安全氣囊在汽車輔助約束系統(tǒng)（SRS）中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。目前，乘用車安裝安全氣囊已經(jīng)成為一種標準。大家都知道在汽車產(chǎn)生碰撞時，安全氣囊和安全帶可降低車內(nèi)人員頭部和上身撞擊車內(nèi)元件的機率。它們還可透過使撞擊力更均勻地分佈來降低人員受傷的風險。但是現(xiàn)在，許多人已經(jīng)認識到能給人帶來安全的輔助約束系統(tǒng)也有可能會危及車內(nèi)人員的生命安全。因此，在開發(fā)安全系統(tǒng)時，必須全面考慮系統(tǒng)的各種特性，以確保達到所需的安全水準。為了解決這方面的問題，英飛凌開發(fā)出了具有豐富特性的氣囊觸發(fā)晶片，可幫助系統(tǒng)實現(xiàn)自動故障防護功能。
亞洲的汽車安全氣囊系統(tǒng)市場預(yù)計將繼續(xù)成長，這主要得益于中國市場的成長。未來五年，該市場的增幅將達到25%。此外，韓國出口歐美的汽車裝備了越來越多的安全氣囊，這主要是因為歐美地區(qū)實施的新安全法規(guī)。目前，韓國的乘用車已經(jīng)100%裝配正面安全氣囊，頭部安全氣囊的增幅預(yù)計到2013年將達到44%。中國市場目前的正面安全氣囊安裝率只有62%，因此我們預(yù)計該領(lǐng)域?qū)瓉硌杆俪砷L。另外，隨著中國車輛出口的不斷成長，安全問題也越來越受到關(guān)注，因此我們預(yù)計今后四年，側(cè)面和頭部安全氣囊也將不斷成長。
目前，隨著歐美新法規(guī)的實施，安全氣囊系統(tǒng)預(yù)計將變得更加完善。塬始設(shè)備製造商將面臨著價格壓力，需要應(yīng)對平衡成本、創(chuàng)新與可靠性的挑戰(zhàn)。相關(guān)研究顯示，目前平均售價為105美元的正面安全氣囊預(yù)計4年之后成本將降低15%。業(yè)界認為可靠應(yīng)用是汽車安全氣囊系統(tǒng)最重要的問題，因此，本文將探討在較差的執(zhí)行條件下（例如泄漏和低壓）如何平衡安全要素和系統(tǒng)成本。
近30年來，歐洲路面的車輛增加了叁倍，但道路卻只增加了二倍。隨著交通量的日益增大，現(xiàn)代汽車呈現(xiàn)出為駕駛員和乘客提供越來越高的安全性和舒適性的態(tài)勢。
在提高汽車安全性和舒適性方面，電子技術(shù)與其他化學(xué)技術(shù)和機械技術(shù)發(fā)揮了重要作用。如今GPS系統(tǒng)、自動鏡、自動燈、電動座椅、電子噴射裝置和其他上百個功能都成為汽車不可或缺的一部份。但除了舒適性以外，用戶還希望為自己和家人購買具備更高安全性的汽車。
因此，安全系統(tǒng)開始發(fā)揮作用。目前，汽車提供諸如ABS、ESC、ASR、安全氣囊、行人保護等主動與被動安全系統(tǒng)。今后，由于道路還遠不能達到百分之百安全，因此該市場可望持續(xù)成長。
塬來的安全系統(tǒng)採用分離式組件提供所需功能，但近些年來，所有系統(tǒng)都採用了整合方式。目前多數(shù)RCU（安全防護控制單元）都是由MCU（主控單元）、通訊介面、電源、感測器介面和燃爆電路構(gòu)成。本文涵蓋RCU的燃爆電路部份。下文將探討安全氣囊系統(tǒng)的安全性和應(yīng)用IC的相關(guān)安全特性。
ECU簡圖。" height="288" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/05/24/69b23e89-2246-4333-b648-d74a52e85d13.jpg" width="507" />
圖1：安全氣囊的ECU簡圖。
氣囊安全性
開發(fā)安全系統(tǒng)時必須全面考慮系統(tǒng)的各種特性，以確保達到所需的安全水準。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，安全氣囊控制器必須具備兩個安全特性：1. 在事故條件下的觸發(fā)；2. 防止意外觸發(fā)。
上述兩種特性都必須遵照相關(guān)標準（即IEC 61508）的具體要求，確保達到相應(yīng)的安全水準。
安全系統(tǒng)的相關(guān)安全標準提出了‘自動防故障’理念。當安全系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其設(shè)計應(yīng)該確保故障不會損壞相鄰的系統(tǒng)或?qū)θ藛T造成傷害。
乍看之下，有人可能會覺得第一個特性比第二個特性更重要。然而，事實并非如此。當安全系統(tǒng)檢測到意外事故時，如果因為某種故障無法完成氣囊的觸發(fā)，就會造成人員傷亡，儘管如此絕大多數(shù)車主仍希望永遠無需觸發(fā)安全氣囊。另一方面，在RCU安裝到汽車上之后，從汽車測試期到使用週期結(jié)束，隨時都可能產(chǎn)生安全氣囊意外觸發(fā)。如果出現(xiàn)這種情況會對相關(guān)人員造成傷害（工廠工人、汽車駕駛員或修車廠技工）。
整體而言，應(yīng)盡可能確保在產(chǎn)生意外事故時實現(xiàn)安全氣囊的正確觸發(fā)，同時也必須努力防止安全氣囊的意外觸發(fā)。
為了使大家能夠更好地瞭解安全氣囊系統(tǒng)以及如何實現(xiàn)故障防護功能，有必要介紹一下整個系統(tǒng)的執(zhí)行塬理（參見圖2）。
通常情況下，汽車衛(wèi)星感測器介面獲取外部感測器（加速度或壓力感測器）發(fā)送的數(shù)據(jù)并對其進行分析。這些感測器依據(jù)功能或所屬類型（前端碰撞加速度感測器、側(cè)面碰撞壓力感測器或側(cè)面碰撞加速度感測器）的不同而分佈于汽車的前端、車門內(nèi)或B柱上。如果出現(xiàn)碰撞事故，感測器承受的絕對加速度或壓力就會大幅提高，使主微控制器得知產(chǎn)生了碰撞事故。這時主微控制器必須依據(jù)該感測器的數(shù)據(jù)、板載感測器的數(shù)據(jù)、座椅的位置和其他參數(shù)，決定是否觸發(fā)安全氣囊。
如果決定觸發(fā)安全氣囊，主微控制器就會向燃爆介面發(fā)送指令。與此同時，備用系統(tǒng)（通常為備用8位元微控制器）也必須依據(jù)更基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)（即僅板載感測器數(shù)據(jù)）做出決定，讓指定硬體線路允許燃爆IC觸發(fā)氣囊。
觸發(fā)是使電流流過燃爆管（通常在1.2A至1.75A之間）實現(xiàn)的。燃爆管在此作為電阻僅為幾歐姆的電阻器，因此要想節(jié)省能量必須控制電流。如果電流流經(jīng)燃爆管達到一定時間（通常0.5ms至2ms），安全氣囊就將完成觸發(fā)。
從產(chǎn)生感測器資訊、發(fā)送感測器資訊、分析所有參數(shù)、做出決策、將決策傳輸至觸發(fā)IC到最終確保電流僅在需要時通過燃爆管，在這整個流程中必須確保有可靠的自動防故障性能。
下文將針對觸發(fā)氣囊流程的最后兩步展開分析。
觸發(fā)IC的安全特性
英飛凌現(xiàn)有的觸發(fā)IC具備多種可確保自動防故障功能的特性。其中包括：
1. CrosSave
2. 泄漏檢測
3. 啟動軟硬體進行觸發(fā)
4. 電阻測量
5. 開關(guān)測試
6. 高側(cè)供電（HSS）診斷
7. 板載電壓測量
上述特性中，前叁種專用于防止意外觸發(fā)，剩下的用于確保在需要時完成觸發(fā)。下文將論述所有這些特性。
CrosSave
為了在可能出現(xiàn)的‘生產(chǎn)故障’（缺陷晶片、ESD損壞等）條件下，實現(xiàn)自動防故障功能，安全氣囊系統(tǒng)需要具備冗余或多樣化特性。每個燃爆管配備兩個開關(guān)（參見圖2）。這兩個開關(guān)確保電流只有在規(guī)定的條件下流入燃爆管。
圖2：氣囊驅(qū)動晶片的簡化結(jié)構(gòu)圖。
這種特性可透過叁種方式實現(xiàn)：採用單片IC整合高側(cè)（HS）和低側(cè)（LS）開關(guān)；採用兩個相同的IC，但透過PCB設(shè)計使高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)分離（交叉耦合）；或者採用兩種不同的技術(shù)，將兩個不同的晶片整合至一個封裝內(nèi)（CrosSaveTM）。
採用單片IC時，如果晶片產(chǎn)生故障，就會帶來危險。因為兩個開關(guān)都整合在一個晶片上，因而無法實現(xiàn)自動防故障功能。
第二和第叁種方式分離了兩個開關(guān)，一旦出現(xiàn)故障，只是一個開關(guān)會受損，仍能實現(xiàn)自動防故障功能。哪種方式更加安全則需要進一步探討。
CrosSave（參見圖3）具備單一封裝優(yōu)勢，與其他解決方案相較，節(jié)省了板卡空間，降低了設(shè)計難度，同時始終確保了系統(tǒng)的自動防故障功能。
圖3：CrosSave的分離式晶片概念。
一方面，交叉耦合採用冗余性實現(xiàn)自動防故障功能。冗余系統(tǒng)對于共因故障（CCF）的保護較差。另一方面，CrosSave採用多樣性策略，對于CCF保護較佳，但有較高的耦合係數(shù)。
總之，這兩種解決方案與單片系統(tǒng)相較，能夠提供更加安全的性能。
泄漏檢測
為了確保只在規(guī)定條件下產(chǎn)生燃爆，必須進行泄漏檢查。泄漏測量可防止打開一個開關(guān)進行測試時（參見4.5節(jié)）產(chǎn)生燃爆情況。由于燃爆管通常位于汽車的前端或側(cè)部，而RCU位于中控臺下，因此需要較長的線束，這很有可能成為泄漏源。
泄漏通常在燃爆管的饋入路徑和返迴路徑進行測試，并在這些位置和接地端及電池端存在泄漏時實現(xiàn)檢測。
啟動軟硬體進行觸發(fā)
防止意外觸發(fā)的特性要求獲得多個外部軟體指令以及多條硬體線路必須處于預(yù)定義狀態(tài)，方可進行觸發(fā)。
MCU必須採用兩個不同的SPI指令獨立打開兩個開關(guān)（高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)）。因此，即使出現(xiàn)通訊故障和SPI指令被錯譯為燃爆指令，仍然需要獲得第二個指令，才能成功燃爆。
對于英飛凌的TLE77xx燃爆系列IC而言，利用以前的額外指令UNLOCK即可進行燃爆。否則，開關(guān)將被打開，電流限值將設(shè)定為約40mA（診斷電流限值），這不足以點燃燃爆管。
如上文所述，硬體線路也必須達到預(yù)定義的電壓，才能進行燃爆。不同廠商的產(chǎn)品的這種特性有所不同。TLE77xx燃爆IC系列具備四條硬體線路：HSENQ、LSEN、FLENH和FLENL。通常前兩條與MCU連接，另外兩條與備用安全引擎（即8位元微控制器）連接。
HSENQ和LSEN即使在診斷電流限值條件下執(zhí)行，也能打開高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。這些線路必須與MCU連接，目的是進行下文所述的開關(guān)測試。
另一方面，F(xiàn)LENH和FLENL也能促使燃爆電流（1.2A.。.1.75A）流經(jīng)高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)。因此，只有MCU和安全引擎一致認為產(chǎn)生碰撞事故時，才能從儲能器中獲得燃爆電流觸發(fā)安全氣囊。
電阻測量
燃爆管在整個使用週期內(nèi)可能會產(chǎn)生老化，導(dǎo)致在產(chǎn)生碰撞事故條件下無法完成觸發(fā)，因此需要定期測量電阻，確保燃爆管處于正常的工作狀態(tài)。如果電阻值超出安全範圍，燃爆管關(guān)閉，警報燈點亮，向司機發(fā)出警報，直至汽車修理完畢。電阻是利用小電流（診斷電流）進行測量的。
通常利用燃爆IC的類比輸出埠獲得電阻值。
開關(guān)測試
當然，為了確保正確完成觸發(fā)，燃爆IC必須對開關(guān)進行自檢。這些開關(guān)能夠防止意外觸發(fā)（可能產(chǎn)生），但另一方面，當產(chǎn)生碰撞事故時需要同時啟動這兩個開關(guān)（高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)）才能完成觸發(fā)。如果其中一個產(chǎn)生故障，RCU就無法執(zhí)行其中的一種功能。
開關(guān)測試方法與泄漏測量類似。由于打開高側(cè)開關(guān)會出現(xiàn)流向電池的泄漏電流，打開低側(cè)開關(guān)會出現(xiàn)流向接地線的泄漏電流，因此，應(yīng)先進行泄漏測量，然后再打開其中一個開關(guān)。
按照4.3節(jié)所述作業(yè)，不僅需要軟體指令，而且需要從MCU側(cè)將硬體輸入線路設(shè)為合適的值。
高側(cè)供電測試（HSS）
對于採用高側(cè)開關(guān)的系統(tǒng)，通常需要產(chǎn)生高壓以驅(qū)動MOSFET閘極。TLE77xx燃爆IC系列的高壓由儲能器提供，如果儲能器的電壓過低，高壓就由外部電容（高側(cè)供電電容CHSS）提供。
這些IC能夠監(jiān)控外部電容的狀態(tài)，防止在必要時因電容故障無法完成觸發(fā)。
要完成該測試需要利用TLE77xx燃爆IC系列的電流源從高側(cè)供電電容獲得電流。由于該電流是恆定的，只需在固定的間隔時間內(nèi)兩次測量電壓，即可得出電容值。因此當電容過度老化時，需要向駕駛員發(fā)出警報，提醒更換電容。
板載電壓測量
最后，IC通常還具備測量電路板上所有電壓的特性。低壓預(yù)示著出現(xiàn)故障（MCU和其他IC無法正常執(zhí)行，無法完成觸發(fā)等）。為了避免出現(xiàn)這些故障，RCU採用的多數(shù)觸發(fā)IC都能測量外部電壓，包括VCC5、VBOOST和VBAT，甚至能夠測量IC的內(nèi)部電壓，檢測可能存在的故障。
測量結(jié)果通常利用IC類比埠和MCU類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器進行輸出。
本文小結(jié)
本文探討了安全氣囊系統(tǒng)的相關(guān)安全問題。透過介紹安全系統(tǒng)在故障條件下如何避免造成人員傷亡來說明系統(tǒng)的安全特性。所有這些特性都會使安全氣囊系統(tǒng)變得更加安全，同時保護車內(nèi)人員在車禍中免受致命傷害。