通用型汽車安全氣囊電控裝置的製作方法
2023-06-15 13:39:01 1
專利名稱：通用型汽車安全氣囊電控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制汽車安全氣囊工作的電控裝置，尤指一種適用於不同車型的、可任意修改汽車匹配參數的通用型汽車安全氣囊電控裝置。
背景技術：
為了防止汽車高速行駛發生正面碰撞時，由於慣性，乘員與方向盤或儀錶盤等車內裝置發生碰撞(即二次碰撞)而造成傷害。目前，一些中、高檔汽車在配有安全帶的同時，還配置有汽車安全氣囊系統。當汽車在高速行駛狀態下發生正面碰撞時，該系統能夠在乘員與方向盤或儀錶盤等車內裝置之間及時地打開一個或幾個充氣氣袋，來緩衝二次碰撞，達到保護駕駛員和其他乘員生命安全的目的。
目前，常見的汽車安全氣囊系統主要由氣囊模塊和控制氣囊模塊工作的電控裝置(ECU)組成。氣囊模塊又是由氣袋、電點火管和氣體發生器構成，當高速行駛的汽車發生正面碰撞時，電控裝置(ECU)檢測到這一情況後，通過電點火管點燃氣體發生器，使氣體發生器發生爆炸產生大量氣體，將氣袋撐開。為了使汽車安全氣囊系統中的氣袋能夠及時被打開，其核心部分是檢測汽車在高速行駛狀態下發生碰撞以及及時點燃氣囊模塊中氣體發生器的電控裝置(ECU)。
如圖1所示，傳統的汽車安全氣囊系統中的電控裝置(ECU)主要由加速度傳感器1、A/D轉換電路2、微處理器(MCU)3、點火控制電路4和自診斷電路5構成。當汽車高速行駛發生碰撞時，電控裝置(ECU)中的加速度傳感器1感知到汽車的速度變化，產生相應的模擬信號。該信號經A/D轉換電路2轉換為數位訊號並傳遞給微處理器(MCU)3。為排除各種幹擾並取出有效信號，微處理器(MCU)3先對該信號進行濾波、判別等前置處理，然後按一定的算法求出碰撞強度變量，再與預先設置在處理器(MCU)3ROM存儲器中的碰撞強度閾值比較，識別出是輕微碰撞還是嚴重碰撞；若是嚴重碰撞，處理器(MCU)3則要在後置處理中求出最佳的點火時刻，並通過點火控制電路4向氣囊模塊發出點火信號。在此信號驅動下，電點火管起爆氣囊模塊中的氣體發生器，使其產生大量氣體，使氣袋迅速膨脹，當氣袋膨脹到最大後，在乘員與方向盤或儀錶盤等車內裝置之間形成一個緩衝氣墊，使乘員的動能得到吸收，而達到保護乘員安全的目的。該氣囊過早或過晚打開均會降低保護的效果。
由於各種汽車車型的結構、重量、尺寸以及電控裝置(ECU)的安裝位置不同，對同條件的汽車碰撞，其碰撞曲線會有很大的差異。這就要求電控裝置(ECU)在上述工作過程中，要採取不同的相關參數來適應這些差異。如，在前置處理中採用不同的加速度閾值、濾波器階數、截止頻率等啟動相關參數；在識別算法中採用不同的係數與碰撞強度閾值等相關參數；在後置處理中採用不同的最佳時刻相關參數等。也就是說，對於一種特定的車型，ECU的處理應有一套相關參數來適應，而對於另一種特定車型，ECU應象量體裁衣一樣，有另一套相關參數。否則不能起到正確的保護作用，這就叫匹配。實際的匹配過程是，先確定某一種車型及ECU安裝位置，再經過大量的臺車、實車碰撞試驗，獲得該車型的上述相關參數；然後將上述參數與ECU的程序一併固化在ECU的程序存儲器中；再經過驗證後，固化有該車型相關參數的ECU則成為該車型的專用產品，可投入批量生產，成為該車型的專用配套產品。
由於ECU工作環境的需要及生產廠商保密的需要，ECU產品一般都要作塑膠封灌與絕緣漆防護處理，這樣處理後的ECU中的元器件就無法更換與調整了。也就是說，ECU一旦完成匹配，成為了該車型的專用配套成品，就只能適應於某車型而無法更改了，通用性差。另外，由於ECU產品的通用性差，一旦該車型改變，庫存的與之匹配使用的專用電控裝置(ECU)也就只能報廢處理。這對於ECU生產方制訂生產計劃或ECU採購方制訂採購計劃帶來的問題是顯而易見的。
發明內容
為了解決現有汽車安全氣囊系統電控裝置(ECU)通用性差、無法批量生產/採購的弊端，本實用新型的目的是提供一種可大批量生產、適用於不同車型的通用型汽車安全氣囊電控裝置。
為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，它由加速度傳感器、A/D轉換電路、微處理器(MCU)單元、點火控制電路、自診斷電路構成，其特徵在於它還包括一可編程存儲器和一串行接口電路；所述可編程存儲器中存儲有可實時更新、修改的與不同車型匹配的相關參數；可編程存儲器的數據輸入/輸出線與微處理器的I/O口相連；所述微處理器的串行口通過串行接口電路與上位機相連，通過串行方式更新、修改存儲在可編程存儲器中的參數。
由於本實用新型採用以上技術方案，即將與某一車型匹配的相關參數存儲在可擦寫的可編程存儲器中，而不是象傳統的電控裝置那樣將與某一車型匹配的相關參數固化在微處理器的程序存儲器中，所以，本實用新型可以隨著不同車型的變化，通過與微處理器串口相連的上位機，實時更新、修改存儲在可編程存儲器中的與車型匹配的參數，使得本實用新型成為可以適用於不同車型的通用部件，通用性強。
在針對某特定車型進行參數匹配時，只需由上位微機或專用裝置，通過通訊接口向微處理器ECU下傳相關匹配參數即可，不必更換或調整電控裝置(ECU)的任何元器件，甚至不用打開其外殼。用同樣的方法，也可以很方便地將已經為某特定車型匹配好的ECU產品，修改為與另一種特定車型匹配的ECU產品。這樣，生產方與採購方都可把ECU當通用部件來安排生產和採購計劃，而不用擔心車型改變造成的報廢了。
圖1為傳統汽車安全氣囊電控裝置原理框圖圖2為本實用新型汽車安全氣囊電控裝置原理框圖圖3、圖4為本實用新型的具體電路圖圖5為本實用新型與上位機進行數據交換與處理的程序框圖具體實施方式
如圖2所示，本實用新型公開的一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，它包括加速度傳感器1、A/D轉換電路2、微處理器(MCU)單元3、點火控制電路4、自診斷電路5；其中，加速度傳感器1主要是將汽車發生碰撞時車身的負加速度轉換為相應的電模擬信號；A/D轉換電路2主要是將加速度傳感器1檢測到的負加速度模擬信號轉換為數位訊號，傳遞給微處理器單元3處理；微處理器單元3含有中央處理器CPU、程序存儲器ROM、數據存儲器RAM，它是電控裝置(ECU)的核心部件，它主要完成各種計算、判斷、輸入輸出各種控制、通訊等；點火控制電路4接受微處理器單元3輸出的點火控制信號，控制氣囊模塊的電點火管，引爆氣囊模塊；自診斷電路5是電控裝置(ECU)對其一些關鍵部件進行自我診斷的電路，以保證其自身的高可靠性。以上各組成部分為現有技術，目前各種汽車安全氣囊電控裝置都具有。
本實用新型與現有技術的區別在於本實用新型還包括一可擦寫的可編程存儲器6和一串行接口電路7。可編程存儲器6中存儲有可實時更新、修改的與不同車型匹配的相關參數，它的數據輸入/輸出線與微處理器單元3中的微處理器的I/O口相連，進行數據傳輸。微處理器的串行口通過串行接口電路7與上位機相連，通過串行方式更新、修改存儲在可編程存儲器6中的參數。
可編程存儲器6用於存儲與不同車型匹配的參數、密碼、身份碼等相關參數。由於這些數據必須可靠保存，即使在電控裝置(ECU)停電時也不能丟失，所以本實用新型選用不揮發的存儲器，如FLASH、EEPROM、NVM中的任意一種。關於其容量需求，應按如下考慮。匹配參數大致可分為三類1.前置處理相關參數，也叫啟動相關參數。主要包括加速度閾值、採樣周期、濾波階數、截止頻率。2.碰撞識別算法相關參數。這些參數包括了算法模式及各種模式對應的參數。目前國際上通行的碰撞識別算法不到二十種，如加速度法、速度變量法、加速度坡度法、功率比值法、移動窗式積分法、模型預報法以及一些變形或組合的算法等等。每種算法為一個模式編碼。每種ECU產品，不必包括全部識別算法，只需選用一、二種即可。每種算法對應的參數種類與數量也不相同，最多的參數也在10個以內。3.後置處理相關參數。後置處理主要是求取最佳點火時刻並發出點火信號。綜合上面列舉的參數種類與數量，再考慮其精度要求，內部可編程存儲器6的容量需求應該在100個8位字節以內。若再考慮加入密碼與產品身份碼等信息，該存儲器的容量需求也不會超過256位元組。如果ECU的黑匣子有富裕的空間，該存儲器也可以佔用黑匣子的剩餘空間。考慮到修改ECU這些匹配參數的次數不會太多，該存儲器選用編程壽命不低於100次的品種已完全能滿足要求。
串行接口電路7直接與微處理器3相連。由於數據交換量不大，交換數據的實時性要求不高，該接口電路7採用串行接口而不必採用並行接口。由於不是遠程通訊，考慮到成本原因，該接口直接採用TTL電平，而不必轉換為RS232電平。
圖3、圖4為本實用新型的具體電路圖。如圖所示，它包括加速度傳感器1、A/D轉換電路2、微處理器(MCU)3、點火控制電路4-1、4-2、自診斷電路5-1、5-2，由於這些電路均為現有典型電路，故，在此不再詳述。本實用新型與現有電控裝置(ECU)的區別在於如圖所示，本實用新型還包括一個用於存儲與不同車型匹配的相關參數的可編程程序存儲器6和一個串行接口電路7。
可編程程序存儲器6即晶片U4(型號X5045)的數據輸入管腳SI和數據輸出管腳SO分別與微處理器晶片U1的P1.1和P1.2管腳相連，進行數據輸入/輸出。U4的CS、SCK、RES控制管腳分別與微處理器晶片U1的T1、RD、RST管腳相連。
串行接口電路7包括濾波電容C10、C11和限流電阻R46、R47；微處理器晶片U1的串行口RXD、TXD通過串行接口電路7、ECU對外連接插座CZ1與上位機或專用裝置8(如圖2所示)相連，將某一車型的相關參數以串行傳輸方式，通過微處理器存儲到可編程存儲器6中，或更新存儲在可編程存儲器6中的參數。
本實用新型所指的上位微機即是普通的PC機。由於PC機具有很直觀的界面，操作人員可通過滑鼠與鍵盤，在PC機的顯示器上如填表似地填入電控裝置(ECU)需要的各種匹配參數、密碼、產品身份碼等信息(這些參數也可以存為文檔供下次調用)，並運行相關程序進行與ECU的數據交換。在批量生產中，在專用裝置或PC機輸出端還可以增設一個數字多路開關，來實現同時向多臺ECU下傳匹配參數的目的，這可大大提高生產效率。
由於傳統的汽車安全氣囊電控裝置(ECU)存儲的汽車匹配參數是與程序一起，用掩膜、OTP編程或其他辦法，固化在微處理器的程序存儲器中，是不可修改的；而，本實用新型電控裝置(ECU)存儲的汽車匹配參數是存儲在內部可編程存儲器中的，是可以實時更新、修改的，因此，本實用新型的ECU應有一套相應的與上位微機(簡稱上位機)或專用裝置進行匹配參數數據交換與處理的程序。如圖5所示，當ECU進入數據交換狀態模塊後，首先向上位機發出發送數據的請求，以通知上位機，ECU已準備好，請求下傳匹配參數、密碼、身份碼等數據，並進入等待狀態，當接收到前幾個字節後，對其進行判定，判斷是否為約定的頭部標誌。若否，程序則返回，重新發送請求發送數據的請求，重新進行上述過程。若是，程序往下執行，ECU接收數據塊總長度為M的數據，並將接收的M個字節的數據存入MCU的暫存區RAM中。ECU接收到的最後幾個字節為數據塊尾部標誌，判定數據塊尾部標誌是否與約定相符。若不相符，表示前面接收到的數據不正確，應按無效處理，輸出控制信號使ECU的指示電路工作報警閃爍，以告知操作人員數據傳送不成功，並返回程序開始部分，重頭開始。若接收到的尾部標誌與約定相符，MCU將前面放在暫存器中的新數據與ECU內部可編程存儲器中的舊數據進行逐一比較。對相同者則跳過，不做處理，對不同者則用新數據代替舊數據，存入可編程存儲器中。這樣做的目的，可以大大延長可編程存儲器的壽命。完成此項處理後，輸出控制信號，使ECU的指示燈進行正常閃爍以告知操作者數據下載成功，然後程序結束。該程序中在數據塊前後設置了頭部標誌與尾部標誌，其目的是保證數據傳送的可靠性。這些標誌的約定代碼與數據的結構以及其它通訊協議，可在系統設計中自行確定，除非將來有了標準協議。
綜上所述，本實用新型的優點是顯然的，它通過汽車安全氣囊電控裝置(ECU)內部的微處理器通訊接口(異步串行接口)、內部可編程存儲器(FLASH、NVM或EEPROM)，採用由上位微機或專用裝置下傳數據的方法，實現對電控裝置(ECU)匹配參數(前置處理相關參數、碰撞識別算法相關參數、後置處理相關參數)及其它數據的任意修改，從而實現電控裝置與特定汽車車型的最佳匹配；而無須更換或調整電控裝置的元器件，甚至不用打開其外殼，就可以使本實用新型適用於任何汽車的安全氣囊系統，通用型強。
本實用新型適用於科研單位對安全氣囊系統與汽車特定車型進行參數匹配的研究，更適用於生產廠商對汽車安全氣囊電控裝置的批量生產。使安全氣囊電控裝置成為一種可同時適用於多種汽車車型的通用部件。只須按某特定車型的要求，對電控裝置成品(即使是作過塑膠封灌與絕緣漆防護處理的成品)進行匹配參數修改，即可使該電控裝置很方便地成為僅適應該車型的專用部件。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的保護範圍並不局限於此。任何基於本實用新型技術方案上的等效變換均屬於本實用新型保護範圍之內。
權利要求1.一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，它由加速度傳感器、A/D轉換電路、微處理器單元、點火控制電路、自診斷電路構成，其特徵在於它還包括一可編程存儲器和一串行接口電路；所述可編程存儲器中存儲有可實時更新、修改的與不同車型匹配的相關參數；可編程存儲器的數據輸入/輸出線與微處理器的I/O口相連；所述微處理器的串行口通過串行接口電路與上位機相連，通過串行方式更新、修改存儲在可編程存儲器中的參數。
2.根據權利要求1所述一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，其特徵在於所述串行接口電路由濾波電容和降壓/限流電阻構成；微處理器的串口RXD、TXD通過串行接口電路與上位機的串口相連。
3.根據權利要求2所述一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，其特徵在於所述可編程存儲器為FLASH晶片。
4.根據權利要求2所述一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，其特徵在於所述可編程存儲器為EEPROM晶片。
5.根據權利要求2所述一種通用型汽車安全氣囊電控裝置，其特徵在於所述可編程存儲器為NVM晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種通用型汽車安全氣囊電控裝置。它與現有汽車安全氣囊電控裝置的區別在於它還包括一可編程存儲器和一串行接口電路。所述可編程存儲器中存儲有可實時更新、修改的與不同車型匹配的相關參數；可編程存儲器的數據輸入/輸出線與微處理器的I/O口相連。所述微處理器的串行口通過串行接口電路與上位機相連，通過串行方式更新、修改存儲在可編程存儲器中的參數。由於本實用新型可通過其內部的微處理器串行接口，由上位微機下傳數據，實時更新、修改存儲在可編程存儲器中的各種匹配參數，而無須更換或調整電控裝置的元器件，從而使本實用新型與特定汽車車型實現最佳匹配，適用於任何汽車的安全氣囊系統，通用型強。
文檔編號G05B19/05GK2710978SQ20042007305
公開日2005年7月20日 申請日期2004年7月5日 優先權日2004年7月5日
發明者謝泰第 申請人:謝泰第