基于汽车安全气囊系统自动故障防护实现两种方案

安全气囊在汽车辅助约束系统(SRS)中发挥着关键的作用。目前，乘用车安装安全气囊已经成为一种标準。大家都知道在汽车产生碰撞时，安全气囊和安全带可降低车内人员头部和上身撞击车内元件的机率。它们还可透过使撞击力更均匀地分佈来降低人员受伤的风险。

但是现在，许多人已经认识到能给人带来安全的辅助约束系统也有可能会危及车内人员的生命安全。因此，在开发安全系统时，必须全面考虑系统的各种特性，以确保达到所需的安全水準。为了解决这方面的问题，英飞凌开发出了具有丰富特性的气囊触发晶片，可帮助系统实现自动故障防护功能。

为了使大家能够更好地瞭解安全气囊系统以及如何实现故障防护功能，有必要介绍一下整个系统的执行塬理。

通常情况下，汽车卫星感测器介面获取外部感测器(加速度或压力感测器)发送的数据并对其进行分析。这些感测器依据功能或所属类型(前端碰撞加速度感测器、侧面碰撞压力感测器或侧面碰撞加速度感测器)的不同而分佈于汽车的前端、车门内或B柱上。

如果出现碰撞事故，感测器承受的绝对加速度或压力就会大幅提高，使主微控制器得知产生了碰撞事故。这时主微控制器必须依据该感测器的数据、板载感测器的数据、座椅的位置和其他参数，决定是否触发安全气囊。

如果决定触发安全气囊，主微控制器就会向燃爆介面发送指令。与此同时，备用系统(通常为备用8位元微控制器)也必须依据更基础的数据(即仅板载感测器数据)做出决定，让指定硬体线路允许燃爆IC触发气囊。

触发是使电流流过燃爆管(通常在1.2A至1.75A之间)实现的。燃爆管在此作为电阻仅为几欧姆的电阻器，因此要想节省能量必须控制电流。如果电流流经燃爆管达到一定时间(通常0.5ms至2ms)，安全气囊就将完成触发。

从产生感测器资讯、发送感测器资讯、分析所有参数、做出决策、将决策传输至触发IC到最终确保电流仅在需要时通过燃爆管，在这整个流程中必须确保有可靠的自动防故障性能。下文将针对触发气囊流程的最后两步展开分析。

触发IC的安全特性

英飞凌现有的触发IC具备多种可确保自动防故障功能的特性。其中包括：

1. CrosSave

2. 泄漏检测

3. 启动软硬体进行触发

4. 电阻测量

5. 开关测试

6. 高侧供电(HSS)诊断

7. 板载电压测量

上述特性中，前叁种专用于防止意外触发，剩下的用于确保在需要时完成触发。下文将论述所有这些特性。

CrosSave

为了在可能出现的‘生产故障’(缺陷晶片、ESD损坏等)条件下，实现自动防故障功能，安全气囊系统需要具备冗余或多样化特性。每个燃爆管配备两个开关(参见图2)。这两个开关确保电流只有在规定的条件下流入燃爆管。

这种特性可透过叁种方式实现：採用单片IC整合高侧(HS)和低侧(LS)开关;採用两个相同的IC，但透过PCB设计使高侧开关和低侧开关分离(交叉耦合);或者採用两种不同的技术，将两个不同的晶片整合至一个封装内(CrosSaveTM)。

採用单片IC时，如果晶片产生故障，就会带来危险。因为两个开关都整合在一个晶片上，因而无法实现自动防故障功能。

第二和第叁种方式分离了两个开关，一旦出现故障，只是一个开关会受损，仍能实现自动防故障功能。哪种方式更加安全则需要进一步探讨。

CrosSave(参见图3)具备单一封装优势，与其他解决方案相较，节省了板卡空间，降低了设计难度，同时始终确保了系统的自动防故障功能。

一方面，交叉耦合採用冗余性实现自动防故障功能。冗余系统对于共因故障(CCF)的保护较差。另一方面，CrosSave採用多样性策略，对于CCF保护较佳，但有较高的耦合係数。

总之，这两种解决方案与单片系统相较，能够提供更加安全的性能。