汽車電子式轉向鎖實現(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向鎖控制系統(tǒng)需要由無鑰匙進入與啟動模塊采集輪速信號，控制電子式轉向鎖的電源和上鎖搭鐵，電子式轉向鎖控制電機運轉，以實現(xiàn)電子式轉向鎖的解鎖和上鎖動作。電子式轉向鎖的控制系統(tǒng)方案需要無鑰匙進入與啟動模塊和電子式轉向鎖兩個控制模塊來實現(xiàn)相應功能。

本文旨在優(yōu)化電子式轉向鎖控制系統(tǒng)的復雜性，由電子式轉向鎖自身采集輪速總線信號、硬線車速信號、發(fā)動機轉速信號、電源模式信號、車輛上鎖請求信號、駕駛員側門狀態(tài)信號、ON擋電源硬線信號，電子式轉向鎖根據(jù)各信號狀態(tài)進行邏輯運算處理，完成電子式轉向鎖的解鎖和閉鎖動作。

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

1）仍能保證電子式轉向鎖控制系統(tǒng)的可靠性、安全性。

2）電子式轉向鎖控制系統(tǒng)的成本得到降低。

3）電子式轉向鎖控制系統(tǒng)擁有更好的移植性，大大降低整車開發(fā)周期、風險、費用。

2 傳統(tǒng)電子式轉向鎖控制方案

2.1 系統(tǒng)框圖

傳統(tǒng)電子式轉向鎖控制方案如圖1所示。

無鑰匙進入與啟動模塊負責：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控制電子式轉向鎖電源的使能和禁止；④同電子式轉向鎖進行LIN通信；⑤控制電子式轉向鎖上鎖搭鐵。

電子式轉向鎖負責：①控制電子式轉向鎖電機動作；②電子式轉向鎖鎖舌位置檢測。

圖1 傳統(tǒng)電子式轉向鎖控制方案系統(tǒng)框圖

2.2 電子式轉向鎖控制系統(tǒng)解鎖流程

2.2.1 前提條件

“車輛電源模式為OFF”且“無鑰匙進入與啟動模塊無關鍵DTC診斷故障碼”。

2.2.2 觸發(fā)條件

無鑰匙進入與啟動模塊檢測到啟動開關按下。

2.2.3 解鎖流程

1）無鑰匙進入與啟動模塊使能電子式轉向鎖電源，控制開關1閉合，給電子式轉向鎖供電。

2）電子式轉向鎖初始化完成后，無鑰匙進入與啟動模塊通過LIN通信獲取電子式轉向鎖當前鎖舌位置。

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

4）電子式轉向鎖控制開關6和開關3閉合，執(zhí)行解鎖動作。

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

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

7）電子式轉向鎖通過LIN通信響應電子式轉向鎖電源禁止請求。

8）無鑰匙進入與啟動模塊禁止電子式轉向鎖電源，控制開關1斷開。

2.3 電子式轉向鎖控制系統(tǒng)上鎖流程

2.3.1 前提條件

“當電源模式在OFF擋”且“無鑰匙進入與啟動模塊無關鍵DTC診斷故障碼”且“CAN總線和硬線輪速信號≤4km／h并且有效”且“引擎轉動狀態(tài)為停止有效”且“電子式轉向鎖30s的上鎖時間未超時”。

2.3.2 觸發(fā)條件

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

2.3.3 上鎖流程

1）無鑰匙進入與啟動模塊使能電子式轉向鎖電源，控制開關1閉合，給電子式轉向鎖供電。

2）電子式轉向鎖初始化完成后，無鑰匙進入與啟動模塊通過LIN通信獲取電子式轉向鎖當前鎖舌位置。

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

4）電子式轉向鎖控制開關4和開關5閉合，執(zhí)行上鎖動作。

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

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

7）電子式轉向鎖通過LIN通信響應電子式轉向鎖電源禁止請求。

8）無鑰匙進入與啟動模塊禁止電子式轉向鎖電源，控制開關1斷開。

3 本文電子式轉向鎖設計方案

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

本文介紹的電子式轉向鎖由電路板、電機、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、高邊驅動芯片、低邊驅動芯片、電機位置檢測的霍爾單元等組成。

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

電路板通過主芯片、輔芯片、安全芯片采集處理車輛信號，通過高邊驅動芯片和低邊驅動芯片控制電機高速運轉，電機通過蝸桿驅動齒輪低速旋轉。在齒輪轉動過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅動鎖舌上下運動完成解鎖和上鎖動作。

3.1 系統(tǒng)框圖 （圖2）

圖2 本文電子式轉向鎖控制方案系統(tǒng)框圖

3.1.1 電子式轉向鎖主芯片負責內(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）控制直流電機及功能安全芯片。

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

3.1.2 電子式轉向鎖輔芯片負責內(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）控制直流電機及功能安全芯片。

5）與主芯片進行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“電子式轉向鎖處于上鎖狀態(tài)”。

3.2.2 觸發(fā)條件

電子式轉向鎖和無鑰匙進入與啟動模塊認證成功后進入解鎖過程。

3.2.3 解鎖流程

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

2）電子式轉向鎖主芯片實時傳輸總線信號給輔芯片。

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

4）電子式轉向鎖主芯片和輔芯片校驗結果一致后，使能安全芯片。

5）電子式轉向鎖主芯片和輔芯片同時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，主芯片使能高邊驅動，輔芯片使能低邊驅動。

6）電子式轉向鎖主芯片檢測高邊驅動和低邊驅動的使能輸出。

7）高邊驅動芯片和低邊驅動芯片控制電機高速運轉，電機通過蝸桿驅動齒輪低速旋轉。在齒輪轉動過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅動鎖舌向上運動完成解鎖動作。

8）電子式轉向鎖整個過程中一直檢測鎖舌位置，當鎖舌到達解鎖位置時，停止此次電機驅動。

3.3 電子式轉向鎖控制系統(tǒng)上鎖流程

3.3.1 前提條件

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

3.3.2 觸發(fā)條件

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

3.3.3 上鎖流程

1）電子式轉向鎖主芯片計算收到的總線輪速信號，并與硬線車速信號進行校驗。

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

3）電子式轉向鎖主芯片實時傳輸總線信號給輔芯片。

4）電子式轉向鎖輔芯片同樣計算步驟1和步驟2，并將校驗結果傳輸給主芯片。

5）電子式轉向鎖主芯片和輔芯片校驗結果一致后，使能安全芯片。

6）電子式轉向鎖主芯片和輔芯片同時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，主芯片使能高邊驅動，輔芯片使能低邊驅動。

7）電子式轉向鎖主芯片檢測高邊驅動和低邊驅動的使能輸出。

8）高邊驅動芯片和低邊驅動芯片控制電機高速運轉，電機通過蝸桿驅動齒輪低速旋轉。在齒輪轉動過程中，齒輪上的圓柱凸輪曲面驅動鎖舌向下運動，完成上鎖動作。

9）電子式轉向鎖整個過程中一直檢測鎖舌位置，當鎖舌到達上鎖位置時，停止此次電機驅動。

4 結束語

本文介紹的汽車電子式轉向鎖的實現(xiàn)方案降低了電子式轉向鎖控制系統(tǒng)方案的復雜性，能夠保證電子式轉向鎖控制系統(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、風險、費用。