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主動預(yù)緊安全帶電機控制簡介

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

安全帶是開車過程中最常使用的汽車部件之一，在汽車發(fā)生碰撞時，乘員會在慣性的作用下向前移動，安全帶可以通過機械鎖止機構(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，有效保護乘員的安全。通過加裝電機升級結(jié)構(gòu)的主動預(yù)緊安全帶可實現(xiàn)更強大的功能，有更高的安全性。主動預(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)向過度時通過電機主動回收安全帶使乘員保持正常坐姿，通過安全帶振動對駕駛員進行超速提醒、車道偏離提醒、疲勞駕駛提醒等。其應(yīng)用場景如下：


主動預(yù)緊安全帶應(yīng)用場景

主動預(yù)緊安全帶的機械結(jié)構(gòu)和組成如下：


主動預(yù)緊安全帶的機械結(jié)構(gòu)和組成

一、主動預(yù)緊安全帶控制器

主動預(yù)緊安全帶控制器主要用于實現(xiàn)電機的精確控制，需具備CAN通信、電機閉環(huán)控制功能?？刂破魍ㄟ^CAN收發(fā)器接收ADAS輸出的危險信號、橫擺角信號、車速信號等，判斷電機是否需要作動、需要輸出多大的扭力，通過輸出PWM控制電機驅(qū)動電路，通過霍爾傳感器監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等。I/O模塊用于檢測帶扣狀態(tài)，只有當安全帶帶扣插上的前提下才會驅(qū)動電機工作。ADC模塊用于接收霍爾傳感器發(fā)出來的電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向信號。PWM模塊用于發(fā)出高低電平控制H橋MOS管的通斷實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)、扭力的控制。其軟硬件架構(gòu)如下：


主動預(yù)緊安全帶控制器硬件架構(gòu)


主動預(yù)緊安全帶控制器軟件架構(gòu)

二、主動預(yù)緊安全帶電機、傳感器及驅(qū)動電路

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


直流有刷電機結(jié)構(gòu)

霍爾傳感器分為線性霍爾和開關(guān)霍爾，線性霍爾是指輸出電壓和磁感應(yīng)強度成線性關(guān)系的霍爾，如型號為49E、AH3503的霍爾傳感器。開關(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。電機霍爾傳感器的工作原理是通過變化磁場的霍爾效應(yīng)產(chǎn)生洛倫茲力，形成一個個的電壓脈沖，通過計算一分鐘脈沖的數(shù)量，來計算電機的轉(zhuǎn)速。原理如下：


霍爾傳感器工作原理

電機驅(qū)動電路一般采用H橋電路，H橋電路一般由4個NMOS管構(gòu)成，形如H型，故名全H橋電路。通過控制4個MOS管的導(dǎo)通與截止達到對中間電機的不同控制效果。NMOS管的柵極為高電平時導(dǎo)通，低電平時截止。NMOS是柵極高電平（|VGS| > Vt）導(dǎo)通，低電平斷開，可用來控制與地之間的導(dǎo)通。H橋電路和MOS管示意圖如下：


H橋電路示意圖

下圖為某電機驅(qū)動芯片電路圖。


電機驅(qū)動芯片電路

三、主動預(yù)緊安全帶控制邏輯

為了實現(xiàn)主動預(yù)緊安全帶轉(zhuǎn)矩輸出范圍寬、加減速性能好、運行可靠性高等要求，電機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)計的核心部分，是實現(xiàn)控制按照要求作動的關(guān)鍵。控制邏輯如下：


主動預(yù)緊安全帶控制邏輯

總結(jié)

主動預(yù)緊安全帶是主被動安全技術(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。目前市面上銷售的車型中主動預(yù)緊安全帶的配置率還是相對較低，相信在不久之后，隨著主動預(yù)緊安全帶成本的降低，該配置在新車型中的配置率會得到較大提升。

文章：左春陽
編輯：谷宗強
廣汽研究院集成安全技術(shù)部 
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