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高端摩托車的安全神器 先鋒智能電子轉向柱鎖(ESCL)
2020-12-08 09:45:41   來源:先鋒   類型:轉載   作者:佚名   閱讀(6302次)
 

當前國外高端騎士摩托車幾乎標配無鑰匙啟動系統(PKE),其中智能電子轉向柱鎖(ESCL)作為系統的核心部分,其工作可靠性直接影響了摩托車最關鍵和最重要的安全特性。重慶先鋒作為專業的摩托車智能化產品的先行者,通過調研國內廣大客戶的需求,同時結合汽車電子安全標準(ISO26262),研制開發了具有通用安裝特性的智能電子轉向鎖,目前已經規模應用于國內知名摩托車車企的高端車型,用于替代傳統的機械式龍頭鎖。智能電子轉向鎖通常搭載配合無鑰匙啟動系統(PKE)、智能車身控制系統(BCM)或者整車控制器(VCU),實現摩托車轉向柱的自動控制。

重慶先鋒智能電子轉向柱鎖的主要電器參數如下:

傳統機械式車頭鎖有兩個作用:一是用于防盜,鎖舌伸出時可以鎖止車頭不能旋轉;二是用于整車電源的接通(IGN On),讓車載各類電器通電工作。

圖1 智能龍頭鎖外形圖

圖2 機械車頭鎖

我們在進行智能電子轉向鎖替代方案時,從原理功能上和安全性兩個方面考慮,來模擬人為操作的過程。

圖3 機械車頭鎖的控制邏輯

傳統的機械式車頭鎖的工作原理拆解如圖,實際插鑰匙的過程就是使用機械鑰匙齒與鎖體進行匹配的過程,如果匹配就可以旋轉,當旋轉到解鎖擋的同時,鎖舌也跟著回收,釋放龍頭。

這個過程的操作是全手工操作,所有的反饋都是通過人的感官來檢測,如果鑰匙不匹配,無法旋轉,鎖舌打不開就不能解鎖。人是可以控制全部過程的,其中隱含了人對于安全性的把控。例如,有沒有車速、解鎖是否成功、機械有沒有壞掉、是不是可以騎行,都是由人來判斷,安全性是可控的。

接下來我們開始設計電子控制系統,采用無鑰匙啟動控制器(PKE)來代替車頭鎖和電門鎖提升用戶體驗。駕駛者只需要操作按鈕,無鑰匙啟動控制器(PKE)通過與智能電子轉向鎖進行加密通訊,控制車頭解鎖和電源控制。雖然這種方式極大地提升用戶體驗,但問題是電子產品的故障率比機械結構高,并且功能方面包含著安全性風險。一旦電子產品出現故障,那么就有失控的風險。

圖4 電子車頭鎖的控制邏輯

在智能電子轉向鎖的安全設計理念上,我們認為規避所有失效風險是不太現實的,但可以保證電子轉向鎖在失效模式下不會違規動作,那么摩托車在騎行過程中就沒有安全風險。

市面上大多數廠家的電子控制方案都是鎖體內置一個電機,由外部控制器直接驅動電機,電機通過齒輪或者蝸桿帶動鎖舌運動,鎖舌位置依靠行程開關進行檢測。如圖5所示:

圖5 直接式鎖控制

這種方式是最簡單的實現方式,但其安全性保障完全依靠外部控制器,如果外部控制器失效,極大可能會造成鎖誤動作(鎖體內部無任何安全控制單元)。為了解決整個“控制系統”的安全性,我們依據安全性需求和測控原理,從機械和電路兩個方面增加冗余設計,保障安全可靠性。

圖6 重慶先鋒電子轉向鎖鎖電器架構圖

在系統設計方面,我們將電子鎖的執行分配到兩個控制器中,電子轉向鎖內部搭載電機控制板,與外部控制配合通信,冗余控制電機,大大提升安全性。同時我們通過引入雙向加密通信,來實現外部控制器對電子轉向鎖的控制,防止非法人員利用搭線方式偷盜車輛。鎖位置的反饋不光接入鎖控制板,同時也反饋給外部控制器,實現了鎖位置狀態的冗余控制,即使鎖體內部控制板失效,外部控制器也能起到冗余控制作用。我們引入兩個安全級別較高的硬線信號作為“邊界條件”,當車速不為零或IG電源有效時,外部控制器不能發出任何控制命令,即使電子鎖控制板收到了合法的控制命令,也不響應動作。

圖7 鎖體機械設計

通過以上三級安全設計,控制執行動作的冗余條件多了,任何一個失效,都不會執行鎖動作,安全性也就增加了許多,確保電子轉向鎖在行車過程當中不會有誤觸發彈出鎖舌的動作發生。

機械方面,通過蝸桿將電機旋轉轉換為鎖舌的前后運行,但通過彈簧向后拉住鎖舌。如果任何機械故障產生,鎖舌也會被限制在內部,不會松動滑出。當回收受到極大的阻力,無法收回時,只要蝸桿執行到位,一旦阻力消失,鎖舌就會自動回彈,保證大多數異常情況,鎖舌都是收回的。

我們通過安全性設計分析,定位了電子轉向柱鎖的安全風險主要集中在“騎行過程中的誤鎖動作”。并通過機械結構和電子電路的冗余設計、互鎖校驗機制,從理論設計到產品測試,都驗證了產品是滿足使用安全性的。

(編輯:xuyongjie)

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