第四二极管的正极接地。
6.根据权利要求5所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，
所述比较电路还包括：第四电容和第五电容，所述第四电容耦接在所述比较器的反相端通过所述第四电容接地，所述第五电容耦接在所述比较器的正极和负极之间。
7.根据权利要求6所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，
所述比较电路还包括：第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端耦接所述第二电源的正极，所述第六电阻的另一端耦接所述比较器的反相端，所述第七电阻的一端耦接所述比较器的反相端，所述第七电阻的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，所述微处理器为单片机。
9.根据权利要求1所述的电压型碰撞检测电路，其特征在于，所述晶体管为场效应管。
10.一种车辆，所述车辆设有碰撞检测系统，其特征在于，所述碰撞检测系统包括权利要求1-9任一项所述的电压型碰撞检测电路。
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