专利名称：电子转向柱锁控制器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车转向柱锁控制器，特别是涉及一种机动车电子 转向柱锁控制器。
背景技术：
目前的机动车转向柱锁通常采用机械式结构，主要有外部机械锁和内 部机械锁二种。
外部机械锁的工作机制是使用一根端部带弯的长钢条将机动车的制动 脚踏板与方向盘连接在一起。当该转向柱锁锁定时，方向盘不能做大角度 转向，也无法压下制动脚踏板，由此实现防盗功能。外部机械锁本身具备 一定的防剪防锯功能，但是它锁定的方向盘是塑料内镶一个小的铝合金管 做成，较容易被剪开、锯断形成缺口，如果再将机械式转向柱锁从缺口中 取出，就会使其防盗功能失效。
内部机械锁的工作机制是将机械锁体集成于转向柱内侧，其受点火开 关的直接触发，当机械钥匙插入点火锁孔并转到一定位置时，触发开、闭 锁动作。该转向柱锁能在一定程度上克服外部暴力解锁的问题，但是其本 质仍是机械装置触发，无法避免机械钥匙易被仿制的问题。
为了克服机械式转向柱锁的上述缺陷，本发明人基于本行业内的多年 经验，乃经详思细索，终于开发出一种电子转向柱锁
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电子转向柱锁控制器，其结合 电子转向柱锁执行器，具备锁死方向盘、禁止发动机起动的防盗功能。为 此，本发明还要提供一种所述电子转向柱锁控制器的实现方法。
为解决上述技术问题，所述控制器包括
一个主MCU (微控制器)和一个辅MCU，所述主MCU接收CAN总线信号 和连接线信号，并向电子转向柱锁执行器发出控制信号，所述辅MCU接收 连接线信号；
CAN通讯模块，所述主MCU通过所述CAN通讯模块与CAN总线进行通讯； LIN通讯模块，所述主MCU通过所述LIN通讯模块与LIN总线进行通讯； 钥匙档位连接线，车辆的钥匙档位信号通过所述钥匙档位连接线传递 到所述两个MCU;
车速连接线，车辆的车速信号通过所述车速连接线传递到所述两个
MCU;
锁体状态连接线，所述执行器的锁体状态信号通过所述锁体状态连接
线传输到所述两个MCU。
本发明电子转向柱锁控制器的实现方法包括如下步骤
第1步，所述控制器检査所述钥匙档位信号和车速信号，当满足预定
逻辑条件后，所述控制器的主MCU接通所述高端继电器，辅MCU接通所述
低端继电器，电子转向柱锁执行器得到供电；
第2步，所述控制器通过LIN总线发送消息将执行器唤醒；
第3步，所述控制器向执行器发送密钥，所述执行器验证密钥是否确，只有密钥准确时所述执行器才接收所述控制器的指令；
第4步，所述控制器向执行器发送开锁或闭锁指令，执行器根据指令
执行开锁或闭锁动作，并不断将锁体状态信号反馈给所述控制器，所述控
制器实时监控所述锁体状态信号。
本发明电子转向柱锁控制器及其实现方法，由控制器检测钥匙档位信
号、车速信号以及执行器的锁体状态信号，对执行器进行开闭锁控制，实
现锁死方向盘转向的防盗功能；如结合发动起控制模块，则可进一步实现 禁止发动机起动的防盗功能。同时由于控制器采用了双MCU、双看门狗电路、 CAN/LIN总线与连接线双重传输及双重检测各信号，有效地确保了电子转向 柱锁的安全可靠。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明电子转向柱锁控制器的系统示意图2是本发明电子转向柱锁控制器的结构示意图3是本发明电子转向柱锁控制器的实现方法的流程图4是本发明电子转向柱锁控制器的改进实现方法的流程图。
具体实施例方式
请参阅图1和图2，本发明电子转向柱锁控制器包括
一个主MCU和一个辅MCU，其中主MCU接收CAN总线信号和连接线信号，
并向电子转向柱锁执行器发出控制信号，而辅MCU只接收连接线信号；MCU
通常采用单片机或其它智能控制芯片；CAN通讯模块，负责主MCU与CAN总线之间的通讯；当非CAN总线信号 也连接到CAN通讯模块时，CAN通讯模块也负责将该信号传递给主MCU，例 如图2中的钥匙状态信号；
LIN通讯模块，负责主MCU与LIN总线之间的通讯；
钥匙档位连接线，连接车辆与电子转向柱锁控制器的两个MCU，车辆的 钥匙档位信号通过钥匙档位连接线传输到所述两个MCU;
车速连接线，连接车辆与电子转向柱锁控制器的两个MCU，车辆的车速 信号通过车速连接线传输到所述两个MCU;
锁体状态连接线，连接电子转向柱锁执行器和电子转向柱锁控制器的 两个MCU，执行器的锁体状态信号通过锁体状态连接线传输到所述两个MCU。
本发明电子转向柱锁控制器，采用主、辅MCU的双核设计，两个MCU 之间可以相互传递信息，向对方告知自身状态，如图2所示。同时，本发 明电子转向柱锁控制器对钥匙档位信号、车速信号、和锁体状态信号均通 过两条途径(CAN/LIN总线和连接线)传输，确保了信号采集的真实准确。 当CAN/LIN总线或连接线的任何一方发生故障时，主MCU均认为所采集信 号无效，因此避免了发出错误指令。
请参阅图2，本发明电子转向柱锁控制器还包括 一个主电源芯片，为 主MCU供电； 一个看门狗电路，包括图2所示的喂狗信号和复位信号，监 控主MCU的工作状态，连接到主电源芯片； 一个辅电源芯片，为辅MCU供 电； 一个看门狗电路，包括图2所示的喂狗信号和复位信号，监控辅MCU 的工作状态，连接到辅电源芯片。通过两个看门狗电路分别监视主、辅MCU的工作情况。如果有MCU发生故障，对应的看门狗电路会立即通知对应的电源复位发生故障的MCU。
请参阅图2，本发明电子转向柱锁的控制器还包括 一个高端继电器，
由主MCU控制，其状态信号反馈给主MCU，负责接通或阻断执行器的电源正极； 一个低端继电器，由辅MCU控制，其状态信号反馈给两个MCU，负责接通或阻断执行器的电源负极(接地)。通过主、辅MCU分别控制执行器的供电线路的电源正极和电源负极(接地)，可以确保执行器只在两个MCU都正常的情况下才能得到供电。当任何一个MCU发生故障，执行器均无法取得供电，因此不能进行开闭锁动作。这种设计大大减少了执行器发生误操作的可能性，提高了整体系统的可靠度，在保证车辆安全的前提下提供防盗功能。
请参阅图2，本发明电子转向柱锁控制器还包括电源监控模块，该模块监控电源的状态，电源是主、辅电源芯片的供电来源，当电源状态异常时包括两个电源芯片、两个MCU在内的控制器模块均无法保证正常工作。电源监控模块检测到电源状态异常即停止两个MCU的工作，确保电子转向柱锁控制器的安全可靠。
本发明电子转向柱锁控制器特别适用于采用电子钥匙的机动车，因为电子钥匙可以避免机械钥匙容易被仿制的缺点，更加有效地确保防盗性能。
请参阅图3，本发明电子转向柱锁控制器的实现方法包括如下步骤
第1步，所述控制器检査所述钥匙档位信号和车速信号，当满足预定逻辑条件后，所述控制器的主MCU接通所述高端继电器，辅MCU接通所述低端继电器，电子转向柱锁执行器得到供电；
第2步，所述控制器通过LIN总线发送消息将执行器唤醒；第3步，所述控制器向执行器发送密钥，所述执行器验证密钥是否准确，只有密钥准确时所述执行器才接收所述控制器的指令；
第4步，所述控制器向执行器发送开锁或闭锁指令，执行器根据指令执行开锁或闭锁动作，并不断将锁体状态信号反馈给所述控制器，所述控制器实时监控所述锁体状态信号。
所述方法的第l步中，钥匙档位信号通过两种途径传输到主MCU， 一个是通过CAN总线经由CAN通讯模块，另一个是通过钥匙档位连接线。同样，车速信号也通过CAN总线经由CAN通讯模块、以及车速连接线两种途径传输到主MCU。主MCU同时检测四路信号，只有通过两种途径传输的同一信号一致，才认为该信号有效。只有有效的钥匙档位信号由ACC档变为OFF档或由OFF档变为ACC档，同时有效的车速信号指示目前车速为零，主MCU才认为钥匙档位信号和车速信号满足预定逻辑条件。
当钥匙档位由ACC档变为0FF档，同时车速为零，表示有可能发生转向柱锁的闭锁动作，因此需要对电子转向柱锁执行器供电。当钥匙档位由OFF档变为ACC档，同时车速为零，表示有可能发生转向柱锁的开锁动作，因此需要对电子转向柱锁执行器供电。
所述方法的第3步中，执行器对控制器发送的密钥进行验证，这需要在生产制造的过程中，控制器与执行器之间进行密钥配对，使得控制器和执行器之间能够互相识别。通常控制器和执行器是一一对应的，S卩控制器内置的密钥只能用于一个执行器的验证，执行器也只接受一个控制器的密钥验证。当执行器判断控制器的密钥有效，将反馈"密钥有效"信号发送至控制器，请求控制器对验证成功信号进行确认，至此执行器才准备接收控制器发送的开锁或闭锁指令。
所述方法的第4步中，所述执行器的锁体状态信号也通过两种途径传输到主MCU， 一个是通过LIN总线经由LIN通讯模块，另一个是通过锁体状态连接线。主MCU同时检测这两路信号，只有这两路信号一致，才认为该信号有效。并且，控制器还具有网关功能，能够通过CAN通讯模块将锁体状态信号发送到CAN总线，供连接到CAN总线的一个或多个设备接收，这些设备包括车身控制器和/或发动机管理系统以及其它控制模块，以便利用这些设备进一步提升防盗手段。
请参阅图4，所述方法在第1步之前还包括控制器被唤醒的过程。控制器的主、辅电源芯片包括睡眠模式和工作模式，平时两个电源芯片都处于睡眠模式。如图2所示，钥匙档位信号也连接到CAN通讯模块，当CAN通讯模块接收到CAN总线信号或钥匙档位信号时，通过单独的引脚向两个电源芯片发出使能信号。两个电源芯片接收到使能信号后被唤醒，由睡眠模式转变为工作模式，为主、辅MCU及其它控制器模块供电。两个电源芯片的睡眠/工作模式转变，也就是控制器的睡眠/工作模式转变，实现了控制器的低功耗。
请参阅图4，所述方法在第3步和第4步之间还包括执行器反馈锁体状态信号，控制器经判断得出发送的指令。当控制器与执行器之间的密钥验证通过后，执行器向控制器发送当前的锁体状态信号，控制器需要综合考虑当前的锁体状态信号、钥匙档位信号和车速信号，判断应该向执行器发出开锁还是闭锁指令。
例如，当前锁体为闭锁状态，钥匙档位由OFF档变为ACC档，车速为零，则控制器判断需要向执行器发出开锁指令。又如，当前锁体为开锁状态，钥匙档位由ACC档变为OFF档，车速为零，则控制器判断需要向执行器发出闭锁指令。
请参阅图4，所述方法在第4步之后还包括控制器切断执行器供电。当执行器执行完控制器发送的开、闭锁指令后，即向所述控制器发出请求断电的信息。控制器根据执行器的请求阻断高端继电器和低端继电器，执行器即失去供电。这样，执行器仅在执行开、闭锁动作期间得到供电，实现了执行器的低功耗。
综上所述，本发明电子转向柱锁控制器及其实现方法，采用双MCU的双核设计，由两个看门狗电路检测两个MCU，双MCU分别控制执行器的电源正极和电源负极，对钥匙档位信号、车速信号和锁体状态信号均采用两条路径传输和双重检测机制，对执行器进行安全、可靠控制，实现锁死方向盘转向的防盗功能；如结合发动起控制模块，则可进一步实现禁止发动机起动的防盗功能。同时由于控制器采用了睡眠/工作模式转换、执行器仅在工作阶段得到供电，还有效减少了电子转向柱锁的功耗。
1权利要求
1. 一种电子转向柱锁控制器，其特征是所述控制器包括一个主MCU和一个辅MCU，所述主MCU接收CAN总线信号和连接线信号，并向电子转向柱锁执行器发出控制信号，所述辅MCU接收连接线信号；CAN通讯模块，所述主MCU通过所述CAN通讯模块与CAN总线进行通讯；LIN通讯模块，所述主MCU通过所述LIN通讯模块与LIN总线进行通讯；钥匙档位连接线，车辆的钥匙档位信号通过所述钥匙档位连接线传输到所述两个MCU；车速连接线，车辆的车速信号通过所述车速连接线传输到所述两个MCU；锁体状态连接线，所述执行器的锁体状态信号通过所述锁体状态连接线传输到所述两个MCU。
2. 根据权利要求l所述的电子转向柱锁控制器，其特征是所述控制 器还包括一个主电源芯片，为所述主MCU供电； 一个看门狗电路，监控主MCU的工作状态； 一个辅电源芯片，为所述辅MCU供电；一个看门狗电路，监控辅MCU的工作状态。
3. 根据权利要求l所述的电子转向柱锁控制器，其特征是所述控制 器还包括一个高端继电器，所述主MCU通过所述高端继电器接通或阻断电子转向柱锁执行器的电源正极；一个低端继电器，所述辅MCU通过所述低端继电器接通或阻断电子转 向柱锁执行器的电源负极；所述高端继电器的状态信号反馈给所述主MCU，所述低端继电器的状态 信号同时反馈给所述两个MCU。
4. 一种如权利要求1所述电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征是: 所述方法包括如下步骤第1步，所述控制器检査所述钥匙档位信号和车速信号，当满足预定 逻辑条件后，所述控制器的主MCU接通所述高端继电器，辅MCU接通所述 低端继电器，电子转向柱锁执行器得到供电；第2步，所述控制器通过LIN总线发送消息将执行器唤醒；第3步，所述控制器向执行器发送密钥，所述执行器验证密钥是否准 确，只有密钥准确时所述执行器才接收所述控制器的指令；第4步，所述控制器向执行器发送开锁或闭锁指令，执行器根据指令 执行开锁或闭锁动作，并不断将锁体状态信号反馈给所述控制器，所述控 制器实时监控所述锁体状态信号。
5. 根据权利要求5所述的电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征是 所述方法的第l步中所述钥匙档位信号通过C層总线经由所述CAN通讯模块传输至所述主 MCU，所述钥匙档位信号还通过所述钥匙档位连接线传输至所述两个MCU;所述车速信号通过CAN总线经由所述CAN通讯模块传输至所述主MCU， 所述车速信号还通过所述车速连接线传输至所述两个MCU;只有通过CAN总线和钥匙档位连接线传输的钥匙档位信号一致，所述主MCU才认为所述钥匙开关信号有效；只有通过CAN总线和车速连接线传输的车速信号一致，所述主MCU才 认为所述车速信号有效；只有有效的钥匙档位信号由ACC档变为OFF档或由OFF档变为ACC档， 同时有效的车速信号指示目前车速为0，所述主MCU才认为所述钥匙档位信 号和车速信号满足预定逻辑条件。
6. 根据权利要求4所述的电子转向柱锁控制器的实现方法,其特征是所述控制器和执行器在整车装配过程中经过自学习密钥配对，配对后所述 控制器和执行器一一对应。
7. 根据权利要求4所述的电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征 是所述方法的第4步中所述执行器的锁体状态信号通过LIN总线经由所述LIN通讯模块反馈 给所述主MCU，所述执行器的锁体状态信号还通过所述锁体状态连接线直接 传输至所述两个MCU;只有通过LIN总线和锁体状态连接线传输的锁体状态信号一致，所述 主MCU才认为所述锁体状态信号有效。
8. 根据权利要求4所述的电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征 是所述方法的第4步中，所述控制器还通过CAN通讯模块将所述执行器 的锁体状态信号发送至CAN总线，连接到CAN总线的一个或多个设备接收 所述锁体状态信号。
9. 根据权利要求4所述的电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征是所述方法在第1步之前还包括所述控制器包括睡眠模式和工作模式；所述控制器接收到CAN总线信号和/或所述钥匙档位信号时，从睡眠模式转 变到工作模式。
10.根据权利要求4所述的电子转向柱锁控制器的实现方法，其特征是所述方法在第4步之后还包括所述执行器向所述控制器发出请求断电的信息，所述控制器收到请求后，阻断高端继电器和低端继电器，所述 执行器失去供电。
全文摘要
本发明公开了一种电子转向柱锁控制器及其实现方法，所述控制器包括一个主MCU和一个辅MCU，所述主MCU接收CAN总线信号和连接线信号，并向电子转向柱锁执行器发出控制信号，所述辅MCU接收连接线信号；CAN通讯模块，所述主MCU通过所述CAN通讯模块与CAN总线进行通讯；LIN通讯模块，所述主MCU通过所述LIN通讯模块与LIN总线进行通讯；钥匙档位连接线，将钥匙档位信号传递到所述两个MCU；车速连接线，将车速信号传递到所述两个MCU；锁体状态连接线，将所述执行器的锁体状态信号传递到所述两个MCU。本发明可以控制执行器进行安全、可靠的开闭锁动作，实现锁死方向盘转向的防盗功能。
文档编号G05B19/418GK101503087SQ20081004310
公开日2009年8月12日 申请日期2008年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者佳 刘, 汪石流, 秦建权, 罗来军, 贾鹤鹏 申请人:联创汽车电子有限公司