CN111565979B - 使用约束控制模块的瞬态响应特性安全诊断发火管回路部件的方法和系统 - Google Patents

使用约束控制模块的瞬态响应特性安全诊断发火管回路部件的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种使用瞬态响应诊断约束控制模块中的发火管回路的方法和系统。系统可以与主要是电感设备的低能量致动器(LEA)一起使用。可以在一个诊断测试周期内向发火管回路施加诊断电流，并且可以在预期响应(例如，峰值电压、上升速率等)的测试周期期间的一个或多个特定时间，监测馈电线端和返回线端之间的电压或返回线端和馈电线端之间的电压。电流也可以反向，以检查位于LEA中的二极管的正确极性。

Description

使用约束控制模块的瞬态响应特性安全诊断发火管回路部件 的方法和系统
交叉引用
本专利申请要求2018年3月29日提交的序列号为15/940,585的美国专利申请的权益，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本申请总体上涉及一种使用瞬态响应特性诊断发火管回路部件的方法和系统。
气囊系统通常包括约束控制模块、反应罐、气囊，以及存储在反应罐内的带有点火器(发火管)的气体发生器。带有发火管的气体发生器经由传导线和连接器连接到约束控制模块。这些电线和连接器往返气体发生器的总电路径称为“发火管回路”。约束控制模块通过发火管回路向气体发生器提供足够的能量以提供气囊致动。一旦从车辆传感器接收到的适当的信号足以保证气囊激活，则气体发生器由约束控制模块致动。约束控制模块控制气囊系统的总体操作，并且可被视为用于气囊系统的主控制单元。
与由传感器、气囊、电线和连接器等组成的任何电气系统一样，该系统需要电连接以正常工作。具体地，在气囊安全系统中，客户要求在约束控制模块中实现诊断能力，以查询发火管回路特性，这可能会阻止气囊的正确激活。一个发火管回路特性的示例是LEA保护二极管的存在检查。
发明内容
本申请公开了一种使用瞬态响应诊断约束控制模块中的发火管回路的方法和系统。系统可以与主要是电感设备的低能量致动器(LEA)一起使用。可以在一段时间内向发火管回路施加诊断电流，并且可以在预期响应(例如，峰值电压、上升速率等)的诊断周期期间的某个或多个特定时间，监测馈电线端和返回线端之间的电压或返回线端和馈电线端之间的电压。电流也可以反向，以检查位于LEA中的二极管的正确极性。
在参考附加于本说明书中并构成本说明书的一部分的附图和权利要求书查看以下描述后，本专利申请的其他目的、特征和优点对本领域的技术人员将变得显而易见。
附图说明
在附图中，部件未必按比例绘制，而是重点说明本专利申请的原理。此外，类似的附图标号指示贯穿这些视图的对应部分。
图1是使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的一种具体实施的示意图。
图2是示出使用瞬态响应诊断发火管回路的部件的方法的流程图。
图3是测试响应的时序图。
图4是用于在对正确安装的部件执行测试的第一部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。
图5是用于在对正确安装的部件执行测试的第二部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。
图6是用于在对不正确安装的部件执行测试的第一部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。
图7是用于在对不正确安装的部件执行测试的第二部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。
具体实施方式
气囊安全约束系统通常采用单个气体发生器设备来产生充气气体，用于在发生碰撞的情况下为车辆乘员的约束气囊充气。气体发生器设备由发火管驱动电路控制。该发火管驱动电路可包括在单个展开芯片上实现的高侧驱动器和低侧驱动器。
各种制造商需要驱动和诊断所谓的低能量致动器(LEA)负载的能力。LEA负载是高电感的(通常为3mH)，并且含有一个额外的反激式箝位二极管，以吸收LEA中存储的能量，LEA激活后以阻止展开发火管驱动器损坏。二极管在正常工作时保护系统免受过剩能量的影响，并以正确的极性进行电连接。当工作不正常或以不正确的极性电连接时，二极管也可以阻止展开。
一个问题是，在发火管诊断期间，利用可用的典型DC诊断电流，很难或不可能正确检测二极管的存在和/或正确极性。新提出的使用约束控制模块中的瞬态响应特性安全诊断发火管回路部件的方法和系统可以为LEA保护二极管部件提供诊断覆盖。该概念可以使用某些发火管电阻诊断资源(I_SRM和下拉电流源)，它们具有对电流的转换速率(di/dt)的额外控制、用于双向电流注入和电压测量的额外多路复用器开关、以及LEA电感(通常为3mH)。也给出了DC偏置和脉冲幅度的概念。这项新建议将提供LEA保护二极管和LEA电感的安全诊断存在检测。安全可解释为包括诊断满足DC和瞬态极限两者的点火器无火极限。
图1是发火管驱动电路100的示意图。发火管驱动电路包括展开芯片110。展开芯片110可以为单个硅芯片，例如ASIC(专用集成电路)。展开芯片110可包括用于接收输入电压的输入端(SSxy)142。输入电压可用于击发可展开的约束件，诸如气囊。输入端(SSxy)142可从诸如车辆电池105之类的电池接收输入电压。诸如功率晶体管之类的开关116可位于输入端(SSxy)142和电池105之间。电池105可通过二极管连接到开关116，开关还可通过二极管和电容器(CER)108连接到电接地。
开关116可根据启动开关114的指示来控制从电池105提供给输入端142的功率。启动开关114可从展开芯片110的输出端(VSF)140接收启动电压138。输出电压可从输出端140(VSF)提供给启动开关114。微处理器控制电路112可控制启动开关114。当启动开关114处于活动状态时，启动电压可被提供以激活开关116，从而允许电池105向输入端(SSxy)142提供功率。在一些具体实施中，启动开关114可连接到功率晶体管的栅极，从而充当开关或调节器，从而允许电池105向输入端(SSxy)142提供功率。在一些具体实施中，开关116可为N沟道MOSFET，该N沟道MOSFET具有与电池105连接的漏极和与输入端(SSxy)142连接的源极。电阻器115可以连接在开关116的源极和栅极之间。在该具体实施中，电阻器可放置在栅极和源极之间以允许正常工作。开关116可为提供两种功能的MOSFET：首先，开关116可提供冗余硅控制路径，该冗余硅控制路径可在系统故障的情况下阻止展开，在该情况下，例如由于常见故障模式导致开关116被禁用并且展开芯片110的开关124和开关134变为活动状态。其次，当被实现为闭环调节器控制路径的传递元件部分时，开关116可提供降低的且更受控的V(SSxy，0)142，并且因此吸收更多的功率并且在昂贵的ASIC发火管驱动器晶体管上提供较低水平的功率耗散，以最小化系统成本。
输入端(SSxy)142可连接到高侧驱动电路121。高侧驱动电路121可连接在输入端142和高侧馈电端144之间。在一种具体实施中，功率晶体管124可连接在输入端(SSxy)142和高侧馈电端(SFx)144之间。功率晶体管124可为N沟道MOSFET，该N沟道MOSFET具有连接到输入端(SSxy)142的漏极和连接到高侧馈电端(SFx)144的源极。功率晶体管124的栅极可连接到高侧栅极驱动电路122。在一些具体实施中，电流传感器126可向高侧栅极驱动电路122提供电流信号。栅极驱动电路122可利用电流信号来响应于电流的量而控制功率晶体管124的激活。电流传感器126可位于功率晶体管124和高侧馈电端(SFx)144之间。高侧馈电端(SFx)144可通过馈电线连接到点火器(R_ignitor)118。电流可通过返回线从点火器118返回到低侧返回端(SRx)146。馈电线可以通过电容器147接地，而返回线可以通过电容器148接地。
点火器118可以是低能量致动器，并且可以包括电阻部件150和电感部件152。进一步，点火器118可以包括电流阻塞部件，诸如二极管154。二极管可以以连接到返回线的阳极和连接到馈电线的阴极定向。点火器，尤其是LEA点火器的电感性质意味着对施加到高侧馈电端(SFx)144或低侧返回端(SRx)146的测试电流或电压的响应将随时间变化，并且可以随时间用来分析点火器的可操作性。
低侧驱动电路131可连接在低侧返回端(SRx)146和电接地之间。在一种具体实施中，功率晶体管134可连接在返回端(SRx)146和电接地之间。功率晶体管134可为N沟道MOSFET，该N沟道MOSFET具有连接到返回端(SRx)146的漏极和连接到电接地的源极。功率晶体管134的栅极可连接到低侧栅极驱动电路132。在一些具体实施中，电流传感器136可向低侧栅极驱动电路132提供电流信号。栅极驱动电路132可利用电流信号来响应于电流的量而控制功率晶体管134的激活。电流传感器136可位于功率晶体管134和电接地之间。
数字控制电路120可从诸如串行通信接口之类的通信接口130接收命令。通过通信接口130提供给数字电路120的命令可包括启动命令、全击发命令以及各种配置命令，以设置各种部件(诸如高侧栅极驱动器122或低侧栅极驱动器132)的定时器持续时间或阈值。
展开芯片110可包括测试电路和开关单元160。测试电路可包括放大器170，该放大器的任一输入可通过开关单元160连接到高侧馈电端(SFx)144或低侧返回端(SRx)146。
开关单元160可以包括第一开关162，该第一开关被配置为将测试电路(例如，放大器170的第一输入)与高侧馈电端(SFx)144连接或隔离。开关单元160可以包括第二开关164，该第二开关被配置为将测试电路(例如，放大器170的第一输入)与低侧返回端(SRx)146连接或隔离。开关单元160可以包括第三开关166，该第三开关被配置为将测试电路(例如，放大器170的第二输入)与高侧馈电端(SFx)144连接或隔离。开关单元160可以包括第四开关168，该第四开关被配置为将测试电路(例如，放大器170的第二输入)与低侧返回端(SRx)146连接或隔离。
放大器170可以具有连接到峰值检测器172的输出。峰值检测器172可以连接到模数转换器(ADC)172，以从放大器170的输出捕获峰值电压。峰值检测器172和/或ADC 174的输出控制可以由延迟电路176提供。延迟电路176和/或峰值检测器172的输出可以由电流控制器190和/或电流控制器194提供。电流控制器190可以连接到电流源192并且控制该电流源。电流源192可通过开关单元180连接到高侧馈电端(SFx)144或低侧返回端(SRx)146。
开关单元180可以包括第一开关182，该第一开关被配置为将电流源192与高侧馈电端(SFx)144连接或隔离。开关单元180可以包括第二开关184，该第二开关被配置为将电流源192与低侧返回端(SRx)146连接或隔离。
电流控制器194可以连接到电流源196并且控制该电流源。电流源196可通过开关单元185连接到高侧馈电端(SFx)144或低侧返回端(SRx)146。
开关单元185可以包括第一开关186，该第一开关被配置为将电流源196与高侧馈电端(SFx)144连接或隔离。开关单元185可以包括第二开关188，该第二开关被配置为将电流源196与低侧返回端(SRx)146连接或隔离。电流源196和电流源192可以被配置为以彼此相反的方向提供电流。例如，电流源192可以被配置为从地面提供电流，而电流源196可以被配置为将电流吸收到地面。
图2是使用瞬态响应的诊断方法的流程图。方法开始于框210，其中电流从发火管回路(例如，低侧返回端)拉到地面。这会通过LEA对电容器147和电容器148放电。在框212中，系统检查是否满足第一条件(例如，某个时间段已经结束或者高侧馈电端和低侧返回端上的电压是否达到阈值电压)。在满足第一条件之后，在框214中，电流被提供给发火管回路(例如，高侧馈电端)，同时从发火管回路拉出的电流仍然有效。在框216中，系统确定是否满足第二条件(例如，从提供给发火管回路的电流或电压阈值开始的延迟周期已经结束)。在满足第二条件之后，在框218中，测量高侧馈电端和低侧返回端之间的电压(例如，通过放大器170、峰值检测器172和ADC 174)。如果所测量的电压在预期范围阈值(例如，上限和/或下限阈值)之外，则可以触发警报。
然后以相反的极性重复该过程。在框220中，电流从发火管回路(例如，高侧馈电端)拉到地面。这会通过LEA对电容器147和电容器148放电。在框222中，系统检查是否满足第一条件(例如，某个时间段已经结束或者高侧馈电端和低侧返回端上的电压是否达到阈值电压)。在满足第一条件之后，在框224中，电流被提供给发火管回路(例如，低侧返回端)，同时从发火管回路拉出的电流仍然有效。在框226中，系统确定是否满足第二条件(例如，从提供给发火管回路的电流或电压阈值开始的延迟周期已经结束)。在满足第二条件之后，在框228中，测量高侧馈电端和低侧返回端之间的电压(例如，通过放大器170、峰值检测器172和ADC 174)。如果所测量的电压在预期范围阈值(例如，上限和/或下限阈值)之外，则可以触发警报。也可以多次或反复测量电压，以确定电压随时间的斜率。
图3是诊断响应的时序图。例如，线310代表第一电流源控制信号的电压。电流源开始于关闭状态，然后在开始测试阶段打开，并且在诊断阶段结束时关闭。第一电流源可以被配置为将电流从发火管回路吸收到地面。线312代表高侧馈电端或低侧返回端处的电压(以当时测试的为准)。线314代表第二电流源控制信号。线316代表峰值检测器处的电压。线318代表模数转换器的电压触发信号，该电压触发信号测量延迟(Delay1)322之后峰值检测器的输出。延迟可以由第二电流源控制信号的开始触发。第二电流源可以被配置为从地面向发火管回路提供电流。线320代表峰值检测器输出的模数测量。
图4是用于在执行诊断测试的第一部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。在诊断测试的第一部分期间，发火管驱动电路向高侧馈电端(SFx)144提供电流410，并且将电流410返回到低侧返回端(SRx)146(例如，步骤210至步骤218)。开关162、168、182和186可以关闭，而开关164、166、184和188可以打开。在这种情况下，二极管阻止电流流过二极管，并且电压将超过典型的二极管正向电压降。因此，来自峰值检测器值的预期测量电压将超过二极管电压降，并且系统将把采样电压与在延迟将在上阈值和下阈值之间的目标值附近之后获得的峰值电压进行比较。目标值是给定时间延迟下电感分量、电容分量、电阻分量和外加电流di/dt的函数。这样，在上阈值和下阈值内的采样电压指示二极管极性正确，通过LEA的电流正确，以及通过LEA的di/dt正确。否则，可能会生成报警信息。
图5是用于在执行诊断测试的第二部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。在诊断测试的第二部分期间，发火管驱动电路向低侧返回端(SRx)146提供电流510，并且将电流510返回到高侧馈电端(SFx)144(例如，步骤220至步骤228)。开关164、166、184和188可以关闭，而开关162、168、182和186可以打开。在这种情况下，二极管允许电流仅以二极管电压降流过二极管。因此，来自峰值检测器值的预期测量电压将是二极管电压降，并且系统将把采样电压与位于二极管电压降附近的上阈值和下阈值进行比较。如果采样值在阈值范围内，则指示装置的二极管极性正确。否则，可能会生成报警信息。
图6是用于在对不正确安装的二极管部件154(极性翻转)执行诊断测试的第一部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。在诊断测试的第一部分期间，发火管驱动器电路向不正确安装的二极管154上的高侧馈电端(SRx)144提供电流610(例如步骤210至步骤218)。开关162、168、182和186可以关闭，而开关164、166、184和188可以打开。在这种情况下，二极管154没有正确安装，因此，在延迟之后获得的峰值电压将不会在预期比二极管电压降大得多的范围内的上阈值和下阈值之间。相反，电流将仅以二极管电压降流过二极管。可能会生成报警消息。
图7是用于在对不正确安装的二极管部件154(极性翻转)执行诊断测试的第二部分时使用瞬态响应诊断部件的发火管驱动电路的示意图。在诊断测试的第二部分期间，发火管驱动电路向低侧返回端(SRx)146提供电流710，并且将电流710返回到不正确安装的二极管部件154上的高侧馈电端(SFx)144(例如，步骤220至步骤228)。在这种情况下，二极管154没有正确安装，因此，在延迟之后获得的峰值电压将不会在预期为二极管电压降的范围内的上阈值和下阈值之间。相反，电流被二极管阻挡，导致更大的电压降，这指示装置的二极管极性是正确的。可能会生成报警消息。
上述方法、设备、处理和逻辑可在硬件和软件的许多不同组合中以许多不同的方式实现。例如，具体实施的所有或部分可为包括指令处理器诸如中央处理器(CPU)、微控制器或微处理器的电路；专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)或现场可编程门阵列(FPGA)；或者包括离散逻辑或其他电路部件(包括模拟电路部件、数字电路部件或两者)的电路；或它们的任何组合。例如，该电路可包括离散的互连硬件部件以及/或者可被组合在单个集成电路管芯上、分布在多个集成电路管芯之间、或在采用公共封装的多个集成电路管芯的多芯片模块(MCM)中实现。
该电路还可包括或访问用于由电路执行的指令。不同于暂态信号，这些指令可存储在有形存储介质(诸如闪存存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM))中；或者存储在磁盘或光盘(诸如光盘只读存储器(CDROM)、硬盘驱动器(HDD)或其他磁盘或光盘)上；或者存储在另外的机器可读介质中或其上。产品诸如计算机程序产品可包括存储介质以及存储在该介质中或该介质上的指令，并且当这些指令被设备中的电路执行时，这些指令可使得该设备实现上述或附图中所示的任何处理。
具体实施可作为电路分布在多个系统部件之间，诸如在多个处理器和存储器之间，任选地包括多个分布式处理系统。参数、数据库和其他数据结构可单独地存储和管理，可合并到单个存储器或数据库中，可以多种不同的方式逻辑地和物理地进行组织，并且可以多种不同的方式来实现，包括以数据结构(诸如链表、散列表、阵列、记录、对象或隐式存储机制)的方式来实现。程序可为单个程序的部分(例如，子例程)、单独的程序、分布在多个存储器和处理器之间，或者以多种不同的方式来实现，诸如在程序库诸如共享库(例如，动态链接库(DLL))中实现。例如，DLL可存储指令，这些指令在由电路执行时，执行上述或附图中所示的任何处理。
本领域技术人员易于理解的是，以上描述的用意是举例说明本公开的原理。该描述并非旨在限制本公开的范围或应用，因为在不脱离以下权利要求书所限定的本公开的实质的前提下，本公开中的系统和方法易于修改、改变和改动。

Claims (19)

1.一种用于诊断发火管回路中的泄漏的系统，所述系统包括：
高侧驱动器，所述高侧驱动器连接到击发电压源和所述发火管回路的馈电端；
低侧驱动器，所述低侧驱动器连接到所述发火管回路的返回端和地面；
测试电流源，所述测试电流源被配置为在限定的时间段内向所述馈电端提供测试电流；和
电压测量单元，所述电压测量单元被配置为在所述限定的时间段期间测量所述馈电端和所述返回端之间的电压以及确定峰值电压。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述馈电端和所述返回端连接到致动器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述致动器具有与所述致动器的电阻元件和电感元件并联的电流阻塞二极管。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述电流阻塞二极管以连接到所述馈电端的阴极和连接到所述返回端的阳极定向。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述致动器是低能量致动器。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括第一开关，所述第一开关被配置为将所述测试电流源连接到所述馈电端。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括第二开关，所述第二开关被配置为将电流吸收器连接到所述返回端。
8.根据权利要求6所述的系统，还包括第三开关，所述第三开关被配置为将所述测试电流源连接到所述返回端。
9.根据权利要求6所述的系统，还包括第四开关，所述第四开关被配置为将电流吸收器连接到所述馈电端。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述电压测量单元被配置为当在第一方向上提供电流时，确定所述峰值电压是否在第一阈值范围内，以及当在第二方向上提供电流时，确定所述峰值电压是否在第二阈值范围内。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二阈值范围包括位于所述发火管回路中的二极管的电压降。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述电压测量单元被配置为确定所述电压随时间的斜率。
13.一种用于诊断发火管回路中的泄漏的方法，所述方法包括以下步骤：
将测试电流源连接到所述发火管回路的馈电端；
向所述馈电端提供测试电流；
在所述馈电端和返回端之间连接测量电路；以及
从提供所述测试电流开始等待一段延迟时间之后，测量所述馈电端和所述返回端之间的峰值电压,
将所述测试电流源连接到所述发火管回路的所述返回端；
向所述返回端提供测试电流；
在所述返回端和所述馈电端之间连接所述测量电路；以及
从提供所述测试电流开始等待所述延迟时间之后，测量所述返回端和所述馈电端之间的峰值电压。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在向所述馈电端提供测试电流之前，将电流吸收器连接到所述返回端。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在向所述返回端提供测试电流之前，将电流吸收器连接到所述返回端。
16.一种用于诊断发火管回路中的泄漏的系统，所述系统包括：
高侧驱动器，所述高侧驱动器连接到击发电压源和所述发火管回路的馈电端；
低侧驱动器，所述低侧驱动器连接到所述发火管回路的返回端和地面；
测试电流源，所述测试电流源被配置为在限定的时间段内向所述馈电端提供测试电流；和
电压测量电路，所述电压测量电路包括峰值检测器电路、模数转换器和时间延迟电路，所述峰值检测器向所述模数转换器提供峰值电压，以在由所述时间延迟电路确定的时间延迟之后测量所述馈电端和所述返回端之间的电压。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括第一开关，所述第一开关被配置为将所述测试电流源连接到所述馈电端。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括第二开关，所述第二开关被配置为将电流吸收器连接到所述返回端。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括第三开关，所述第三开关被配置为将所述测试电流源连接到所述返回端，并且包括第四开关，所述第四开关被配置为将所述电流吸收器连接到所述馈电端。
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