基于無鑰匙啟動系統的重卡電源切換邏輯的研究與設計

李惠宇， 朱亞萍， 趙掌柱， 張建鋒， 許 歡， 趙 幸， 安 旺

（陜汽集團技術中心， 陜西 西安 710200）

1 前言

隨著物流業的飛速發展，城市間物流重卡在高速上往返也越來越頻繁，隨著駕駛工況的提升，卡車駕駛員也開始追求駕駛舒適性和科技感。由此，在乘用車已較為普及的無鑰匙啟動系統開始逐步應用于中高端重卡車型。

無鑰匙啟動系統取代點火鎖，無需駕駛員拿出鑰匙，通過操作啟停按鍵，即可實現整車電源切換。為了降低電源功耗，重卡車型配置電源總開關較為普遍，通過閉合電源總開關供電的電源擋位稱為“30+電”。常見的電源開關有兩種：機械式電源總開關和電磁式電源總開關，本文涉及的重卡車型采用電磁式電源總開關，因此整車電源擋位分為5擋：OFF （B+）、30+、ACC （75+）、IGN （15+）、Start （50+）。本文以重卡應用場景為例，介紹基于無鑰匙啟動系統的重卡電源切換策略的實現方案。

2 PS系統構成

PS系統由無鑰匙啟動控制器 （PSU）、智能鑰匙 （UID）、電子轉向管柱鎖 （ESCL）、啟停按鍵 （SSB）、低頻天線 （LF antenna） 組成。PS系統結構框圖如圖1所示。

圖1 PS系統結構框圖

2.1 無鑰匙啟動控制器

PSU作為無鑰匙啟動系統的主控制器，實現對SSB信號的采集、LF天線的驅動、UID通信、ESCL解閉鎖控制及電磁電源總開關、ACC繼電器、IGN擋繼電器的控制并發出“Start”信號至控制啟動繼電器的控制單元，完成發動機啟動，從而實現整車電源擋位的切換。

2.2 智能鑰匙

UID作為駕乘人員身份的認證部件，與PSU進行雙向通信，PSU通過驗證UID的合法性，進行其相應的控制邏輯。

2.3 電子轉向管柱鎖

ESCL套裝在轉向管柱上，其鎖舌與管柱卡槽配合。PSU通過控制ESCL的鎖舌實現轉向管柱鎖止和解鎖控制。

ESCL作為控制單元，可與PSU進行CAN或LIN通信，本文選用的ESCL采用LIN總線與PSU進行通信。PSU通過對ESCL的供電、搭鐵及加密算法等控制，提升ESCL的可靠性，避免出現誤鎖止或誤解鎖。

2.4 啟停按鍵

啟停按鍵SSB （Start Stop Button） 作為表達駕駛員電源切換意圖的部件，通過人機工程布置在方便操作的位置。SSB內部采用雙路聯動開關，避免某一開關故障而無法觸發相應功能。

SSB具備背光燈 （白色）、狀態指示燈 （綠色、橙色），輔助駕乘人員通過燈光狀態判斷當前電源擋位。

2.5 低頻天線

LF天線作為PSU與UID通信的射頻信號收發通道，其射頻信號應輻射整個駕駛室并盡量減少駕駛室溢出，可根據駕駛室內飾的具體設計，布置1~2個甚至更多的LF天線。

CPIKN的穩定性對其有效運行和管理具有非常重要的意義，其反映了CPIKN應對協同成員流失與知識流失風險的能力。網絡穩定性分析是復雜網絡領域的研究熱點之一，其在生態網絡、交通網絡、互聯網等各類型網絡中得到了較為深入的研究與應用。借鑒現有研究成果，根據CPIKN的實際情況，本文從靜態穩定性分析與動態穩定性分析兩個維度研究CPIKN穩定性的測度與分析方法。

本文LF天線射頻頻率為125kHz，編碼方式為Manchestr，調制方式為ASK。前排天線具備IMMO功能，可在UID電池虧電時為UID提供能量，進行應急啟動。

3 PS系統的電源切換功能設計

本文涉及的重卡車型電源擋位分為5擋：OFF （B+）、30+、ACC （75+）、IGN （15+）、Start （50+）。整車電源狀態定義見表1，PS系統發出的整車電源擋位CAN信號定義見表2。

表1 整車電源狀態定義

表2 整車電源狀態CAN信號定義

為簡化描述，下文中PEPS_PDUPosition均用PDUPosition替代，PEPS_KL30Status均用KL30+替代。

3.1 OFF擋切換至30+擋

駕乘人員無需踩下制動，僅短按SSB，PSU無需認證合法鑰匙，即發出“KL30+=0N”&”PDUPosition=OFF”的CAN報文，相關控制器驅動電源總開關吸合，整車電源從OFF擋切換至30+擋，30+電源開始供電。

3.2 30+切換至ACC擋

30+擋狀態下，駕乘人員無需踩下制動，短按SSB，PSU查找合法鑰匙并認證通過，控制ESCL成功解鎖后，PSU控制ACC繼電器吸合，并且從ACC反饋端檢測到ACC擋已上電，PSU整車電源從30+擋切換至ACC擋，且“30+ON”狀態仍然保持，此時PSU發出電源擋位CAN報文“KL30+=ON”&“PDUPosition=ACC”。

3.3 ACC擋切換至IGN擋

ACC擋狀態下，駕乘人員無需踩下制動，短按SSB，PSU控制IGN繼電器吸合，并且從IGN反饋端檢測到IGN擋已上電，PSU整車電源從ACC擋切換至IGN擋，此時PSU發出電源擋位CAN報文“KL30+=ON”&“PDUPosition=IGN”，且“30+ON”、“ACC+ON”狀態仍保持。

3.4 IGN擋切換至Start擋

1） 正常啟動。IGN擋狀態下，正常啟動 （非緊急啟動）時，駕乘人員踩下制動，空擋有效，短按SSB，PSU驗證合法鑰匙通過后，從ON擋切換到Start擋，此時PSU發出電源擋位 CAN 報 文 “ KL30+=ON” &“ PDUPosition=Start” 以 及PSU_Auth認證報文，斷開ACC繼電器，與控制啟動繼電器的控制單元進行啟動認證，認證通過后，該控制器驅動啟動繼電器，控制起動機啟動。

電源Start狀態作為發動機啟動階段的狀態，只維持3~5s。PSU通過發動機轉速信號或發動機工作狀態信號判斷發動機已啟動后，PSU從Start狀態進入Run穩態。此時PSU發出電源擋位CAN報文與IGN擋一致：“KL30+=ON”&“PDUPosition=IGN”，且ACC繼電器恢復吸合。

3.5 IGN擋切換至30+擋

IGN擋時，不踩制動，點按SSB，即可從IGN擋切換至30+擋，此時PSU發出電源擋位CAN報文“KL30+=ON”&“PDUPosition=OFF”。

3.6 ACC擋切換至30+擋

ACC擋時，不踩制動，長按SSB （≥3s），即可從ACC擋切換至30+擋，此時PSU發出電源擋位CAN報文“KL30+=ON”&“PDUPosition=OFF”。

3.7 30+擋切換至OFF擋

考慮重卡駕駛員在車上休息的實際情況，為避免整車電源一直處于30+擋而造成蓄電池虧電的隱患，從30+擋切換至0FF擋設計如下兩種方法。

1） 處于30+擋時，駕駛員打開車門或關閉車門，并且ESCL閉鎖成功 （車門狀態變化觸發ESCL閉鎖），PSU即從30+擋切換至OFF 擋，此時PSU 發出電源擋位CAN 報文“KL30+=OFF”&“PDUPosition=OFF”。

2） 處于30+擋時，駕乘人員通過遙控鑰匙設防或長按SSB （≥5s），并且ESCL閉鎖成功 （設防或長按SSB觸發ESCL閉鎖）， PSU即從30+擋切換至OFF擋，此時PSU發出電源擋位CAN報文“KL30+=OFF”&“PDUPosition=OFF”。

4 結論

本文設計開發了一種無鑰匙啟動系統。結合商用車因具備電磁式電源總開關，而使得整車電源擋位相較乘用車多了30+擋的特點，設計出完整的5級電源擋位跳轉邏輯，僅通過操作SSB即可實現電源擋位切換操作，提升了操作方便性和整車質感。

隨著汽車行業的飛速發展，卡車的智能化與舒適性的重要性也日益提高，作為一道搶眼的銷售亮點，無鑰匙啟動系統將更快在商用車進行普及。