安全气囊电子控制模块的开发分析.pdf

《安全气囊电子控制模块的开发分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全气囊电子控制模块的开发分析.pdf（74页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、上海交通大学硕士学位论文安全气囊电子控制模块的开发分析姓名：李笑笑申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：李翔20070901 DEVELOPMENT OF AIRBAG ELECTRONIC CONTROL UNIT 摘 要 摘 要 本文首先简要介绍了汽车安全系统的概念、组成、国内外发展的现状和进行研究的意义。车辆安全系统在国外很早就引起了重视，并且被法规化。在国内，近些年来随着汽车消费市场的强烈增长，交通事故的增加，引起了消费者、本土汽车公司、科研机构和政府机关的高度重视。汽车安全系统分为主动安全系统和被动安全系统。主动安全系统就是可以探测到车辆将要发生事故，并且在事故发生以前采取

2、辅助措施，来纠正驾驶员的操作方式，或者是纠正车辆的行驶方式，从而来避免事故的发生，或者降低事故的严重程度。被动安全系统就是在车辆发生事故以后采取措施，从而降低事故对车上乘员的伤害。车辆被动安全系统主要包括了吸能的车前端碰撞区、加固防止变形的车仓、车门、安全带系统、安全气囊系统等等。在这些介绍的基础上引入了被动安全系统的核心安全气囊诊断控制模块。安全气囊诊断控制模块是一个电子控制模块，它集成了采集车辆加速度信号加速度传感器单元，进行信号处理的相关电路以及一般电子控制模块都具备的单片机、存储器、电源等等。它的主要作用就是对车辆的行驶状态进行实时的采样和分析，当车辆发生碰撞事故的时候，它能够及时的探

3、测到，并且对碰撞的猛烈程度进行处理和算法分析，来判断是否需要打开安全气囊。如果需要，安全气囊电子控制模块将会控制打开安全气囊来保护车上乘员，并且记录相关数据。模块会在系统上电后周期性的对整个被动安全系统进行诊断，一旦发现错误或者故障，进行记录并且通过安全气囊警告指示灯来提示司机。本文对安全气囊电子诊断控制模块的开发从功能到组成进行了深入探讨,特别针对参与工作比较多的点火芯片电路诊断作了深入分析。结合了理论分析、实验分析，并附上了实验的相关数据和图表。文章还对非常重要的故障诊断原理、诊断代码的定义和管理进行了分析。最后，本文对安全气囊诊断控制模块未来的发展提出了作者本人的一些观点和想法。关键词：

4、关键词：主动安全系统，被动安全系统,一次碰撞,二次碰撞,安全气囊,电子控制单元,分布信号接口总线 ABSTRACT ABSTRACT This paper introduces vehicle passive safety system firstly.Many foreign government and auto-makers have paid high attention to vehicle safety system long years ago,and made its regulation or even law to regulate the new vehicle R&D,

5、and gives customer a guide to distinguish safe car and unsafe car.Vehicle safety system can be divided into 2 parts,one is active safety system and the other is passive safety system.Active safety system works before car crash,to something to prevent the crash or accident,while passive safety system

6、 works once after a car crash or accident,to eliminate or reduce the injury to the passengers in the car.Passive safety system comprises deformable and energy-absorbable car crash zone,reinforced passenger cabin and pillar,seatbelt system and airbag system.Airbag ECU(Electronic Control Unit)is the c

7、ore part of the passive safety system.It make the decision and command the seatbelt and airbag to deploy or not.The airbag ECU detect the vehicle movement and if a car crash or accident being detected,the ECU will do algorithm to see if the crash is severe enough to deploy the airbag or seatbelt.If

8、yes,the ECU will set ignition current to fire the airbag and seatbelt.The ECU is capable to do diagnostics of the whole safety system.When any error being detected,the EC will store the error code and illuminate the airbag warning LED to inform the driver about the fault.This article gives the analy

9、sis of the airbag ECU development.Relative test data and form have be included also to provide better understanding of the development.You can also find the diagnostics function and fault code management in this article.Firing strategy and algorithm is key to discriminate a crash.The last part of th

10、is dissertation provides personal point of view and assumption of what the safety electronics system could be or should be,what new feature should be developed into the airbag ECU in the future.KEY WORDS:KEY WORDS:Active Safety System,Passive Safety System,First Impact,Second Impact,Airbag,ECU,DSI 上

11、海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：李笑笑 日期：2007 年 09 月 20 日学位论文作者签名：李笑笑 日期：2007 年 09 月 20 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文

12、被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：李笑笑 指导教师签名：李翔 日期：2007 年 9 月 20 日 日期：2007 年 9 月 20 日（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：李笑笑 指导教师签名：李翔 日期：2007 年 9 月 20 日 日期：2007 年 9 月 20 日 1引言 引言 汽车安全问题在国外早已不是新课题.早在 1953 年

13、，美国工程师 Jorn W.Hertrick 就发明了世界上第一款 SRS(Supplement Restraint System)安全气囊控制系统。上世纪 80 年代，国外就将汽车安全系统作为车辆的标准配置。据调查，全球每年死于车祸中的人数约为 50 万，受伤人数超过 1000万。被动安全系统这一作为提高提车安全性的有效措施之一，在现代汽车上的装备率越来越高。同时，近些年来，随着人们对汽车认知程度的提高，以及政府部门对交通事故的重视和宣传，汽车本身的安全因素越来越成为人们评价一辆车好坏的重要因素。从而，汽车安全这一曾经被认为是只有汽车专业人士和汽车制造厂商才应该去关心的问题逐渐走向大众化。据

14、有关机构统计，在所有可能致命的车祸中，如果使用安全带，可以挽救45%的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到 60%。汽 车 安 全 被 分 为 主 动 安 全(Active Safety)和 被 动 安 全(Passive Safety).主动安全是指具有预见性的，可以察觉到你的汽车将要发生事故，或者说存在不安全的路况、车况、危险的驾驶方式等，主动采取辅助措施，来纠正或者减轻错误，避免事故的发生或者减轻事故的程度,从而做到“有惊无险”。例如 ABS 等。而所谓的被动安全，则是在车祸意外发生，车辆已经失控的状况之下，对于乘坐人员进行被动的保护作用，希望透过固定装置，让车室内的乘员，固定在

15、安全的位置，并利用结构上的导引与溃缩，尽量吸收撞击的力量，确保车室内乘员的安全，从而做到“车毁人不亡”、“车伤人不伤”。吸能式车身，安全带，安全气囊系统都属于车辆被动安全系统。随着国内汽车保有量的急速增长，车辆的安全问题也已经得到了国内汽车生产厂，车辆专家以及政府机构的高度重视。在越来越多人们的心中，安全系统配置的高低和好坏已经成为他们选购汽车的重要考虑因素。2第一章 绪论 11 汽车安全系统 汽车安全系统作为车辆中极其重要的、必要的功能系统，越来越得到国内外汽车开发公司、科研机构以及各国政府部门的高度重视。现在全球新开发的车辆中，100%都装配有安全带等被动安全系统。在发达国家中，100%的

16、汽车都配置了安全气囊系统。我们国家的本土汽车开发制造厂商，也都将安全气囊系统作为争取市场份额的一个卖点而大力投入开发。国内也出现了几家有能力自主开发和试验的被动安全系统集成公司。111 研究的现状和意义 据调查，全球每年死于车祸中的人数约为 50 万，受伤人数超过 1000 万。我国每年的道路交通事故情况更是不容乐观，见图 1-1，1997 年到 2006 年全国道路交通事故统计，图 1-2，1997 年到 2006 年全国道路交通事故死亡人数统计。事故事故0100,000200,000300,000400,000500,000600,000700,000800,000900,000Accid

17、ents 305,000 350,000 410,000617,000 760,003 773,137 667,507 567,753450,254 378,8811997199819992000200120022003200420052006 图 1-1 全国道路交通事故统计（19972006）Fig.1-1 Countrywide Traffic Accident Statistic(19972006)3死亡人数死亡人数020,00040,00060,00080,000100,000120,000Death Toll 78,00 82,00 90,00 94,00 106,0 109,3

18、104,3 99,21 98,73 89,441997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 图 1-2 全国道路交通事故死亡人数统计（19972006）Fig.1-2 Countrywide Traffic Accident Death Toll(19972006)汽车安全系统这一作为提高提车安全性的最直接有效措施，在现代汽车上的装备率越来越高。同时，近些年来，随着人们对汽车认知程度的提高，以及政府部门对交通事故的重视和宣传，汽车本身的安全因素越来越成为人们评价一辆车好坏的重要因素。从而，汽车安全这一曾经被认为是只有汽车专业人士和汽车制造厂

19、商才应该去关心的问题逐渐走向大众化。据有关机构统计，在所有可能致命的车祸中，如果使用安全带，可以挽救45%的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到 60%。根据发生作用的阶段和目的不同，汽车安全系统被划分为主动安全系统(Active Safety System)和被动安全系统(Passive Safety System)。112 主动安全系统 汽车安全系统被分为主动安全系统(Active Safety System)和被动安全系统(Passive Safety System).主动安全系统具有预见性，可以预先察觉到你的汽车将要发生事故，或者说存在不安全的路况、车况、危险的驾驶方式等，从而

20、主动采取辅助措施，例如转向纠正，动力分配等等，来纠正或者减轻错误，从而避免事故的发生或者降低事故发生时对成员或路人的伤亡程度。大名鼎鼎的 ABS 是大家最为熟悉的主动安全装置，它可以在车辆急速过弯，路面打滑等导致四轮抓地力不均匀的情况下保证车辆的前进方向，避免车辆侧滑,甩尾，打转等危险情况的发生。其他常见的还包括：EBD 电子刹车力分配，ASR 驱动防滑系统，ESP 电子稳定系统，等等。4全球汽车安全系统的领导者美国 TRW 公司最高端的一款产品，它可以自动控制车辆的行驶路线，主动将偏离行使车道的汽车回正，控制与前车的距离，以及探测到前方有人行横道，通知司机放慢车速，等等。由于主动安全系统在车

21、辆安全中极其重要的作用，各国对它研发投入的力度越来越大。特别是 ABS 已经成为绝大部分新产车型的标准配置。113 被动安全系统 而所谓的被动安全，则是在车祸意外发生，车辆已经失控的状况之下，对于乘坐人员进行被动的保护作用，希望透过固定装置，让车室内的乘员，固定在安全的位置，并利用结构上的导引与溃缩，尽量吸收撞击的力量，确保车室内乘员的安全。巧妙设计的吸能前车身，侧门防撞杆，安全带装置，安全气囊系统都是被动安全系统的关键要素。为了使驾驶员和乘员在车辆碰撞中竟可能少的受到伤害，汽车的前部要做到尽可能的溃缩吸能，而车舱要尽可能的坚固以保护车上人员。安全带的作用是当车辆发生碰撞的时候将乘员紧紧的锁在

22、座椅上，有效保护乘员安全。安全气囊系统，就是在一次碰撞之后和二次碰撞之前，在乘员和车身部件之间迅速展开一个气垫，同时通过调节气垫的排气，吸收撞击的能量，从而保护乘员。气囊和预张紧式安全带的打开是由 SRS ECU 来控制的。SRS ECU 可以探测车辆行驶的状况，并判断是否需要打开气囊和预张紧安全带，并送出指令。在汽车碰撞中，一次碰撞是指车辆之间或者车辆与障碍物之间发生的碰撞。二次碰撞是指车上前排成员与方向盘或仪表板之间以及后排乘员与前排座椅之间发生的碰撞。汽车被动安全系统要做的就是在第一次碰撞之后和第二次碰撞发生之前的短短十数毫秒内，采取措施来保护乘员的安全。同时，一个设计良好的吸能式车身可

23、以在一次碰撞后吸收大部分的能量，从而起到减少成员伤害的作用。安全车身的设计思想是，车身前部要尽可能多的溃缩来吸收碰撞时的能量，而车舱结构要尽可能的坚固，以保护成员安全。12 汽车安全系统研究的发展趋势 随着科技的不断进步，各种新型的材料，通讯技术，探测技术，不断涌现。以及电子产品集成度的提高。汽车安全系统将会集成度越来越高，越来越复杂。最直接的体现就是越来越多的传感器，越来越多的功能。5凭借着 GPS 全球定位导航系统，车辆主动转向系统，车辆周围环境探测系统，等等高科技，年后的汽车将可以自己行使。乘员只需要将目的地输入车载电脑中，接下来可以看报纸，喝咖啡来等着到达想去的地方。这样的话，车辆的安

24、全系统的要求，特别是可靠度的要求将会非常的高。传感器的增加，对高传输速率，高可靠度，低成本的数据总线的需求也就会随之增长。在经历了 LIN,K-Line,CAN 之后，具有更高能力表现的 FlexRay 等将会陆续被汽车厂商所使用。6第二章 汽车被动安全系统 21 安全车身结构 吸能式设计的车身结构是汽车被动安全的基础。国际上通用的吸能式车身设计的基本思想是，车身的前端要尽可能使溃缩来吸收车辆碰撞时的产生能量，而车舱部分要尽可能的坚固不变形，这样可以将碰撞时车内人员的受伤程度降到最低。因此，对车身的 A 柱、B 柱和 C 柱要进行加强。初步设计好的车身首先要通过计算机模拟来进行修改，然后要进行

25、计算机模拟的和实车的碰撞来确认和验证。22 安全气囊系统 安全气囊系统一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气体发生器(inflator)、气囊(bag)、续流器(clockspring)等组成，通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块(airbag module)。传感器采集汽车碰撞的实时加速度值，并将采集到的加速度原始信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号进行处理和模数转换，然后将处理完毕的数字信号进行算法计算和分析判断。当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火并产生大量气体给气囊充气。这个工作的时间根据不同的车型，不

26、同的车身结构，不同的市场和不同的国家法规是不一样的，都需要针对每款车型进行碰撞试验，采集数据进行计算，这个过程我们称之为对安全气囊系统的标定。图 2-1 气体发生器 Fig.2-1 Inflator 安全气囊最重要的指标是可靠性，误点火、漏点火和迟点火都是不能允许的。为了提高安全气囊系统的可靠性，防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏，系统中备有储能电容或电池，以保证即使掉电也能够打开气囊。为了检测传感器、电子电路、气体发生器，系统一般还有故障诊断模块，并设有信号灯予以显示。7 221 分类 按照点爆方式，安全气囊分为单极点爆气囊，双极点爆气囊，以及最先进的多级点爆气囊。按照所处的位置和保护的对

27、象不同可以分为，DAB（Driver Airbag）驾驶员气囊，PAB（Passenger Airbag）乘员气囊，SAB（Side Airbag）侧气囊，以及在高档车上才有的 CAB（Curtain Airbag）帘式气囊，TAB（Thorax Airbag）胸部气囊，KAB（Knee Airbag）膝部气囊，等等。如图 2-2、2-3、2-4 所示的为 Audi A6 车型上配备的驾驶员安全气囊、乘员安全气囊和侧面安全气囊。图 2-2 奥迪 A6的驾驶员气囊 Fig.2-2 Audi A6 DAB 图 2-3 奥迪 A6的前排乘员气囊 图 2-4 侧气囊 Fig.2-3 Audi A6 P

28、AB Fig.2-4 SAB 822.2 组成 基本上，安全气囊由气袋（Bag），气体发生器（Inflator），壳体（Cover）等主要部件组成。图为一款基本型的前排乘员安全气囊的组成。图 2-5 前排乘员气囊的组成 Fig-2-5 PAB Exploded Drawing 22.3 工作原理 安全气囊的工作原理简单的说，就是安全气囊控制模块在需要的情况下发送点爆电流到气体发生器，气体发生器工作产生大量 N2 氮气迅速充满气袋，同时通过气袋侧面的排气孔的向外排气来调节气袋的压力。23 安全气囊诊断控制模块 安全气囊要能正常准确的工作，必须得有相应电子模块的控制，这就要谈到安全气囊系统的核心安

29、全气囊电子诊断控制模块。安全气囊控制模块的作用是诊断和控制，主要有中央处理器，存储器，加速度传感器，安全传感器，点火芯片，通讯芯片，接口芯片，等主要部分组成。具体内容将在后面讨论。图 2-6 安全气囊控制模块 Fig.2-6 Airbag ECU 924 被动安全系统的评价 241 概述 汽车的安全问题从汽车诞生之日就随之产生了。为了提高汽车的安全性，世界各国先后制定和实施了了相应的法律和法规，对汽车碰撞安全性作出强制性要求。美国是最早开始机动车被动安全性研究的国家。1973年 8月 15日起美国决定在全部车辆上实施被动式乘员保护装置，推广使用安全带，并使其法律化。1976年 12月，美国运输

30、部长宣布对被动式乘员保护系统实行大规模、全国性示范计划，从1978 年秋天开始在 50多万辆车上装备安全气囊或者其他乘员保护装置。1977年 6月又公布了修正法案，根据这个决定，著名的 FMVSS208 法规最终得以确定下来。FMVSS法规有 NHTSA美国国家公路安全交通局颁布和执行。欧洲从 20世纪 60年代后期开始制定被动安全性法规，他们参照美国法规并根据自身特点加以修正，经过多年的研究、实施，如今也形成了比较完善的被动安全性法规体系。此体系出了侧面碰撞安全法规以外，其他各项与美国的法规无本质区别。欧洲经济委员会法规ECE和欧洲经济共同体指令 EEC 同样制定了针对欧洲市场的法规。中国在

31、 2003年，正式颁布了针对车辆正面碰撞时对乘员保护要求的国家标准 14166。2006年底，中国又颁布了针对车辆发生侧面碰撞时对乘员保护要求的国家标准 20071。242 国内外主要安全碰撞法规的比较分析 中国的法规颁布的时间比国外要晚二三十年，法规对乘员保护情况的定义也和国外有着不同的地方。针对车辆的正面碰撞，1967年 3月 1日颁布，后经修改的美国 FMVSS208法规规定的情况的车辆以 50千米每小时的速度正面装上一个固定的刚性的混凝土壁障；欧洲的 ECE-R94法规规定车辆以 56千米每小时的速度正面装上一个固定的刚性的混凝土壁障；中国的 GB11551 采用的是和北美一样的法规规

32、定的情况的车辆以 50千米每小时的速度正面装上一个固定的刚性的混凝土壁障。针对车辆的侧面碰撞，美国的 FMVSS-214 法规规定的实验条件是移动的可变形壁障以 54千米每小时的速度装上固定的车辆；中国的 GB-20071法规参照欧洲的ECE-R95执行的是可移动的可变形壁障以 54千米每小时的速度装上固定的车辆。但是通过仔细分析可以发现，北美 FMVSS-208 法规规定的移动壁障的质量是 1368千克，而中国和欧洲规定的移动壁障的质量是 950千克。撞击移动壁障质量上的这种差别，直接导致了撞击时产生能量的巨大差别。10 243 国内外主要 NCAP 的比较分析 法律法规是市场准入的最低标准

33、，是一辆汽车被准许在市场上销售的最低要求。针对市场的需求，各国都相继开发的自己更高标准的新车评价程序,国际上统称为 NCAP（New Car Assessment Program）。美国的 US-NCAP 是世界上最严格的新车评价程序，欧洲的 Euro-NCAP 是最著名的新车评价程序。中国在 2006年开始进行了自己的 C-NCAP中国新车评价程序。表 2-1 为中国的 NCAP和国外主要 NCAP的对比。正面 100%重叠刚性壁障碰撞试验 正面 40%重叠可变形壁障碰撞试验 可变形壁障侧面碰撞试验 假人布置 C-NCAP 50km/h 56km/h 50km/h 前排两个+后排 1个 美国

34、（NHTSA）56km/h 62km/h（27）前排两个 美国（IIHS）64km/h 51km/h 前排两个 J-NCAP 55km/h 64km/h 55km/h 前排两个 E-NCAP 64km/h 50km/h 前排两个 表 2-1 C-NCAP 和国外 NCAP 测试方法对比 Table.2-1 NCAP Comparision 11第三章 安全气囊电子控制模块的开发 3.1 工作原理 安全气囊控制模块 ECU的主要功能是控制和诊断，就是对安全气囊系统进行控制和诊断。当车辆发生一定角度的碰撞的时候，安全气囊控制模块会接受到来自减速度传感器的碰撞信号，通过对这些数据的运算，判断碰撞的强

35、度是否已经到达实现标定的门限值，进而来决定是否需要点爆安全气囊。如图 3-1 所示为安全气囊系统工作流程。图 3-1安全气囊系统工作流程 Fig.3-1 Airbag System Working Process 当汽车点火启动时，安全气囊 ECU会进行自检，并对整个安全气囊系统进行诊断。这个过程会持续秒钟，通过安全气囊故障指示灯的闪烁来提示诊断的进行。如果诊断结果是系统正常，安全气囊故障指示灯将会熄灭，如果系统检测出来有错误，根据错误的不同，指示灯会有不同的发亮反应。这就是启动诊断。在启动检测结束之后，安全气囊 ECU的诊断检测将会继续，每毫秒会对整个系统进行一次检测。任何发生的错误都会通过

36、指示灯的点亮来提示司机。3.2 硬件组成 一个基本的安全气囊控制诊断模块由中央处理单元 CPU，EEPROM，电源单元（Power Supply），能量储备单元（Energy Reserve），加速度感应单元（Accelerometer），点火单元（Firing Unit），通讯单元（Communication Interface），以及多种接口单元（Multiple Interface）等等组成。图 3-2 为该款Airbag ECU的基本组成：12 图 3-2 安全气囊 ECU 内部电路功能模块图 Fig.3-2 Airbag ECU Block Diagram 一个最基本的安全气囊电子诊

37、断控制模块，由微处理器、存储器、电源、加速度传感器、点火芯片、通信接口、能量存储单元等等组成。微处理器是任何电子控制模块的核心，涉及到的主要参数就是运算速度、时钟电路、程序存储器和数据存储器的大小、加法器的位数、A/D模数转换精度、I/O输入/输出端口、复位电路等等。下面对安全气囊 ECU的其他重要组成部分的开发一一作说明。3.2.1 加速度传感器单元 加速度传感器单元的工作就是采集实时的车辆加速度信号，并将信号送给电子控制模块的中央处理单元进行处理和分析判断。3.2.1.1 基本分析 MY08 该款 ECU的加速度传感器电路基于一块 Freescale 的 X-Y双方向的加速度传感器芯片，来

38、探测车辆行驶方向和与行驶垂直侧面方向的加速度信号。如图 3-3。简单的说，这块芯片的作用就是将物理世界的加速度信号转移到安全气囊电子控制模块中去。电子控制模块接收到加速度传感器送来的数据信号，经过算法计算 13来判断车辆碰撞事件的发生，以及碰撞的猛烈程度，从而决定是否点爆车内被动安全受控装置。这些受控装置可能包括了安全气囊（前排的、侧面的、膝部的、等等）、预张紧式安全带、警告信号、等等。Vss Vss Vss 图 3-3 Motorola 加速度传感器 SX322 Fig.3-3 Motorola Accelerometer SX322 PIN#针脚号 NAME 名称 DESCRIPTION

39、介绍 Interface 接口 PIN#针脚号 NAME 名称 DESCRIPTION 介绍 Interface 接口 1 VSS GND 接地 GND 接地 2 VSS GND 接地 GND 接地 3 VSS GND 接地 GND 接地 4 ST Self-test 自检 from uP digital port(enable)从微处理器数字口（使能）5 VOUT Acceleration output signal 加速度输出信号 to A/D(micro input)接到微处理器模拟数字转换端口 6 STATUS Status 状态 to uP input port;monitor se

40、nsor status 接到微处理器输入端口，监视传感器状态 7 VSS GND 接地 GND 接地 8 VDD Power 供电 Vcc;5V+/-5%9 R/W Read/Write for factory programming 工厂烧制程序的读Unconnected 没有使用 14取和写入 10 LOAD 载入 Load data for factory programming 工厂烧入程序时载入数据 Unconnected 没有使用 11 VPP High programming voltage pin for factory programming 工厂烧入程序的高电压输入 Unc

41、onnected 没有使用 12 DATA Used to shift data into device for factory programming 工厂烧入程序时将数据移入器件 Unconnected 没有使用 13 CLK CLK signal used for factory programming 工厂烧入程序时用的时钟信号 Unconnected 没有使用 14 N/C No connect 没有使用 No connect 没有使用 15 N/C No connect 没有使用 No connect 没有使用 16 N/C No connect 没有使用 No connect 没

42、有使用 表 3-1 SX322 针脚定义 Table.3-1 SX322 Pin Definition 该传感器将加速度转换成模拟电压信号输出，X-axis的正常工作范围为 100G。g 加速度的正常输出为.V直流。OutputSensing ElementLow Pass FilterAmplifier 2AccelerationAmplifier 1 图 3-4 Motorola SX322 加速度信号采集结构图 Fig.3-4 Motorola SX322 Acc.Signal Collecting Structure 该芯片工作有四种测试，分为验证测试 Prove out test 和

43、持续测试 Continuous test 两大类。验证测试（Prove out tests），此验证试验分为两部分：Bias测试和自检。Bias测试是计算和验证芯片的输出都在正常的范围之内。自检是验证芯片的灵敏度是不是在正常的范围之内。15持续测试 Continuous test 包括 Acc.Rail测试和状态测试两部分。Acc.Rail 测试是来判断加速度输出有没有被短接到地或者电源。状态测试是来检测芯片是否存在内部或者外部的错误，例如电压过低，时钟频率错误，等等。Prove out 验证测试的周期是毫秒。而 Continuous test 会在车辆启动后的状态下，不断的持续进行。3.2.

44、1.2 实验分析 图 3-5 加速度传感器电路图 Fig.3-5 Accelerometer Circuit Diagram 在实验室中，我们可以使用 Lecroy WaveRunner 6030A示波器捕捉芯片的输入和输出来判断功能的正常与否。模块上电之后首先要进行的是自检过程，通常的自检信号是一个 5V、6毫秒的信号。在上电之后，从 Status 输出变低后 3秒钟的时候，我们可以通过 ST和Status 脚观察到这个信号。如图 3-6。16 图 3-6 SX322 芯片在模块上电初期的重要波形（正常和局部放大视图）Fig.3-6 SX322 Waveform At Power On(No

45、rmal and Zoon View)为了验证 SX322以及整个加速度传感器电路的功能好坏，通常我们会人为的给模块模拟输入一个物理碰撞信号，以此来观察电路各个测试点的波形。例如，将气囊电子控制模块放在一个水平的平台上，用一个橡皮锤子捶击模块。3 s6 毫秒 Selftest的 6毫秒，加速度信号输出电压值会变化，从通常的 2.5V 上升到 3.1V。17 图 3-7 加速度电路在模拟碰撞时的重要波形 Fig.3-7 Accelerometer Output Waveform At Crash Simulation 图 3-7 中的 XOUT1 为主加速度传感器的碰撞输出波形，XOUT2 为安

46、全传感器的碰撞波形。图中可以两个输出波形是反的，这是因为在 PCB板上两块芯片是相对放置的，芯片 1的加速度正极（+X）就是芯片 2的加速度负极（-X）。同样的，芯片 1的加速度负极（-X）就是芯片 2的加速度正极（+X）。YOUT1 和YOUT2 是 Y方向也就是汽车侧面方向的加速度输出，由于该款车型没有配备侧面的帘式安全气囊，所以干输出为 0是正确的。该模拟碰撞信息可以通过 WIN_PTM 软件从模块的 EEPROM 中读出，如图3-8。WIN_PTM 软件可以通过读取安全气囊诊断控制模块 EEPROM 中的数据，从而取得 ECU的状态，ECU系统的状态，以及 ECU 或者系统各个节点是否

47、存在错误，是什么样的错误，被动安全系统中的安全气囊，预张紧式安全带是否已经点爆，等等信息。图 3-8 模拟碰撞的系统数据 Fig.3-8 PTM System Data Record at Crash Simulation 18通过 WIN_PTM 系统数据窗口在 X方向上产生的加速度信号值为。这个近制的数值到底代表的是什么意思，具体的加速度数值是多少呢？这就是模数转换的问题了。加速度电路输出的加速度是电压模拟信号，该信号被送入单片机的 A/D模块进行 A/D转换。MY08 上使用的是 10Bit A/D转换器，然而实际被算法使用的为8bit。8bit A/D converter 分辨率为 2

48、8=256。所以 A/D converter 的测量值从 00h到FFh。我们知道加速度模拟输出电压信号的范围是 0v5v。从而有以下的计算公式：VpntsVbitsVDD0195.025658=。Hex 的 1个基量代表了 0.0195v。80h =128 0.0195=2.496 V 01h =1 0.0195=0.0195 V=0 82h =130 0.0195=2.535 V 由于 SX322 在 0g加速度时候的模拟电压输出值为 2.5V,所以 80h就等于2.5+2.496=4.996V。同时 SX322 的量程为 100g,从而有 （100g/5v）4.4996v=89.992g

49、。此次碰撞在 x轴方向产生的加速度值为 89.992g。3.2.2 点火单元 安全气囊由气体发生器和气袋组成，而气体发生器由非常重要的 SQUIB引爆器和气体发生仓构成。安全气囊的基本点火原理是，当安全气囊电子控制模块判断需要引爆气囊，通过点火芯片发出引爆电流到 SQUIB 引爆器。SQUIB引爆器接通电流后迅速产生高温来引爆气体发生仓中的“火药”，从而急速产生大量气体打开并充满气袋，保护乘员。通常使用的“火药”是叠氮化钠 NaN3，叠氮化钠高温反应可以产生大量的氮气 N2。通常 100克叠氮化钠在一个大气压下反应，可以产生 56公升的氮气。MY08 点火单元电路采用了是摩托罗拉的 SC900

50、607EKR2点火芯片。这块四通道的点火驱动芯片，是用来对汽车安全气囊 SQUIB进行诊断和点爆的接口芯片。如图 3-9。19 VFIRE_RTNVFIRE_2BCLKCSBFEN_1SQB_HI_2BVFIRE_2AVDIAG_2SQB_HI_2ATopView32 SOIC-WB123456789101112232221282726252432313029DODISQB_LO_2BFEN_2SQB_LO_2A13142019SENSE_1ASENSE_1B15161817SENSE_2BSENSE_2ASQB_HI_1AVDIAG_1VFIRE_1ASQB_HI_1BRESETBRLIMI