CN104015687B - 一种电子转向柱锁控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子转向柱锁控制系统及其控制方法。该系统通过CAN总线与车身模块通讯，包括：CAN收发单元，与CAN总线相连；主MCU单元，与CAN收发单元相连；位置反馈单元，与主MCU单元相连，位置反馈单元包括霍尔传感器和机械微机动开关，分别用于反馈转向柱锁的锁舌位置信息；内部信号反馈单元，与主MCU单元相连；安全MCU单元，与主MCU单元相连，通过主MCU接收所述车身模块的信息以及主MCU状态信息，辅助主MCU单元控制电子转向柱锁的上锁执行；执行单元，与主MCU相连，用于调节锁舌进行解锁和上锁的操作；主系统电源，用于与主MCU单元，内部信号反馈单元以及CAN收发器连接供电；安全MCU电源，用于与安全MCU单元连接供电，并由主MCU单元控制。

Description

一种电子转向柱锁控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆电子转向柱锁控制系统及其控制方法。

背景技术

随着科技的进步以及电子控制模块在汽车上日益广泛的应用，由于电子机械模块固有的高可靠性，高安全性，长寿命，低成本，的优势，越来越多纯机械功能模块被电子机械控制模块所取代，电子转向柱锁系统就是其中的典型应用，其主要功能是电子控制模块通过判断汽车本身状态信息(点火开关状态，车速，发动机转速，档位等)控制转向柱锁对方向盘转向柱执行上锁或解锁。现有电子转向柱锁系统的具体方案如图1所示，其中虚线框出的部分为电子转向柱锁系统101。目前大部分厂商所采用的技术是电子控制模块103与转向柱锁执行模块102分别为独立模块，前者只实现通过CAN总线109与车身其他模块信息(点火开关状态来自BCM(车身控制模块)106,车速、发动机转速信息来自EMS(发动机管理系统)105、ESP(电子稳定系统)107，档位信息来自TCU(自动变速箱控制模块)104交互处理及控制信息收发，后者只接收控制模块103的命令驱动转向柱机械锁上锁或解锁，执行模块检测锁位置(上锁或解锁)都使用霍尔传感器，电子控制模块103与其它车身模块通信方式为CAN总线通信，执行模块102与控制模块103通信方式为LIN108通信。此方案具有可靠性高，长寿命等优点，

但是由于整个系统由两个模块构成，成本较高；安全性方面，如电子控制模块发出错误控制信息，执行模块可能会执行错误的上锁解锁操作，霍尔传感器受温度影响较大，在极限温度条件下可能会反馈错误信息导致系统误动作，存在安全风险。

因此，亟待一种结构更为简单，精度更高的车辆转向柱锁控制系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对现有技术存在的缺陷提出一个集成的且更安全的解决方案。

为了实现这一目的，本发明将控制与执行模块集成为一个智能电子转向柱锁模块，同时在模块内采用主MCU单元和安全MCU单元同时处理系统外部内部信息并互相确认检测，执行上锁解锁前重复确认外部信息，上锁和解锁传感器分别采用霍尔传感器和机械微动开关，并与主MCU单元连接。大大减小误上锁风险，同时由于机械微动开关不受温度影响，避免了极限温度导致误反馈的问题。可以满足功能安全标准ISO26262等级D的要求。

本发明的一方面在于提供一种用于控制电子转向柱锁开锁和解锁的控制系统，其通过CAN总线与车身模块进行通信，包括：主MCU单元以及与其连接的CAN收发单元、安全MCU单元、内部信号反馈单元、霍尔传感器、机械微动开关以及执行单元。

其中，所述主MCU单元通过所述CAN收发单元与所述CAN总线进行通信，以获取所述车身模块的外部信息、分别从所述霍尔传感器及所述机械微动开关获取锁舌位置信息、以及从所述内部信号反馈单元获取内部反馈信息，根据所获得的所述外部信息、所述锁舌位置信息及所述内部反馈信息向所述执行单元发出第一执行指令。

所述安全MCU单元与所述主MCU单元通信，以获取所述车身模块的外部信息以及主MCU单元状态信息，根据所获得的所述外部信息和主MCU单元状态信息，向所述执行单元发出第二执行指令。

其中，所述执行单元根据所述第一执行指令及所述第二执行指令进行上锁操作,根据所述第一执行指令解锁。

其中，所述控制系统还包括用于向所述主MCU单元，CAN收发单元以及内部信号反馈单元供电的主系统电源、以及由主MCU单元控制，用于向所述安全MCU供电的安全MCU电源。

其中，执行单元包括电机驱动单元，机械锁电机以及执行电源，其中电机驱动单元与机械锁电机连接，执行电源分别用于向电机驱动单元及机械锁电机供电。优选地，执行电源在上锁时共同受主MCU单元和安全MCU单元控制，在解锁时受主MCU单元控制。

上述车身模块包括车身控制模块，发动机管理模块，电子稳定模块，自动变速箱控制模块中的一种或多种。本领域技术人员可以轻易理解的是，为了更好地实现控制的安全性，还可任意加入其它车身模块。

本发明的另一方面在于一种控制系统实现上锁的方法，包括如下步骤：

第一步，主MCU单元通过CAN收发单元从CAN总线上接收车身模块的信息，通过所述霍尔传感器及所述机械微动开关接收到锁舌的位置信息，通过内部信号反馈单元收到内部反馈信息，进行分析，若满足上锁条件，则主MCU单元发出第一上锁指令；

第二步，安全MCU单元与主MCU单元通信，并从主MCU单元接收车身模块的信息及主MCU单元状态信息，进行分析，若满足上锁条件，则安全MCU单元发出第二上锁指令；

第三步，执行单元接收到主MCU单元及安全MCU单元共同发出的第一及第二上锁指令，进行上锁动作；

第四步，锁舌达到上锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给主MCU单元，主MCU收到位置信息以后，关闭执行单元，并通过CAN收发单元将上锁信号发给车身模块。

优选地，执行单元包括电机驱动单元，机械锁电机以及执行电源，其中电机驱动单元及机械锁电机连接，执行电源分别用于向电机驱动单元及机械锁电机供电，当执行电源接收到主MCU单元及安全MCU单元共同发出的上锁指令时，执行电源向电机驱动单元及机械锁电机供电，从而驱动电机单元驱动机械锁电机执行上锁动作；当锁舌达到上锁位置后，位置反馈单元将位置信息发给主MCU单元，主MCU单元收到位置信息以后，关闭执行电源。

本发明的另一方面在于一种控制系统实现解锁的方法，包括如下步骤：

第一步，主MCU单元通过CAN收发单元从CAN总线上接收到车身模块信息，通过所述霍尔传感器及所述机械微动开关接收到锁舌的位置信息，通过内部信号反馈单元收到内部反馈信息，进行分析，如果满足解锁条件，则主MCU单元发出解锁指令；

第二步，执行单元接收到主MCU单元发出的解锁指令，进行解锁动作；

第三步，锁舌达到解锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给主MCU单元，主MCU收到位置信息以后，关闭执行单元，并通过CAN收发单元将解锁信号发给车身模块。

优选地，执行单元包括电机驱动单元，机械锁电机以及执行电源，其中电机驱动单元及机械锁电机连接，执行电源分别与电机驱动单元及机械锁电机连接，当执行电源接收到主MCU单元发出的解锁指令时，执行电源向所述电机驱动单元及机械锁电机供电，从而驱动电机单元驱动机械锁电机执行解锁动作；当锁舌达到解锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给主MCU单元，主MCU单元收到位置信息以后，关闭执行电源。

本发明具有以下技术效果：本发明采用集成化，多重确认，双重反馈的原理，将控制、执行、机械锁集成在一个模块内，采用双MCU，双位置反馈(霍尔传感器+微机动机械开关)，双电源方式多重确认信息，多重确认操作执行，非接触霍尔式加高稳定机械开关检测锁舌位置等技术，从而提供了一种集成化，完全性更高的车辆转向柱锁控制系统。

附图说明

图1为现有技术中车辆转向柱锁控制系统的结构示意图；

图2为本发明转向柱锁控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

如附图2所示，本发明的一方面在于提供一种用于控制电子转向柱锁的开锁和解锁的电子转向柱锁控制系统201，其通过CAN总线218与车身模块通讯，该电子转向柱锁控制系统201包括：CAN收发单元202，与CAN总线218相连；主MCU单元203，与CAN收发单元202相连；位置反馈单元，与主MCU单元203相连，其具体包括霍尔传感器206和机械微机动开关205，分别用于反馈转向柱锁的锁舌位置信息；内部信号反馈单元204，与主MCU单元203相连，该内部反馈信号单元204获取主系统电源211和安全MCU电源210及执行电源212的电压信号，用于检测主系统电源211和安全MCU电源210及执行电源212的电压是否正常，并将检测得到的内部反馈信息发给主MCU单元203；安全MCU单元207，与主MCU单元203相连，通过主MCU单元203接收所述车身模块的信息以及主MCU状态信息，辅助主MCU单元控制电子转向柱锁的上锁执行；执行单元，与主MCU相连，用于调节锁舌进行解锁和上锁的操作；主系统电源211，用于与主MCU单元203，内部信号反馈单元204以及CAN收发单元202连接供电；安全MCU电源210，用于与安全MCU单元207连接供电，并由主MCU单元203控制。

其中，执行单元优选地可包括电机驱动单元208，机械锁电机209以及执行电源212，其中电机驱动单元208与机械锁电机连接209，执行电源212分别与电机驱动单元208及机械锁电机209连接供电。使用该优选方案的优点在于，通过额外的执行电源，可降低整个控制系统的功耗。

优选地，执行电源在上锁时同时受主MCU单元203和安全MCU单元207控制，在解锁时受主MCU单元203控制。使用该优选方法，是为了兼顾控制系统的安全性及功耗成本，这在下文将详细描述。

上述车身模块包括车身控制模块214，发动机管理模块215，电子稳定模块216，自动变速箱控制模块217，中的一种或多种。本领域技术人员可以轻易理解的是，为了更好地实现控制的安全性，还可任意加入其它车身模块。

本发明的另一方面在于一种控制系统实现上锁的方法，由于在上锁时，对控制系统的安全性要求较高，因此包括如下步骤：

第一步，主MCU单元203通过CAN收发单元202从CAN总线218上接收车身模块的信息(上述车身模块优选地可包括车身控制模块214，发动机管理模块215，电子稳定模块216，自动变速箱控制模块217中的一种或多种)，通过霍尔传感器206和机械微机动开关205接收到锁舌的位置信息，通过内部信号反馈单元204收到内部反馈信息，进行分析，若满足上锁条件，则主MCU单元203发出第一上锁指令；

第二步，安全MCU单元207与主MCU单元203通信，并从主MCU单元203接收车身模块的信息及主MCU单元203状态信息，进行分析，若满足上锁条件，则安全MCU单元207发出第二上锁指令；

第三步，执行单元接收到主MCU单元203安全MCU单元207发出的第一及第二上锁指令，进行上锁动作；

第四步，锁舌达到上锁位置后，霍尔传感器206和机械微机动开关205将位置信息发给主MCU单元203，主MCU单元203收到位置信息以后，关闭执行单元，并通过CAN收发单元202将上锁信号发给车身模块。

从附图2中可知，执行单元优选可包括电机驱动单元208，机械锁电机209以及执行电源212，其中电机驱动单元208与机械锁电机连接209，执行电源212分别与电机驱动单元208及机械锁电机209连接供电。使用该优选方案的优点在于，通过额外的执行电源，可降低整个控制系统的功耗。

当执行电源212接收到主MCU单元203及安全MCU单元207共同发出的第一和第二上锁指令时，执行电源212向电机驱动单元208及机械锁电机209供电，从而驱动电机单元208驱动机械锁电机209执行上锁动作；当锁舌达到上锁位置后，霍尔传感器206和机械微机动开关205分别将位置信息发给主MCU单元203，主MCU单元203收到位置信息以后，关闭执行电源212。通过以上技术方案，可以在保证上锁安全性的同时，最大程度地降低整个控制系统的能耗。

本发明的另一方面在于一种控制系统实现解锁的方法，由于解锁时主要考虑到必须快速解锁，因此包括如下步骤：

第一步，主MCU单元203通过CAN收发单元202从CAN总线218上接收到车身模块信息(上述车身模块优选地可包括车身控制模块214，发动机管理模块215，电子稳定模块216，自动变速箱控制模块217中的一种或多种)，通过霍尔传感器206和机械微机动开关205接收到锁舌的位置信息，通过内部信号反馈单元204收到内部反馈信息，进行分析，如果满足上锁条件，则主MCU单元203发出解锁指令；

第二步，执行单元接收到主MCU单元203发出的解锁指令，进行解锁动作；

第三步，锁舌达到解锁位置后，所置反馈单元(即霍尔传感器206和机械微机动开关205)分别将位置信息发给主MCU单元203，主MCU单元203收到位置信息以后，关闭执行单元，并通过CAN收发单元202将解锁信号发给车身模块。

从附图2中可知，优选地，执行单元包括电机驱动单元208，机械锁电机209以及执行电源211，其中电机驱动单元208及机械锁电机连接209，执行电源211分别与电机驱动单元208及机械锁电机连接209，当执行电源211接收到主MCU单元203发出的解锁指令时，执行电源211向所述电机驱动单元208及机械锁电机209供电，从而驱动电机单元208驱动机械锁电机209执行解锁动作；当锁舌达到解锁位置后即霍尔传感器206和机械微机动开关205将位置信息发给主MCU单元203，主MCU单元203收到位置信息以后，关闭执行电源211。通过以上技术方案，可以在保证解锁快速性的同时，最大程度地降低整个控制系统的能耗。

在本发明所提供的技术方案中，采用了双MCU单元，且在开锁时，由于考虑到安全性，必须由主MCU单元203及安全MCU单元同时放出开锁指令，在解锁时由于考虑到解锁时需要快速性则仅有主MCU单元203发出指令，并采用了多个电源(211,210,212)独立供电的方式，最大程度上降低了整个系统的能耗。另外，由于本申请采用了两种传感器(即霍尔传感器206和机械微机动开关205)共同向主MCU单元203给出锁舌位置信息的方法，通过机械微机动开关205不受温度影响的特性，改善了原霍尔传感器易受温度影响从而导致信息错误率高的问题，大大降低了控制系统的错误率。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种用于控制电子转向柱锁开锁和解锁的控制系统实现上锁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

主MCU单元通过CAN收发单元从CAN总线上接收车身模块的外部信息，通过霍尔传感器及机械微动开关接收到锁舌位置信息，通过内部信号反馈单元收到内部反馈信息，根据所获得的所述外部信息、所述锁舌位置信息及所述内部反馈信息，进行判断，若满足上锁条件，则所述主MCU单元发出第一上锁指令；

安全MCU单元与主MCU单元通信，并从所述主MCU单元接收车身模块的外部信息及主MCU单元状态信息，根据所获得的所述外部信息及主MCU单元状态信息，进行判断，若满足上锁条件，则所述安全MCU单元发出第二上锁指令；

执行单元接收到所述第一及第二上锁指令后，进行上锁动作；

锁舌达到上锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给所述主MCU单元，所述主MCU单元收到位置信息以后，关闭所述执行单元，并通过所述CAN收发单元将上锁信号发给所述车身模块。

2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行单元包括电机驱动单元、机械锁电机以及执行电源，其中所述电机驱动单元及机械锁电机连接，所述执行电源用于向所述电机驱动单元及机械锁电机供电；

当所述执行电源接收到所述第一和第二上锁指令时，所述执行电源向所述电机驱动单元及机械锁电机供电，从而所述驱动电机单元驱动所述机械锁电机执行上锁动作；

当锁舌达到上锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给所述主MCU单元，所述主MCU单元收到位置信息以后，关闭所述执行电源。

3.一种用于控制电子转向柱锁开锁和解锁的控制系统实现解锁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

主MCU单元通过CAN收发单元从CAN总线上接收到车身模块的外部信息，通过霍尔传感器及机械微动开关接收到锁舌位置信息，通过内部信号反馈单元收到内部反馈信息，根据所获得的所述外部信息、所述锁舌位置信息及所述内部反馈信息，进行判断，若满足解锁条件，则所述主MCU单元发出解锁指令；

执行单元接收到所述主MCU单元发出的解锁指令，进行解锁动作；

锁舌达到解锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给所述主MCU单元，所述主MCU单元收到位置信息以后，关闭执行单元，并通过所述CAN收发单元将解锁信号发给车身模块。

4.一种如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述执行单元包括电机驱动单元、机械锁电机以及执行电源，其中所述电机驱动单元及机械锁电机连接，所述执行电源用于向所述电机驱动单元及机械锁电机供电；

当所述执行电源接收到所述主MCU单元发出的解锁指令时，所述执行电源向所述电机驱动单元及机械锁电机供电，从而所述驱动电机单元驱动所述机械锁电机执行解锁动作；

当锁舌达到解锁位置后，所述霍尔传感器及所述机械微动开关将位置信息发给所述主MCU单元，所述主MCU单元收到位置信息以后，关闭所述执行电源。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述车身模块包括车身控制模块，发动机管理模块，电子稳定模块，自动变速箱控制模块中的一种或多种。