專利名稱：一種復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及到安全氣囊領(lǐng)域，特指一種適用于復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自20世紀70年代出現(xiàn)以來至今，汽車安全氣囊系統(tǒng)有了很大的發(fā)展。目前，乘客前排安全氣囊已經(jīng)在全球范圍內(nèi)成為新生產(chǎn)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著乘客對安全的考慮和要求越來越高，汽車安全氣囊系統(tǒng)的開發(fā)變得越來越復(fù)雜。在很多中高端車型上，安全氣囊系統(tǒng)不僅包括前向碰撞保護的兩個氣囊，還包括了前后排乘客的側(cè)面碰撞保護氣囊，以及對頭部和膝部保護的輔助系統(tǒng)，而氣囊個數(shù)增加必然會導(dǎo)致氣囊控制系統(tǒng)中點火回路的數(shù)量以及控制復(fù)雜度的增加。與此同時，車身周圍的碰撞檢測傳感器的數(shù)量和種類也在增加，當(dāng)前高端汽車上用于探測碰撞的加速度傳感器的數(shù)量已經(jīng)達到6個，并且仍有增加趨勢。這無疑進一步增加了安全氣囊電控系統(tǒng)的復(fù)雜度。而隨著車身傳感器數(shù)量以及電路點火回路的增加，安全氣囊控制系統(tǒng)的電路變得越來越龐大，控制算法變得越來越復(fù)雜。因此，設(shè)計具有強實時、高可靠性和穩(wěn)定性的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)是一個極具挑戰(zhàn)性的工作。由于工作任務(wù)的特殊性，汽車安全氣囊控制系統(tǒng)除了必須具備基本的碰撞檢測、 點火控制功能以外，還需滿足以下幾點要求實時性。安全氣囊電控系統(tǒng)是一個硬實時系統(tǒng)，需要達到毫秒級的精度。氣囊系統(tǒng)需要在碰撞發(fā)生后的某一個時間點上被引爆，不能早也不能晚。如某車型要求在發(fā)生50kmh 正碰情況下，在第13ms點爆安全帶預(yù)緊器，在第15ms點爆氣囊。這對安全氣囊電控系統(tǒng)的處理能力和控制算法都提出了很高的要求?？煽啃?。一方面，氣囊系統(tǒng)絕對不能被誤引爆，否則后果非常嚴重。而汽車行駛的環(huán)境非常多樣和復(fù)雜，因此安全氣囊電控系統(tǒng)必須有很強的抗干擾能力，要能判斷出各種路況下的顛簸、加減速等非碰撞的干擾情況；另一方面，在發(fā)生碰撞時，即使是在由于劇烈碰撞導(dǎo)致電控系統(tǒng)發(fā)生局部故障的情況下(如傳感器失效、供電中斷等)，也要求氣囊系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確地被引爆。穩(wěn)定性。汽車的使用壽命一般是纊12年，在這樣一段相對較長的時間內(nèi)，汽車安全氣囊電控系統(tǒng)都要能夠正常地工作，這就要求電控系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)具備故障預(yù)警和診斷的能力。電控系統(tǒng)需要能檢測到任何可能造成點火失敗的故障(如點火電壓過低、氣囊開/短路、傳感器故障或靈敏度降低等)，并及時進行報警，同時還應(yīng)提供故障診斷和定位的機制。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種可實現(xiàn)電源管理、實時碰撞檢測、8路氣囊點火控制、上位機通信、實時自檢、故障診斷和預(yù)警功能的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，包括中央處理器、電源模塊、本地加速度傳感器模塊、點火模塊、通信模塊以及光電隔離模塊，所述本地加速度傳感器模塊將采集到的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送給中央處理器，所述中央處理器依據(jù)本地加速度傳感器模塊采集到的信號做出判斷后對點火模塊作出控制，所述中央處理器通過通信模塊與上位機進行實時通信。作為本實用新型的進一步改進所述中央處理器包括定時器模塊、初始化模塊、上電自檢模塊、安全氣囊控制模塊和實時自檢模塊，所述定時器模塊用來分別完成安全氣囊控制算法和實時自檢功能，所述初始化模塊用來設(shè)置系統(tǒng)各個模塊的工作模式并設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，所述上電自檢模塊用來在系統(tǒng)上電后對各個模塊進行一次全面的自檢，所述實時自檢模塊用來在運行過程中周期性地對系統(tǒng)的各個模塊進行自檢，所述安全氣囊控制模塊用來根據(jù)碰撞的類型和強度在正確的時間點弓I爆特定位置的氣囊。所述定時器模塊包括兩個定時器，所述兩個定時器分別完成安全氣囊控制算法和實時自檢功能。所述電源模塊包括升壓和穩(wěn)壓電路和系統(tǒng)供電電路，所述升壓和穩(wěn)壓電路用來將系統(tǒng)的輸入電源穩(wěn)定到一個固定的值以保證安全氣囊點火的穩(wěn)定性，所述系統(tǒng)供電電路用來為系統(tǒng)的正常工作提供保證電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉，可實現(xiàn)電源管理，進行實時碰撞檢測，同時還能支持8路以上氣囊點火控制，實現(xiàn)與上位機的實時通信、實時自檢、故障診斷和預(yù)警等功能。

圖1是本實用新型的框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實施例中中央處理器的電路原理示意圖；圖3是具體實施例中電源模塊的電路原理示意圖；圖4是具體實施例中本地加速度傳感器模塊的電路原理示意圖；圖5是具體實施例中點火模塊的電路原理示意圖；圖6是具體實施例中通信模塊的電路原理示意圖；圖7是具體實施例中光電隔離模塊的電路原理示意圖。圖例說明1、中央處理器；11、定時器模塊；12、初始化模塊；13、上電自檢模塊；14、安全氣囊控制模塊；15、實時自檢模塊；2、電源模塊；21、升壓和穩(wěn)壓電路；22、系統(tǒng)供電電路；3、本地加速度傳感器模塊；4、點火模塊；5、通信模塊；6、光電隔離模塊。
具體實施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，包括中央處理器1、電源模塊2、本地加速度傳感器模塊3、點火模塊4、通信模塊5以及光電隔離模塊6 ；電源模塊 2用來為整個系統(tǒng)供電；本地加速度傳感器模塊3將采集到的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送給中央處理器1 ；中央處理器1根據(jù)這些數(shù)字信號對點火模塊4作出控制，并能通過通信模塊5與上位機進行實時通信。上電后，中央處理器1先進行系統(tǒng)初始化，之后進行上電自檢，自檢沒通過之前一直提示系統(tǒng)故障；自檢完全通過之后，系統(tǒng)周期性的進行實時自檢和氣囊控制算法來保障系統(tǒng)和車載人員的安全。本實施例中，中央處理器1采用飛思卡爾的MC9S12DG128芯片，其實現(xiàn)了自檢功能；該自檢包括上電自檢和實時自檢，自檢內(nèi)容包括加速度傳感器自檢、點火驅(qū)動芯片自檢、上位機通信模塊自檢、故障燈自檢。上電自檢在確認系統(tǒng)正常之前要一直提示系統(tǒng)故障，實時自檢一旦發(fā)現(xiàn)故障會及時進行報警。參見圖2，為該芯片的最小系統(tǒng)電路，控制診斷系統(tǒng)中其它模塊與該最小系統(tǒng)相連，完成整個安全氣囊控制診斷系統(tǒng)的功能。中央處理器1中包括五個模塊定時器模塊 11、初始化模塊12、上電自檢模塊13、安全氣囊控制模塊14、實時自檢模塊15。其中，初始化模塊12和上電自檢模塊13只需執(zhí)行一次，而安全氣囊控制模塊14和實時自檢模塊15 需要周期性執(zhí)行。定時器模塊11包含兩個定時器，兩個定時器Timerl和Timer2用來分別完成安全氣囊控制算法和實時自檢功能。定時器Timerl的觸發(fā)周期為200us，定時器Timer2的觸發(fā)周期為350ms。初始化模塊12用來完成系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化是系統(tǒng)上電后進行的第一個工作，用于設(shè)置系統(tǒng)各個模塊的工作模式，并設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)。需要初始化的系統(tǒng)模塊主要包括PLL模塊、通用IO端口、AD轉(zhuǎn)換控制器、定時器模塊、CAN控制器、SCI控制器、SPI 控制器。需要設(shè)置的參數(shù)主要包括系統(tǒng)總線頻率、通用端口用途、AD轉(zhuǎn)換通道數(shù)及轉(zhuǎn)換時間、定時器觸發(fā)周期、CAN、SCI、SPI通信波特率等。上電自檢模塊13在系統(tǒng)上電后需要對系統(tǒng)的各個模塊進行一次全面的自檢，包括上述四個自檢，確認全部正常以后才能開始運行后面的安全氣囊控制流程，在確認系統(tǒng)正常之前需要一直提示系統(tǒng)故障。實時自檢模塊15在安全氣囊控制流程的運行過程中，需要周期性地對系統(tǒng)的各個模塊進行自檢，主要是上述的前兩類自檢，以確保系統(tǒng)在正常運行。一旦發(fā)現(xiàn)故障，需要及時進行故障報警。安全氣囊控制模塊14要能根據(jù)碰撞的類型和強度在正確的時間點引爆特定位置的氣囊、氣簾或安全帶預(yù)緊器。同時，其他位置的氣囊、氣簾或預(yù)緊器一定不能引爆。同時， 該模塊還需要對因碰撞造成的傳感器失效或線路中斷等非正常狀態(tài)做出正確和及時的反應(yīng)，使其不影響系統(tǒng)在正確的時間點引爆正確的氣囊、氣簾或預(yù)緊器。本實施例中，為了保證系統(tǒng)在汽車電源失效之后能夠在短暫時間內(nèi)仍進行正常的工作，保證安全氣囊的正常引爆，本系統(tǒng)對于點火模塊4的電路進行了特殊的設(shè)計。首先是進行穩(wěn)壓作用，保證提供給安全氣囊的點火電壓不低于7v，從而能進行正常點火，而且保證系統(tǒng)在斷電之后能夠通過電容提供短暫的電量，完成系統(tǒng)的點火功能。如圖3所示，為本實施例中電源模塊2的電路原理示意圖，電源模塊2可以支持動態(tài)的12V士3V電源輸入，輸出12V穩(wěn)定電壓，并可以管理汽車電源和備用電源之間的切換，其中備用電源可以在汽車電源失效之后繼續(xù)工作。電源模塊2中上半部分為升壓和穩(wěn)壓電路21，用來將系統(tǒng)的輸入電源穩(wěn)定到一個固定的值以保證安全氣囊點火的穩(wěn)定性；下半部分為系統(tǒng)供電電路22，用來為系統(tǒng)的正常工作提供保證電壓，使得系統(tǒng)可以正常運行。在安全氣囊的設(shè)計中，通常傳感器除了在四周安裝之外，還需要在ECU中安裝一個雙向的傳感器，用于多傳感器數(shù)據(jù)融合從而判斷是否發(fā)生碰撞事件。在本系統(tǒng)中也是如此，其在ECU中安裝了一個雙軸的傳感器，用于感測來自正面以及側(cè)面的碰撞，與裝在四周的衛(wèi)星傳感器進行綜合判斷，從而得到正確數(shù)據(jù)，避免誤進檢測。由于加速度傳感器對方向很敏感，本系統(tǒng)設(shè)計中特意針對選用的傳感器進行了專門的布局使其與安裝孔位置保持水平，這樣在安裝的時候就可以實現(xiàn)傳感器的正常安裝，傳感器模塊電路如圖4所示。本實施例中，本地加速度傳感器模塊3采用了飛思卡爾MMA系列硅電容式微機械加速度傳感器MMA3202作為車輛碰撞檢測設(shè)備，其輸出信號通過芯片內(nèi)部一個電子低通濾波來消除高頻噪聲，同時還具有完備的故障自檢功能。如圖5所示，為本實施例中點火模塊4的電路原理示意圖，其中采用了 2塊飛思卡爾的MC33797芯片來實現(xiàn)中央處理器1對氣囊的控制功能，進而可以對多達8路氣囊進行點火控制。如圖6所示，為本實施例中通信模塊5的電路原理示意圖。通信模塊5中兩路兼容CAN2.0a/b協(xié)議的MSCAN控制器可實現(xiàn)與上位機的實時通訊。作為中央處理器1的 MC9S12DGU8微處理器能將實時采集到的加速度傳感器數(shù)據(jù)、各個模塊的工作狀態(tài)通過通信模塊5中的CAN總線發(fā)送到上位機軟件，如果系統(tǒng)檢測到碰撞或者進行了點火操作，還可將碰撞或點火發(fā)生的時間、類型等信息發(fā)送到上位機。本系統(tǒng)中，還進一步通過光電隔離模塊6來提高自身的抗干擾性能，同時光電隔離模塊6對輸入接口進行了擴展，方便以后為系統(tǒng)引入新的輸入源。當(dāng)電信號送入光電隔離模塊6 (例如光電耦合器)的輸入端時，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，從而電路導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號時，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，電路不通。這樣就可以將系統(tǒng)輸入信號與外界的輸入信號進行了很好的隔離，外界的輸入對應(yīng)到系統(tǒng)有個相應(yīng)的激勵，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的光電隔離。如圖7所示，為本實施例中光電隔離模塊6的電路原理示意圖。工作時，作為本地加速度傳感器模塊3的傳感器MMA3202將采集到的信號傳送給作為中央處理器1的微處理器MC9S12DG128，微處理器通過SPI總線對作為點火模塊4的點火芯片MC33797進行控制，從而控制8路氣囊是否執(zhí)行彈出動作。以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾， 應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，其特征在于包括中央處理器(1)、電源模塊(2)、本地加速度傳感器模塊(3)、點火模塊(4)、通信模塊(5)以及光電隔離模塊(6)，所述本地加速度傳感器模塊(3)將采集到的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送給中央處理器(1 )，所述中央處理器(1)依據(jù)本地加速度傳感器模塊(3)采集到的信號做出判斷后對點火模塊(4)進行控制，所述中央處理器(1)通過通信模塊(5)與上位機進行實時通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，其特征在于所述中央處理器(1)包括定時器模塊(11)、初始化模塊(12 )、上電自檢模塊(13 )、安全氣囊控制模塊(14 )和實時自檢模塊(15)，所述定時器模塊(11)用來分別完成安全氣囊控制算法和實時自檢功能，所述初始化模塊(12)用來設(shè)置系統(tǒng)各個模塊的工作模式并設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，所述上電自檢模塊(13)用來在系統(tǒng)上電后對各個模塊進行一次全面的自檢，所述實時自檢模塊(15)用來在運行過程中周期性地對系統(tǒng)的各個模塊進行自檢，所述安全氣囊控制模塊(14)用來根據(jù)碰撞的類型和強度在正確的時間點引爆特定位置的氣囊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，其特征在于所述定時器模塊(11)包括兩個定時器，所述兩個定時器分別完成安全氣囊控制算法和實時自檢功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊(2)包括升壓和穩(wěn)壓電路(21)和系統(tǒng)供電電路(22)，所述升壓和穩(wěn)壓電路(21)用來將系統(tǒng)的輸入電源穩(wěn)定到一個固定的值以保證安全氣囊點火的穩(wěn)定性，所述系統(tǒng)供電電路(22)用來為系統(tǒng)的正常工作提供保證電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種復(fù)雜安全氣囊的控制診斷系統(tǒng)，包括中央處理器、電源模塊、本地加速度傳感器模塊、點火模塊、通信模塊以及光電隔離模塊。本地加速度傳感器模塊將采集到的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送給中央處理器，中央處理器依據(jù)本地加速度傳感器模塊采集到的信號做出判斷后對點火模塊作出控制，中央處理器通過通信模塊與上位機進行實時通信。本實用新型具有可實現(xiàn)電源管理、實時碰撞檢測、8路氣囊點火控制、上位機通信、實時自檢、故障診斷和預(yù)警功能等優(yōu)點。
文檔編號B60R21/01GK202320181SQ20112046632
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者凌純清, 吳武飛, 徐成, 李仁發(fā), 田崢, 肖俊, 賀蓉 申請人:湖南大學(xué)