專利名稱：單點三向安全氣袋控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車安全控制技術(shù)范圍，特別涉及一種單點三向安全氣袋控制器。
背景技術(shù)：
氣袋是汽車安全設(shè)施之一，氣袋控制系統(tǒng)是保證汽車安全的關(guān)鍵技術(shù)。汽車的碰撞形式是多種多樣的，其碰撞強度、減速度波形、車體變形等都不一樣，但都要求氣袋系統(tǒng)能準確地判斷出強度，并能準確控制氣袋點爆。氣袋的點爆車速與各個國家的事故形式有關(guān)。通常根據(jù)大量的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，總結(jié)出在不同車速的碰撞事故對乘員造成的傷害程度，據(jù)此確定何種車速需啟動氣袋對乘員進行保護。對使用安全帶的“面袋”來說，一般規(guī)定20km/h以下正面撞墻時，氣袋不點爆；30km/h以上正面撞墻時，氣袋一定點爆；20～30km/h之間為點火的模糊區(qū)，氣袋可點爆也可不點爆。對不使用安全帶的氣袋，一般是12.8km/h(8mph)正面撞墻時氣袋不爆，20.9km/h(13mph)正面撞墻時氣袋要點爆。如果高速碰撞時氣袋沒有點爆(漏點火)，會造成乘員的嚴重傷害，是絕對不允許的。并且點火時刻要準確，以司機側(cè)氣袋為例。氣袋點爆后，氣體發(fā)生器的充氣時間約是30毫秒。最佳情況是氣袋剛剛充滿氣體時，人的頭部即與氣袋接觸，這樣保護作用最好。如果人頭部接觸到氣袋時，氣袋尚未充氣完畢(遲點火)，則氣袋不僅不能起到緩沖吸能作用，巨大的爆炸力反而會將人打傷。如果氣袋充氣完畢后很長時間人的頭部才與氣袋接觸(早點火)，由于氣袋節(jié)流小孔的排氣作用，氣袋中沒有足夠的氣體壓力，也會影響對人的保護作用。
氣袋系統(tǒng)是一次性使用的安全防護系統(tǒng)，若意外點爆，不但會造成經(jīng)濟損失，可能會引發(fā)不必要的事故。因此必須具有高的抗干擾能力如抗粗糙路面、汽車在雨中工作、汽車在高溫氣候中行駛、汽車在寒冷的地區(qū)使用、汽車在高海拔的地區(qū)使用、汽車在強電磁干擾環(huán)境中等都可能引起氣袋系統(tǒng)的失效。另外，某些時候汽車上的電瓶電壓可能偏低；在發(fā)生碰撞時，可能在碰撞的最初時刻即將電瓶破壞，使氣袋系統(tǒng)失去電源或氣袋控制單元在上電時等不穩(wěn)定狀態(tài)，會誤點爆氣袋。因此氣袋系統(tǒng)必須能識別出此種狀況，才能具備抗干擾能力強、高可靠與穩(wěn)定性的工作，避免意外事故的發(fā)生。在我國，由于各種車的尺寸不同，我國人的平均身高、上身的長度與外國人也不相同，因此對此項準則要通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和試驗測試進行確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種單點三向安全氣袋控制器，所述氣袋控制器包括一個控制系統(tǒng)和一個程控軟件組成；其特征在于所述控制系統(tǒng)由電源及其監(jiān)測電路、單片機、加速度傳感器、點火及其檢測電路、氣袋檢查電路及與外界聯(lián)系的指示燈和通訊接口組成，所述單片機是氣袋控制單元的核心部件，它對加速度傳感器測得的加速度信號進行分析處理，識別出碰撞還是外界干擾信號，輸出點火脈沖；另外它還要完成對系統(tǒng)檢測、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)通訊、故障顯示進行管理。所述加速度傳感器是為了研究氣袋控制算法和車身加速度特點，盡量減少三個方向加速度軸的軸線誤差，在系統(tǒng)電路板三個方向上安裝了加速度傳感器。
所述程控軟件的程序可分為主程序、采集中斷程序、通訊中斷程序和命令處理子程序；由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號進行分析處理后執(zhí)行。所述主程序有兩種工作模式，一種是擴展模式，兩個模塊同時工作；另一種是單片模式，氣袋控制模塊獨立工作；兩種模式的程序類似，只是存儲器的映射和采集程序不同；以下主要介紹擴展模式下的程序結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)初始化、工作模式判別、算法參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)自檢、故障代碼設(shè)置和指示燈輸出；在初始化階段，首先完成A/D電壓啟動、系統(tǒng)寄存器設(shè)置，為系統(tǒng)自檢做好準備，在完成初始化后，主程序進入等待中斷的狀態(tài)，同時循環(huán)查詢點火完成狀態(tài)位和數(shù)據(jù)記錄完成狀態(tài)位；在多功能氣袋控制系統(tǒng)中，使用了兩個中斷源，一個是輸出比較定時中斷OC1，用于采集汽車的加速度、速度和其它信號，進行處理和判斷，對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，對加速度的信號根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進行點火參數(shù)計算，一旦點火參數(shù)達到設(shè)定值，立即發(fā)出點火信號；該中斷每隔一個采樣周期產(chǎn)生一次，完成一個數(shù)據(jù)點的采集。另一個中斷是串行通訊中斷SCI，完成與上位機的通訊工作。
本發(fā)明的有益效果在汽車的多種多樣的碰撞形式中由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號按程控軟件的程序進行分析處理，準確識別出碰撞還是外界干擾信號，輸出點火脈沖，并能準確控制氣袋點爆。對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，提醒駕駛員注意安全。


圖1為單點三向氣袋控制器硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為主程序流程1。
圖3為主程序流程2。
圖4為OC1中斷流程1。
圖5為OC1中斷流程2。
圖6為SCI通訊子程序流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明為一種單點三向安全氣袋控制器，包括一個控制系統(tǒng)和一個程控軟件組成。所述控制系統(tǒng)由電源及其監(jiān)測電路、單片機、加速度傳感器、點火及其檢測電路、氣袋檢查電路及與外界聯(lián)系的指示燈和通訊接口組成(如圖1所示)。其單片機是氣袋控制單元的核心部件，為此選擇MOTOROLA公司的MC68HC711E9單片機，它更具有以下類型的存儲器·12K字節(jié)可擦除/可編程ROM(EPROM)或者一次性編程ROM(OTPROM)·512字節(jié)電可擦除/可編程ROM(EEPROM)且具有對外保密功能·512字節(jié)RAM這樣，就可以完全不使用外擴存儲器而滿足性能要求。此外，它還具有足夠數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換、串行通訊口、定時功能和足夠快的運算速度。比較原系統(tǒng)，避免了原ECU中大量的外擴存儲器及其相關(guān)的地址譯碼、鎖存等電路，大大減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度、提高了系統(tǒng)的可靠性、減小了耗電量，滿足了產(chǎn)品化的要求。
在單點三向安全氣袋控制器中，它對加速度傳感器測得的加速度信號按程控軟件的程序進行分析處理，識別出碰撞還是外界干擾信號，輸出點火脈沖；另外它還要完成對系統(tǒng)檢測、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)通訊、故障顯示進行管理。所述加速度傳感器是為了研究氣袋控制算法和車身加速度特點，盡量減少三個方向加速度軸的軸線誤差，在系統(tǒng)電路板三個方向上安裝了加速度傳感器。
所述程控軟件的程序可分為主程序、采集中斷程序、通訊中斷程序和命令處理子程序(如圖2-圖6所示)；由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號進行分析處理后執(zhí)行。所述主程序有兩種工作模式，一種是擴展模式，兩個模塊同時工作；另一種是單片模式，氣袋控制模塊獨立工作。兩種模式的程序類似，只是存儲器的映射和采集程序不同。以下主要介紹擴展模式下的程序結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)初始化、工作模式判別、算法參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)自檢、故障代碼設(shè)置、指示燈輸出等工作。在初始化階段，首先完成A/D電壓啟動、系統(tǒng)寄存器設(shè)置，為系統(tǒng)自檢做好準備，在完成初始化后，主程序進入等待中斷的狀態(tài)，同時循環(huán)查詢點火完成狀態(tài)位和數(shù)據(jù)記錄完成狀態(tài)位。在多功能氣袋控制系統(tǒng)中，使用了兩個中斷源。一個是輸出比較定時中斷OC1，用于采集汽車的加速度、速度和其它信號，進行處理和判斷。對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，對加速度的信號根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進行點火參數(shù)計算。一旦點火參數(shù)達到設(shè)定值，立即發(fā)出點火信號。該中斷每隔一個采樣周期產(chǎn)生一次，完成一個數(shù)據(jù)點的采集。另一個中斷是串行通訊中斷SCI，完成與上位機的通訊工作。
圖2、圖3所示為主程序的兩種工作模式，一種是擴展模式，兩個模塊同時工作；另一種是單片模式，氣袋控制模塊獨立工作。兩種模式的程序類似，只是存儲器的映射和采集程序不同。以下主要介紹擴展模式下的程序結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)初始化、工作模式判別、算法參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)自檢、故障代碼設(shè)置、指示燈輸出等工作。在初始化階段，首先完成A/D電壓啟動、系統(tǒng)寄存器設(shè)置，為系統(tǒng)自檢做好準備。系統(tǒng)自檢包括傳感器自檢、點火電壓自檢、氣袋自檢、EEPROM自檢。自檢的結(jié)果保存在故障位中。之后初始化用作控制字節(jié)的RAM區(qū)間。系統(tǒng)還要讀入工作狀態(tài)設(shè)置的DIP開關(guān)量，判斷是否需要寫保護NVRAM，選擇點火算法并設(shè)置參數(shù)。在完成初始化后，主程序進入等待中斷的狀態(tài)，同時循環(huán)查詢點火完成狀態(tài)位和數(shù)據(jù)記錄完成狀態(tài)位。系統(tǒng)不斷查詢點火和記錄狀態(tài)位，如果檢測到點火完成則中止采集信號，防止數(shù)據(jù)被覆蓋。
圖5所示為在多功能氣袋控制系統(tǒng)中使用的輸出比較定時中斷OC1程序流程，用于采集汽車的加速度、速度和其它信號，進行處理和判斷。對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，對加速度的信號根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進行點火參數(shù)計算。一旦點火參數(shù)達到設(shè)定值，立即發(fā)出點火信號。該中斷每隔一個采樣周期產(chǎn)生一次，完成一個數(shù)據(jù)點的采集。OC1中斷每隔一定時間(通常為1ms)產(chǎn)生一次，程序開始首先啟動A/D中斷，采集各個模擬輸入數(shù)據(jù)。然后采集開關(guān)量通道如車速、剎車踏板位置等等。數(shù)據(jù)首先存于臨時存儲緩沖區(qū)，如果加速度值沒有達到記錄的閾值，數(shù)據(jù)會被循環(huán)覆蓋；反之，發(fā)出點火信號或者將數(shù)據(jù)記錄控制位置位。之后，所有的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)入NVRAM和EEPROM。程序的點火部分采用了反饋點火方式，在發(fā)火之后同時采集點火信號，判斷點火電壓，如不滿足要求，則重新發(fā)火，從程序上避免了漏點火的問題。
圖6所示是串行通訊中斷SCI中斷程序，完成與上位機的通訊工作。多功能氣袋控制系統(tǒng)采用標準SCI串行通訊接口和上位機通訊，程序調(diào)用使用中斷方式。主程序開始時將SCI中斷設(shè)為最高優(yōu)先級，每當串行口上收到外來的電平信號，就進入中斷程序。
通訊程序的主要功能是1)清除EEPROM中數(shù)據(jù)；2)傳輸采集到的車輛信息、碰撞信號、系統(tǒng)故障代碼。
3)接收系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置、點火算法參數(shù)設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種單點三向安全氣袋控制器，所述氣袋控制器包括一個控制系統(tǒng)和一個程控軟件組成；其特征在于所述控制系統(tǒng)由電源及其監(jiān)測電路、單片機、加速度傳感器、點火及其檢測電路、氣袋檢查電路及與外界聯(lián)系的指示燈和通訊接口組成；所述單片機是氣袋控制單元的核心部件，它對加速度傳感器測得的加速度信號進行分析處理，識別出碰撞還是外界干擾信號，輸出點火脈沖；另外它還要完成對系統(tǒng)檢測、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)通訊、故障顯示進行管理；所述加速度傳感器是為了研究氣袋控制算法和車身加速度特點，盡量減少三個方向加速度軸的軸線誤差，在系統(tǒng)電路板三個方向上安裝了加速度傳感器；所述程控軟件的程序可分為主程序、采集中斷程序、通訊中斷程序和命令處理子程序；由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號進行分析處理后執(zhí)行；所述主程序有兩種工作模式，一種是擴展模式，兩個模塊同時工作；另一種是單片模式，氣袋控制模塊獨立工作；兩種模式的程序類似，只是存儲器的映射和采集程序不同，其擴展模式下的程序結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)初始化、工作模式判別、算法參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)自檢、故障代碼設(shè)置和指示燈輸出；在初始化階段，首先完成A/D電壓啟動、系統(tǒng)寄存器設(shè)置，為系統(tǒng)自檢做好準備，在完成初始化后，主程序進入等待中斷的狀態(tài)，同時循環(huán)查詢點火完成狀態(tài)位和數(shù)據(jù)記錄完成狀態(tài)位；在多功能氣袋控制系統(tǒng)中，使用了兩個中斷源一個是輸出比較定時中斷OC1，用于采集汽車的加速度、速度和其它信號，進行處理和判斷，對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，對加速度的信號根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進行點火參數(shù)計算，一旦點火參數(shù)達到設(shè)定值，立即發(fā)出點火信號，該中斷每隔一個采樣周期產(chǎn)生一次，完成一個數(shù)據(jù)點的采集；另一個中斷是串行通訊中斷SCI，完成與上位機的通訊工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于汽車安全控制技術(shù)范圍的一種單點三向安全氣袋控制器。包括一個控制系統(tǒng)和一個程控軟件組成。其控制系統(tǒng)由電源及其監(jiān)測電路、單片機、加速度傳感器、點火及其檢測電路、氣袋檢查電路及與外界聯(lián)系的指示燈和通訊接口組成。其程控軟件的程序可分為主程序、采集中斷程序、通訊中斷程序和命令處理子程序；由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號按程控軟件程序進行分析處理后執(zhí)行。本發(fā)明可以在汽車的多種多樣的碰撞形式中由單片機對加速度傳感器測得的加速度信號按程控軟件的程序進行分析處理，準確識別出碰撞還是外界干擾信號，輸出點火脈沖，并能準確控制氣袋點爆。對超速的行為通過指示燈發(fā)出警告信號，提醒駕駛員注意安全。
文檔編號B60R21/16GK1541871SQ20031010316
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者張金換, 黃世霖, 楊天偉, 鄭維, 杜匯良 申請人:清華大學(xué)