當(dāng)前國外高端騎士摩托車幾乎標(biāo)配無鑰匙啟動系統(tǒng)（PKE），其中智能電子轉(zhuǎn)向柱鎖（ESCL）作為系統(tǒng)的核心部分，其工作可靠性直接影響了摩托車最關(guān)鍵和最重要的安全特性。重慶先鋒作為專業(yè)的摩托車智能化產(chǎn)品的先行者，通過調(diào)研國內(nèi)廣大客戶的需求，同時(shí)結(jié)合汽車電子安全標(biāo)準(zhǔn)（ISO26262），研制開發(fā)了具有通用安裝特性的智能電子轉(zhuǎn)向鎖，目前已經(jīng)規(guī)模應(yīng)用于國內(nèi)知名摩托車車企的高端車型，用于替代傳統(tǒng)的機(jī)械式龍頭鎖。智能電子轉(zhuǎn)向鎖通常搭載配合無鑰匙啟動系統(tǒng)（PKE）、智能車身控制系統(tǒng)（BCM）或者整車控制器（VCU），實(shí)現(xiàn)摩托車轉(zhuǎn)向柱的自動控制。
重慶先鋒智能電子轉(zhuǎn)向柱鎖的主要電器參數(shù)如下：
傳統(tǒng)機(jī)械式車頭鎖有兩個(gè)作用：一是用于防盜，鎖舌伸出時(shí)可以鎖止車頭不能旋轉(zhuǎn)；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(jī)械車頭鎖
我們在進(jìn)行智能電子轉(zhuǎn)向鎖替代方案時(shí)，從原理功能上和安全性兩個(gè)方面考慮，來模擬人為操作的過程。
圖3 機(jī)械車頭鎖的控制邏輯
傳統(tǒng)的機(jī)械式車頭鎖的工作原理拆解如圖，實(shí)際插鑰匙的過程就是使用機(jī)械鑰匙齒與鎖體進(jìn)行匹配的過程，如果匹配就可以旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到解鎖擋的同時(shí)，鎖舌也跟著回收，釋放龍頭。
這個(gè)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(zhuǎn)，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(jī)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(shè)計(jì)電子控制系統(tǒng)，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(yàn)。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(zhuǎn)向鎖進(jìn)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(yàn)，但問題是電子產(chǎn)品的故障率比機(jī)械結(jié)構(gòu)高，并且功能方面包含著安全性風(fēng)險(xiǎn)。一旦電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障，那么就有失控的風(fēng)險(xiǎn)。
圖4 電子車頭鎖的控制邏輯
在智能電子轉(zhuǎn)向鎖的安全設(shè)計(jì)理念上，我們認(rèn)為規(guī)避所有失效風(fēng)險(xiǎn)是不太現(xiàn)實(shí)的，但可以保證電子轉(zhuǎn)向鎖在失效模式下不會違規(guī)動作，那么摩托車在騎行過程中就沒有安全風(fēng)險(xiǎn)。
市面上大多數(shù)廠家的電子控制方案都是鎖體內(nèi)置一個(gè)電機(jī)，由外部控制器直接驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)通過齒輪或者蝸桿帶動鎖舌運(yùn)動，鎖舌位置依靠行程開關(guān)進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(nèi)部無任何安全控制單元）。為了解決整個(gè)“控制系統(tǒng)”的安全性，我們依據(jù)安全性需求和測控原理，從機(jī)械和電路兩個(gè)方面增加冗余設(shè)計(jì)，保障安全可靠性。
圖6 重慶先鋒電子轉(zhuǎn)向鎖鎖電器架構(gòu)圖
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，我們將電子鎖的執(zhí)行分配到兩個(gè)控制器中，電子轉(zhuǎn)向鎖內(nèi)部搭載電機(jī)控制板，與外部控制配合通信，冗余控制電機(jī)，大大提升安全性。同時(shí)我們通過引入雙向加密通信，來實(shí)現(xiàn)外部控制器對電子轉(zhuǎn)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(shí)也反饋給外部控制器，實(shí)現(xiàn)了鎖位置狀態(tài)的冗余控制，即使鎖體內(nèi)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(gè)安全級別較高的硬線信號作為“邊界條件”，當(dāng)車速不為零或IG電源有效時(shí)，外部控制器不能發(fā)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(yīng)動作。
圖7 鎖體機(jī)械設(shè)計(jì)
通過以上三級安全設(shè)計(jì)，控制執(zhí)行動作的冗余條件多了，任何一個(gè)失效，都不會執(zhí)行鎖動作，安全性也就增加了許多，確保電子轉(zhuǎn)向鎖在行車過程當(dāng)中不會有誤觸發(fā)彈出鎖舌的動作發(fā)生。
機(jī)械方面，通過蝸桿將電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為鎖舌的前后運(yùn)行，但通過彈簧向后拉住鎖舌。如果任何機(jī)械故障產(chǎn)生，鎖舌也會被限制在內(nèi)部，不會松動滑出。當(dāng)回收受到極大的阻力，無法收回時(shí)，只要蝸桿執(zhí)行到位，一旦阻力消失，鎖舌就會自動回彈，保證大多數(shù)異常情況，鎖舌都是收回的。
我們通過安全性設(shè)計(jì)分析，定位了電子轉(zhuǎn)向柱鎖的安全風(fēng)險(xiǎn)主要集中在“騎行過程中的誤鎖動作”。并通過機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子電路的冗余設(shè)計(jì)、互鎖校驗(yàn)機(jī)制，從理論設(shè)計(jì)到產(chǎn)品測試，都驗(yàn)證了產(chǎn)品是滿足使用安全性的。
