電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的功能原理簡(jiǎn)介

1、電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的功能原理簡(jiǎn)介電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的功能原理簡(jiǎn)介陳曉霞,秦浩.路影,陳文強(qiáng),潘之杰.趙福全(浙江吉利汽車研究院有限公司,浙江杭州311228)摘要:隨著無鑰匙進(jìn)入及一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)(peps)在汽車上的應(yīng)用,電子轉(zhuǎn)向管柱鎖就與peps相結(jié)合成為汽車防盜系統(tǒng)的一部分,它可以防止汽車在行駛過程中意外上鎖,有效地提高了汽車的行駛安全.本文主要介紹電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的基本構(gòu)造,功能原理及內(nèi)部通信過程.關(guān)鍵詞:無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng);電子轉(zhuǎn)向管柱鎖;功能;原理中圖分類號(hào):u463.854文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b文章編號(hào):10038639(2012)04001203functionandprincipleofelec

2、tronicsteeringcolumnlockchenxiaoxia,qinhgo,luying,chenwenqiang,panzhi-jie,zhaofu.quan(geelyautomobileinstitute,hangzhou311228,china)abstract:withtheapplicationofrkeandpepsonvehicles,theelectronicsteeringcolumnloekiscombinedwithpepstomakeapartoftheautoguardsystem,whichcanpreventunexpectedunlockingind

3、rivingandimprovedrivingsafety.theauthorintroducesthebasicstructure,functionprincipleandtheinsidecommunicationprocessofescl.keywords:pepspassiveentryandpassivestart);escllectronicsteeringcolumnlock);function;principle隨著汽車的普及和發(fā)展,人們對(duì)汽車的性能要求越來越高,同時(shí)對(duì)汽車的安全性問題也越來越關(guān)注.為滿足人們對(duì)汽車安全性能的要求,越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到汽車安全裝置上.其中,

4、電子轉(zhuǎn)向管柱鎖(electronicsteeringcolumnlock,簡(jiǎn)稱escl)與無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)(passiveentryandpassivestart.簡(jiǎn)稱peps)共同成為安全性能方面的重要部分【】1.已在國(guó)內(nèi)外的高檔車型上取得了廣泛應(yīng)用.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖也是防盜系統(tǒng)的一部分,它主要是通過鎖舌系統(tǒng)來給轉(zhuǎn)向管柱進(jìn)行上鎖和解鎖,以起到保護(hù)汽車安全的作用,它的安全目標(biāo)是防止汽車在行駛中意外上鎖.無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)通過一個(gè)用戶攜帶的智能鑰匙提高了用戶的舒適性和安全性.隨著無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖為汽車安全的提高奠定了基礎(chǔ),因其是電子式的,無需像機(jī)械鎖那樣需要轉(zhuǎn)動(dòng)

5、開關(guān)對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行開鎖和解鎖,在電子轉(zhuǎn)向管柱鎖監(jiān)測(cè)到上鎖和解鎖所需的條件都滿足后就能執(zhí)行相應(yīng)的上鎖和解鎖動(dòng)作,為用戶提供了很大的便捷.1escl的基本架構(gòu)組成電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的結(jié)構(gòu)主要包括以下部分:鎖舌,傳動(dòng)軸,傳動(dòng)齒輪,電機(jī)以及控制單元模塊.它的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示.1)鎖舌的位置主要決定了電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的上鎖與解鎖狀態(tài).而其控制模塊主要包含了2個(gè)微圖1電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電機(jī)處理器(主處理器和從處理器),2個(gè)霍爾傳感器,繼電器等.控制模塊還包含了看門狗和時(shí)基控制器.整個(gè)控制模塊控制了電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的工作狀態(tài)2.escl的控制模塊如圖2所示.圖2escl控制模塊修改稿收稿日期:20

6、120110作者簡(jiǎn)介:陳曉霞(1984一),女,設(shè)計(jì)工程師,從事車身電子設(shè)計(jì)工作,研究方向?yàn)檐嚿黼娮涌刂?汽車電器2o12年第4期2)電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的控制模塊有三大特色功能:雙防盜非法侵入時(shí)車輛失去轉(zhuǎn)向,起動(dòng)功能;雙核采用兩塊處理器,避免因控制器本身故障而產(chǎn)生的問題;雙監(jiān)控利用can(controllerateanetwork)網(wǎng)絡(luò)和硬線(hardwire)對(duì)輸入信號(hào)采取兩路檢測(cè)確認(rèn).具有高可靠的安全性和高智能化.3)主處理器主要起到功能應(yīng)用及數(shù)據(jù)網(wǎng)管的作用,而從處理器主要起到數(shù)據(jù)安全檢測(cè)的作用.主處理器中已包含了安全特性,包含can總線接口,可執(zhí)行診斷及其他功能.通過控制橋式電機(jī)電路的低端驅(qū)

7、動(dòng)進(jìn)行解鎖操作.而通過控制橋式電機(jī)電路的高端及低端同時(shí)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行上鎖操作.主處理器的安全特性有:rom(readonlymemo,只讀存儲(chǔ)器)檢測(cè)(r0m內(nèi)容的l6位的循環(huán)冗余校驗(yàn));(2)ram(randomaccessmemo,隨機(jī)存儲(chǔ)器)數(shù)據(jù)備份(安全相關(guān)數(shù)據(jù)的多樣化存儲(chǔ)/周期性的ram檢測(cè));eeprom(electricallyerasableprogrammableread.電可擦除存儲(chǔ)器)循環(huán)冗余校驗(yàn);cpu自檢;ad轉(zhuǎn)換器測(cè)試;所有在主處理器和從處理器的連接的退耦來避免回復(fù)系統(tǒng);控制橋式電機(jī)高端上鎖的校驗(yàn);系統(tǒng)控制模塊重啟功能測(cè)試;對(duì)從處理器重啟功能測(cè)試.4)從處理器也叫安全處理

8、器,它包含安全特性,可驗(yàn)證can報(bào)文所包含的安全條件,其中控制橋式的電機(jī)電路高端驅(qū)動(dòng)進(jìn)行上鎖操作.從處理器的安全特性有:自身電壓供給;自身具有時(shí)基控制;rom檢測(cè)(rom內(nèi)容的循環(huán)冗余校驗(yàn));ram檢測(cè)(安全存儲(chǔ)包括標(biāo)識(shí)符);cpu自檢;控制橋式電機(jī)低端上鎖的校驗(yàn).主處理器可直接通過spi總線將相關(guān)的can報(bào)文傳輸?shù)綇奶幚砥髦?主處理器可單獨(dú)完成轉(zhuǎn)向管柱的解鎖操作.而上鎖操作則需要主處理器和從處理器同時(shí)來完成.2escl的功能特性介紹電子轉(zhuǎn)向管柱鎖是防盜系統(tǒng)的一部分,它可以提供以下功能:防止未經(jīng)過車輛認(rèn)證許可的動(dòng)作給轉(zhuǎn)向管柱上鎖;通過車輛認(rèn)證許可后給轉(zhuǎn)向管柱解鎖.在汽車使用peps系統(tǒng)時(shí),與之

9、匹配的就是電子轉(zhuǎn)向管柱鎖來設(shè)置汽車的防盜系統(tǒng).他們之間通過can總線來通信_(tái)3_.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖通過傳感器來監(jiān)測(cè)鎖舌的位置對(duì)轉(zhuǎn)向管柱進(jìn)行上鎖和解鎖.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖escl與peps的通信模塊如圖3所示.2.1escl的解鎖功能電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的解鎖功能是由微處理器來控帶i1的.微處理系統(tǒng)處理報(bào)文及開始上鎖或解鎖的動(dòng)作是由一個(gè)dc(直流)電機(jī)控制通過傳動(dòng)齒輪裝置好僦ii中奄簍豸毓蕘速信態(tài)l一i一一一謄羹態(tài)fli譬:啟動(dòng)開關(guān)為off狀態(tài)lll報(bào)警傅息:黼息:i狀態(tài))lll等.上鎖觸發(fā)等lican總線;贏:與啟動(dòng)系統(tǒng):lr_ss一一圖3escl與peps的通信模塊所連接的鎖舌的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的.這一性能主

10、要取決于peps間的通信和選擇的防盜協(xié)議.這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)之前,電子轉(zhuǎn)向管柱鎖需要通過特定的can報(bào)文來得到相關(guān)信號(hào),在解鎖操作之前需要確保與車輛的駕駛認(rèn)證系統(tǒng)間的認(rèn)證有效此認(rèn)證過程如下:用戶按下啟動(dòng)開關(guān)后.peps發(fā)送一個(gè)pepscape_04的信號(hào)給escl,escl接收到從peps發(fā)過來的觸發(fā)信號(hào)以后.接著發(fā)送一個(gè)esclauth_01信號(hào)(包含了4字節(jié)的隨機(jī)碼)給peps.之后,escl和peps同步采用aesfadvancedencryptionstandard,高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn))算法,各自計(jì)算出4字節(jié)的加密數(shù)據(jù)包.然后peps再發(fā)送pepscape04-%含加密數(shù)據(jù)到escl.收到peps

11、發(fā)送的加密數(shù)據(jù)后,escl將此加密數(shù)據(jù)與自身生成的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行比較.如果兩個(gè)加密數(shù)據(jù)相等,則escl將執(zhí)行解鎖動(dòng)作并將認(rèn)證錯(cuò)誤位清零,將加密數(shù)據(jù)與鎖舌位置響應(yīng)信號(hào)一起發(fā)送給peps.此時(shí)peps就將接收到的加密數(shù)據(jù)與自身的加密數(shù)據(jù)再進(jìn)行比較,如果相等,就使能解鎖功能,即解鎖成功:如果不相等,那么escl將認(rèn)證這個(gè)錯(cuò)誤位置位,提醒peps解鎖嘗試失敗,并重啟認(rèn)證過程.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的解鎖流程如圖4所示.觸發(fā):來自防盜控制器的認(rèn)證請(qǐng)求條件:同時(shí)滿足解鎖操作ps與escl之間的合法認(rèn)證escl位置:解鎖成功圖4escl的解鎖流程當(dāng)然.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的解鎖功能也需要滿足一定的條件才能使能,而滿足電子轉(zhuǎn)

12、向管柱鎖的解鎖功能的條件為:首先需要一個(gè)來自防盜控制器的認(rèn)證請(qǐng)求(也作為觸發(fā)條件);其次是來自peps的合法的認(rèn)證.在同時(shí)滿足這兩個(gè)條件后如果監(jiān)測(cè)到一個(gè)有效的解鎖請(qǐng)求.就驅(qū)動(dòng)電機(jī)來調(diào)整鎖舌到解鎖狀態(tài).2.2escl的上鎖功能電子轉(zhuǎn)向管柱鎖進(jìn)行上鎖操作的預(yù)判條件是由整車系統(tǒng)來提供的,這些預(yù)判條件是由許多來自汽車電器2012年第4期can總線的信號(hào)組成的,包括輪速信號(hào),轉(zhuǎn)速信號(hào),電源模式狀態(tài)信號(hào)和繼電器盒內(nèi)的ign1狀態(tài).如果預(yù)判條件有效.此時(shí)若有一個(gè)特定的觸發(fā)信號(hào)會(huì)使能escl進(jìn)行上鎖操作,隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)鎖舌到鎖止位置時(shí)即實(shí)現(xiàn)了電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的上鎖功能.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的上鎖功能需要滿足以下條件才能

13、實(shí)現(xiàn).觸發(fā)條件:駕駛員門由關(guān)閉到打開或者中控鎖關(guān)閉;從abs(antilockbrakesystem,防抱死制動(dòng)系統(tǒng))發(fā)出的車速信號(hào)1km/h;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無效(在ign1off后無法再接收到任何轉(zhuǎn)速);繼電器盒內(nèi)的ign1狀態(tài)為off;peps提供的帶能源模式為off:內(nèi)部自檢沒有錯(cuò)誤.在觸發(fā)條件中的任意一個(gè)條件得到滿足,并且以上5個(gè)預(yù)判條件確定有效以后,escl會(huì)以can報(bào)文形式發(fā)送上鎖狀態(tài)信息,然后電機(jī)驅(qū)動(dòng)鎖舌到上鎖位置.值得注意的是.在判斷輪速信號(hào)是否有效時(shí),需要滿足以下條件才能進(jìn)行判斷:電子穩(wěn)定程序(electronicstabilityprogram,簡(jiǎn)稱esp)的規(guī)范要求首先需要確

14、認(rèn)循環(huán)冗余校驗(yàn)無錯(cuò)誤,其目的是確保網(wǎng)關(guān)在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過程中無錯(cuò)誤;其次,要求報(bào)文計(jì)數(shù)器無錯(cuò)誤,即數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中無漏除數(shù)據(jù)現(xiàn)象,保證數(shù)據(jù)幀的完整傳輸;最后,要求至少3個(gè)輪速信號(hào)有效(且輪速信號(hào)的值要小于lkm/h).對(duì)abs相應(yīng)的約束條件為:點(diǎn)火開關(guān)為off狀態(tài)時(shí),在連續(xù)30s內(nèi),輪速信號(hào)為o的情況下,abs不再發(fā)送輪速信號(hào),同時(shí)繼電器關(guān)閉,即ignloff,發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(enginemanagementsystem,簡(jiǎn)稱ems)不再發(fā)送轉(zhuǎn)速信號(hào).在滿足這些條件后,如果出現(xiàn)遙控開關(guān)發(fā)出中控鎖關(guān)閉命令或駕駛員車門由關(guān)閉到打開兩個(gè)觸發(fā)條件中的任意一個(gè),escl可執(zhí)行上鎖操作.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的

15、上鎖和解鎖動(dòng)作的執(zhí)行是通過can總線與peps通信,然后驅(qū)動(dòng)鎖舌改變位置來決定的.escl的上鎖流程如圖5所示.canescl鎖舌觸發(fā)條件:lescl開啟l鎖舌處于駕駛員車門由關(guān)閉到-3上鎖搡柞一i閉鎖狀態(tài)打開中控鎖開關(guān)由接通到escl從can斷開(可選)總線獲得開鎖條件lr條件:_.1歪藿輪速<lkm/h_.1escll一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為0r/rain繼電器狀態(tài)為off鎖舌位于l電源狀態(tài)為offescl向cani鎖止位置li鎖止位置新1.i更新鎖止位置i卜._j圖5escl的上鎖流程汽車電器2012年第4期電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的上鎖內(nèi)部流程如圖6所示.圖6escl的上鎖內(nèi)部流程圖3escl的機(jī)械

16、設(shè)計(jì)說明電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的正常工作電壓為12v,它的低壓范圍為<8v,過壓范圍3>16v.如果出現(xiàn)過壓或低壓情況時(shí),escl就會(huì)通過診斷來存儲(chǔ)錯(cuò)誤信息,這里電子轉(zhuǎn)向管柱通過兩個(gè)pin腳與電源相連關(guān)于對(duì)極性顛倒所進(jìn)行的保護(hù),這里采用二極管來實(shí)現(xiàn).escl通can總線與整車進(jìn)行通信.4結(jié)束語(yǔ)escl是在peps系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.隨著peps系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,escl也越來越受到汽車界的重視,它高安全性和高智能化的特點(diǎn)也正順應(yīng)了廣大消費(fèi)者的需求.本文著重介紹了escl的結(jié)構(gòu)原理及功能,詳細(xì)闡述了escl的解鎖和上鎖過程以及內(nèi)部通信過程.電子轉(zhuǎn)向管柱鎖的廣泛應(yīng)用體現(xiàn)了汽車安全系統(tǒng)的又一重要突破和創(chuàng)新.目前,國(guó)內(nèi)有很多汽車上都應(yīng)用電