汽車電子式轉(zhuǎn)向鎖實(shí)現(xiàn)方案

李傳海，張 弛，趙保軍

（吉利汽車研究院 （寧波）有限公司，浙江 寧波 315000）

1 前言

目前市面上電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)需要由無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊采集輪速信號，控制電子式轉(zhuǎn)向鎖的電源和上鎖搭鐵，電子式轉(zhuǎn)向鎖控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)電子式轉(zhuǎn)向鎖的解鎖和上鎖動(dòng)作。電子式轉(zhuǎn)向鎖的控制系統(tǒng)方案需要無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊和電子式轉(zhuǎn)向鎖兩個(gè)控制模塊來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

本文旨在優(yōu)化電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，由電子式轉(zhuǎn)向鎖自身采集輪速總線信號、硬線車速信號、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號、電源模式信號、車輛上鎖請求信號、駕駛員側(cè)門狀態(tài)信號、ON擋電源硬線信號，電子式轉(zhuǎn)向鎖根據(jù)各信號狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，完成電子式轉(zhuǎn)向鎖的解鎖和閉鎖動(dòng)作。

優(yōu)化后的電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）仍能保證電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)的可靠性、安全性。

2）電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)的成本得到降低。

3）電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)擁有更好的移植性，大大降低整車開發(fā)周期、風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用。

2 傳統(tǒng)電子式轉(zhuǎn)向鎖控制方案

2.1 系統(tǒng)框圖

傳統(tǒng)電子式轉(zhuǎn)向鎖控制方案如圖1所示。

無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊負(fù)責(zé)：①通過CAN總線獲取電子穩(wěn)定控制模塊發(fā)出的輪速信號，CAN總線的輪速信號安全等級為ASIL B；②通過硬線獲取電子穩(wěn)定控制模塊發(fā)出的輪速信號，硬線輪速信號安全等級為ASIL B；③控制電子式轉(zhuǎn)向鎖電源的使能和禁止；④同電子式轉(zhuǎn)向鎖進(jìn)行LIN通信；⑤控制電子式轉(zhuǎn)向鎖上鎖搭鐵。

電子式轉(zhuǎn)向鎖負(fù)責(zé)：①控制電子式轉(zhuǎn)向鎖電機(jī)動(dòng)作；②電子式轉(zhuǎn)向鎖鎖舌位置檢測。

圖1 傳統(tǒng)電子式轉(zhuǎn)向鎖控制方案系統(tǒng)框圖

2.2 電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)解鎖流程

2.2.1 前提條件

“車輛電源模式為OFF”且“無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊無關(guān)鍵DTC診斷故障碼”。

2.2.2 觸發(fā)條件

無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊檢測到啟動(dòng)開關(guān)按下。

2.2.3 解鎖流程

1）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊使能電子式轉(zhuǎn)向鎖電源，控制開關(guān)1閉合，給電子式轉(zhuǎn)向鎖供電。

2）電子式轉(zhuǎn)向鎖初始化完成后，無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊通過LIN通信獲取電子式轉(zhuǎn)向鎖當(dāng)前鎖舌位置。

3）若電子式轉(zhuǎn)向鎖的鎖舌處于非解鎖位置，無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊通過LIN通信發(fā)送解鎖請求給電子式轉(zhuǎn)向鎖。

4）電子式轉(zhuǎn)向鎖控制開關(guān)6和開關(guān)3閉合，執(zhí)行解鎖動(dòng)作。

5）電子式轉(zhuǎn)向鎖完成解鎖動(dòng)作后，控制開關(guān)6和開關(guān)3斷開，并將鎖舌運(yùn)行狀態(tài)和鎖舌位置通過LIN通信反饋給無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊。

6）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊通過LIN通信發(fā)送電子式轉(zhuǎn)向鎖電源禁止請求。

7）電子式轉(zhuǎn)向鎖通過LIN通信響應(yīng)電子式轉(zhuǎn)向鎖電源禁止請求。

8）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊禁止電子式轉(zhuǎn)向鎖電源，控制開關(guān)1斷開。

2.3 電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)上鎖流程

2.3.1 前提條件

“當(dāng)電源模式在OFF擋”且“無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊無關(guān)鍵DTC診斷故障碼”且“CAN總線和硬線輪速信號≤4km／h并且有效”且“引擎轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)為停止有效”且“電子式轉(zhuǎn)向鎖30s的上鎖時(shí)間未超時(shí)”。

2.3.2 觸發(fā)條件

“駕駛員側(cè)車門由關(guān)閉變?yōu)榇蜷_”或“駕駛員側(cè)車門由打開變?yōu)殛P(guān)閉”或“無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊發(fā)送車門上鎖請求”或“電源模式轉(zhuǎn)換到OFF擋后2s”或“電源模式轉(zhuǎn)換到OFF擋后25s”。

2.3.3 上鎖流程

1）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊使能電子式轉(zhuǎn)向鎖電源，控制開關(guān)1閉合，給電子式轉(zhuǎn)向鎖供電。

2）電子式轉(zhuǎn)向鎖初始化完成后，無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊通過LIN通信獲取電子式轉(zhuǎn)向鎖當(dāng)前鎖舌位置。

3）電子式轉(zhuǎn)向鎖的鎖舌處于解鎖位置，無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊使能電子式轉(zhuǎn)向鎖上鎖搭鐵，控制開關(guān)2閉合并通過LIN通信發(fā)送上鎖請求給電子式轉(zhuǎn)向鎖。

4）電子式轉(zhuǎn)向鎖控制開關(guān)4和開關(guān)5閉合，執(zhí)行上鎖動(dòng)作。

5）電子式轉(zhuǎn)向鎖完成上鎖動(dòng)作后，控制開關(guān)4和開關(guān)5斷開，并將鎖舌運(yùn)行狀態(tài)和鎖舌位置通過LIN通信反饋給無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊。無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊禁止電子式轉(zhuǎn)向鎖上鎖搭鐵，控制開關(guān)2斷開。

6）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊通過LIN通信發(fā)送電子式轉(zhuǎn)向鎖電源禁止請求。

7）電子式轉(zhuǎn)向鎖通過LIN通信響應(yīng)電子式轉(zhuǎn)向鎖電源禁止請求。

8）無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊禁止電子式轉(zhuǎn)向鎖電源，控制開關(guān)1斷開。

3 本文電子式轉(zhuǎn)向鎖設(shè)計(jì)方案

本文介紹了一種電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。車輛啟動(dòng)前，電子式轉(zhuǎn)向鎖完成解鎖動(dòng)作；車輛行駛過程中，電子式轉(zhuǎn)向鎖保持解鎖狀態(tài)；車輛熄火下電后，電子式轉(zhuǎn)向鎖完成上鎖動(dòng)作，鎖止轉(zhuǎn)向管柱，起到車輛防盜作用。

本文介紹的電子式轉(zhuǎn)向鎖由電路板、電機(jī)、蝸桿、齒輪、鎖舌、外殼、安裝支架、擰斷螺釘?shù)冉M成。電路板由主芯片、輔芯片、功能安全芯片、高邊驅(qū)動(dòng)芯片、低邊驅(qū)動(dòng)芯片、電機(jī)位置檢測的霍爾單元等組成。

電子式轉(zhuǎn)向鎖外殼凸臺(tái)可以卡接到轉(zhuǎn)向管柱凹槽，通過安裝支架和擰斷螺釘固定到轉(zhuǎn)向管柱上。

電路板通過主芯片、輔芯片、安全芯片采集處理車輛信號，通過高邊驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)通過蝸桿驅(qū)動(dòng)齒輪低速旋轉(zhuǎn)。在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅(qū)動(dòng)鎖舌上下運(yùn)動(dòng)完成解鎖和上鎖動(dòng)作。

3.1 系統(tǒng)框圖 （圖2）

圖2 本文電子式轉(zhuǎn)向鎖控制方案系統(tǒng)框圖

3.1.1 電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片負(fù)責(zé)內(nèi)容

1）通過CAN高和CAN低收發(fā)總線數(shù)據(jù)。

2）采集ON擋電源硬線信號的狀態(tài)和電壓信號。

3）采集硬線車速信號并與總線輪速信號作對比。

4）采集各輸出信號的狀態(tài)。

5）控制直流電機(jī)及功能安全芯片。

6）輔芯片進(jìn)行UART同步通信，并監(jiān)控輔芯片的工作狀態(tài)。

3.1.2 電子式轉(zhuǎn)向鎖輔芯片負(fù)責(zé)內(nèi)容

1）采集ON擋電源硬線信號的狀態(tài)。

2）采集硬線車速信號并與總線輪速信號作對比。

3）采集各輸出信號的狀態(tài)。

4）控制直流電機(jī)及功能安全芯片。

5）與主芯片進(jìn)行UART同步通信，并監(jiān)控主芯片的工作狀態(tài)。

3.2 電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)解鎖流程

3.2.1 前提條件

“電源電壓在9～16V之間”且“電源模式為OFF”且“電子式轉(zhuǎn)向鎖處于上鎖狀態(tài)”。

3.2.2 觸發(fā)條件

電子式轉(zhuǎn)向鎖和無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊認(rèn)證成功后進(jìn)入解鎖過程。

3.2.3 解鎖流程

1）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片判斷收到的總線上電源模式，并與ON擋電源硬線信號進(jìn)行校驗(yàn)。

2）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片實(shí)時(shí)傳輸總線信號給輔芯片。

3）電子式轉(zhuǎn)向鎖輔芯片判斷收到的總線上電源模式，并與ON擋電源硬線信號進(jìn)行校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果傳輸給主芯片。

4）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片和輔芯片校驗(yàn)結(jié)果一致后，使能安全芯片。

5）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片和輔芯片同時(shí)檢測安全芯片的輸出狀態(tài)，如果安全芯片的反饋狀態(tài)與使能一致，主芯片使能高邊驅(qū)動(dòng)，輔芯片使能低邊驅(qū)動(dòng)。

6）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片檢測高邊驅(qū)動(dòng)和低邊驅(qū)動(dòng)的使能輸出。

7）高邊驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)通過蝸桿驅(qū)動(dòng)齒輪低速旋轉(zhuǎn)。在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅(qū)動(dòng)鎖舌向上運(yùn)動(dòng)完成解鎖動(dòng)作。

8）電子式轉(zhuǎn)向鎖整個(gè)過程中一直檢測鎖舌位置，當(dāng)鎖舌到達(dá)解鎖位置時(shí)，停止此次電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3.3 電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)上鎖流程

3.3.1 前提條件

“當(dāng)電源模式在OFF擋”且“CAN總線和硬線輪速信號≤4km／h并且有效”且“引擎轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)為停止有效”且“電子式轉(zhuǎn)向鎖30s的上鎖時(shí)間未超時(shí)”。

3.3.2 觸發(fā)條件

“駕駛員側(cè)車門由關(guān)閉變?yōu)榇蜷_”或“駕駛員側(cè)車門由打開變?yōu)殛P(guān)閉”或“無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)模塊發(fā)送車門上鎖請求”或“電源模式轉(zhuǎn)換到OFF擋后2s”或“電源模式轉(zhuǎn)換到OFF擋后25s”。

3.3.3 上鎖流程

1）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片計(jì)算收到的總線輪速信號，并與硬線車速信號進(jìn)行校驗(yàn)。

2）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片判斷收到的電源模式、引擎轉(zhuǎn)速，并與ON擋電源硬線信號進(jìn)行校驗(yàn)。

3）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片實(shí)時(shí)傳輸總線信號給輔芯片。

4）電子式轉(zhuǎn)向鎖輔芯片同樣計(jì)算步驟1和步驟2，并將校驗(yàn)結(jié)果傳輸給主芯片。

5）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片和輔芯片校驗(yàn)結(jié)果一致后，使能安全芯片。

6）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片和輔芯片同時(shí)檢測安全芯片的輸出狀態(tài)，如果安全芯片的反饋狀態(tài)與使能一致，主芯片使能高邊驅(qū)動(dòng)，輔芯片使能低邊驅(qū)動(dòng)。

7）電子式轉(zhuǎn)向鎖主芯片檢測高邊驅(qū)動(dòng)和低邊驅(qū)動(dòng)的使能輸出。

8）高邊驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)通過蝸桿驅(qū)動(dòng)齒輪低速旋轉(zhuǎn)。在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅(qū)動(dòng)鎖舌向下運(yùn)動(dòng)，完成上鎖動(dòng)作。

9）電子式轉(zhuǎn)向鎖整個(gè)過程中一直檢測鎖舌位置，當(dāng)鎖舌到達(dá)上鎖位置時(shí)，停止此次電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4 結(jié)束語

本文介紹的汽車電子式轉(zhuǎn)向鎖的實(shí)現(xiàn)方案降低了電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)方案的復(fù)雜性，能夠保證電子式轉(zhuǎn)向鎖控制系統(tǒng)的可靠性、安全性，成本得到優(yōu)化，擁有更好的移植性，大大降低整車開發(fā)周期、風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用。