汽车电子式转向锁实现方案

李传海，张 弛，赵保军

（吉利汽车研究院 （宁波）有限公司，浙江 宁波 315000）

1 前言

目前市面上电子式转向锁控制系统需要由无钥匙进入与启动模块采集轮速信号，控制电子式转向锁的电源和上锁搭铁，电子式转向锁控制电机运转，以实现电子式转向锁的解锁和上锁动作。电子式转向锁的控制系统方案需要无钥匙进入与启动模块和电子式转向锁两个控制模块来实现相应功能。

本文旨在优化电子式转向锁控制系统的复杂性，由电子式转向锁自身采集轮速总线信号、硬线车速信号、发动机转速信号、电源模式信号、车辆上锁请求信号、驾驶员侧门状态信号、ON挡电源硬线信号，电子式转向锁根据各信号状态进行逻辑运算处理，完成电子式转向锁的解锁和闭锁动作。

优化后的电子式转向锁控制系统方案，具有以下优点。

1）仍能保证电子式转向锁控制系统的可靠性、安全性。

2）电子式转向锁控制系统的成本得到降低。

3）电子式转向锁控制系统拥有更好的移植性，大大降低整车开发周期、风险、费用。

2 传统电子式转向锁控制方案

2.1 系统框图

传统电子式转向锁控制方案如图1所示。

无钥匙进入与启动模块负责：①通过CAN总线获取电子稳定控制模块发出的轮速信号，CAN总线的轮速信号安全等级为ASIL B；②通过硬线获取电子稳定控制模块发出的轮速信号，硬线轮速信号安全等级为ASIL B；③控制电子式转向锁电源的使能和禁止；④同电子式转向锁进行LIN通信；⑤控制电子式转向锁上锁搭铁。

电子式转向锁负责：①控制电子式转向锁电机动作；②电子式转向锁锁舌位置检测。

图1 传统电子式转向锁控制方案系统框图

2.2 电子式转向锁控制系统解锁流程

2.2.1 前提条件

“车辆电源模式为OFF”且“无钥匙进入与启动模块无关键DTC诊断故障码”。

2.2.2 触发条件

无钥匙进入与启动模块检测到启动开关按下。

2.2.3 解锁流程

1）无钥匙进入与启动模块使能电子式转向锁电源，控制开关1闭合，给电子式转向锁供电。

2）电子式转向锁初始化完成后，无钥匙进入与启动模块通过LIN通信获取电子式转向锁当前锁舌位置。

3）若电子式转向锁的锁舌处于非解锁位置，无钥匙进入与启动模块通过LIN通信发送解锁请求给电子式转向锁。

4）电子式转向锁控制开关6和开关3闭合，执行解锁动作。

5）电子式转向锁完成解锁动作后，控制开关6和开关3断开，并将锁舌运行状态和锁舌位置通过LIN通信反馈给无钥匙进入与启动模块。

6）无钥匙进入与启动模块通过LIN通信发送电子式转向锁电源禁止请求。

7）电子式转向锁通过LIN通信响应电子式转向锁电源禁止请求。

8）无钥匙进入与启动模块禁止电子式转向锁电源，控制开关1断开。

2.3 电子式转向锁控制系统上锁流程

2.3.1 前提条件

“当电源模式在OFF挡”且“无钥匙进入与启动模块无关键DTC诊断故障码”且“CAN总线和硬线轮速信号≤4km／h并且有效”且“引擎转动状态为停止有效”且“电子式转向锁30s的上锁时间未超时”。

2.3.2 触发条件

“驾驶员侧车门由关闭变为打开”或“驾驶员侧车门由打开变为关闭”或“无钥匙进入与启动模块发送车门上锁请求”或“电源模式转换到OFF挡后2s”或“电源模式转换到OFF挡后25s”。

2.3.3 上锁流程

1）无钥匙进入与启动模块使能电子式转向锁电源，控制开关1闭合，给电子式转向锁供电。

2）电子式转向锁初始化完成后，无钥匙进入与启动模块通过LIN通信获取电子式转向锁当前锁舌位置。

3）电子式转向锁的锁舌处于解锁位置，无钥匙进入与启动模块使能电子式转向锁上锁搭铁，控制开关2闭合并通过LIN通信发送上锁请求给电子式转向锁。

4）电子式转向锁控制开关4和开关5闭合，执行上锁动作。

5）电子式转向锁完成上锁动作后，控制开关4和开关5断开，并将锁舌运行状态和锁舌位置通过LIN通信反馈给无钥匙进入与启动模块。无钥匙进入与启动模块禁止电子式转向锁上锁搭铁，控制开关2断开。

6）无钥匙进入与启动模块通过LIN通信发送电子式转向锁电源禁止请求。

7）电子式转向锁通过LIN通信响应电子式转向锁电源禁止请求。

8）无钥匙进入与启动模块禁止电子式转向锁电源，控制开关1断开。

3 本文电子式转向锁设计方案

本文介绍了一种电子式转向锁控制系统实现方案。车辆启动前，电子式转向锁完成解锁动作；车辆行驶过程中，电子式转向锁保持解锁状态；车辆熄火下电后，电子式转向锁完成上锁动作，锁止转向管柱，起到车辆防盗作用。

本文介绍的电子式转向锁由电路板、电机、蜗杆、齿轮、锁舌、外壳、安装支架、拧断螺钉等组成。电路板由主芯片、辅芯片、功能安全芯片、高边驱动芯片、低边驱动芯片、电机位置检测的霍尔单元等组成。

电子式转向锁外壳凸台可以卡接到转向管柱凹槽，通过安装支架和拧断螺钉固定到转向管柱上。

电路板通过主芯片、辅芯片、安全芯片采集处理车辆信号，通过高边驱动芯片和低边驱动芯片控制电机高速运转，电机通过蜗杆驱动齿轮低速旋转。在齿轮转动过程中，齿轮上的圆柱凸轮曲面驱动锁舌上下运动完成解锁和上锁动作。

3.1 系统框图 （图2）

图2 本文电子式转向锁控制方案系统框图

3.1.1 电子式转向锁主芯片负责内容

1）通过CAN高和CAN低收发总线数据。

2）采集ON挡电源硬线信号的状态和电压信号。

3）采集硬线车速信号并与总线轮速信号作对比。

4）采集各输出信号的状态。

5）控制直流电机及功能安全芯片。

6）辅芯片进行UART同步通信，并监控辅芯片的工作状态。

3.1.2 电子式转向锁辅芯片负责内容

1）采集ON挡电源硬线信号的状态。

2）采集硬线车速信号并与总线轮速信号作对比。

3）采集各输出信号的状态。

4）控制直流电机及功能安全芯片。

5）与主芯片进行UART同步通信，并监控主芯片的工作状态。

3.2 电子式转向锁控制系统解锁流程

3.2.1 前提条件

“电源电压在9～16V之间”且“电源模式为OFF”且“电子式转向锁处于上锁状态”。

3.2.2 触发条件

电子式转向锁和无钥匙进入与启动模块认证成功后进入解锁过程。

3.2.3 解锁流程

1）电子式转向锁主芯片判断收到的总线上电源模式，并与ON挡电源硬线信号进行校验。

2）电子式转向锁主芯片实时传输总线信号给辅芯片。

3）电子式转向锁辅芯片判断收到的总线上电源模式，并与ON挡电源硬线信号进行校验，并将校验结果传输给主芯片。

4）电子式转向锁主芯片和辅芯片校验结果一致后，使能安全芯片。

5）电子式转向锁主芯片和辅芯片同时检测安全芯片的输出状态，如果安全芯片的反馈状态与使能一致，主芯片使能高边驱动，辅芯片使能低边驱动。

6）电子式转向锁主芯片检测高边驱动和低边驱动的使能输出。

7）高边驱动芯片和低边驱动芯片控制电机高速运转，电机通过蜗杆驱动齿轮低速旋转。在齿轮转动过程中，齿轮上的圆柱凸轮曲面驱动锁舌向上运动完成解锁动作。

8）电子式转向锁整个过程中一直检测锁舌位置，当锁舌到达解锁位置时，停止此次电机驱动。

3.3 电子式转向锁控制系统上锁流程

3.3.1 前提条件

“当电源模式在OFF挡”且“CAN总线和硬线轮速信号≤4km／h并且有效”且“引擎转动状态为停止有效”且“电子式转向锁30s的上锁时间未超时”。

3.3.2 触发条件

“驾驶员侧车门由关闭变为打开”或“驾驶员侧车门由打开变为关闭”或“无钥匙进入与启动模块发送车门上锁请求”或“电源模式转换到OFF挡后2s”或“电源模式转换到OFF挡后25s”。

3.3.3 上锁流程

1）电子式转向锁主芯片计算收到的总线轮速信号，并与硬线车速信号进行校验。

2）电子式转向锁主芯片判断收到的电源模式、引擎转速，并与ON挡电源硬线信号进行校验。

3）电子式转向锁主芯片实时传输总线信号给辅芯片。

4）电子式转向锁辅芯片同样计算步骤1和步骤2，并将校验结果传输给主芯片。

5）电子式转向锁主芯片和辅芯片校验结果一致后，使能安全芯片。

6）电子式转向锁主芯片和辅芯片同时检测安全芯片的输出状态，如果安全芯片的反馈状态与使能一致，主芯片使能高边驱动，辅芯片使能低边驱动。

7）电子式转向锁主芯片检测高边驱动和低边驱动的使能输出。

8）高边驱动芯片和低边驱动芯片控制电机高速运转，电机通过蜗杆驱动齿轮低速旋转。在齿轮转动过程中，齿轮上的圆柱凸轮曲面驱动锁舌向下运动，完成上锁动作。

9）电子式转向锁整个过程中一直检测锁舌位置，当锁舌到达上锁位置时，停止此次电机驱动。

4 结束语

本文介绍的汽车电子式转向锁的实现方案降低了电子式转向锁控制系统方案的复杂性，能够保证电子式转向锁控制系统的可靠性、安全性，成本得到优化，拥有更好的移植性，大大降低整车开发周期、风险、费用。