【前言】

形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態(tài)記憶合金、鈦鎳記憶合金，它是由Ti（鈦）-Ni（鎳）材料組成，經(jīng)過多道工序制成的絲，我們簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發(fā)生運動。相比于傳統(tǒng)的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。鈦絲驅動技術目前已經(jīng)在航空航天、洲際導彈、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。

本章節(jié)主要介紹鈦絲（SMA）在汽車腰托支撐按摩氣閥模塊的應用，我們在該領域的研發(fā)也積累了一定的經(jīng)驗，歡迎大家交流或者合作。

第1節(jié)【汽車腰托支撐按摩氣閥模塊】

【財哥講故事】

?在聊形狀記憶合金絲的驅動技術應用在汽車電子領域之前，財哥先給大家講個小故事。?

話說在很久很久以前，有一個名叫Memory的M國人，對形狀記憶合金的驅動技術情有獨鐘，癡迷程度不亞于任何人對寶藏的追尋。Memory在資本的鼎力支持下，一頭扎進了形狀記憶合金的研發(fā)深淵，日復一日，年復一年，進行著無數(shù)次的實驗與探索。

終于，在一個風和日麗的日子，Memory迎來了曙光，他成功突破了形狀記憶合金從理論到工業(yè)化的關鍵壁壘。然而，命運似乎總愛開玩笑，就在Memory即將迎來輝煌的時刻，資金鏈卻意外斷裂，他的夢想之舟眼看就要擱淺。

資本是冷酷無情的，沒有回報的投入終將撤出。已經(jīng)燒掉10億美金的Memory在絕望中掙扎，四處尋求救星。就在這時，D國的一位汽車零部件巨頭——Afm，如同救世主般出現(xiàn)在了他的面前。Afm對Memory的成果驚嘆不已，迅速出手，將Memory的企業(yè)收入囊中，并讓他專心致力于生產(chǎn)，其他瑣事一概不用操心。

時間轉眼到了2003年的冬天，那是一個寒冷的季節(jié)，但Afm的研發(fā)團隊卻熱血沸騰。他們僅用不到一年的時間，就成功開發(fā)出了汽車的腰托核心部件——氣囊式腰托驅動機構。這一創(chuàng)新之舉，不僅讓Afm在歐美等地迅速完成了專利布局，更讓汽車行業(yè)為之震動。

然而，新技術的推廣總是充滿挑戰(zhàn)。Afm的產(chǎn)品雖然先進，但卻遭遇了市場的重重阻力。但Afm并沒有放棄，他們憑借著不懈的努力和本土的影響力，逐漸撕破了市場的壁壘。終于，在奔馳、寶馬等頂級車系的青睞下，Afm的驅動機構得以大放異彩。

隨著兩大車系的力挺，Afm的驅動機構迅速突破了車圈的屏障，成為了各大車企爭相效仿的對象。到了2018年前后，Afm的驅動機構銷售量已經(jīng)飆升至驚人的2000萬支/年，成為了行業(yè)內的佼佼者。

Afm并沒有止步于此，他們敏銳地發(fā)現(xiàn)了中國市場的巨大潛力，并迅速采取了戰(zhàn)略布局。在中國成立了分公司，筑起了堅實的專利防火墻，意圖在這片熱土上續(xù)寫輝煌。

2019年的夏天，一個名叫Msk的網(wǎng)紅車企也按捺不住內心的激動，在他的第三代汽車上引入了Afm的驅動機構。這一舉動，無疑為Afm在中國市場的推廣注入了強大的動力。

國內的汽車行業(yè)人士聽聞此事，紛紛摩拳擦掌，意圖彎道超車。然而，由于技術斷層嚴重，Afm的專利防火墻又堅不可摧，許多圈內大牛企業(yè)歷經(jīng)數(shù)年，仍未能取得實質性的突破。

這個場景大家是不是覺得很熟悉！好了，言歸正傳，我們接下來講解汽車舒適系統(tǒng)應用案例。

【支撐系統(tǒng)、按摩系統(tǒng)】

鈦絲的驅動技術應用在支撐系統(tǒng)和按摩系統(tǒng)已經(jīng)非常普遍。

鈦絲的驅動技術，在汽車腰托的氣囊式氣閥控制中，通過記憶合金絲的熱敏特性實現(xiàn)精準控制。當合金絲被加熱時，會縮短并拉動氣閥，從而控制氣囊的充氣或泄氣；冷卻后，合金絲恢復原長，保持氣閥位置穩(wěn)定。這種技術替代了傳統(tǒng)的電磁鐵氣閥，使得控制裝置結構更簡單、體積更小、重量更輕、功耗更低。

【支撐和按摩系統(tǒng)的組成】

早期的汽車腰托裝置僅有支撐系統(tǒng)，伴隨國內的用戶需求，逐漸衍生了按摩系統(tǒng)，本質上，它們屬于同一個控制原理的不同控制方式。

這個驅動系統(tǒng)分為氣泵、氣囊、控制線路、控制按鍵、驅動模塊組成，由它們形成的一套完整的氣囊式汽車腰托。給汽車駕駛帶來更加舒適的用戶體驗。

【驅動模塊的組成】

驅動模塊包含了驅動機構、驅動電路、數(shù)據(jù)通訊、控制按鍵等組成。

【驅動機構的核心原理】

鈦絲的驅動技術應用的支撐系統(tǒng)和按摩系統(tǒng)，其核心原理在財哥說《驅動鈦絲（SMA）的可靠性設計》的《SMA常見10大結構模型》中的三角函數(shù)驅動結構。

以上是其核心的專利示意圖，具體說明在財哥說鈦絲的《驅動鈦絲（SMA）的可靠性設計（5）位移設計》文章中提到的：

例3：三角函數(shù)結構

我們將一根鈦絲，兩端固定，中間作為驅動點，鈦絲的驅動點和固定點形成三角函數(shù)關系，我們可以利用勾股定理得到類似杠桿的放大效果，得到更大的驅動位移量。

當sinA=0.4時，鈦絲的直線驅動方向的位移量是驅動點的方向的1:3倍關系，鈦絲? 0.15mm，長度100mm，我們設計4%的位移量4mm，在驅動點的方向，我們會獲得12mm的驅動位移量。

【驅動機構的參數(shù)特點】

鈦絲驅動模塊的功能需求，最早是相對傳統(tǒng)電磁鐵的氣閥標準過渡過來開的，其參數(shù)特點如下：

1、工作電壓：9-16v

2、工作溫度：-40-80℃

3、氣壓：55±5KPa

4、流量：5.5L（7L氣泵輸入）

5、氣密：＜10%（55KPa情況下，24小時損失）

6、噪音：＜30db（空載）；＜40db（負載30KPa）

7、響應時間：＜150ms

【驅動機構的功能特點】

我們容易認為，這是一個簡單的充氣和放氣，氣閥打開和閉合的過程。但是我們站在用戶體驗的角度，就完全不一樣了。

例如：我們不同的人開車，腰部支持的高低是不一樣的，這就需要連接汽車的智能識別系統(tǒng)，來調整氣囊的高低。當我們開車累了，可以調用氣囊自動給我們按摩。氣囊的數(shù)量也從早期的1個，演變成了現(xiàn)在的20-30多個不等。

多氣囊的驅動機構，采用傳統(tǒng)的電磁鐵驅動就不合適了，電磁鐵過于笨重、功率大、體積大。更合適的解決方案是一套矩陣式的鈦絲驅動機構和矩陣式的鈦絲驅動電路，采用MCU來實現(xiàn)這些功能。

【驅動機構的電路設計】

驅動機構的電路設計，在財哥說《驅動鈦絲（SMA）的可靠性設計》的《驅動鈦絲（SMA）的可靠性設計（9）鈦絲的驅動電路控制（下）》的【矩陣式驅動控制】中提到：

矩陣式驅動一般應用于數(shù)量較多或大規(guī)模的鈦絲驅動機構的情況下。

矩陣式驅動有很多種類，電子工程師一般都可以根據(jù)自己的實際情況靈活調整，本案例給出其中一種表現(xiàn)形式，供大家參考。

矩陣式驅動的重點是結合MCU本身的資源能力，給出最有效的矩陣設計思路，軟件工程師通過矩陣的數(shù)量設定合適的周期和對應的占空比。

工作原理：

本例依然采用PWM恒功驅動的設計方案，驅動4組鈦絲驅動機構。

通過軟件控制:

P1、P2、P3、P4實現(xiàn)：

驅動鈦絲的L1、L2或L3、L4或L1、L4或 L2、L3的4種驅動狀態(tài)，達到矩陣控制和交叉矩陣控制的目的。

本例中的軟件控制可以采用4組PWM，也可以采用2組PWM，我們的軟件工程師需要結合MCU的資源去靈活調整。

【驅動模塊的設計案例】

財哥將以往設計的驅動模塊案例整理出來分享給大家，僅供大家參考：

1.一體兩通道四路驅動機構結構

2.一體兩通道四路驅動機構電路

3.一體兩通道四路驅動機構軟件調試

4.一體兩通道四路驅動機構硬件調試

5.一體兩通道四路驅動機構水下氣密性調試

6.鈦絲的驅動技術應用的支撐按摩系統(tǒng)總成

鈦絲的驅動技術應用除了在支撐、按摩系統(tǒng)的應用之外，還在汽車的流體控制系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、新能源車的電池溫控系統(tǒng)、落鎖裝置等方面陸續(xù)展開大規(guī)模應用，財哥的團隊【鈦絲科技】均已經(jīng)研發(fā)出一些模塊和成果，后續(xù)我們也會根據(jù)大家的興趣，選擇性的展開來講解。

希望本章節(jié)可以對感興趣的朋友帶來一些啟發(fā)，歡迎大家的關注和交流，也歡迎大家一起來合作開發(fā)，請點贊收藏轉發(fā)！

鈦絲科技 出品

作者財哥說鈦絲

審核編輯 黃宇