新能源汽車無感起動系統(tǒng)設計

摘要：本文在現(xiàn)有新能源汽車機械鑰匙起動、一鍵起動控制方案的基礎上，提出了基于智能進入系統(tǒng)開發(fā)的新能源汽車無感起動系統(tǒng)設計方案，闡述了該方案的設計原理及實現(xiàn)方式。該方案打破了傳統(tǒng)的汽車起動方式，提出了一種全新的無感起動上下電方法。

關鍵詞：新能源汽車;一鍵起動;無感起動;系統(tǒng)設計

中圖分類號：463.6文獻標識碼：A

0引言

近年來，新能源汽車領域掀起了向智能化、網聯(lián)化轉型的風潮，用戶對更簡潔的駕駛操控、更智能的駕駛反饋有著越來越高的要求。目前汽車起動常見有2種方式：一種是較為常見的機械鑰匙起動，即將車輛鑰匙插入鑰匙孔，轉動鑰匙起動;另一種是智能一鍵起動，用戶按下車內一鍵起動開關同時踩下制動踏板，車內一鍵起動控制器（PEPS）檢測到合法鑰匙，則控制電源起動車輛。

機械鑰匙起動方式過于傳統(tǒng)、無趣，在追求網聯(lián)化、智能化的新能源車型上，該起動方式已逐步被淘汰。而一鍵起動方式則必須安裝車身控制單元（BCM）和PEPS兩種控制器，且操作也較為復雜。本文提出一種基于兼具BCM和PEPS功能的二合一控制器——智能進入系統(tǒng)控制器，取消一鍵起動按鍵，通過控制器識別用戶動作意圖而開發(fā)的無感起動上下電方案，達到簡化用戶操作、提升用戶駕駛樂趣的目的。

1 現(xiàn)有技術分析

現(xiàn)有無鑰匙進入及一鍵起動系統(tǒng)是由一鍵起動按鍵、低頻天線、智能鑰匙、PEPS控制器、BCM控制器及相關線束組成。

用戶靠近車輛，低頻天線通過RFID技術識別到附近Im內有合法鑰匙，PEPS控制器通過CAN通信轉發(fā)BCM，BCM控制車門解鎖并解除防盜狀態(tài)。當車主進入車內，按下一鍵起動按鍵，觸發(fā)車內低頻天線檢測車內是否有合法鑰匙，若檢測到合法鑰匙才允許車輛電源跳轉至ON擋位。用戶需再次踩制動踏板并短按一鍵起動按鍵才能使車輛上高壓，達到預備行駛狀態(tài)。

傳統(tǒng)無鑰匙進入及一鍵起動系統(tǒng)有以下不足：操作復雜繁瑣，對用戶操作步驟順序有固化要求;由BCM和PEPS兩個控制器配合完成工作，存在運算能力、控制資源、安裝空間和零件成本的大量浪費。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)概述

本文介紹的無感起動系統(tǒng)主要包含低頻天線、智能鑰匙和智能進入系統(tǒng)控制器三個部分組成。以智能進入系統(tǒng)控制器為核心，負責處理智能鑰匙RF信號，低頻天線LF信號并通過CAN總線、LlN總線和硬線等接收車身狀態(tài)信息，實現(xiàn)對整車電源擋位的控制。當車輛取消一鍵起動按鍵后，控制器需結合車輛多種狀態(tài)信號判斷車內人數、用戶動作意圖再執(zhí)行上電或下電操作。如何快速準確地識別用戶意圖及功能場景，成為合理控制整車電源的關鍵[1]。

2.2 系統(tǒng)架構設計

無感起動系統(tǒng)的具體框圖如圖1所示。智能進入系統(tǒng)控制器是核心控制單元，可通過驅動低頻天線檢測并定位智能鑰匙，支持接收智能鑰匙的RF高頻認證信號，支持對車身部分車燈、門鎖、車窗以及車輛電源進行驅動控制，支持UN總線控制ESCL（電子轉向柱鎖）的解閉鎖。當控制器檢測到用戶攜帶合法鑰匙并有起動動作時，則通過CAN總線與整車控制器進行鑒權防盜認證，認證通過則允許車輛進行上電操作。

智能鑰匙具備LF與RF的雙向通信。按下智能鑰匙上的按鍵，則向智能進入系統(tǒng)控制器發(fā)送433.92 MHz的RF高頻認證信號，為整個系統(tǒng)提供合法鑰匙定位及ID身份信息。低頻天線是智能進入系統(tǒng)控制器發(fā)送125 kHz的LF低頻信號的載體，通常車輛分別在儀表支架、后車身地板、左側和右側把手和尾門框附近布置5根低頻天，使得車內外覆蓋均勻的LF磁場，用于控制器對智能鑰匙的定位識別。

2.3系統(tǒng)工作原理

與傳統(tǒng)的起動方式相比，本系統(tǒng)取消了一鍵起動按鍵，通過智能進入系統(tǒng)控制器采集到的鑰匙位置，以及門鎖、門碰和座椅等信息，識別用戶的起動意圖和下電意圖，實現(xiàn)智能化的無感起動。其工作原理如下。

2.3.1無鑰匙進入

車主攜帶智能鑰匙靠近車輛，按下把手按鍵，智能進入系統(tǒng)控制器接收到按鍵開關信號有效，則驅動低頻天線發(fā)出125kHz的LF低頻信號。智能鑰匙接收到低頻信號后與已配置好的車主身份信息對比，識別通過后，智能鑰匙根據LF信號強度判斷與車輛距離。智能鑰匙距離車輛1m范圍內，則智能鑰匙發(fā)送433.92 MHz的RF高頻加密信號與控制器進行認證，認證通過則控制器驅動門鎖電機解鎖車輛并退出防盜狀態(tài)[2]。

2.3.2 無感起動

車輛正常解鎖后，控制器識別到任一車門被打開，則智能進入系統(tǒng)控制器控制ACC繼電器閉合，儀表板點亮并且信息屏有文字提示用戶“請踩剎車起動車輛”。當控制器識別到駕駛員座椅信號被占用且制動信號有效，則判斷用戶有起動車輛的意圖。先激活車內低頻天線檢測車內是否有合法鑰匙，通過驗證后，控制器通過UN總線控制電子轉向柱鎖解鎖，釋放方向盤。之后再閉合ON擋繼電器，最后與整車控制器（VCU）進行鑒權校驗，驗證通過則允許整車上高壓。

2.3.3 無憂離車

在車輛處于ON擋位且上高壓電的前提下，若智能進入系統(tǒng)控制器檢測到前排任一側車門狀態(tài)由關閉變?yōu)榇蜷_，則控制斷開ON擋繼電器，整車斷開高壓并跳轉至ACC擋位。檢測到用戶離開車輛且車門狀態(tài)由開啟變?yōu)殛P閉，則判斷用戶離開車輛，斷開ACC繼電器控制電源跳轉至OFF擋位，此時儀表板熄滅。最終檢測到門把手開關信號或遙控鑰匙閉鎖信號，智能進入系統(tǒng)控制器驅動車門閉鎖同時升起所有車窗。

3 關鍵技術開發(fā)

3.1 二合一智能進入控制器的開發(fā)與實現(xiàn)

智能進入控制器兼容了傳統(tǒng)BCM和PEPS功能，作為控制電源跳轉的安全部件。該控制器內置2塊MCU，MCU1負責車身功能控制，MCU2作為冗余芯片，負責控制安全相關功能，例如電源跳轉及電子轉向柱鎖控制。

相比傳統(tǒng)的BCM，智能進入控制器除了增加一片安全MCU芯片，還增加ESCL驅動芯片，電源管理芯片以及若干高低邊驅動芯片，以確保資源滿足。除硬件開發(fā)，還涉及芯片選型、軟件開發(fā)、臺架測試、整車測試等。

3.2 多場景融合

車內取消一鍵起動按鍵后，無感起動、無憂離車需結合用

戶實際用車場景，才能降低誤判率。以2門電動汽車的下電場景為例，本方案由門碰信號作為下電觸發(fā)源，以前排2個座椅占用信號判斷車內人數，再通過前排座椅安全帶信號輔助判斷用戶是否臨時離車，融合出以下應用場景，基本覆蓋用戶的用車習慣。下列場景以車輛處于ON擋位高壓連接，且車輛靜止狀態(tài)為前提[3]。

（1）當車內只有駕駛員時，智能進入系統(tǒng)控制器檢測到車內沒有安全帶被系上，且駕駛員側車門由關閉到打開時，則斷開高壓，由ON擋位跳轉至ACC擋位。駕駛員離開車輛關閉車門時，電源自動跳轉至OFF擋位。

（2）駕駛員側、前排乘客側均坐人時，若檢測到駕駛員拉開車門，臨時下車，但前排乘客還在位置上時，車輛依舊保持0N擋位高壓狀態(tài)，避免因下電導致空調停用。

（3）駕駛員側、前排乘客側均坐人時，若檢測到前排乘客開門下車，駕駛員保持在座位上時，車輛不隨前排乘客車門打開而下電，保持ON擋位高壓連接狀態(tài)。

（4）車內駕駛員側、前排乘客側座均坐人時，駕駛員和前排乘客同時拉開車門下車，車輛檢測到前排座椅均無人，并且隨著車內最后一道門關閉，車輛從0N擋位直接跳轉至OFF擋位（圖2）。

4 結束語

融合式無感智能進入系統(tǒng)開創(chuàng)了一種全新的車輛起動方案，結合用戶意圖的識別，使得用戶操作與車端響應緊密結合，簡化用戶操作流程。該系統(tǒng)攻克了用戶意圖識別、多場景遠程起動安全融合和起動模式跳轉等關鍵問題，形成了低成本、高性能的特色起動方案，為用戶提供了更具科技感的用車體驗。

[參考文獻]

[1] 張明吉.集成藍牙鑰匙的無鑰匙進入及起動系統(tǒng)設計[J].中國新技術新產品，2020（13）：16-18.

[2] 劉華莉，周漢哲，王振雷.基于智能手機的汽車車鎖無鑰匙進入系統(tǒng)設計[J].汽車實用技術，2018（21）：33-34.

[3] 巨子琪，趙天文，宰晨光，基于單片機藍牙模塊汽車智能進入與起動系統(tǒng)[J].信息通信，2020（06）：124-126.

作者簡介：

陳欣蕾，本科，工程師，研究方向為新能源汽車車身控制及車輛起動關鍵技術開發(fā)。