安全系統(tǒng)在汽車中越來(lái)越受人關(guān)注，安全氣囊系統(tǒng)作為一種被動(dòng)保護(hù)裝置也是發(fā)展迅速，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)新車型都有安全氣囊系統(tǒng)，而且整個(gè)系統(tǒng)中氣囊的數(shù)目也越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。
安全氣囊基本原理是在汽車碰撞中，通過(guò)傳感器檢測(cè)到碰撞信號(hào)后，使氣體迅速膨脹，氣囊會(huì)像軟枕頭一樣在碰撞中起到緩沖作，保護(hù)乘客的身體。安全氣囊最早是被應(yīng)用在飛機(jī)上，在八十年代，第一個(gè)商用的安全氣囊出現(xiàn)在了汽車上。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，在正面碰撞中，安全氣囊可以降低30%的死亡率。
經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，一些中高端汽車中安全氣囊已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止駕駛員和副駕駛雙氣囊以及相應(yīng)位置的安全帶預(yù)緊裝置，側(cè)氣囊，后排乘客氣囊，膝部氣囊，簾式氣囊等等，通常會(huì)有八氣囊、十二氣囊甚至更多；氣囊系統(tǒng)的功能也越來(lái)越復(fù)雜，常見(jiàn)的有如發(fā)現(xiàn)駕駛員未系安全帶或前排副駕駛座位上有乘客，而乘客并未系安全帶，則發(fā)出提醒；一般的功能還有占位檢測(cè)，即通過(guò)傳感器判斷某個(gè)座位上是否有乘客，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，無(wú)乘客的座位相應(yīng)的氣囊則不會(huì)彈出；有些氣囊系統(tǒng)甚至能通過(guò)測(cè)量座位上乘客體重來(lái)相應(yīng)調(diào)整氣囊彈出的壓力，為乘客提供更好的保護(hù)；同樣，氣囊的彈出算法也是越來(lái)越復(fù)雜，依據(jù)碰撞的類型會(huì)有不同的氣囊彈出，而且彈出時(shí)間也不同。這些不同的碰撞可能是正面碰撞，側(cè)面碰撞或角碰撞甚至翻滾。當(dāng)然感應(yīng)這些不同的碰撞需要不同方向的、位于不同位置的加速度傳感器或壓力傳感器，將來(lái)可能還會(huì)用轉(zhuǎn)角傳感器來(lái)采集信號(hào)，然后通過(guò)ECU(電控單元)計(jì)算判斷后彈開(kāi)相應(yīng)的氣囊。系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，這使得整個(gè)系統(tǒng)的傳感器數(shù)量變得可觀，這些傳感器分布在汽車的四周，根據(jù)傳感器和ECU連接的不同的方式，主要分為集中式控制架構(gòu)和分布式控制架構(gòu)。
系統(tǒng)控制架構(gòu)
集中式控制架構(gòu)是指分布在車身四周的傳感器和ECU采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接(如圖1)，這種結(jié)構(gòu)非常適合中低復(fù)雜程度的氣囊系統(tǒng)，ECU直接連接遠(yuǎn)端的傳感器，成本較低,，元器件個(gè)數(shù)較少，供電簡(jiǎn)單，程序控制起來(lái)也較容易。但對(duì)于較復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)傳感器接口復(fù)雜，布線成本增加，無(wú)法擴(kuò)展等問(wèn)題。分布式控制架構(gòu)是指通過(guò)專用總線將周邊傳感器連接起來(lái)(如圖2)，它的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于一個(gè)較復(fù)雜系統(tǒng)，可以減少布線，更改系統(tǒng)只需要改變節(jié)點(diǎn)的配置和數(shù)量，方便擴(kuò)展。例如：通過(guò)一條總線將2個(gè)傳感器串起來(lái)工作，而增加成3個(gè)傳感器僅需在總線上多串一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這使系統(tǒng)構(gòu)建和變更起來(lái)更加靈活。同時(shí)也有不少開(kāi)放的總線協(xié)議和集成芯片支持這種結(jié)構(gòu)如：PSI5、DSI BUS等，這使使用起來(lái)很方便。
圖1：安全氣囊集中式控制架構(gòu)
圖2：安全氣囊分布式控制架構(gòu)
不同安全氣囊系統(tǒng)中，可能會(huì)有很多種不同器件被連在網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)，這些器件可能是由供應(yīng)商直接提供給車廠進(jìn)行安裝的。因此，上電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配地址的功能會(huì)有效降低氣囊安裝成本；而且，要通過(guò)簡(jiǎn)單的方法就可識(shí)別遠(yuǎn)程的器件，這些器件需是智能的和可編程的；同時(shí)，安全氣囊系統(tǒng)對(duì)可靠性要求很高，當(dāng)線束短路，開(kāi)路以及信號(hào)傳輸錯(cuò)誤等出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)要求不能被損壞或完全癱瘓；并且系統(tǒng)需具有故障自檢功能，并有良好的EMC特性，`DSI BUS(Distributed System Interface BUS)，其2.0版本又被稱為DBUS，是由天合(TRW)公司和飛思卡爾公司共同建立，作為一種針對(duì)于安全氣囊系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的公開(kāi)的總線協(xié)議，目前，已經(jīng)被許多車廠和零部件供應(yīng)商采用。它只需兩根線就可實(shí)現(xiàn)較低成本，高可靠性，適合的通訊速度(最高可達(dá)到150Kbps)，這而且兩根通訊線在總線空閑時(shí)還為Slave節(jié)點(diǎn)提供供電，并且Slave節(jié)點(diǎn)無(wú)需振蕩器為通訊提供時(shí)鐘。當(dāng)系統(tǒng)以菊花鏈方式或并聯(lián)方式連接，DSI BUS既實(shí)現(xiàn)了分布式控制安全氣囊系統(tǒng)，當(dāng)DSI BUS每通道只連接一個(gè)結(jié)點(diǎn)，也可用于實(shí)現(xiàn)集中式控制安全氣囊結(jié)構(gòu)。
在DSI BUS中，通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)和遠(yuǎn)程自我診斷保證了系統(tǒng)的高可靠性。由于主節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令，傳遞總線能量，從節(jié)點(diǎn)命令響應(yīng)都在同一時(shí)間完成，這樣就在一定的通訊速度下，實(shí)現(xiàn)了高信號(hào)密度。
圖3：DSI BUS連接方式
DSI BUS的物理層
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為兩線制，Slave節(jié)點(diǎn)和總線可以用菊花鏈或并聯(lián)方式相聯(lián)。當(dāng)Slave節(jié)點(diǎn)以菊花鏈形式連接，總線上電時(shí)需逐一配置Slave地址。如以并聯(lián)方式連接，Slave節(jié)點(diǎn)則需要事先配置好地址再與總線相連。每個(gè)DSI BUS最多可以接15個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)較復(fù)雜時(shí)可使用多條DSI BUS總線。
DSI BUS的編碼方式
在DSI BUS中，數(shù)據(jù)從Master節(jié)點(diǎn)到Slave節(jié)點(diǎn)使用電壓傳遞模式，數(shù)據(jù)從Slave節(jié)點(diǎn)到Master節(jié)點(diǎn)使用電流傳遞模式。DSI BUS的電壓傳遞模式編碼比較獨(dú)特，將每位的傳遞時(shí)間分為三份，每一位的前2/3為低電平，后1/3為高電平表邏輯0，每一位的前1/3為低電平，后2/3為高電平表邏輯1。例：圖4為通過(guò)DSI BUS發(fā)送了短指令字0x18。
DSI BUS的數(shù)據(jù)鏈路層
DSI BUS中每幀數(shù)據(jù)為一條命令，數(shù)據(jù)為全雙工，既Master發(fā)出命令，同時(shí)，Slave響應(yīng)，Slave對(duì)當(dāng)前命令的響應(yīng)會(huì)在下條命令發(fā)出時(shí)返回。命令分長(zhǎng)字命令和短字命令兩種，長(zhǎng)命令字有效數(shù)據(jù)為16位和0-8位CRC校驗(yàn)，短命令字為8-15位有效數(shù)據(jù)和0-8位CRC校驗(yàn)。圖4為1條短命令字，8位的有效數(shù)據(jù)為0x18和4位的CRC校驗(yàn)碼。
DSI BUS的地址分配
DSI BUS中，Slave節(jié)點(diǎn)地址共4位二進(jìn)制碼，從0001到1111，因此，每個(gè)DSI BUS最多接15個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)，當(dāng)命令字中地址為0000時(shí)，為向所有Slave節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)出命令。
對(duì)Slave節(jié)點(diǎn)分配地址的方式有兩種，一種是系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)接成菊花鏈形式，當(dāng)系統(tǒng)上電后，Master逐一對(duì)Slave分配地址，這種稱為可編程方式(Programmable)。另一種是預(yù)編程方式(PRE Programmed)，既從節(jié)點(diǎn)器件在接入DSI BUS前預(yù)先編好地址。在支持DSI BUS的Slave器件中，有一個(gè)作用于電源和信號(hào)線的開(kāi)關(guān)，對(duì)于預(yù)編程的器件，上電時(shí)器件的開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，因?yàn)榈谝粋€(gè)Slave的開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，所以總線上數(shù)據(jù)只能到達(dá)第一個(gè)Slave器件，當(dāng)Master發(fā)出初始化命令初始化第一個(gè)地址并閉合開(kāi)關(guān)后，總線數(shù)據(jù)便能到達(dá)第二個(gè)Slave器件，再同樣對(duì)第二個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)初始化。以此類推，直至每一個(gè)Slave器件都被設(shè)定地址后，總線上Slave節(jié)點(diǎn)才開(kāi)始工作。
DSI BUS的命令
不論是長(zhǎng)字命令還是短字命令，DSI BUS的命令字只有4位，因此共有0000-1111共16條命令，無(wú)論節(jié)點(diǎn)上的設(shè)備的是傳感器還是開(kāi)關(guān)量輸入或輸出，總線都是通過(guò)這些命令來(lái)定義或控制這些節(jié)點(diǎn)。所有總線上的節(jié)點(diǎn)(Slave內(nèi)部開(kāi)關(guān)閉合情況下)都會(huì)對(duì)這些命令解碼并響應(yīng)相應(yīng)的命令。
如0000命令既初始化命令，它用于為可編程方式的節(jié)點(diǎn)設(shè)定地址，同時(shí)還可以通過(guò)這條指令控制內(nèi)部有開(kāi)關(guān)的從節(jié)點(diǎn)內(nèi)的開(kāi)關(guān)打開(kāi)或閉合。
傳感器信號(hào)和如安全帶是否扣好等一些開(kāi)關(guān)量信號(hào)都可以通過(guò)DSI BUS傳遞給ECU板，同時(shí)ECU板還可以通過(guò)DSI BUS傳遞一些控制信號(hào)，如實(shí)現(xiàn)傳感器的自檢測(cè)功能的操作，點(diǎn)亮LED燈等。同時(shí)，ECU板通過(guò)DSI BUS也為從節(jié)點(diǎn)設(shè)備如傳感器提供了供電，有效減少了氣囊系統(tǒng)的布線，提高了系統(tǒng)可靠性。
DSI BUS作為氣囊的專用總線具有很好可靠性。通過(guò)CRC校驗(yàn)，DSI BUS可以避免由信號(hào)傳輸錯(cuò)誤造成的誤動(dòng)作；當(dāng)信號(hào)線出現(xiàn)斷路時(shí)，DSI BUS的器件并不會(huì)因此損壞，并且可通過(guò)對(duì)Slave器件中開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，斷開(kāi)發(fā)生問(wèn)題的部分，使總線連接正常的部分工作；甚至可以通過(guò)兩個(gè)Master(另一個(gè)作為備用)分別連接在一條總線的兩端，這樣即使信號(hào)線上一點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，一個(gè)Master因此不能控制所有的Slave節(jié)點(diǎn)，DSI BUS仍能通過(guò)另一個(gè)備用Master控制剩余的節(jié)點(diǎn)；一些Master的接口芯片(如飛思卡爾的MC33780)還支持差分信號(hào)輸出(圖4)和具有頻譜延展功能，這樣可以有效降低總線的EMI(電磁干擾)。
圖4：DSI BUS的短命令字0x18
總之，隨著安全氣囊系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，分布式控制安全氣囊系統(tǒng)越來(lái)越普及，DSI BUS作為安全氣囊系統(tǒng)的專用解決方案，既可以應(yīng)用于系統(tǒng)架構(gòu)較復(fù)雜的分布式控制氣囊結(jié)構(gòu)，同時(shí)，也適用于系統(tǒng)架構(gòu)較簡(jiǎn)單的集中式控制氣囊結(jié)構(gòu)，既可以每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用預(yù)編程方式，在組裝前進(jìn)行地址編程，也可以使用可編程方式，在系統(tǒng)安裝后進(jìn)行地址編程。使用DSI BUS可以使系統(tǒng)非常方便拓展或更改，節(jié)約布線成本，降低系統(tǒng)復(fù)雜性，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，并對(duì)降低系統(tǒng)EMI特性有顯著效果。
（轉(zhuǎn)載）
