安全系统ECU的开发在事故中起着重要作用

　　被动安全系统ECU的开发

　　摘要：被动安全系统在现在汽车碰撞事故中起着重要作用，而ECU直接控制着气囊起爆时间。本文通过介绍一款某公司被动安全系统ECU主要功能，在被动安全系统ECU开发过程中必要验证试验来描述ECU开发过程。

　　Abstract: Passive Safety system play important role in automobile crash, and ECU control the ignition time, the article introduce ECU development procedure through introducing one kind of ECU’function and testing process.

　　关键词：被动安全系统；安全气囊；ECU

　　Keyword: Passive safety system, airbag,ECU

　　随着中国汽车工业的迅猛发展，汽车销售已经从公务车市场进入私家车市场，现在是汽车社会保有量大量增加，车速是越来越快，与之而来的是汽车安全事故也大量增加。研究发现，汽车时速超过120公里发生碰撞时，碰撞死亡时间只有0.7秒。就在这0.7秒间，2003年我国有10.4万人死于交通事故。事实上，近些年中国每年都有10多万人因交通事故致死。虽然我国汽车保有量只占全世界的1.9％，但事故死亡人数却占全世界的15％左右。因此2003年世界卫生日的主题为“道路安全”。这么大量的安全事故给人民生命安全带来了巨大伤害，而且还带来了巨大的经济损失。仅2002年，我国就发生与汽车相关的交通事故77万起，死亡10.9万人，受伤56万人，直接经济损失高达33亿元。所以人们对车辆安全性的要求是越来越高，安全气囊作为被动安全装备也逐渐进入人们视野，驾驶侧气囊不仅成为标准装备外，乘员侧、座椅（胸部）、头部、膝盖、A柱等种类繁多气囊或气帘也开始装备车辆。

　　汽车的安全系统有主动安全和被动安全之分。主动安全性，又称“积极安全性”，通过事先防范，避免事故发生的系统称为主动安全系统。重点是将悬架、制动和转向的性能达到最好的程度，尽量提高汽车行驶时的稳定性，减少行车时所产生的偏差。被动安全性，事故发生后尽量减少损伤的安全系统称为被动安全系统，又称“消极安全性”，顾名思义就是一旦事故发生时，汽车保护内部乘员（Occupant）及外部人员的安全程度。主要有安全带和气囊。气囊是通过在短时间（10－14ms）充气来保护乘员与车内硬物二次冲击对乘员的伤害。随着气囊数目的增加，气囊由机械式向电子式转化，被动安全系统专用ECU也随之出现。整个安全气囊工作原理是：当汽车发生碰撞或翻滚时，相关的传感器把信息传给ECU，ECU通过计算后决定相关气囊工作，即气囊起爆。

　　一、ECU主要特性

　　ECU的机械组成部分由壳体、罩盖、螺栓组成，与车身连接为三点固定，水平布置，外壳材料为ZAMAK，外观尺寸为118.7 ×114.5×36mm。ECU硬件结构：

　　●能量存储电容；

　　●微处理器(16位、TOSHIBA,TMP95CS54)；

　　●1个SMB060X/Y方向加速度传感器；

　　● 一个主ASIC(CP135)；

　　● 一个点火ASIC(SD104或SD108)；

　　● 一个安全传感器(压电式传感器)；

　　●一个警告灯；

　　● 一个乘员侧安全气囊禁止灯和100/400欧姆传感器。

　　根据客户需要,可以设置ECU可能的点火端子数，主要依据控制的气囊数目。

　　ECU软件

　　●符合ISO9141标准的KWP2000通讯协议；

　　●内部和外部诊断软件。

　　ECU 在车辆上安装的基本部位和要求:

　　●ECU一般安装在车辆的中央通道上，安装点的中心与车辆中心线的位置偏差在±5cm范围内，角度偏差在3度范围内；

　　●ECU安装的平面度要求为：ECU平面与车身平面的偏差在0.5mm范围内；

　　●ECU安装位置必须防水、防油等；

　　●ECU安装位置的选择必须尽可能保证在碰撞的过程中该部位不被损坏，相关的线束不被切断（至少碰撞发生后200ms内不被切断）；

　　●ECU的周边附件与ECU的距离在5mm以上，并能保证碰撞后不与ECU外壳接触，同时保证在车辆的使用过程避免受到敲击；

　　●ECU与车身结构的安装力矩为8N·m/±20%；

　　●ECU的安装方向必须绝对正确。

　　二、ECU的一般主要功能

　　●碰撞信号探测：前碰、侧碰和后碰等；

　　●点火信号的管理：根据实际的碰撞加速度信号情况，决定需点火的端子，并发出点火指令；

　　●警告灯的管理；

　　●乘员侧安全气囊禁止灯的管理；

　　●内部和外部诊断的管理；

　　●与外部环境通讯交流的管理（K Line）；

　　●碰撞信号输出的管理。

　　某款ECU的主要功能

　　1、外部诊断主要包括：

　　电源电压、点火端子的电阻、点火回路、警告灯；

　　2、内部诊断主要包括：

　　电容能量的存储、微处理器的自诊断（RAM、ROM和外部WD）、EEPROM的诊断、加速度传感器的诊断、点火回路的诊断（点火二极管）、安全功能的诊断、电容充电的切断等；

　　3、碰撞过程：

　　碰撞发生后，正面或/和侧面安全气囊的展开与否由EEPROM中储存的ECU标定参数所决定；

　　4、安全功能：

　　对于四个以下点火端子的ECU，点火信号由ECU内部PCB板上的压电式加速度传感器来确认；

　　对于六个点火端子的ECU，正碰点火信号由RSU获得的加速度信号完成，侧碰点火的信号由PCB板上双向加速度传感器的Y向加速度信号确认；

　　5、碰撞发生后：

　　故障警告灯点亮；

　　碰撞特性参数存储在EEPROM中；

　　向车辆上的其他ECU输出碰撞信号；

　　6、碰撞算法：

　　所有的碰撞算法均存储ECU的电控单元中：

　　ALGOX：处理正面碰撞FPDA和后面碰撞RCA；

　　ALGOY：处理侧面碰撞SIMPA；

　　ALGOXY：处理多方向的碰撞过程。

　　该款ECU的主要技术参数

　　1、与ECU点火相关的参数

　　●点火外部回路电阻：2.15Ω±0.35Ω,整个回路的电阻应不超过5Ω；

　　●最大点火能量约为3.6MJ；

　　●点火电流：1.0A持续时间2ms，1.2A，持续时间1ms；

　　●工作电流小于0.2A；

　　●最大诊断电流：40mA；

　　●ECU电容储存能量可供DAB，PAB和PPB点火，但不提供SAB的点火能量；

　　●ECU电容供能的有效时间为100ms。

　　2、该款的内部传感器

　　系统包含RSU时，ECU的内部有一个XY双向的加速度传感器，系统不包含RSU时，ECU的内部有一个单向（X方向）的加速度传感器；

　　系统不包含RSU时，ECU的内部还有一个X向压电式传感器（为确认传感器，确认点火信号）。

　　3、ECU与外部的信息交流

　　用于故障诊断的通讯协议：KWP2000；

　　仪表板上的故障警告灯，显示故障或安全气囊已经展开；

　　三、系统开发过程中与ECU相关的主要试验

　　ECU的标定:

　　●移植实验（Implantation test)

　　●ECU标定的整车碰撞试验（含基础碰撞试验）

　　●ECU标定的粗糙路面和误爆试验

　　ECU的验证:

　　●ECU验证的整车碰撞试验

　　●ECU验证的粗糙路面和误爆试验

　　●Experimentation test

　　ECU 移植试验（Implantation test)

　　该试验又称为 Location study test。其主要目的: 由于该款探测碰撞过程中加速度信号的传感器与ECU集成在一起，该试验从传感器在探测碰撞加速度信号过程中对其周边环境和整车结构的要求的角度，考察为保证加速度信号从车身结构传递到ECU的可靠性。

　　通过该试验对整车上可能安装ECU的地方的结构强度以及周边环境进行考察，初步确定整车上可能安装ECU的地方。

　　通过该试验获得整车上可能安装ECU的位置的车身结构强度情况后，可以确定在将来ECU的安装是否需要使用ECU支架。

　　ECU标定整车碰撞试验

　　通过一系列整车碰撞试验，获得各种代表性的碰撞信号，包含点火和非点火以及其临界点的加速度信号，为ECU的标定提供所有数据。

　　试验过程中，使用非功能性的具有代表性的ECU样件。

　　ECU标定的整车碰撞所使用的样车一般为整车设计完全冻结后，具有完整意义的样车。

　　ECU标定的粗糙路面与误爆试验

　　在试验的过程中，通过有代表性路面的选择以及在可能的误用情况的试验，获得ECU标定中区别点火与非点火的主要数据。

　　粗糙路面的选择一般由客户确定和认可，应尽可能包含将来使用过程中可能遇到的各种路面情况；误用操作方法的选择，一般根据整车的实际结构情况和ECU的安装位置和方法来确定。

　　试验过程中，使用非功能性的具有代表性的ECU样件。

　　ECU验证整车碰撞试验

　　试验数量和试验方法及条件与ECU标定的整车试验数量和试验方法完全相同，但采集数据的方法不同。通过在相同条件下的试验验证ECU的标定是否满足实际使用的需要。

　　试验过程中使用完成了ECU标定的功能性的ECU样件。该样件能直接记录碰撞过程中点火与不点火，以及点火的时刻等详细参数。

　　ECU验证粗糙路面和误爆试验

　　实验方法和条件与ECU标定的该试验的方法和条件完全相同，但采集数据的方法不同，通过在相同条件下的试验，验证ECU的标定是否满足实际使用的需要。

　　试验的过程中使用完成了ECU标定的，具有功能性的ECU样件。

　　试验的样车必须具有完全代表性的批量生产的样车。

　　Experimentation test

　　1、动态测试和静态测试

　　动态测试和静态测试的过程与粗糙路面试验和误爆试验的过程基本相同，但是测试方法以及数据的采集等不同，因为这两种试验的考察对象不一样。

　　2、电磁抗干扰试验和ESD试验

　　电磁抗干扰试验主要考察整车上各种电器设备的使用过程中对ECU的工作状态的影响程度。

　　ESD试验主要考察整车上各种静电对ECU的工作状态的影响程度。

　　通过该试验确认ECU软件进入算法的门槛值的大小。