汽车电子--车辆安全的关键所在 - 文章

汽车电子--车辆安全的关键所在

作者：德国慕尼黑飞思卡尔半导体公司 Marc Osajda

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全世界每年有130万人在交通事故中丧生，也就是每天3500多人丧生。正如世界卫生组织的统计数据所示（图1），不同国家的事故类型具有很大差异，这与一些因素有关，包括：公路基础设施、驾驶标准和能力、公路法规、车辆类型、车内实施的安全系统标准。

按每10万人或每10万辆车的死亡人数计算，这些数据也会有很大差异。例如，在美国，大型重型车辆很普遍，而美国的意外事故率远高于德国。这与德国销售的汽车实施的安全设备级别有关吗？

强制佩戴的安全带、先进气囊和电子稳定性控制几乎是德国所有汽车制造商采用的标准。在美国则是另一种情形，美国的生产商可能在更大程度上依赖牢固的金属保护。

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图1、不同国家的意外事故统计数据（来源：世界卫生组织）

中国的情况也值得注意。如图1所示，由于中国极大一部分人没有私家车，因此按每10万人计算得到的死亡人数当然低。

但按每10万辆车计算出的死亡人数则相当惊人。在这种情况下，有几个问题值得思考：中国车辆的风险系数高？如果是这样，这是否因为它们缺少基本的安全设备？

但必须承认的是，随着中国车辆需求量的迅速提高，部署气囊、ABS和电子稳定性控制等安全系统将成为强制要求。

安全系统的市场动态

在现代车辆中部署安全系统基于两大动因。

首先是严格的法规，法规要求汽车生产商实施电子安全系统。例如，美国通过联邦机动车辆安全标准（FMVSS）强制实施电子稳定性控制和胎压监测系统，在欧洲也即将实施。

采用安全系统的第二个重要的因素是，消费者需要更安全的车辆。在购买车辆时，新车在NCAP(新车评估程序)中的安全得分通常是做出决策的一个因素。气囊和ESP对于正打算购买车辆的任何一名消费者来说都十分重要。

放眼未来，消费者的下一波需求重点将是高级驾驶辅助系统（ADAS），如摄像头和雷达，以缓解前方撞车的冲撞力、提供偏离车道警告和盲点检测。

根据美国公路安全保险协议（IIHS）统计数据显示，如果车辆配备了防撞车功能，如盲点检测、偏离车道警告和自适应前灯，每3件致命的车祸事故中和5件严重或中等程度的车祸事故中，分别有1件是可以避免的。

车辆电子系统的更加普及将会推动价格下降，而下降的系统价格又将在所有汽车制造商中进一步催生新的安全系统。

供应商面临的新挑战

电子安全系统由于对人类具有直接影响，现在开始采用更严格的要求。功能安全标准IEC61508及其未来车辆自适应标准ISO26262，现已在业内应用，以确保车辆电子系统充分的安全性。该ISO文档定义了4个车辆安全集成级别（ASIL），其中ASIL D代表最高安全级别。

这些新要求与汽车电子协会（AEC）AEC-Q100或ISO-9000质量要求一样，对整个产品开发流程具有影响。从开始该设计流程起，就必须收集证据来证明该产品是按照法规标准开发的。找到的任何潜在风险必须制成文档，以确保充分降低风险。还必须开发新工具来支持车辆质量保证系统的这个新增元件。

飞思卡尔最近针对此类法规要求的安全应用，推出了新开发的双核微控制器。双核MPC564xL Power Architecture®MCU 系列包括两个“通道”，每个通道由一个内核、总线、中断控制器、内存控制器和其他内核相关模块组成。针对这些安全关键应用，现在还推出另一种方法取代了使用2个MCU的方法，双核MCU以更具性价比的价格实现车辆安全。

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图2、有源和无源安全系统部署

气囊：新型MEMS传感器和SBC

发生车祸时，车辆可以马上减速，而它的结构可以吸收大部分冲撞力。气囊起到了安全辅助作用，可以减少乘客的头部和上身撞到车内某个部件上的风险。它们还有助于帮助减轻导致严重伤害的风险，而将撞车的冲撞力更均匀地分散到乘客的身体各部。从开始发生车祸算起，整个部署和充气过程只需要大约50毫秒，比眨眼的速度都快。

由于车祸中车辆改变速度的过程极快，MEMS传感器必须在几毫秒内检测到这一影响，而且气囊必须迅速充气才能有助于降低乘客撞到车内部件的风险。

飞思卡尔最近宣布推出几款新产品，以满足气囊解决方案的严格要求。这些产品包括基于MEMS的 MMA5xxxW卫星撞车加速器，基于MEMS的MMA68xxQ双轴碰撞传感器（用于气囊ECU）和MC33789气囊系统基础芯片（SBC）。

卫星碰撞传感器飞思卡尔MMA5xxxW是业内第一款采用QFN（方型扁平无引线封装）的 PSI5 X轴或Z轴卫星惯性传感器，可实现小体积。MMA5xxxW惯性传感器系列支持体积更小、更稳定的前方和侧面气囊卫星解决方案，并通过飞思卡尔先进的过阻尼传感器改善了系统抵抗寄生振动不稳定性的能力。与PSI5 R1.3标准协议相比，这些惯性传感器能够作为整个PSI5气囊系统的一部分轻松进行集成，它还包括总线开关驱动，从而实现性价比极高的菊花链配置。

MMA5xxxW产品特性是：

● 包括整个重力范围：±60 g 至 ±480 g；
● 可选的400Hz，3极或4极低通过滤器；
● 16引脚6×6 mm QFN封装，焊接位置可见，便于安装后检查；
● 兼容PSI5 R1.3；
● 双线编程模式。

气囊E C U 双轴碰撞传感器 MMA68xxQ数字惯性传感器系列是气囊应用中一款重要的碰撞传感器或安全传感器。该过阻尼传感器结合高共振频率封装，提高了对碰撞检测应用中因高强度和高频率冲撞造成的过载情况的免疫能力。这些特性有助于支持更稳定的气囊设计。

MMA68xxQ产品特性如下：

● 包括整个重力范围：±20g 至 ±120 g，专用于每个轴；
● 单个电源操作：3.3 V 或 5 V；
● SPI兼容的串行接口；
● 10位数字签名或无签名SPI数据输出；
● 针对每个轴提供单独的可编程保护功能，可简化设计。

气囊系统基础芯片（SBC）飞思卡尔 MC33789 SBC是用于气囊安全应用的混合信号模拟IC。MC33789 SBC提供了一款性价比高、灵活的系统IC解决方案，在汽车和卡车内使用的整个气囊分区范围使用。MC33789 SBC 可以用来检测安全带开关输入状态，并通过新的PSI5主用接口与远程碰撞传感器进行通信，以满足行业标准。MC33789 SBC允许设计者在大量发射环路中按比例提供设计，非常适合低端至高端的气囊安全系统。

MC33789 产品特性是：

● 兼容PSI5 V1.3的四款卫星传感器主接口；
● 带诊断功能的九款可配置开关输入监控器；
● 包括能源储备控制的多个电压输出；
● 通过可编程的传感阈值确保状态机安全；
● 高达8MHz的16位SPI和 LIN 2.1物理层接口。

小结

车辆正在日益成为移动计算的最终平台。大部分这种计算功能现在都传输到高级安全系统中。

由于车辆继续提供自我诊断功能，并且更多地配置了可同时保护乘客及车辆周围人群的自动安全特性，半导体现在发挥着越来越重要的作用，因为它们为复杂的板载计算机和快速网络系统供电，而这最终又支持系统减少交通伤亡人数。

考虑到过去几年发生的创新速度，人们只能想象将来会设计和实施的复杂的下一代技术。该行业当前的责任不只是要在路上安装新的安全系统，而且还要让解决方案和标准制订到位，以最终帮助这一愿景成为现实。

更多信息，请浏览网站：www.freescale.com/automotive

文章内容仅供参考 (投稿) (11/12/2010)


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