CN1116631C - 微处理器和接口电路之间传输信号的方法 - Google Patents
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Abstract
气囊系统(10)中的控制组件(11)通过两导线的连接，向远端组件(20A-20N)提供电能并与其通信。所提供的电能部分用来操纵远端组件(20A-20N)，部分存储在远端组件(20A-20N)之内用于展开导火管(22A-22N)。控制组件(11)通过高电平和中间电平之间的电压偏移向远端组件(20A-20N)发送命令信号。远端组件(20A-20N)通过电流偏移向控制组件(11)发送信号。当检测到事故情况时，两导线连接之间的电压降低为低电平，从而中断气囊系统(10)的常态工作。这时控制组件(11)通过中间电平和和低电平之间的电压偏移发送出点火信号。远端组件(20A-20N)对点火信号进行解码，并展开导火管(22A-22N)使气囊膨胀。
Description
技术领域
总的来说，本发明提供了用于在微处理器和接口电路之间传输信号的方法。具体而言，本发明提供了用于在位于汽车气囊系统控制组件中的微处理器与位于气囊系统的远端组件中的接口电路之间，传输信号的一种简单，可靠并有效的方法。
背景技术
已经证明与座椅安全带相结合的气囊在防止严重汽车事故伤害中是基本的安全机制。气囊通常置于汽车的方向盘或仪表盘中以缓冲头部的冲击。气囊还置于门中以防护乘员受侧面的冲击，并置于仪表盘之下以防护腿部受伤。
气囊系统包含传感器，传感器通过接近度传感或冲击传感检测发生事故情况的时刻。一旦检测到事故情况，气囊系统使气囊迅速膨胀，从而提供缓冲以减轻冲击。典型的汽车气囊系统包括微处理器，蓄能电容器，及位于控制组件中的控制开关。气囊系统还包括位于气囊总成中并远离控制组件的导火管。在事故情况时，控制组件提供展开导火管所需的能量，导火管又点燃烟火材料以便使气囊膨胀。
与离开导火管中心布置的控制组件相关联的一个问题是在控制组件与导火管之间需要长距离地布线。布线常常要长达一到两米。长距离布线易于受到在布线中会感应出电流的电磁辐射的影响。为了消除在布线中意外地引起展开气囊的电磁感应的可能的情形，通常需要一高电流在导火管中产生足够的热来点燃烟火材料。这一电流通常要超过一安培。于是，布线控制开关必须按处理高电流设计，从而增加了气囊系统的重量，尺寸和成本。此外，长的布线在发生事故时可能是危险的，这有可能使导火管从蓄能电容器断开。
在事故情形下，不能够假定电池仍然保持有效。蓄能电容器必须存储足够的能量，以便提供足够的电流加热气囊系统中的每一个导火管。使用高电压加到大容量电容器将增加存储在电容器中的能量。大容量电容器和诸如用于在电容器两端施加高压的增压电路这类电路在气囊系统中是昂贵的组件。而且，大的容量限制了成本性能上可使用的电容器类型为铝质电解电容器。铝质电解电容器有可靠性问题，因为电解电容器会随时间而干枯，这会降低电容器容量或在最坏的情形下会短路，从而使气囊系统失效。为了保证所有的导火管正确地展开，在每一导火管导电通路中添加了一个限流电路，以防止任何一个导火管使用多于所需要的电流。限流电路增加了气囊系统能量的无效性、成本和复杂性。
发明内容
于是，所希望的是有一种有效的方法操纵气囊系统。希望这种方法是可靠的。还希望气囊系统简单并有好的成本效率。
本发明提供一种在气囊系统的控制组件和远端组件之间传输信号的方法，该方法包括以下步骤：通过数据总线及参考总线连接远端组件与控制组件；响应从控制组件向远端组件传输命令信号，从控制组件向远端组件传输数据总线和参考总线之间的第一组电压偏移，该第一组电压偏移处于于第一电平与第二电平之间；以及响应从控制组件向远端组件传输点火信号，从控制组件向远端组件传输数据总线和参考总线之间的第二组电压偏移，该第二组电压偏移处于于第三电平与第四电平之间，其中第二电平低于第一电平，第三电平低于第二电平，第四电平高于第三电平。
本发明还提供用于操纵气囊系统的一种方法，该方法包括以下步骤：提供包括控制组件和气囊总成的气囊系统，其中气囊总成包括通过数据总线和参考总线连接到控制组件的远端组件，响应远端组件用来点燃气囊总成中烟火材料的导火管；从控制组件向远端组件传输电能；在远端组件中存储该电能的一部分；响应处于第一电平和第二电平之间的数据总线和参考总线两端的电压，置远端组件于接收命令信号的方式，其中第二电平低于第一电平；响应控制组件处于闲置状态，从控制组件向远端组件传输数据总线和参考总线之间的第一电平；响应从控制组件向远端组件传输命令信号，从控制组件向远端组件传输数据总线和参考总线之间的第一组电压偏移，该第一组电压偏移处于于第一电平与二电平之间；响应处于第三电平的数据总线和参考总线两端的电压，置远端组件于接收点火信号的方式，其中第三电平低于第二电平；响应从控制组件向远端组件传输点火信号，从控制组件向远端组件传输数据总线和参考总线之间的第二组电压偏移，该第二组电压偏移处于于第三电平与第四电平之间，其中第四电平高于第三电平；以及响应从远端组件向控制组件传输数据信号，从远端组件向控制组件传输电流偏移。
附图说明
图1是根据本发明的气囊系统的一个框图；
图2是图1的气囊系统中远端组件框图；以及
图3是图1根据本发明的气囊系统中控制组件和远端组件之间信号传输的时序图。
具体实施方式
根据本发明的一个较佳实施例，控制组件通过包含一个参考总线和一个信号传输总线的两导线连接而连接到一组远端组件。在气囊系统正常工作方式时，信号传输总线和参考总线两端的电压在第一电压范围内。控制组件向远端组件发送在第一电压范围内的一组电压偏移中的第一类信号，即命令信号。远端组件对命令信号电压偏移解码并按命令执行。远端组件通过从控制组件抽取编码电流脉冲经过两导线连接向控制组件发送数据信号。因而，控制组件和远端组件之间的通信是双向通信。而且，控制组件通过两导线连接向远端组件提供电能。该电能的一部分用来操纵远端组件，而该电能的另一部分存储在远端组件中的蓄能电容器中。
当检测到事故情况时，两导线连接两端的电压变为超出第一电压范围的复位电平。复位电平把远端组件置于从控制组件接收点火信号的就绪方式。如果当检测到事故情况时有命令信号被传输，则该命令被两导线连接的两端电压的传输中断为复位电平。控制组件发送出在第二电压范围内的一组电压偏移中的第二类信号，即点火信号。第二电压范围在复位电平与点火信号电平之间，它可能在第一电压范围之外或者之内。换言之，第二电压范围与第一电压范围可能是互不相交，互相邻接或者重叠。点火信号包含指令气囊系统中的气囊膨胀以防护汽车乘员的指令。远端组件对点火信号解码并根据点火信号使气囊膨胀。为了使一个特定的气囊膨胀，气囊中的导火管连接到对应的远端组件中的蓄能电容器。存储在蓄能电容器中的电能转移到导火管。在导火管中产生热，并且所产生的热点燃烟火材料。被点燃的烟火材料释放气体，该气体由气囊收集。于是使得气囊膨胀。
图1是根据本发明的气囊系统10的框图。气囊系统10包括控制组件11。控制组件11包括用于判定何时发生事故的微处理器12和传感电路(未示出)。控制组件11通过参考总线14连接到数个远端组件，例如20A，20B，…，及20N。参考总线14连接到用来接收诸如接地电平等参考电平的导体15。控制组件还通过数据总线或信号传输总线16连接到远端组件20A，20B，…，及20N。远端组件20A，20B，…，及20N分别连接到导火管22A，22B，…，及22N。每一远端组件包括用于向对应的导火管供能以便点燃气囊中的燃烟火材料的电路(未示出)。
控制组件11一般置于汽车的风挡区中。远端组件20A-20N远离位于方向盘，仪表盘，门板等区域的气囊总成中的控制组件11。经由参考总线14和信号传输总线16，控制组件11通过对于参考总线14变化信号传输总线16的电压向远端组件20A-20N传输信号。而且，控制组件11向远端组件20A-20N传输电能。诸如向远端组件20A等远端组件所传输的电能的一部分用来操纵远端组件20A，该电能的另一部分存储在远端组件20A中。当在事故情况期间与远端组件20A相关联的气囊(未示出)膨胀时，控制组件11向远端组件20A传输点火信号，并且在远端组件20A中所存储的电能传输到导火管22A，从而在导火管22A中产生热以点燃包含导火管22A的气囊总成中一个气囊中的烟火材料。
根据本发明的一个实施例，信号传输总线16相对于参考总线14的电压处于三个电平之一。当控制组件11闲置时，信号传输总线的电压处于高电平，例如17伏特(V)。在该高电平时，控制组件11向远端组件20A-20N供给电能。控制组件11通过高电平与诸如5V的中间电平之间的一组电压偏移向远端组件20A-20N发送命令信号。远端组件20A-20N对该命令信号进行解码并按命令执行。远端组件20A-20N通过在信号传输总线16中产生特殊的电流偏移，向控制组件11发送数据。控制组件11包括对该电流偏移进行解码并读取数据信号的电路(未示出)。当检测到事故情况时，信号传输总线16相对于参考总线14的电压变为低电平，例如0V。命令信号的传输被中断，并且远端组件20A-20N被置于准备接收点火信号的就绪方式。控制组件11通过低电平与中间电平之间的一组电压偏移向远端组件20A-20N发送点火信号。点火信号是以使得气囊膨胀并按气囊将膨胀的顺序的信息被编码的。远端组件20A-20N接收该点火信号并对其进行解码，并使用存储在远端组件20A-20N中的电能根据点火信号使气囊膨胀。
根据本发明的另一实施例，点火信号被编码在低电平与第四电平之间的一组电压偏移之中，该第四电平可以高于或者低于中间电平。因而，信号传输总线16相对于参考总线14的电压处于四种电平之一。
图2是与导火管22连接的远端组件20的框图。远端组件20可当作为图1的气囊系统10中的诸如远端组件20A，20B，…，及20N的一个远端组件。类似地，导火管22可作为图1的气囊系统10中的诸如导火管22A，22B，…，及22N的一个导火管。要注意的是在图中相同的标号用来表示相同的元件。
远端组件20包括二极管24，25，26，以及蓄能电容器27。二极管24的阳极和二极管25的阳极连接到信号传输总线16。二极管24的阴极连接到二极管26的阳极和蓄能电容器27的第一电极。二极管25阴极和二极管26的阴极连接到一起形成结点28，远端组件20的电路的工作电压是通过该结点提供的。蓄能电容器27的第二电极连接到导体15以及导火管22的低侧电极。总之，二极管24，25，26和蓄能电容器27形成了远端组件20的能量供给和存储元件。
远端组件20还包括一接口电路，该电路包括比较器32和34，命令信号解码器42，命令执行元件38，点火信号解码器44，点火元件46，及开关48。远端组件20中的接口电路是在结点28处由图1的控制组件11通过信号传输总线16，二极管24，25和26所提供的电压工作的。因而，比较器32和34，命令信号解码器42，命令执行元件38，点火信号解码器44，及点火元件46连接到结点28以接收工作电压。
比较器32具有连接到信号传输总线16的一个非反向输入和一个用来接收例如10.0V的参考电平VR1而连接的反向输入。参考电压VR1是由远端组件20中的一个电压源电路(未示出)产生的。比较器32的一个输出连接到命令信号解码器42的数据输入(D)，并连接到点火信号解码器44的复位输入(R)。命令信号解码器42的输出(Q)连接到命令执行元件38的输入37。命令执行元件38的一个信号输出39连接到信号传输总线16。总之，比较器32，命令信号解码器42，及命令执行元件38形成了远端组件20中的接口电路的命令信号处理元件。
比较器34具有连接到信号传输总线16的一个反向输入和用来接收例如2.5V的参考电平VR2而连接的非反向的一个输入。参考电压VR2是由远端组件20中的一个电压源电路(未示出)产生的。比较器34的一个输出连接到点火信号解码器44的数据输入(D)，并连接到命令信号解码器42的复位输入(R)。点火信号解码器44的输出(Q)连接到点火元件46的输入45。点火元件46的输出47连接到开关48的控制电极。开关48的第一电流传导电极连接到蓄能电容器27的第一电极，而开关48的第二电流传导电极连接到导火管22的高侧电极。比较器34，点火信号解码器44，点火元件46，及开关48共同形成远端组件20中接口电路的点火信号处理元件。
由于蓄能电容器27位于远端组件20中，蓄能电容器27与导火管22之间的布线在厘米的量级。与其布线长度达一到两米的先有技术的气囊系统相比，本发明的短布线大大降低了由布线中电磁辐射感应电流所引起的意外膨胀气囊的机会。因而，可使用相当低的电流作用于导火管22。由于使用低电流系统，与先有技术的气囊系统相比，降低了气囊系统10的成本，重量，和复杂性。由于蓄能电容器27只用来作用于一个气囊，蓄能电容器27的容量及为了存储电能加在其两端的电压与先有技术的气囊系统相比是大大降低了。而且，从本发明的气囊系统10中取消了先有技术气囊系统中的限流电路，改进了能量效率，成本效率，及可靠性。
图3是图1根据本发明的气囊系统10中，对于控制组件11和远端组件20A-20N之间传输信号的时序图60。要注意的是，图1的气囊系统10中每一远端组件20A-20N具有类似于图2所示远端组件20的结构。时序图60表示信号传输总线16相对于作为时间功能的参考总线14的电压。
在时间t0和t1之间，控制组件11是闲置的。信号传输总线16和参考总线14之间的电压为第一电平V1，例如17.0V。电平V1传输到图1的气囊系统10的每一个远端组件20A-20N。
参照图2，电平V1要高于比较器32的反向输入的参考电压VR1。于是，比较器32的输出处于逻辑高电平。该逻辑高电平传输到点火信号解码器44的复位输入(R)。因而，点火信号解码器44处于复位方式。类似地，电平V1高于比较器34的非反向输入处的参考电平VR2。于是，比较器34的输出处于逻辑低电平。该逻辑低电平传输到命令信号解码器42的复位输入(R)。因而命令信号解码器42处于常态并对在其数据输入(D)处接收信号是就绪状态。信号传输总线16还向远端组件20传输电能。一部分电能用来在结点28供给远端组件20的工作电压，另一部分电能存储在蓄能电容器27中。
在图3的时序图60中的时间t1和t2之间，响应控制组件11发送出命令信号，一组电压偏移沿着信号传输总线16向气囊系统10中的每一远端组件20A-20N传输。该电压偏移在第一电平V1和例如5.0V的第二电平V2之间。在一个较佳实施例中，命令信号以低速率传输，例如接近每秒20千位(kbps)的速率，以便尽可能降低命令信号与汽车中其它电子设备之间的干扰。电压偏移最好为脉动状的以进一步降低干扰。一般，命令信号包含地址代码，命令代码等。
现在参见图2，电平V2比比较器34的非反向输入处的参考电平VR2高。于是，比较器34的输出保持在逻辑低电平，而命令信号解码器42保持在常态。由于电平V2低于参考电平VR1，故在比较器32非反向输入处的电压偏移中被编码的命令信号被传输到命令信号解码器42的数据输入(D)。命令信号解码器42对命令信号解码，并向执行命令的命令执行元件38传输被解码的命令信号。举例来说，命令包括监视远端组件20的状态，监视蓄能电容器27的情况等等。响应向控制组件11传输数据信号，命令执行元件38在信号输出39中产生一电流偏移，该输出端通过信号传输总线16从控制组件11抽取电流。电流偏移随数据信号被编码，并与从控制组件11到远端组件20的常态供给的电流能够较好地区别开。控制组件11对电流偏移解码以读取数据信号。
在时间t2和t3之间，信号传输总线16和参考总线14之间的电压处于第一电平V1。图1的气囊系统10处于与它在时间t0和t1之间的时间周期期间相同的状态。因而，控制组件11为闲置，命令信号解码器42处于常态，并且点火信号解码器44处于复位方式。
在时间t3，另一组命令信号传输到气囊系统10中的远端组件20A-20N。在时间t4，检测到事故情况。命令信号中断，并且信号传输总线16相对于参考总线14的电压变为第三电平V3，例如零电平。
参见图2，电平V3低于比较器32的反向输入端处的参考电压VR1。于是，比较器32的输出处于逻辑低电平。该逻辑电平被传输到点火信号解码器44的复位输入(R)。于是，点火信号解码器44处于常态并在其数据输入端(D)准备好接收点火信号。类似地，电平V3低于比较器34的非反向输入端处的参考电压VR2。这样，比较器34的输出处于逻辑高电平。该逻辑高电平传输到命令信号解码器42的复位输入(R)。从而，命令信号解码器42处于复位方式。
在图3的时序图60中时间t5和t6之间，在一组电压偏移中被编码的点火信号沿着信号传输总线16传输到气囊系统10的每一个远端组件20A-20N。根据本发明的一个实施例，该电压偏移处于第三电平V3与第二电平V2之间。为了迅速膨胀气囊而防止受伤，点火信号最好以高速率传输，例如大约200kbps。点火信号一般包含地址代码，点火代码等等。
现在参见图2，电平V2低于比较器32的反向输入处的参考电平VR1。于是，比较器32的输出保持在逻辑低电平，而点火信号解码器44则保持在常态。由于电平V2高于参考电平VR2，故在比较器34反向输入处的电压偏移中被编码的点火信号传输到点火信号解码器44的数据输入(D)。点火信号解码器44对点火信号进行解码，并把被解码的点火信号传输到执行点火命令的点火元件46。如果具体一个气囊膨胀以防护汽车中的乘员，则对应的远端组件中的开关48由点火元件46转为导通。存储在蓄能电容器27中的电能被释放以便展开导火管22，从而点燃烟火材料并使气囊膨胀。
另外，点火信号在第三电平V3和第四电平之间的一组电压偏移中被编码，该第四电平可以高于或者低于第二电平V2。根据本发明，第四电平最好低于比较器32的反向输入处的参考电平VR1。这样，比较器32的输出保持在逻辑低电平，并且点火信号解码器44保持在常态。进而，第四电平最好高于比较器34的非反向输入处的参考电平VR2，从而允许比较器34的反向输入处的电压偏移中被编码的点火信号被传输到点火信号解码器44的数据输入(D)。
应当注意，当检测到事故情况时，不论气囊系统10中控制组件11和远端组件20A-20N以前的状态如何，信号传输总线16和参考总线14之间的电压都要变为第三电平V3。命令信号解码器42变为复位方式，而点火信号解码器44变为对接收来自控制组件11的点火信号就绪的常态。当信号总线16与参考总线14之间的电压处于电平V3时，存储在蓄能电容器27中的一部分电能被释放以便操纵远端组件20。还应当注意，取决于事故的类型和汽车中乘员的位置，控制组件11可能发送点火信号以便使得单独一个气囊膨胀，几个气囊按顺序膨胀，或者几个气囊同时膨胀，从而有效地防护汽车中的乘员并尽可能降低事故之后的修复成本。
现在应当看到，已经提供了用来在微处理器和接口电路之间传输信号的一种方法。本发明的信号传输方法使用了在微处理器与接口电路之间简单的两条导线连接。与先有技术的气囊系统相比，使用本发明的信号传输方法操纵气囊系统大大改进了气囊系统的简洁性，可靠性，能量效率，成本效率。
虽然已经展示并描述了本发明的特定实施例，但对于业内专业人士来说还会有进一步的修改和改进。应当理解的是本发明不限于所示的特定形式，并且所附权利要求意在囊括属于本发明的精神和范围之内的所有修改形式。
Claims (5)
1.一种在气囊系统(10)的控制组件(11)和远端组件(20)之间传输信号的方法，该方法包括以下步骤：
通过数据总线(16)及参考总线(14)连接远端组件(20)与控制组件(11)；
响应从控制组件(11)向远端组件(20)传输命令信号，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第一组电压偏移，该第一组电压偏移处于于第一电平与第二电平之间；以及
响应从控制组件(11)向远端组件(20)传输点火信号，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第二组电压偏移，该第二组电压偏移处于于第三电平与第四电平之间，其中第二电平低于第一电平，第三电平低于第二电平，第四电平高于第三电平。
2.权利要求1的方法，其特征还在于步骤：响应处于闲置的控制组件(11)，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第一电平。
3.权利要求1的方法，其特征还在于步骤：
从控制组件(11)向远端组件(20)传输电能；
使用该电能的第一部分操纵远端组件(20)；以及
在远端组件(20)的蓄能电容器(27)中存储该电能的第二部分。
4.用于操纵气囊系统(10)的一种方法，该方法包括以下步骤：
提供包括控制组件(11)和气囊总成的气囊系统(10)，其中气囊总成包括通过数据总线(16)和参考总线(14)连接到控制组件(11)的远端组件(20)，响应远端组件(20)用来点燃气囊总成中烟火材料的导火管(22)；
从控制组件(11)向远端组件(20)传输电能；
在远端组件(20)中存储该电能的一部分；
响应处于第一电平和第二电平之间的数据总线(16)和参考总线(14)两端的电压，置远端组件(20)于接收命令信号的方式，其中第二电平低于第一电平；
响应控制组件(11)处于闲置状态，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第一电平；
响应从控制组件(11)向远端组件(20)传输命令信号，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第一组电压偏移，该第一组电压偏移处于于第一电平与二电平之间；
响应处于第三电平的数据总线(16)和参考总线(14)两端的电压，置远端组件(20)于接收点火信号的方式，其中第三电平低于第二电平；
响应从控制组件(11)向远端组件(20)传输点火信号，从控制组件(11)向远端组件(20)传输数据总线(16)和参考总线(14)之间的第二组电压偏移，该第二组电压偏移处于于第三电平与第四电平之间，其中第四电平高于第三电平；以及
响应从远端组件(20)向控制组件(11)传输数据信号，从远端组件(20)向控制组件(11)传输电流偏移。
5.权利要求4的方法，其特征还在于步骤：
响应远端组件(20)接收点火信号，通过使存储在远端组件(20)的那部分电能传送到导火管(22)而在其总成中的导火管(22)中产生热；以及
使用由导火管(22)所产生的热，点燃烟火材料以便释放气体使气囊总成中的气囊膨胀。
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