某車型腳踢功能設(shè)計(jì)

黃 柯

某車型腳踢功能設(shè)計(jì)

黃 柯

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

近年來隨著電子科技的發(fā)展，各種新穎的電子電氣功能開始在整車上應(yīng)用，電動(dòng)化、智能化、手勢(shì)識(shí)別、人臉識(shí)別等功能逐漸成為消費(fèi)者新的選擇，電動(dòng)尾門的腳踢功能即是其中一大代表。文章主要研究某車型的電動(dòng)尾門的腳踢功能設(shè)計(jì)，從電容式腳踢的感應(yīng)原理入手，并結(jié)合工作中的實(shí)車腳踢開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)腳踢系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、布置要求進(jìn)行了論述。同時(shí)為了滿足整車靜態(tài)功耗要求，結(jié)合本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線工作特點(diǎn)，對(duì)休眠喚醒策略及功能邏輯進(jìn)行了詳細(xì)要求，搭載本腳踢系統(tǒng)的整車經(jīng)實(shí)測(cè)腳踢靈敏度高、功能邏輯設(shè)計(jì)合理、靜態(tài)電流消耗低，對(duì)后續(xù)車型腳踢功能設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

電動(dòng)尾門；腳踢功能；電容；控制邏輯；LIN總線

隨著汽車電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展，感應(yīng)類、手勢(shì)式產(chǎn)品逐漸在汽車上應(yīng)用起來，中國(guó)作為全球最大的汽車消費(fèi)市場(chǎng)，電動(dòng)尾門以其便捷性成為汽車消費(fèi)者比較青睞的配置。同時(shí)，腳踢作為電動(dòng)尾門錦上添花的亮點(diǎn)補(bǔ)充，可展示化、趣味性高，得到消費(fèi)者的追捧，在汽車上配置率逐漸升高。

近年來，我司多款量產(chǎn)車型均已配置尾門腳踢功能，本文研究某車型電動(dòng)尾門腳踢功能系統(tǒng)架構(gòu)及功能邏輯設(shè)計(jì)，為后續(xù)車型開發(fā)提供設(shè)計(jì)參考。

1 腳踢感應(yīng)原理

電容式傳感器屬于高靈敏度，常用于微小變化量的測(cè)量，電容的電場(chǎng)線可以穿透塑料、玻璃等介電常數(shù)較低的材料，非常適合腳踢動(dòng)作的非接觸測(cè)量。如圖1所示，F(xiàn)為電容式腳踢感應(yīng)天線與人體的感應(yīng)電容，其電容值估算公式為

（1）

式中，0為空氣介電常數(shù)，r為感應(yīng)天線外覆層的絕緣常數(shù)，為腳與感應(yīng)天線的重合面積，為腳與感應(yīng)天線的距離。經(jīng)過估算，感應(yīng)天線感應(yīng)到的腳的電容一般小于5 pF?；芈房傠娙輝=p（回路寄生電容）+F（人體互感電容），根據(jù)測(cè)量出的電容值變化，從而得到人體接近程度的變化[1]。

圖1 電容感應(yīng)原理示意圖

本車型腳踢系統(tǒng)由一個(gè)腳踢控制器和兩根電容感應(yīng)天線組成，考慮腳踢動(dòng)作的舒適性，腳踢感應(yīng)天線一般布置在后保險(xiǎn)杠內(nèi)側(cè)，線長(zhǎng)500 mm左右，根據(jù)布置環(huán)境條件確定。腳踢感應(yīng)天線位置示意如圖2所示：

圖2 腳踢感應(yīng)天線位置

兩根腳踢的電容感應(yīng)天線位置分別一高一低，上天線感應(yīng)腳踝的電容，下天線感應(yīng)腳尖的電容。有腳踢動(dòng)作進(jìn)來時(shí)，上天線會(huì)先感應(yīng)到電容變化，下天線再感應(yīng)電容變化。腳踢收回時(shí)則是相反的，下天線先感應(yīng)到電容的變化，上天線再感應(yīng)到電容的變化。腳踢控制器根據(jù)腳踢動(dòng)作伸出及收腳過程中，兩根感應(yīng)天線測(cè)量到的電容值來判斷是否有有效腳踢信號(hào)[2]。

2 系統(tǒng)方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電動(dòng)尾門腳踢功能相關(guān)的控制器模塊有腳踢控制器（Kick Sensor, KS）、車身控制模塊（Body Control Module, BCM）、尾門控制器（Power Lift Gate System, PLG），其中腳踢控制器識(shí)別腳踢動(dòng)作，BCM判斷整車解設(shè)防條件及合法鑰匙信息，尾門控制器系統(tǒng)控制電動(dòng)撐桿、自吸合鎖，三者配合實(shí)現(xiàn)腳踢動(dòng)作開啟電動(dòng)尾門功能。

根據(jù)整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求及腳踢功能需求，本車型的腳踢控制器接入LIN網(wǎng)絡(luò)，作為BCM的從節(jié)點(diǎn)[3]。腳踢功能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案如圖3所示。

圖3 腳踢網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

KS接收的LIN信號(hào)列表如表1所示，由主節(jié)點(diǎn)BCM發(fā)送。其中，KS Enable表示腳踢使能，由BCM判斷后發(fā)送；VehicleType用于定義車輛類型，用于KS自診斷，以免不同車型誤裝導(dǎo)致功能故障。

表1 KS LIN線接收信號(hào)

信號(hào)名稱功能描述信號(hào)編碼 KS Enable腳踢使能0x0=Disable（點(diǎn)火狀態(tài)為非OFF擋、或點(diǎn)火狀態(tài)錯(cuò)誤，或尾門非關(guān)閉狀態(tài)）0x1=Enable（點(diǎn)火狀態(tài)OFF且尾門關(guān)閉狀態(tài)） Vehicle Type車輛類型0x0=未規(guī)定0x1=車型10x2=車型20x3=車型3…

KS發(fā)送的LIN信號(hào)列表如表2所示，由主節(jié)點(diǎn)BCM接收。其中，Kick Detect=0x1表示檢測(cè)到有效腳踢動(dòng)作；由于我司LIN線不設(shè)計(jì)診斷功能，特設(shè)計(jì)3個(gè)信號(hào)由BCM記錄診斷故障代碼（Diag- nostic Trouble Code, DTC）并上傳至診斷系統(tǒng)，用于生產(chǎn)系統(tǒng)和售后系統(tǒng)故障診斷[4]。

表2 KS LIN線發(fā)送信號(hào)

信號(hào)名稱功能描述信號(hào)編碼 Kick Detected腳踢檢測(cè)0x0=No activation detected0x1=Kick move detected Vehicle Type車輛類型0x0=right vehicle type0x1= vehicle type unknown Electrode detected天線故障0x0=No errors0x1= errors detected ECU Rom Error控制器故障0x0=No errors0x1= ROM check error

BCM發(fā)送的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Contrdller Area Notuork, CAN）信號(hào)如表3所示，由PLG接收。

表3 BCM CAN線發(fā)送信號(hào)

信號(hào)名稱功能描述信號(hào)編碼 Order information尾門指令0x0=No request0x1=ks request

2.2 布置位置要求

腳踢系統(tǒng)依靠電容式腳踢天線檢測(cè)到的電容變化，來識(shí)別有效腳踢動(dòng)作；同時(shí)，電容信號(hào)易受潮濕層電場(chǎng)屏蔽及金屬件干擾影響。因此，腳踢上、下天線的布置位置及其相對(duì)位置十分重要，是影響腳踢舒適度、識(shí)別率的重要因素。結(jié)合電容感應(yīng)原理及前期車型的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)[5]，總結(jié)腳踢天線布置要求總結(jié)如下：

1）安裝位置位于后保險(xiǎn)杠下端內(nèi)部，居中，以貼緊保險(xiǎn)杠的內(nèi)壁為佳，安裝點(diǎn)應(yīng)避免后保險(xiǎn)杠有積水的區(qū)域；

2）上、下天線軸相對(duì)距離50～90 mm，軸相對(duì)距離50～80 mm；

3）距金屬件、霧燈、電鍍鉻件、金屬漆距離＞50 mm；

4）腳踢時(shí)離地高度，即下天線離空載地面高度，較舒適的范圍建議150～250 mm。

3 功能邏輯設(shè)計(jì)

腳踢開尾門的使用場(chǎng)景為用戶來到汽車尾部欲打開尾門，但手持物品較多，無法騰出手按尾門開關(guān)按鈕打開尾門。在此場(chǎng)景下，抬起右腳踢向后保險(xiǎn)杠下方隨即收回，腳踢控制器收到腳踢信號(hào)觸發(fā)電動(dòng)尾門打開，用戶放入物品至后備箱。基于場(chǎng)景分析，該使用場(chǎng)景基本在整車OFF擋，并結(jié)合功能安全、靜態(tài)電流消耗及誤觸發(fā)因素，本車型的腳踢功能可用邏輯設(shè)計(jì)為整車OFF擋且尾門關(guān)閉狀態(tài)，且僅可觸發(fā)打開尾門功能。

3.1 休眠喚醒策略

在整車上電后，腳踢控制器進(jìn)入不工作狀態(tài)。在整車OFF擋，腳踢控制器循環(huán)進(jìn)入喚醒與靜默模式，以不同的頻率來采集電容信號(hào)。在腳踢系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)，其工作時(shí)間均在整車下電靜置期間。因此，腳踢控制器電容信號(hào)的采集頻率及喚醒靜默策略尤為重要，合理設(shè)計(jì)才能平衡腳踢識(shí)別靈敏度與靜態(tài)電流消耗。

經(jīng)標(biāo)定測(cè)試并結(jié)合前期其他車型的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本車型腳踢電容信號(hào)的采集周期為腳踢控制器喚醒時(shí)1 ms/次，腳踢控制器靜默時(shí)100 ms/次。

腳踢控制器有如下兩種工作狀態(tài)，第一種：LIN總線正常通訊，此時(shí)腳踢控制器處于喚醒狀態(tài)；第二種：LIN總線處于休眠狀態(tài)，根據(jù)標(biāo)定設(shè)定一個(gè)低于合法腳踢判定基準(zhǔn)線的電容擾動(dòng)值，腳踢控制器采集到電容變化高于該電容擾動(dòng)值時(shí)會(huì)進(jìn)入喚醒狀態(tài)，并會(huì)對(duì)接收到的電容信號(hào)值進(jìn)行判斷，如果判斷定有效腳踢動(dòng)作，腳踢控制器會(huì)發(fā)送開門信號(hào)。如果腳踢控制器接收到的電容信號(hào)不滿足有效腳踢判定的條件，即判定為其他干擾物的影響，不符合開門條件，此時(shí)腳踢控制器繼續(xù)采集電容值，在連續(xù)采集的五個(gè)值都低于基準(zhǔn)線的情況下進(jìn)入靜默狀態(tài)[6]。

3.2 整車休眠狀態(tài)功能邏輯

KS接識(shí)別到有效腳踢信號(hào)后，信息流如圖4所示，具體5個(gè)步驟如下。

圖4 休眠狀態(tài)信息流

步驟1：KS通過LIN總線喚醒BCM；

步驟2：BCM根據(jù)整車信息發(fā)送LIN信號(hào)給KS；

步驟3：KS發(fā)送腳踢請(qǐng)求Kick Detected=0x1給BCM；

步驟4：BCM接收到Kick Detected后，在一定時(shí)間窗內(nèi)在尾門區(qū)域搜索合法鑰匙；

步驟5：若檢測(cè)到合法鑰匙，BCM喚醒整車CAN網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送Order information=0x1給PLG，由PLG執(zhí)行尾門打開；若未檢測(cè)到合法鑰匙，則延時(shí)30 s進(jìn)入整車休眠模式。

3.3 整車喚醒狀態(tài)功能邏輯

KS識(shí)別到有效腳踢信號(hào)后，信息流如圖5所示，3個(gè)步驟如下。

圖5 喚醒狀態(tài)信息流

步驟1：KS發(fā)送腳踢請(qǐng)求Kick Detected=0x1給BCM；

步驟2：BCM在尾門區(qū)域搜索合法鑰匙；

步驟3：若檢測(cè)到合法鑰匙，BCM發(fā)送Order information=0x1給PLG，由PLG執(zhí)行尾門打開。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了某車型搭載的電容式腳踢系統(tǒng)的感應(yīng)原理、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案，并對(duì)休眠喚醒策略、整車休眠及喚醒狀態(tài)下的腳踢功能邏輯進(jìn)行論述，經(jīng)實(shí)車測(cè)試該腳踢系統(tǒng)平均靜態(tài)電流小于0.5 mA，靈敏度高，誤觸發(fā)率極低，滿足用戶使用需求。搭載該腳踢系統(tǒng)的整車已成功量產(chǎn)上市，對(duì)新車型的腳踢系統(tǒng)開發(fā)具有一定的參考意義。

[1] 宮占江,孫立凱,畢佳宇,等.一種電容式應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2022(6):123-125.

[2] 丁琴琴,孫濤.汽車尾門控制系統(tǒng)及方法[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016,41(2):17-19.

[3] 王小輝.感應(yīng)式電動(dòng)尾門控制邏輯的研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2019,44(2):61-62.

[4] 曹海燕,戴旭東.汽車CAN總線系統(tǒng)技術(shù)及故障診斷[J].汽車實(shí)用技術(shù),2021,46(18):167-169.

[5] 張兆民,史金龍,胡佳璽,等.基于LIN通信的電動(dòng)尾門系統(tǒng)[J].汽車零部件,2015(10):48-53.

[6] 王鵬,韓躍平,文洪奎,等.基于PSoC和LIN總線的汽車腳踢控制器設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2019(11):23- 27,31.

Functional Design of the Kick Function of a Vehicle

HUANG Ke

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

In recent years, with the development of electronic technology, a variety of novel electrical and electronic functions begin to be applied on the vehicle, electrification, intelligence, gesture recognition, face recognition and other functions gradually become a new choice for consumers, the kick function of power tailgate is one of the major representatives. The article mainly studies the design of the kick function of power lift gate system, the article starts from the induction principle of capacitive kick, and combines the development experience of the real car kick in the work, and discusses the network architecture and layout requirements of the kick system. At the same time, in order to meet the static power consumption requirements of the whole vehicle, combined with the working characteristics of the local interconnect network(LIN) bus, the sleep wake-up strategy and functional logic are required in detail, and the vehicle equipped with the kicking system has high testing kick sensitivity, reasonable functional logic design, and low static current consumption, which has certain reference significance for the design of the kick function of subsequent models.

Power lift gate system; Kick function; Capacitance; Control logic; LIN bus

U462

A

1671-7988(2023)10-111-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.023

黃柯（1990—），女，研究方向?yàn)檐嚿碛蚩刂破髟O(shè)計(jì)，E-mail:hk2213@jac.com.cn。