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主動(dòng)預(yù)緊安全帶電機(jī)控制簡(jiǎn)介

2021-11-10 10:41:47·  來(lái)源：廣汽研究院集成安全技術(shù)部  作者：左春陽(yáng)  
　
前言 安全帶是開(kāi)車過(guò)程中最常使用的汽車部件之一，在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，乘員會(huì)在慣性的作用下向前移動(dòng)，安全帶可以通過(guò)機(jī)械鎖止機(jī)構(gòu)將乘員緊緊地綁在座椅上，防止
前言

安全帶是開(kāi)車過(guò)程中最常使用的汽車部件之一，在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，乘員會(huì)在慣性的作用下向前移動(dòng)，安全帶可以通過(guò)機(jī)械鎖止機(jī)構(gòu)將乘員緊緊地綁在座椅上，防止乘員身體前傾而碰到硬物或飛出車外，有效保護(hù)乘員的安全。通過(guò)加裝電機(jī)升級(jí)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)預(yù)緊安全帶可實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能，有更高的安全性。主動(dòng)預(yù)緊安全帶除了以上功能之外，還可以在車輛緊急剎車、車輛打滑、轉(zhuǎn)向過(guò)度時(shí)通過(guò)電機(jī)主動(dòng)回收安全帶使乘員保持正常坐姿，通過(guò)安全帶振動(dòng)對(duì)駕駛員進(jìn)行超速提醒、車道偏離提醒、疲勞駕駛提醒等。其應(yīng)用場(chǎng)景如下：


主動(dòng)預(yù)緊安全帶應(yīng)用場(chǎng)景

主動(dòng)預(yù)緊安全帶的機(jī)械結(jié)構(gòu)和組成如下：


主動(dòng)預(yù)緊安全帶的機(jī)械結(jié)構(gòu)和組成

一、主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制器

主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制器主要用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確控制，需具備CAN通信、電機(jī)閉環(huán)控制功能?？刂破魍ㄟ^(guò)CAN收發(fā)器接收ADAS輸出的危險(xiǎn)信號(hào)、橫擺角信號(hào)、車速信號(hào)等，判斷電機(jī)是否需要作動(dòng)、需要輸出多大的扭力，通過(guò)輸出PWM控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)霍爾傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等。I/O模塊用于檢測(cè)帶扣狀態(tài)，只有當(dāng)安全帶帶扣插上的前提下才會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。ADC模塊用于接收霍爾傳感器發(fā)出來(lái)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向信號(hào)。PWM模塊用于發(fā)出高低電平控制H橋MOS管的通斷實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、扭力的控制。其軟硬件架構(gòu)如下：


主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制器硬件架構(gòu)


主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制器軟件架構(gòu)

二、主動(dòng)預(yù)緊安全帶電機(jī)、傳感器及驅(qū)動(dòng)電路

主動(dòng)預(yù)緊安全帶一般使用直流有刷電機(jī)，直流有刷電機(jī)具有成本低、響應(yīng)快、啟動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如下：


直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)

霍爾傳感器分為線性霍爾和開(kāi)關(guān)霍爾，線性霍爾是指輸出電壓和磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系的霍爾，如型號(hào)為49E、AH3503的霍爾傳感器。開(kāi)關(guān)霍爾是指只有導(dǎo)通和不導(dǎo)通兩種狀態(tài)，如A3144霍爾傳感器。電機(jī)霍爾傳感器的工作原理是通過(guò)變化磁場(chǎng)的霍爾效應(yīng)產(chǎn)生洛倫茲力，形成一個(gè)個(gè)的電壓脈沖，通過(guò)計(jì)算一分鐘脈沖的數(shù)量，來(lái)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。原理如下：


霍爾傳感器工作原理

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路一般采用H橋電路，H橋電路一般由4個(gè)NMOS管構(gòu)成，形如H型，故名全H橋電路。通過(guò)控制4個(gè)MOS管的導(dǎo)通與截止達(dá)到對(duì)中間電機(jī)的不同控制效果。NMOS管的柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)截止。NMOS是柵極高電平（|VGS| > Vt）導(dǎo)通，低電平斷開(kāi)，可用來(lái)控制與地之間的導(dǎo)通。H橋電路和MOS管示意圖如下：


H橋電路示意圖

下圖為某電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電路圖。


電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電路

三、主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制邏輯

為了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)預(yù)緊安全帶轉(zhuǎn)矩輸出范圍寬、加減速性能好、運(yùn)行可靠性高等要求，電機(jī)控制算法一般采用雙閉環(huán)控制，速度環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，它是系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的核心部分，是實(shí)現(xiàn)控制按照要求作動(dòng)的關(guān)鍵。控制邏輯如下：


主動(dòng)預(yù)緊安全帶控制邏輯

總結(jié)

主動(dòng)預(yù)緊安全帶是主被動(dòng)安全技術(shù)融合的重要產(chǎn)物，能夠有效提升乘員的乘車安全性和舒適性，使乘員有比較好的駕駛體驗(yàn)。目前市面上銷售的車型中主動(dòng)預(yù)緊安全帶的配置率還是相對(duì)較低，相信在不久之后，隨著主動(dòng)預(yù)緊安全帶成本的降低，該配置在新車型中的配置率會(huì)得到較大提升。

文章：左春陽(yáng)
編輯：谷宗強(qiáng)
廣汽研究院集成安全技術(shù)部 
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