CN202320181U

CN202320181U - 一种复杂安全气囊的控制诊断系统

Info

Publication number: CN202320181U
Application number: CN2011204663227U
Authority: CN
Inventors: 贺蓉; 凌纯清; 徐成; 李仁发; 田峥; 吴武飞; 肖俊
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-22

Abstract

本实用新型公开了一种复杂安全气囊的控制诊断系统，包括中央处理器、电源模块、本地加速度传感器模块、点火模块、通信模块以及光电隔离模块。本地加速度传感器模块将采集到的模拟信号经过A/D转换为数字信号后传送给中央处理器，中央处理器依据本地加速度传感器模块采集到的信号做出判断后对点火模块作出控制，中央处理器通过通信模块与上位机进行实时通信。本实用新型具有可实现电源管理、实时碰撞检测、8路气囊点火控制、上位机通信、实时自检、故障诊断和预警功能等优点。

Description

一种复杂安全气囊的控制诊断系统

技术领域

本实用新型主要涉及到安全气囊领域，特指一种适用于复杂安全气囊的控制诊断系统。

背景技术

自20世纪70年代出现以来至今，汽车安全气囊系统有了很大的发展。目前，乘客前排安全气囊已经在全球范围内成为新生产汽车的标准配置。随着乘客对安全的考虑和要求越来越高，汽车安全气囊系统的开发变得越来越复杂。在很多中高端车型上，安全气囊系统不仅包括前向碰撞保护的两个气囊，还包括了前后排乘客的侧面碰撞保护气囊，以及对头部和膝部保护的辅助系统，而气囊个数增加必然会导致气囊控制系统中点火回路的数量以及控制复杂度的增加。与此同时，车身周围的碰撞检测传感器的数量和种类也在增加，当前高端汽车上用于探测碰撞的加速度传感器的数量已经达到6个，并且仍有增加趋势。这无疑进一步增加了安全气囊电控系统的复杂度。

而随着车身传感器数量以及电路点火回路的增加，安全气囊控制系统的电路变得越来越庞大，控制算法变得越来越复杂。因此，设计具有强实时、高可靠性和稳定性的汽车安全气囊控制系统是一个极具挑战性的工作。

由于工作任务的特殊性，汽车安全气囊控制系统除了必须具备基本的碰撞检测、点火控制功能以外，还需满足以下几点要求：

实时性。安全气囊电控系统是一个硬实时系统，需要达到毫秒级的精度。气囊系统需要在碰撞发生后的某一个时间点上被引爆，不能早也不能晚。如某车型要求在发生50kmh正碰情况下，在第13ms点爆安全带预紧器，在第15ms点爆气囊。这对安全气囊电控系统的处理能力和控制算法都提出了很高的要求。

可靠性。一方面，气囊系统绝对不能被误引爆，否则后果非常严重。而汽车行驶的环境非常多样和复杂，因此安全气囊电控系统必须有很强的抗干扰能力，要能判断出各种路况下的颠簸、加减速等非碰撞的干扰情况；另一方面，在发生碰撞时，即使是在由于剧烈碰撞导致电控系统发生局部故障的情况下（如传感器失效、供电中断等），也要求气囊系统能够及时准确地被引爆。

稳定性。汽车的使用寿命一般是8~12年，在这样一段相对较长的时间内，汽车安全气囊电控系统都要能够正常地工作，这就要求电控系统具有很好的稳定性。此外，还应具备故障预警和诊断的能力。电控系统需要能检测到任何可能造成点火失败的故障（如点火电压过低、气囊开/短路、传感器故障或灵敏度降低等），并及时进行报警，同时还应提供故障诊断和定位的机制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种可实现电源管理、实时碰撞检测、8路气囊点火控制、上位机通信、实时自检、故障诊断和预警功能的复杂安全气囊的控制诊断系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种复杂安全气囊的控制诊断系统，包括中央处理器、电源模块、本地加速度传感器模块、点火模块、通信模块以及光电隔离模块，所述本地加速度传感器模块将采集到的模拟信号经过A/D转换为数字信号后传送给中央处理器，所述中央处理器依据本地加速度传感器模块采集到的信号做出判断后对点火模块作出控制，所述中央处理器通过通信模块与上位机进行实时通信。

作为本实用新型的进一步改进：

所述中央处理器包括定时器模块、初始化模块、上电自检模块、安全气囊控制模块和实时自检模块，所述定时器模块用来分别完成安全气囊控制算法和实时自检功能，所述初始化模块用来设置系统各个模块的工作模式并设置相关的系统参数，所述上电自检模块用来在系统上电后对各个模块进行一次全面的自检，所述实时自检模块用来在运行过程中周期性地对系统的各个模块进行自检，所述安全气囊控制模块用来根据碰撞的类型和强度在正确的时间点引爆特定位置的气囊。

所述定时器模块包括两个定时器，所述两个定时器分别完成安全气囊控制算法和实时自检功能。

所述电源模块包括升压和稳压电路和系统供电电路，所述升压和稳压电路用来将系统的输入电源稳定到一个固定的值以保证安全气囊点火的稳定性，所述系统供电电路用来为系统的正常工作提供保证电压。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的复杂安全气囊的控制诊断系统，结构简单紧凑、成本低廉，可实现电源管理，进行实时碰撞检测，同时还能支持8路以上气囊点火控制，实现与上位机的实时通信、实时自检、故障诊断和预警等功能。

附图说明

图1是本实用新型的框架结构示意图；

图2是具体实施例中中央处理器的电路原理示意图；

图3是具体实施例中电源模块的电路原理示意图；

图4是具体实施例中本地加速度传感器模块的电路原理示意图；

图5是具体实施例中点火模块的电路原理示意图；

图6是具体实施例中通信模块的电路原理示意图；

图7是具体实施例中光电隔离模块的电路原理示意图。

图例说明

1、中央处理器；11、定时器模块；12、初始化模块；13、上电自检模块；14、安全气囊控制模块；15、实时自检模块；2、电源模块；21、升压和稳压电路；22、系统供电电路；3、本地加速度传感器模块；4、点火模块；5、通信模块；6、光电隔离模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的复杂安全气囊的控制诊断系统，包括中央处理器1、电源模块2、本地加速度传感器模块3、点火模块4、通信模块5以及光电隔离模块6；电源模块2用来为整个系统供电；本地加速度传感器模块3将采集到的模拟信号经过A/D转换为数字信号后传送给中央处理器1；中央处理器1根据这些数字信号对点火模块4作出控制，并能通过通信模块5与上位机进行实时通信。上电后，中央处理器1先进行系统初始化，之后进行上电自检，自检没通过之前一直提示系统故障；自检完全通过之后，系统周期性的进行实时自检和气囊控制算法来保障系统和车载人员的安全。

本实施例中，中央处理器1采用飞思卡尔的MC9S12DG128芯片，其实现了自检功能；该自检包括上电自检和实时自检，自检内容包括：加速度传感器自检、点火驱动芯片自检、上位机通信模块自检、故障灯自检。上电自检在确认系统正常之前要一直提示系统故障，实时自检一旦发现故障会及时进行报警。

参见图2，为该芯片的最小系统电路，控制诊断系统中其它模块与该最小系统相连，完成整个安全气囊控制诊断系统的功能。中央处理器1中包括五个模块：定时器模块11、初始化模块12、上电自检模块13、安全气囊控制模块14、实时自检模块15。其中，初始化模块12和上电自检模块13只需执行一次，而安全气囊控制模块14和实时自检模块15需要周期性执行。

定时器模块11包含两个定时器，两个定时器Timer1和Timer2用来分别完成安全气囊控制算法和实时自检功能。定时器Timer1的触发周期为200us，定时器Timer2的触发周期为350ms。

初始化模块12用来完成系统初始化，系统初始化是系统上电后进行的第一个工作，用于设置系统各个模块的工作模式，并设置相关的系统参数。需要初始化的系统模块主要包括：PLL模块、通用IO端口、AD转换控制器、定时器模块、CAN控制器、SCI控制器、SPI控制器。需要设置的参数主要包括：系统总线频率、通用端口用途、AD转换通道数及转换时间、定时器触发周期、CAN、SCI、SPI通信波特率等。

上电自检模块13在系统上电后需要对系统的各个模块进行一次全面的自检，包括上述四个自检，确认全部正常以后才能开始运行后面的安全气囊控制流程，在确认系统正常之前需要一直提示系统故障。

实时自检模块15在安全气囊控制流程的运行过程中，需要周期性地对系统的各个模块进行自检，主要是上述的前两类自检，以确保系统在正常运行。一旦发现故障，需要及时进行故障报警。

安全气囊控制模块14要能根据碰撞的类型和强度在正确的时间点引爆特定位置的气囊、气帘或安全带预紧器。同时，其他位置的气囊、气帘或预紧器一定不能引爆。同时，该模块还需要对因碰撞造成的传感器失效或线路中断等非正常状态做出正确和及时的反应，使其不影响系统在正确的时间点引爆正确的气囊、气帘或预紧器。

本实施例中，为了保证系统在汽车电源失效之后能够在短暂时间内仍进行正常的工作，保证安全气囊的正常引爆，本系统对于点火模块4的电路进行了特殊的设计。首先是进行稳压作用，保证提供给安全气囊的点火电压不低于7v，从而能进行正常点火，而且保证系统在断电之后能够通过电容提供短暂的电量，完成系统的点火功能。

如图3所示，为本实施例中电源模块2的电路原理示意图，电源模块2可以支持动态的12V±3V电源输入，输出12V稳定电压，并可以管理汽车电源和备用电源之间的切换，其中备用电源可以在汽车电源失效之后继续工作。电源模块2中上半部分为升压和稳压电路21，用来将系统的输入电源稳定到一个固定的值以保证安全气囊点火的稳定性；下半部分为系统供电电路22，用来为系统的正常工作提供保证电压，使得系统可以正常运行。

在安全气囊的设计中，通常传感器除了在四周安装之外，还需要在ECU中安装一个双向的传感器，用于多传感器数据融合从而判断是否发生碰撞事件。在本系统中也是如此，其在ECU中安装了一个双轴的传感器，用于感测来自正面以及侧面的碰撞，与装在四周的卫星传感器进行综合判断，从而得到正确数据，避免误进检测。由于加速度传感器对方向很敏感，本系统设计中特意针对选用的传感器进行了专门的布局使其与安装孔位置保持水平，这样在安装的时候就可以实现传感器的正常安装，传感器模块电路如图4所示。

本实施例中，本地加速度传感器模块3采用了飞思卡尔MMA系列硅电容式微机械加速度传感器MMA3202作为车辆碰撞检测设备，其输出信号通过芯片内部一个电子低通滤波来消除高频噪声，同时还具有完备的故障自检功能。

如图5所示，为本实施例中点火模块4的电路原理示意图，其中采用了2块飞思卡尔的MC33797芯片来实现中央处理器1对气囊的控制功能，进而可以对多达8路气囊进行点火控制。

如图6所示，为本实施例中通信模块5的电路原理示意图。通信模块5中两路兼容CAN2.0a/b协议的MSCAN控制器可实现与上位机的实时通讯。作为中央处理器1的MC9S12DG128微处理器能将实时采集到的加速度传感器数据、各个模块的工作状态通过通信模块5中的CAN总线发送到上位机软件，如果系统检测到碰撞或者进行了点火操作，还可将碰撞或点火发生的时间、类型等信息发送到上位机。

本系统中，还进一步通过光电隔离模块6来提高自身的抗干扰性能，同时光电隔离模块6对输入接口进行了扩展，方便以后为系统引入新的输入源。当电信号送入光电隔离模块6（例如：光电耦合器）的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，从而电路导通；当输入端无信号时，发光二极体不亮，光敏三极管截止，电路不通。这样就可以将系统输入信号与外界的输入信号进行了很好的隔离，外界的输入对应到系统有个相应的激励，从而实现对系统的光电隔离。如图7所示，为本实施例中光电隔离模块6的电路原理示意图。

工作时，作为本地加速度传感器模块3的传感器MMA3202将采集到的信号传送给作为中央处理器1的微处理器MC9S12DG128，微处理器通过SPI总线对作为点火模块4的点火芯片MC33797进行控制，从而控制8路气囊是否执行弹出动作。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种复杂安全气囊的控制诊断系统，其特征在于：包括中央处理器（1）、电源模块（2）、本地加速度传感器模块（3）、点火模块（4）、通信模块（5）以及光电隔离模块（6），所述本地加速度传感器模块（3）将采集到的模拟信号经过A/D转换为数字信号后传送给中央处理器（1），所述中央处理器（1）依据本地加速度传感器模块（3）采集到的信号做出判断后对点火模块（4）进行控制，所述中央处理器（1）通过通信模块（5）与上位机进行实时通信。

2.根据权利要求1所述的复杂安全气囊的控制诊断系统，其特征在于：所述中央处理器（1）包括定时器模块（11）、初始化模块（12）、上电自检模块（13）、安全气囊控制模块（14）和实时自检模块（15），所述定时器模块（11）用来分别完成安全气囊控制算法和实时自检功能，所述初始化模块（12）用来设置系统各个模块的工作模式并设置相关的系统参数，所述上电自检模块（13）用来在系统上电后对各个模块进行一次全面的自检，所述实时自检模块（15）用来在运行过程中周期性地对系统的各个模块进行自检，所述安全气囊控制模块（14）用来根据碰撞的类型和强度在正确的时间点引爆特定位置的气囊。

3.根据权利要求2所述的复杂安全气囊的控制诊断系统，其特征在于：所述定时器模块（11）包括两个定时器，所述两个定时器分别完成安全气囊控制算法和实时自检功能。

4.根据权利要求1或2或3所述的复杂安全气囊的控制诊断系统，其特征在于：所述电源模块（2）包括升压和稳压电路（21）和系统供电电路（22），所述升压和稳压电路（21）用来将系统的输入电源稳定到一个固定的值以保证安全气囊点火的稳定性，所述系统供电电路（22）用来为系统的正常工作提供保证电压。