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主动预紧安全带电机控制简介
2021-11-10 10:41:47· 来源：广汽研究院集成安全技术部 作者：左春阳
前言 安全带是开车过程中最常使用的汽车部件之一，在汽车发生碰撞时，乘员会在惯性的作用下向前移动，安全带可以通过机械锁止机构将乘员紧紧地绑在座椅上，防止
前言
安全带是开车过程中最常使用的汽车部件之一，在汽车发生碰撞时，乘员会在惯性的作用下向前移动，安全带可以通过机械锁止机构将乘员紧紧地绑在座椅上，防止乘员身体前倾而碰到硬物或飞出车外，有效保护乘员的安全。通过加装电机升级结构的主动预紧安全带可实现更强大的功能，有更高的安全性。主动预紧安全带除了以上功能之外，还可以在车辆紧急刹车、车辆打滑、转向过度时通过电机主动回收安全带使乘员保持正常坐姿，通过安全带振动对驾驶员进行超速提醒、车道偏离提醒、疲劳驾驶提醒等。其应用场景如下：
主动预紧安全带应用场景
主动预紧安全带的机械结构和组成如下：
主动预紧安全带的机械结构和组成
一、主动预紧安全带控制器
主动预紧安全带控制器主要用于实现电机的精确控制，需具备CAN通信、电机闭环控制功能。控制器通过CAN收发器接收ADAS输出的危险信号、横摆角信号、车速信号等，判断电机是否需要作动、需要输出多大的扭力，通过输出PWM控制电机驱动电路，通过霍尔传感器监测电机的转向、转速等。I/O模块用于检测带扣状态，只有当安全带带扣插上的前提下才会驱动电机工作。ADC模块用于接收霍尔传感器发出来的电机转速、转向信号。PWM模块用于发出高低电平控制H桥MOS管的通断实现电机正反转、扭力的控制。其软硬件架构如下：
主动预紧安全带控制器硬件架构
主动预紧安全带控制器软件架构
二、主动预紧安全带电机、传感器及驱动电路
主动预紧安全带一般使用直流有刷电机，直流有刷电机具有成本低、响应快、启动平稳等优点，其结构如下：
直流有刷电机结构
霍尔传感器分为线性霍尔和开关霍尔，线性霍尔是指输出电压和磁感应强度成线性关系的霍尔，如型号为49E、AH3503的霍尔传感器。开关霍尔是指只有导通和不导通两种状态，如A3144霍尔传感器。电机霍尔传感器的工作原理是通过变化磁场的霍尔效应产生洛伦兹力，形成一个个的电压脉冲，通过计算一分钟脉冲的数量，来计算电机的转速。原理如下：
霍尔传感器工作原理
电机驱动电路一般采用H桥电路，H桥电路一般由4个NMOS管构成，形如H型，故名全H桥电路。通过控制4个MOS管的导通与截止达到对中间电机的不同控制效果。NMOS管的栅极为高电平时导通，低电平时截止。NMOS是栅极高电平（|VGS| > Vt）导通，低电平断开，可用来控制与地之间的导通。H桥电路和MOS管示意图如下：
H桥电路示意图
下图为某电机驱动芯片电路图。
电机驱动芯片电路
三、主动预紧安全带控制逻辑
为了实现主动预紧安全带转矩输出范围宽、加减速性能好、运行可靠性高等要求，电机控制算法一般采用双闭环控制，速度环为外环，电流环为内环，它是系统程序设计的核心部分，是实现控制按照要求作动的关键。控制逻辑如下：
主动预紧安全带控制逻辑
总结
主动预紧安全带是主被动安全技术融合的重要产物，能够有效提升乘员的乘车安全性和舒适性，使乘员有比较好的驾驶体验。目前市面上销售的车型中主动预紧安全带的配置率还是相对较低，相信在不久之后，随着主动预紧安全带成本的降低，该配置在新车型中的配置率会得到较大提升。
文章：左春阳
编辑：谷宗强
广汽研究院集成安全技术部
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