基于无钥匙启动系统的重卡电源切换逻辑的研究与设计

2021-11-26李惠宇朱亚萍赵掌柱张建锋

汽车电器 2021年11期

李惠宇，朱亚萍，赵掌柱，张建锋，许欢，赵幸，安旺

（陕汽集团技术中心，陕西西安 710200）

1 前言

随着物流业的飞速发展，城市间物流重卡在高速上往返也越来越频繁，随着驾驶工况的提升，卡车驾驶员也开始追求驾驶舒适性和科技感。由此，在乘用车已较为普及的无钥匙启动系统开始逐步应用于中高端重卡车型。

无钥匙启动系统取代点火锁，无需驾驶员拿出钥匙，通过操作启停按键，即可实现整车电源切换。为了降低电源功耗，重卡车型配置电源总开关较为普遍，通过闭合电源总开关供电的电源挡位称为“30+电”。常见的电源开关有两种：机械式电源总开关和电磁式电源总开关，本文涉及的重卡车型采用电磁式电源总开关，因此整车电源挡位分为5挡：OFF （B+）、30+、ACC （75+）、IGN （15+）、Start （50+）。本文以重卡应用场景为例，介绍基于无钥匙启动系统的重卡电源切换策略的实现方案。

2 PS系统构成

PS系统由无钥匙启动控制器（PSU）、智能钥匙（UID）、电子转向管柱锁（ESCL）、启停按键（SSB）、低频天线（LF antenna）组成。PS系统结构框图如图1所示。

图1 PS系统结构框图

2.1 无钥匙启动控制器

PSU作为无钥匙启动系统的主控制器，实现对SSB信号的采集、LF天线的驱动、UID通信、ESCL解闭锁控制及电磁电源总开关、ACC继电器、IGN挡继电器的控制并发出“Start”信号至控制启动继电器的控制单元，完成发动机启动，从而实现整车电源挡位的切换。

2.2 智能钥匙

UID作为驾乘人员身份的认证部件，与PSU进行双向通信，PSU通过验证UID的合法性，进行其相应的控制逻辑。

2.3 电子转向管柱锁

ESCL套装在转向管柱上，其锁舌与管柱卡槽配合。PSU通过控制ESCL的锁舌实现转向管柱锁止和解锁控制。

ESCL作为控制单元，可与PSU进行CAN或LIN通信，本文选用的ESCL采用LIN总线与PSU进行通信。PSU通过对ESCL的供电、搭铁及加密算法等控制，提升ESCL的可靠性，避免出现误锁止或误解锁。

2.4 启停按键

启停按键SSB （Start Stop Button）作为表达驾驶员电源切换意图的部件，通过人机工程布置在方便操作的位置。SSB内部采用双路联动开关，避免某一开关故障而无法触发相应功能。

SSB具备背光灯（白色）、状态指示灯（绿色、橙色），辅助驾乘人员通过灯光状态判断当前电源挡位。

2.5 低频天线

LF天线作为PSU与UID通信的射频信号收发通道，其射频信号应辐射整个驾驶室并尽量减少驾驶室溢出，可根据驾驶室内饰的具体设计，布置1~2个甚至更多的LF天线。

CPIKN的稳定性对其有效运行和管理具有非常重要的意义，其反映了CPIKN应对协同成员流失与知识流失风险的能力。网络稳定性分析是复杂网络领域的研究热点之一，其在生态网络、交通网络、互联网等各类型网络中得到了较为深入的研究与应用。借鉴现有研究成果，根据CPIKN的实际情况，本文从静态稳定性分析与动态稳定性分析两个维度研究CPIKN稳定性的测度与分析方法。

本文LF天线射频频率为125kHz，编码方式为Manchestr，调制方式为ASK。前排天线具备IMMO功能，可在UID电池亏电时为UID提供能量，进行应急启动。

3 PS系统的电源切换功能设计

本文涉及的重卡车型电源挡位分为5挡：OFF （B+）、30+、ACC （75+）、IGN （15+）、Start （50+）。整车电源状态定义见表1，PS系统发出的整车电源挡位CAN信号定义见表2。

表1 整车电源状态定义

表2 整车电源状态CAN信号定义

为简化描述，下文中PEPS_PDUPosition均用PDUPosition替代，PEPS_KL30Status均用KL30+替代。

3.1 OFF挡切换至30+挡

驾乘人员无需踩下制动，仅短按SSB，PSU无需认证合法钥匙，即发出“KL30+=0N”&”PDUPosition=OFF”的CAN报文，相关控制器驱动电源总开关吸合，整车电源从OFF挡切换至30+挡，30+电源开始供电。

3.2 30+切换至ACC挡

30+挡状态下，驾乘人员无需踩下制动，短按SSB，PSU查找合法钥匙并认证通过，控制ESCL成功解锁后，PSU控制ACC继电器吸合，并且从ACC反馈端检测到ACC挡已上电，PSU整车电源从30+挡切换至ACC挡，且“30+ON”状态仍然保持，此时PSU发出电源挡位CAN报文“KL30+=ON”&“PDUPosition=ACC”。

3.3 ACC挡切换至IGN挡

ACC挡状态下，驾乘人员无需踩下制动，短按SSB，PSU控制IGN继电器吸合，并且从IGN反馈端检测到IGN挡已上电，PSU整车电源从ACC挡切换至IGN挡，此时PSU发出电源挡位CAN报文“KL30+=ON”&“PDUPosition=IGN”，且“30+ON”、“ACC+ON”状态仍保持。

3.4 IGN挡切换至Start挡

1）正常启动。IGN挡状态下，正常启动（非紧急启动）时，驾乘人员踩下制动，空挡有效，短按SSB，PSU验证合法钥匙通过后，从ON挡切换到Start挡，此时PSU发出电源挡位 CAN 报文 “ KL30+=ON” &“ PDUPosition=Start” 以及PSU_Auth认证报文，断开ACC继电器，与控制启动继电器的控制单元进行启动认证，认证通过后，该控制器驱动启动继电器，控制起动机启动。

电源Start状态作为发动机启动阶段的状态，只维持3~5s。PSU通过发动机转速信号或发动机工作状态信号判断发动机已启动后，PSU从Start状态进入Run稳态。此时PSU发出电源挡位CAN报文与IGN挡一致：“KL30+=ON”&“PDUPosition=IGN”，且ACC继电器恢复吸合。