新能源汽車無感起動系統(tǒng)設(shè)計

陳欣蕾 陳長健 黃祖朋 崔碩 趙小羽

摘要：本文在現(xiàn)有新能源汽車機(jī)械鑰匙起動、一鍵起動控制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于智能進(jìn)入系統(tǒng)開發(fā)的新能源汽車無感起動系統(tǒng)設(shè)計方案，闡述了該方案的設(shè)計原理及實現(xiàn)方式。該方案打破了傳統(tǒng)的汽車起動方式，提出了一種全新的無感起動上下電方法。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;一鍵起動;無感起動;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：463.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

近年來，新能源汽車領(lǐng)域掀起了向智能化、網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型的風(fēng)潮，用戶對更簡潔的駕駛操控、更智能的駕駛反饋有著越來越高的要求。目前汽車起動常見有2種方式：一種是較為常見的機(jī)械鑰匙起動，即將車輛鑰匙插入鑰匙孔，轉(zhuǎn)動鑰匙起動;另一種是智能一鍵起動，用戶按下車內(nèi)一鍵起動開關(guān)同時踩下制動踏板，車內(nèi)一鍵起動控制器（PEPS）檢測到合法鑰匙，則控制電源起動車輛。

機(jī)械鑰匙起動方式過于傳統(tǒng)、無趣，在追求網(wǎng)聯(lián)化、智能化的新能源車型上，該起動方式已逐步被淘汰。而一鍵起動方式則必須安裝車身控制單元（BCM）和PEPS兩種控制器，且操作也較為復(fù)雜。本文提出一種基于兼具BCM和PEPS功能的二合一控制器——智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器，取消一鍵起動按鍵，通過控制器識別用戶動作意圖而開發(fā)的無感起動上下電方案，達(dá)到簡化用戶操作、提升用戶駕駛樂趣的目的。

1 現(xiàn)有技術(shù)分析

現(xiàn)有無鑰匙進(jìn)入及一鍵起動系統(tǒng)是由一鍵起動按鍵、低頻天線、智能鑰匙、PEPS控制器、BCM控制器及相關(guān)線束組成。

用戶靠近車輛，低頻天線通過RFID技術(shù)識別到附近Im內(nèi)有合法鑰匙，PEPS控制器通過CAN通信轉(zhuǎn)發(fā)BCM，BCM控制車門解鎖并解除防盜狀態(tài)。當(dāng)車主進(jìn)入車內(nèi)，按下一鍵起動按鍵，觸發(fā)車內(nèi)低頻天線檢測車內(nèi)是否有合法鑰匙，若檢測到合法鑰匙才允許車輛電源跳轉(zhuǎn)至ON擋位。用戶需再次踩制動踏板并短按一鍵起動按鍵才能使車輛上高壓，達(dá)到預(yù)備行駛狀態(tài)。

傳統(tǒng)無鑰匙進(jìn)入及一鍵起動系統(tǒng)有以下不足：操作復(fù)雜繁瑣，對用戶操作步驟順序有固化要求;由BCM和PEPS兩個控制器配合完成工作，存在運算能力、控制資源、安裝空間和零件成本的大量浪費。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)概述

本文介紹的無感起動系統(tǒng)主要包含低頻天線、智能鑰匙和智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器三個部分組成。以智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器為核心，負(fù)責(zé)處理智能鑰匙RF信號，低頻天線LF信號并通過CAN總線、LlN總線和硬線等接收車身狀態(tài)信息，實現(xiàn)對整車電源擋位的控制。當(dāng)車輛取消一鍵起動按鍵后，控制器需結(jié)合車輛多種狀態(tài)信號判斷車內(nèi)人數(shù)、用戶動作意圖再執(zhí)行上電或下電操作。如何快速準(zhǔn)確地識別用戶意圖及功能場景，成為合理控制整車電源的關(guān)鍵[1]。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

無感起動系統(tǒng)的具體框圖如圖1所示。智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器是核心控制單元，可通過驅(qū)動低頻天線檢測并定位智能鑰匙，支持接收智能鑰匙的RF高頻認(rèn)證信號，支持對車身部分車燈、門鎖、車窗以及車輛電源進(jìn)行驅(qū)動控制，支持UN總線控制ESCL（電子轉(zhuǎn)向柱鎖）的解閉鎖。當(dāng)控制器檢測到用戶攜帶合法鑰匙并有起動動作時，則通過CAN總線與整車控制器進(jìn)行鑒權(quán)防盜認(rèn)證，認(rèn)證通過則允許車輛進(jìn)行上電操作。

智能鑰匙具備LF與RF的雙向通信。按下智能鑰匙上的按鍵，則向智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器發(fā)送433.92 MHz的RF高頻認(rèn)證信號，為整個系統(tǒng)提供合法鑰匙定位及ID身份信息。低頻天線是智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器發(fā)送125 kHz的LF低頻信號的載體，通常車輛分別在儀表支架、后車身地板、左側(cè)和右側(cè)把手和尾門框附近布置5根低頻天，使得車內(nèi)外覆蓋均勻的LF磁場，用于控制器對智能鑰匙的定位識別。

2.3系統(tǒng)工作原理

與傳統(tǒng)的起動方式相比，本系統(tǒng)取消了一鍵起動按鍵，通過智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器采集到的鑰匙位置，以及門鎖、門碰和座椅等信息，識別用戶的起動意圖和下電意圖，實現(xiàn)智能化的無感起動。其工作原理如下。

2.3.1無鑰匙進(jìn)入

車主攜帶智能鑰匙靠近車輛，按下把手按鍵，智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器接收到按鍵開關(guān)信號有效，則驅(qū)動低頻天線發(fā)出125kHz的LF低頻信號。智能鑰匙接收到低頻信號后與已配置好的車主身份信息對比，識別通過后，智能鑰匙根據(jù)LF信號強(qiáng)度判斷與車輛距離。智能鑰匙距離車輛1m范圍內(nèi)，則智能鑰匙發(fā)送433.92 MHz的RF高頻加密信號與控制器進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過則控制器驅(qū)動門鎖電機(jī)解鎖車輛并退出防盜狀態(tài)[2]。

2.3.2 無感起動

車輛正常解鎖后，控制器識別到任一車門被打開，則智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器控制ACC繼電器閉合，儀表板點亮并且信息屏有文字提示用戶“請踩剎車起動車輛”。當(dāng)控制器識別到駕駛員座椅信號被占用且制動信號有效，則判斷用戶有起動車輛的意圖。先激活車內(nèi)低頻天線檢測車內(nèi)是否有合法鑰匙，通過驗證后，控制器通過UN總線控制電子轉(zhuǎn)向柱鎖解鎖，釋放方向盤。之后再閉合ON擋繼電器，最后與整車控制器（VCU）進(jìn)行鑒權(quán)校驗，驗證通過則允許整車上高壓。

2.3.3 無憂離車

在車輛處于ON擋位且上高壓電的前提下，若智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器檢測到前排任一側(cè)車門狀態(tài)由關(guān)閉變?yōu)榇蜷_，則控制斷開ON擋繼電器，整車斷開高壓并跳轉(zhuǎn)至ACC擋位。檢測到用戶離開車輛且車門狀態(tài)由開啟變?yōu)殛P(guān)閉，則判斷用戶離開車輛，斷開ACC繼電器控制電源跳轉(zhuǎn)至OFF擋位，此時儀表板熄滅。最終檢測到門把手開關(guān)信號或遙控鑰匙閉鎖信號，智能進(jìn)入系統(tǒng)控制器驅(qū)動車門閉鎖同時升起所有車窗。

3 關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)

3.1 二合一智能進(jìn)入控制器的開發(fā)與實現(xiàn)

智能進(jìn)入控制器兼容了傳統(tǒng)BCM和PEPS功能，作為控制電源跳轉(zhuǎn)的安全部件。該控制器內(nèi)置2塊MCU，MCU1負(fù)責(zé)車身功能控制，MCU2作為冗余芯片，負(fù)責(zé)控制安全相關(guān)功能，例如電源跳轉(zhuǎn)及電子轉(zhuǎn)向柱鎖控制。