CN1860051A - 电转向锁 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的电转向锁(100)即使当锁检测器(20、21)的工作电压下降时也能输出正确表示转向锁机构(8)的工作状态的信号。电转向锁包括CPU(19)，信号保持电路(22)和或(OR)电路(23)。当转向锁机构(8)解锁方向盘(16)时，解锁传感器将高(H)电平检测信号(SUL)提供到CPU和信号保持电路。响应该检测信号，CPU向信号保持电路发出状态保持命令。响应该状态保持命令，信号保持电路产生与检测信号一致的高(H)电平保持信号。当来自解锁传感器的检测信号或保持信号中的至少一个信号具有高(H)电平时，或(OR)电路将高(H)电平信号(Sa)提供到停机装置ECU(7)。

Description

电转向锁
                               技术领域
本发明涉及电转向锁。
                               背景技术
电子钥匙系统被认为是车辆中不用机械钥匙实施操作的系统。电子钥匙系统具有无钥匙进入功能，用来当持有电子钥匙的用户(驾驶员)靠近车门时打开门锁和当用户离开车门时锁住车门。电子钥匙系统还具有点火功能，只要转动点火开关而不用将机械钥匙插入钥匙孔中就能启动发动机。
电子钥匙系统包括以电子方式锁定和解锁方向盘的电转向锁。电转向锁具有由锁电动机移动的锁杆。锁杆与形成于转向轴中的插口接合以锁住转向轴。当锁杆从转向轴的插口移开时转向轴被解锁。
电转向锁包括锁定开关和解锁开关。当转向轴被锁定时锁定开关接通(ON)而输出高(H)电平信号(锁定信号)。当转向轴被解锁时解锁开关接通(ON)而输出高(H)电平信号(解锁信号)。电转向锁根据从锁定开关或解锁开关输出的信号确定转向轴是被锁定还是被解锁。具有高耐用性和高可靠性的电子非接触开关被用作锁定和解锁开关。这样的电子非接触开关的实例是Hall IC。
现在说明当启动发动机时电子钥匙系统的操作。当转向轴从锁定状态转换到解锁状态时，解锁开关被切换到接通(ON)而产生解锁信号。电转向锁将解锁信号提供到发动机ECU。当接收到解锁信号时，如果电子钥匙和车辆通过ID代码认证并且点火开关被转到发动机启动位置，发动机ECU就启动发动机。
当工作电压下降时，电子非接触开关的检测信号电压会下降。例如，当启动(转动曲轴)发动机时，起动机电机和点火器消耗较多电池电能。因此，解锁开关可能没有被提供足够的电压。这样将降低来自解锁开关的输出信号的电压。特别在电池性能已经下降或低温下转动曲轴时更容易发生解锁开关的工作电压的下降。
当解锁开关处在低压状态下时，高(H)电平信号或解锁信号的输出可能不被保持。在这样的情况下，即使转向轴为解锁状态也没有解锁信号从电转向锁提供到发动机ECU。由于解锁信号对启动发动机必须，故发动机ECU将不启动发动机。因此采用这样的电转向锁的先有技术的电子钥匙系统在操作电压下降时可能错误地确定转向轴为解锁状态解锁。因此要求即使在电池电压低时也能防止这样的对于转向轴处于解锁状态的错误确定。
                               发明内容
本发明的目的在于提供即使在操作电压下降时也能防止对于转向锁机构操作状态的错误确定的电转向锁。
本发明的一个方面是一种用于锁定和解锁具有插口的转向轴的电转向锁。该电转向锁具有转向锁机构。该转向锁机构包括可移动地与转向轴中的插口相接合和相脱开的插销构件。驱动装置，用于驱动所述插销构件。转向锁机构可在多个操作状态之间转换，所述多个操作状态包括插销构件与插口接合的锁定状态和插销构件从插口脱开的解锁状态。检测装置，用于检测转向锁机构的包括锁定状态和解锁状态的操作状态中的至少一个状态，并当完成转换到至少一个操作状态时输出检测信号。连接到检测装置的状态保持装置用于产生保持在与检测信号的电压相同的电压上的保持信号，并根据从检测装置提供的所述检测信号和所述保持信号中的至少一个信号输出表示已经完成转换到至少一个操作状态的完成信号。
本发明的另一方面是一种用于连接到供电电池的以锁定和解锁转向轴的电转向锁。所述电转向锁包括可在其与转向轴接合的锁定位置和其从转向轴脱开的解锁位置之间移动的插销构件。驱动装置用于驱动所述插销构件。非接触解锁传感器由所述电池供电，当所述插销构件处于解锁位置时，所述非接触解锁传感器被激励输出解锁检测信号。连接到所述解锁传感器的保持电路用于输出对应于解锁检测信号的保持信号。连接到解锁传感器和保持电路的或(OR)电路，用于当所述解锁信号和所述保持信号中的至少一个具有预定的电平时，输出解锁完成信号。
通过下文结合附图以实例的方式说明本发明的原理的叙述，本发明的其他方面和优点将更加明显。
                               附图说明
通过参考下文结合附图对于优选实施例的说明，可以最好地了解本发明及其目的和优点，这些附图是：
图1是采用根据本发明的优选实施例的电转向锁的电子钥匙系统的框图；和
图2是电转向锁的框图。
                               具体实施方式
下文将参考附图1和图2说明根据本发明的优选实施例的电转向锁。
如图1所示，车辆1包括不用点火钥匙实施车辆操作的电子钥匙系统2。只要指定给电子钥匙3的ID代码和车辆的ID代码完全相同，电子钥匙系统2能不用钥匙实施发动车辆1的操作。车辆操作包括车门的锁定和解锁，转向轴的锁定和解锁，发动机的启动以及行李厢的打开。
电子钥匙系统2包括执行与电子钥匙3的ID认证的智能ECU 4，控制门锁5的车门ECU6，和根据电子钥匙3的客厢认证结果确定车辆操作能还是不能(例如方向盘的解锁和发动机的发动)的停机装置(immobilizer)ECU 7。电子钥匙系统2还包括控制转向锁机构8的转向锁ECU 9和控制发动机10的发动机ECU 11。电转向锁100包括转向锁机构8和转向锁ECU 9。
当车辆1被泊车时(发动机停止和车门被锁的状态)，智能ECU 4向外部收发器电路12发出命令，使其通过外部天线12a间断地发射请求信号Srq。当持有电子钥匙3的人进入请求信号Srq的通信范围时，响应该请求信号Srq，电子钥匙3发射包含该钥匙唯一的ID代码的ID代码信号Sid。由外部天线12a接收到的该ID代码信号Sid经由外部收发器电路12提供到智能ECU 4。智能ECU 4中存储车辆唯一的ID代码。智能ECU 4执行外部认证，将包含在ID代码信号Sid中的电子钥匙3的ID代码与车辆1的ID代码进行比较(ID认证)。如果外部认证通过，智能ECU 4解锁向车门ECU 6发出车门解锁命令。响应该车门解锁命令，车门ECU 6打开门锁5。
当门锁5处于解锁状态，外部认证已经通过，外部天线12a和外部收发器电路12都不接收ID代码信号Sid时，智能ECU 4确定需要锁门。因此，智能ECU 4向车门ECU 6发出锁门命令。车门ECU 6响应该锁门命令锁上门锁5。
当车门ECU 6根据来自检测车门的开闭的门控灯开关(courtesy switch)13的检测信号确定人已进入车厢时就向智能ECU 4发出通信切换命令。智能ECU 4响应该通信切换命令激励内部收发电路14和内部天线14a代替外部收发器电路12和外部天线12a。内部收发器电路14在车辆的客厢内经由内部天线14a间断地输出请求信号Srq。智能ECU 4执行内部认证，将包含在ID代码信号Sid中的电子钥匙3的ID代码与车辆1的ID代码进行比较。如果内部认证通过，智能ECU 4向停机装置ECU 7提供内部认证完成信号。停机装置ECU 7响应该内部认证完成信号向转向锁ECU 9发出转向解锁命令。转向锁ECU 9响应该转向解锁命令进入解锁等待状态。
当处在解锁等待状态中时，转向锁ECU 9响应发动机开关15的操作启动转向锁机构8的解锁操作。完成转向锁机构8的解锁操作后，转向锁ECU 9解锁向停机装置ECU 7提供解锁完成信号Sa。停机装置ECU 7响应解锁完成信号Sa向发动机ECU 11发出发动机启动允许命令。当接到发动机启动允许命令，且如果内部认证通过及发动机开关15转到启动位置时，发动机ECU 11就驱动起动器电机启动发动机。
当操作发动机开关15停止发动机10时，转向锁ECU 9进入锁定等待状态。根据来自门控灯开关13的检测信号，车门ECU 6向停机装置ECU 7提供表示驾驶员已经离开车辆1的离开信号。响应该离开信号，停机装置ECU 7向转向锁ECU 9发出转向锁定命令。
响应该转向锁定命令，在锁定等待状态中的转向锁ECU 9驱动转向锁机构8锁住转向轴16。当转向锁机构8已经转换到锁定状态时，转向锁ECU 9向停机装置ECU 7提供转向锁定完成信号Sb。当确定转向锁定完成信号Sb已经提供到停机装置ECU 7且驾驶员已经离开车厢时，智能ECU 4执行外部认证。当外部天线12a停止接收来自电子钥匙3的ID代码信号Sid时，智能ECU 4使车门ECU 6锁住门锁5。
图2为电转向锁的框图。转向锁机构8包括诸如锁杆17的移动于锁定位置和解锁位置之间的插销构件，和诸如转向锁电动机18的使锁杆17来回移动的驱动装置。当位于锁定位置时，锁杆17与转向轴16中形成的插口(凹口)16a接合。在这种情况下，转向锁机构8处于锁定状态。当位于解锁位置时，锁杆17脱开插口16a。在这种情况下，转向锁机构8处于解锁状态。
转向锁ECU 9包括CPU 19，检测锁杆17是否接合在插口16a中的锁定传感器20，和检测锁杆17是否脱开插口16a的解锁传感器21。锁定和解锁传感器20和21每一个都由诸如Hall IC的非接触开关形成。当转向锁机构8转换到锁定状态时锁定传感器20导通(ON)而输出高(H)电平检测信号(ON信号或锁定检测信号SL)。当转向锁机构8转换到解锁状态时锁定传感器20截止(OFF)而输出低(L)电平检测信号(OFF信号)。当转向锁机构8转换到解锁状态时解锁传感器21导通(ON)而输出高(H)电平检测信号(ON信号或解锁检测信号SUL)。当转向锁机构8转换到锁定状态时解锁传感器21截止(OFF)而输出低(L)电平检测信号(OFF信号)。CPU 19是控制装置的实例。传感器20和21起检测装置的作用。
CPU 19连接到锁定传感器20和解锁传感器21。CPU 19根据来自传感器20和21的检测信号确定转向锁机构8的操作状态。例如，当从锁定传感器20接收到ON信号(锁定检测信号SL)和从解锁传感器21接收到OFF信号时，CPU 19确定转向锁机构8处于锁定状态。当接收到来自锁定传感器20的ON信号(锁定检测信号SL)时，CPU 19也可确定转向锁机构8处于锁定状态。当从锁定传感器20接收到OFF信号和从解锁传感器21接收到ON信号(解锁检测信号SUL)时，CPU 19确定转向锁机构8处于解锁状态。当接收到来自解锁传感器21的ON信号(解锁检测信号SUL)时，CPU 19也可确定转向锁机构8处于解锁状态。
转向锁ECU 9包括连接到CPU 19和解锁传感器21的信号保持电路22和连接到解锁传感器21和信号保持电路22的或(OR)电路23。信号保持电路22接收来自CPU 19的输出信号和来自解锁传感器21的检测信号。响应来自CPU的命令，信号保持电路22输出保持在来自解锁传感器21的检测信号的电压上的保持信号。或(OR)电路23根据来自转向锁ECU 9的输出端9a的两个输入信号(保持信号和来自解锁传感器21的检测信号)输出一个输出信号(Sa或Sb)。例如，当来自解锁传感器21的检测信号和来自信号保持电路22的保持信号中的至少任何一个信号为高(H)电平时，或(OR)电路23输出高(H)电平解锁完成信号Sa。信号保持电路22例如由触发器IC形成。信号保持电路22和或(OR)电路23形成状态保持装置或错误信号输出防止电路。
信号保持电路22是一种低电压适用电路，即使当传感器20和21由于低电池电压不能产生输出信号时它也能工作。信号保持电路22保持解锁传感器21的检测信号并根据CPU 19的命令输出保持信号。
当从锁定传感器20或解锁传感器21输出导通(ON)信号时，CPU 19将状态保持命令发出到信号保持电路22。响应该状态保持命令，信号保持电路22保持当前的信号状态(正从解锁传感器21提供的检测信号的电压)，并输出对应于该信号状态的信号。例如，当转向锁机构8处于解锁状态时，信号保持电路22被提供来自解锁传感器21的导通(ON)信号。在这种情况下，信号保持电路22输出具有导通(ON)信号电平(高(H)电平)的信号。当转向锁机构8处于锁定状态时，信号保持电路22被提供来自解锁传感器21的截止(OFF)信号。在这种情况下，信号保持电路22输出具有截止(OFF)信号电平(低(L)电平)的信号。
当两个输入信号(来自信号保持电路22的保持信号和来自解锁传感器21的检测信号)中的至少一个信号具有高(H)电平时，或(OR)电路23输出来自输出端9a的导通(ON)信号(解锁完成信号)Sa。因此，当解锁传感器21输出导通(ON)信号时，从输出端9a输出解锁完成信号Sa。当解锁传感器21不输出导通(ON)信号但信号保持电路22输出高(H)电平保持信号时，也从输出端9a输出解锁完成信号Sa。
下文将说明电转向锁的操作。
驾驶员进入停泊的车辆1并操作发动机开关15，使转向锁机构8转换到解锁状态。结果，锁定传感器20截止(OFF)，解锁传感器21导通(ON)。解锁传感器21将导通(ON)信号提供到CPU 19，信号保持电路22和或(OR)电路23。响应来自解锁传感器21的导通(ON)信号，CPU 19向信号保持电路22发出状态保持命令。响应该状态保持命令，信号保持电路22保持来自解锁传感器21的导通(ON)信号，并向或(OR)电路23提供高(H)电平保持信号。
由于来自解锁传感器21的检测信号和来自信号保持电路22的保持信号都是高(H)电平，或(OR)电路23输出高(H)电平信号(解锁完成信号)Sa。因此，转向锁ECU 9将解锁完成信号Sa提供到停机装置ECU 7。响应该解锁完成信号Sa，停机装置ECU 7将发动机启动允许命令发出到发动机ECU 11。当发动机ECU 11接收到发动机启动允许命令，内部认证通过，以及发动机开关15转到启动位置时，发动机ECU 11启动发动机10。
如果解锁传感器21诸如在转动曲轴期间发动机系统消耗大量电能时解锁未被提供足够的工作电压，则解锁传感器21转换到低电压状态。在这种情况下，即使转向锁机构8处在解锁状态下解锁传感器21也不能够产生高(H)电平检测信号。在先有技术中，由于停机装置ECU 7没有被提供启动发动机必须的解锁完成信号Sa，故不能继续转动曲轴。
在优选实施例中，当解锁传感器21检测到解锁状态时，CPU 19向信号保持电路22发出状态保持命令。响应该状态保持命令，信号保持电路22产生保持在与转向锁机构8的状态(解锁状态)对应的电位上的保持信号。因此，信号保持电路22在开始转动曲轴之前连续输出高(H)电平保持信号。然后，当驾驶员将发动机开关15转动到启动位置时，曲轴转动开始。转动曲轴可使解锁传感器21转换到低电压状态从而不能产生高(H)电平检测信号。但是，在优选实施例中，信号保持电路22连续输出高(H)电平保持信号。因此，从转向锁ECU 9的输出端9a连续输出解锁完成信号Sa。
这样，即使转动曲轴使解锁传感器21转换到低电压状态，停机装置ECU 7也从转向锁ECU 9接收到解锁完成信号Sa。然后，停机装置ECU 7将发动机启动允许命令发送到发动机ECU 11。从而，响应发动机启动允许命令，发动机ECU 11继续转动曲轴并启动发动机10。
当驾驶员停止车辆1时，驾驶员将发动机开关15转到关断(OFF)位置以停止发动机然后离开车辆1。这样使车门ECU 6根据来自门控灯开关13的检测信号将离开检测信号提供到停机装置ECU 7。响应该离开检测信号，停机装置ECU 7向转向锁ECU 9发出锁定命令。响应该锁定命令，处于锁定等待状态的转向锁ECU 9驱动转向锁机构8锁住转向轴16。
结果，锁定传感器20导通(ON)，解锁传感器21截止(OFF)。锁定传感器20向CPU 19提供导通(ON)信号，解锁传感器21向CPU 19、或(OR)电路和信号保持电路22提供截止(OFF)信号。响应来自锁定传感器20的导通(ON)信号，CPU 19向信号保持电路22发出状态保持命令。响应该状态保持命令，信号保持电路22保持当前的信号状态即解锁传感器21的截止(OFF)信号，并输出低(L)电平保持信号。由于来自解锁传感器21的检测信号和来自信号保持电路22的保持信号都是低(L)电平信号，或(OR)电路23输出低(L)电平信号。因此转向锁ECU 9输出低(L)电平截止(OFF)信号。
所述的优选实施例具有下述优点。
(1)即使工作电压的变化使解锁传感器21输出不与转向锁机构8的实际状态对应的错误检测信号，转向锁ECU 9也输出与转向锁机构8的实际状态对应的正确信号。这是由于信号保持电路22产生与转向锁机构8的状态一致的保持信号。这样就防止了转向锁ECU 9输出错误信号。此外，即使当来自解锁传感器21的检测信号的电压下降，由于转向锁ECU 9连续输出解锁完成信号Sa，因此曲轴转动也能继续。这样就保证了发动机的启动。
(2)响应CPU 19的状态保持命令，信号保持电路22保持对应于转向锁机构8的操作状态的检测信号并输出保持信号。因此信号保持电路22的工作由CPU 19控制。这样简化了信号保持电路22的电路结构。因此，信号保持电路22结构紧凑而且价格便宜。
(3)信号保持电路22由容易获得的触发器IC形成。因此，包括信号保持电路22和或(OR)电路23的错误信号输出防止电路的制造成本低。
(4)信号保持电路22的触发器IC是低电压适用电路。因此，即使在转动曲轴期间的低电压下信号保持电路22仍然可以工作。特别是，采用可在极低电压下工作的触发器IC，即便当转动曲轴使电压下降时也使信号保持电路22保持工作。
对于本专业的熟练技术人员来说，显然可以按多种其他具体形式实现本发明而不背离本发明的精神或范围。特别是可以理解本发明能以下列形式体现。
起状态保持装置作用的信号保持电路22不限于触发器IC，例如可以是升压器电路(电容器)，用来提升来自解锁传感器21的检测信号的电平并输出经提升电平的信号。通过采用这样的升压器电路，信号保持电路22的结构可以比用触发器IC时进一步简化。
信号保持电路22保持来自解锁传感器21的检测信号，并响应来自CPU 19的状态保持命令输出保持信号。作为替代，信号保持电路22可以不接收来自CPU 19的状态保持命令自激地保持来自解锁传感器21的检测信号并输出保持信号。例如，响应来自解锁传感器21的导通(ON)信号，信号保持电路22可以保持导通(ON)信号并输出高(H)电平保持信号。然后，信号保持电路22响应来自锁定传感器20的导通(ON)信号复位该保持信号。
解锁传感器21当转向锁机构8被解锁时输出导通(ON)信号，而当转向锁机构8未被解锁时输出截止(OFF)信号。作为替代，当转向锁机构8被解锁时可以输出截止(OFF)信号，而当转向锁机构8未被解锁时可以输出导通(ON)信号。
包括保持电路22和或(OR)电路23的错误信号输出防止电路可以连接到锁定传感器20而不是解锁传感器21。在这种情况下，即使在锁定传感器20的工作电压暂时下降时，转向锁ECU 9也将正确的锁定完成信号Sb提供到停机装置ECU 7。锁定传感器20和解锁传感器21可被各自连接到不同的错误信号输出防止电路。在这种情况下，即使在锁定传感器20和解锁传感器21的工作电压暂时下降时，转向锁ECU 9也向停机装置ECU 7提供正确的锁定完成信号Sb和正确的解锁完成信号Sa。
车辆1和电子钥匙3之间的无线通信不限于智能通信，即电子钥匙3响应来自车辆1的请求信号Sre输出该钥匙唯一的ID代码信号Sid以在ID认证通过时执行车辆1的操作。在车辆1和电子钥匙3之间执行的无线通信例如可以是采用电子钥匙3的应答器的应答通信，或通过按下电子钥匙3的按钮发射该钥匙唯一的ID代码的无线电波通信。
锁定传感器和解锁传感器20和21不限于Hall IC，可以是其他的诸如光学传感器的电子非接触开关。
在本优选实施例中，车辆1中采用错误信号输出防止电路。除了汽车外，错误信号输出防止电路可用于任何型式的车辆中。此外，错误信号输出防止结构的应用不限于车辆1。错误信号输出防止结构也可用于具有转向锁机构8的任何结构。
本发明的各种实例和实施例被认为是说明性的而不是限制性的，本发明不限于本文给出的细节，而可以在附后的权利要求的范围及等效内容之内进行修改。

Claims (9)

1.一种用于锁定和解锁具有插口的转向轴的电转向锁，其特征在于，包括：
转向锁机构，该转向锁机构包括：
插销构件，可移动地与转向轴中的插口相接合和相脱开；和
驱动装置，用于驱动所述插销构件，所述转向锁机构可在多个操作状态之间转换，所述多个操作状态包括插销构件与插口接合的锁定状态和插销构件从插口脱开的解锁状态；
检测装置，用于检测转向锁机构的包括锁定状态和解锁状态的操作状态中的至少一个状态，并当完成转换到至少一个操作状态时输出检测信号；和
状态保持装置，连接到检测装置，用于产生保持在与所述检测信号的电压相同的电压上的保持信号，并根据从检测装置提供的所述检测信号和所述保持信号中的至少一个信号输出表示已经完成转换到至少一个操作状态的完成信号。
2.如权利要求1所述的电转向锁，其特征在于，
当所述转向锁机构检测到解锁状态时，所述检测装置输出解锁检测信号；以及
当所述保持信号和所述解锁检测信号中的至少一个信号具有表示所述解锁状态的电压时，所述状态保持装置将保持信号保持在对应于解锁信号的电压上并输出解锁完成信号。
3.如权利要求1或2所述的电转向锁，其特征在于，进一步包括：
控制装置，连接到检测装置和状态保持装置，用于根据所述检测信号判定是否已经完成转换到操作状态中的至少一个状态，该控制装置响应所述检测信号向状态保持装置提供状态保持命令，其中所述状态保持装置响应状态保持命令保持检测信号输出对应于所保持的检测信号的电压的保持信号。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的电转向锁，其特征在于，所述状态保持装置包括：
保持电路，用于保持从所述检测装置提供的检测信号，并输出电压与所保持的检测信号的电压相同的保持信号；和
或电路，连接到所述检测装置和所述保持电路，用于当所述保持信号和所述检测信号中的至少一个具有高电平时输出高电平信号。
5.如权利要求4所述的电转向锁，其特征在于，所述保持电路是触发电路。
6.如权利要求4所述的电转向锁，其特征在于，所述保持电路是升压器电路。
7.一种用于连接到供电电池的以锁定和解锁转向轴的电转向锁，其特征在于，包括：
插销构件可在其与转向轴接合的锁定位置和其从转向轴脱开的解锁位置之间移动；
驱动装置用于驱动所述插销构件；
由所述电池供电的非接触解锁传感器，当所述插销构件处于解锁位置时，该非接触解锁传感器被激励输出解锁检测信号；
连接到所述解锁传感器的保持电路，用于输出对应于解锁检测信号的保持信号；和
连接到解锁传感器和保持电路的或电路，用于当所述解锁信号和所述保持信号中的至少一个具有预定的电平时，输出解锁完成信号。
8.如权利要求7所述的电转向锁，其特征在于，进一步包括：
连接到解锁传感器和保持电路的控制电路，用于控制所述保持电路，该控制电路响应所述解锁检测信号向保持电路提供状态保持命令，其中所述保持电路响应状态保持命令而保持所述解锁检测信号，并连续输出对应于所保持的解锁检测信号的保持信号。
9.如权利要求8所述的电转向锁，其特征在于，当所述解锁信号和所述保持信号中的至少一个具有预定的电平时，所述或电路连续输出解锁完成信号。
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