汽车安全气囊系统“自动防故障”设计

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。

图2：气囊驱动晶片的简化结构图。

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。

图3：CrosSave的分离式晶片概念。

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。

泄漏检测

为了确保只在规定条件下产生燃爆，必须进行泄漏检查。泄漏测量可防止打开一个开关进行测试时（参见4.5节）产生燃爆情况。由于燃爆管通常位于汽车的前端或侧部，而RCU位于中控台下，因此需要较长的线束，这很有可能成为泄漏源。

泄漏通常在燃爆管的馈入路径和返迴路径进行测试，并在这些位置和接地端及电池端存在泄漏时实现检测。

启动软硬体进行触发

防止意外触发的特性要求获得多个外部软体指令以及多条硬体线路必须处于预定义状态，方可进行触发。

MCU必须採用两个不同的SPI指令独立打开两个开关（高侧开关和低侧开关）。因此，即使出现通讯故障和SPI指令被错译为燃爆指令，仍然需要获得第二个指令，才能成功燃爆。
对于英飞凌的TLE77xx燃爆系列IC而言，利用以前的额外指令UNLOCK即可进行燃爆。否则，开关将被打开，电流限值将设定为约40mA（诊断电流限值），这不足以点燃燃爆管。
如上文所述，硬体线路也必须达到预定义的电压，才能进行燃爆。不同厂商的产品的这种特性有所不同。TLE77xx燃爆IC系列具备四条硬体线路：HSENQ、LSEN、FLENH和FLENL。通常前两条与MCU连接，另外两条与备用安全引擎（即8位元微控制器）连接。
HSENQ和LSEN即使在诊断电流限值条件下执行，也能打开高侧开关和低侧开关。这些线路必须与MCU连接，目的是进行下文所述的开关测试。

另一方面，FLENH和FLENL也能促使燃爆电流（1.2A.。.1.75A）流经高侧开关和低侧开关。因此，只有MCU和安全引擎一致认为产生碰撞事故时，才能从储能器中获得燃爆电流触发安全气囊。

电阻测量

燃爆管在整个使用週期内可能会产生老化，导致在产生碰撞事故条件下无法完成触发，因此需要定期测量电阻，确保燃爆管处于正常的工作状态。如果电阻值超出安全範围，燃爆管关闭，警报灯点亮，向司机发出警报，直至汽车修理完毕。电阻是利用小电流（诊断电流）进行测量的。

通常利用燃爆IC的类比输出埠获得电阻值。

开关测试

当然，为了确保正确完成触发，燃爆IC必须对开关进行自检。这些开关能够防止意外触发（可能产生），但另一方面，当产生碰撞事故时需要同时启动这两个开关（高侧开关和低侧开关）才能完成触发。如果其中一个产生故障，RCU就无法执行其中的一种功能。
开关测试方法与泄漏测量类似。由于打开高侧开关会出现流向电池的泄漏电流，打开低侧开关会出现流向接地线的泄漏电流，因此，应先进行泄漏测量，然后再打开其中一个开关。
按照4.3节所述作业，不仅需要软体指令，而且需要从MCU侧将硬体输入线路设为合适的值。

高侧供电测试（HSS）

对于採用高侧开关的系统，通常需要产生高压以驱动MOSFET闸极。TLE77xx燃爆IC系列的高压由储能器提供，如果储能器的电压过低，高压就由外部电容（高侧供电电容CHSS）提供。

这些IC能够监控外部电容的状态，防止在必要时因电容故障无法完成触发。

要完成该测试需要利用TLE77xx燃爆IC系列的电流源从高侧供电电容获得电流。由于该电流是恆定的，只需在固定的间隔时间内两次测量电压，即可得出电容值。因此当电容过度老化时，需要向驾驶员发出警报，提醒更换电容。

板载电压测量

最后，IC通常还具备测量电路板上所有电压的特性。低压预示着出现故障（MCU和其他IC无法正常执行，无法完成触发等）。为了避免出现这些故障，RCU採用的多数触发IC都能测量外部电压，包括VCC5、VBOOST和VBAT，甚至能够测量IC的内部电压，检测可能存在的故障。

测量结果通常利用IC类比埠和MCU类比数位转换器进行输出。