基于ARM的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　隨著汽車的普及和行駛速度的加快，交通事故及傷亡人數(shù)也在逐年上升。在發(fā)生汽車碰撞事故時(shí)，如何有效地保護(hù)司機(jī)和乘員生命的安全是迫切需要解決的問題。安全氣囊作為與安全帶配合使用的被動(dòng)保護(hù)裝置已經(jīng)普及，成為汽車構(gòu)件中保護(hù)乘員的主要裝備之一。

　　氣囊控制系統(tǒng)可分為機(jī)械式、模擬電子式和嵌入式3種類型。對(duì)于機(jī)械式和模擬電子式控制系統(tǒng)，由于硬件的局限，靈活性受到很大限制，應(yīng)用日益減少。新一代的氣囊控制系統(tǒng)均為帶微控制器的嵌入式控制系統(tǒng)。嵌入式控制系統(tǒng)的控制算法由軟件實(shí)現(xiàn)，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性，并具有記錄事故數(shù)據(jù)和與上位機(jī)進(jìn)行通訊的功能。

　　汽車的安全氣囊要求能在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到汽車碰撞事故的發(fā)生并控制氣囊啟爆。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，要求安全氣囊控制系統(tǒng)的微控制器運(yùn)算能力強(qiáng)、I/O口充足?；诖?，選擇高性能的32位微控制器，研究并開發(fā)出較為實(shí)用的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)，具有一定的應(yīng)用和參考價(jià)值。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了基于ARMCortexM3內(nèi)核32位微控制器的汽車安全氣囊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并分別進(jìn)行了臺(tái)車和實(shí)車試驗(yàn)。

　　1 ARMCortexM3內(nèi)核與微控制器LM3S1138

　　ARM公司面向低成本應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)出32位CortexM3內(nèi)核處理器。該處理器有效地利用芯片空間，高度集成了外設(shè)，與內(nèi)核組成了一個(gè)片上系統(tǒng)（SoC）。ARMCortexM3處理器結(jié)合了Thumb2指令32位哈佛微體系結(jié)構(gòu)。Thumb2技術(shù)提高了代碼密度，比32位編碼減少了26%內(nèi)存使用率，較16位編碼提高了25%性能。通過降低時(shí)鐘頻率，提供更低的功耗，降低了研發(fā)成本，提高了企業(yè)效率。芯片上實(shí)現(xiàn)了Tail-Chaining中斷技術(shù)，該技術(shù)把中斷之間的延遲縮短到6個(gè)機(jī)器周期，在實(shí)際應(yīng)用中可減少70%中斷。

　　本系統(tǒng)微處理器選用TI公司基于ARMCortexM3內(nèi)核的LM3S1138工業(yè)級(jí)微控制器。其工作溫度范圍是-40~85°C,并具有良好的電磁兼容特性，可應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域。

　　2 系統(tǒng)工作原理與設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)的工作原理

安全氣囊控制系統(tǒng)主要由傳感器、自檢電路、觸發(fā)電路、通訊電路和報(bào)警電路組成，如圖1所示。

　　其工作原理為：上電后，系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確定觸發(fā)電路是否可以正常工作。若觸發(fā)電路存在故障，報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，表明系統(tǒng)無法正常工作，通知駕駛員及時(shí)修理。當(dāng)自檢正常時(shí)，通過32位微處理器LM3S1138不斷對(duì)加速度傳感器MMA7260測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行采樣。當(dāng)汽車受到一定角度內(nèi)的高速碰撞時(shí)，系統(tǒng)在經(jīng)過算法分析確認(rèn)之后，立即觸發(fā)氣囊包內(nèi)的點(diǎn)火器，氣囊迅速充滿氣體，阻擋駕駛員與汽車構(gòu)件之間可能發(fā)生的碰撞，通過氣囊上排氣孔的節(jié)流阻尼作用來緩沖吸收駕駛員動(dòng)能，從而達(dá)到保護(hù)駕駛員安全的目的。