基于LIN通信的電動尾門系統

張兆民，史金龍，胡佳璽，李成，李天暢，韓志風

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000)

基于LIN通信的電動尾門系統

張兆民，史金龍，胡佳璽，李成，李天暢，韓志風

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000)

電動尾門系統主要包括尾門執行裝置總成、尾門鎖機構和尾門控制模塊，該系統通過LIN總線和車身控制器BCM進行通信，具有多種開啟關閉方式，特別是感應式開啟關閉方式是對尾門系統的技術革新。此外，高度記憶和智能防夾功能也是電動尾門系統的重要功能，尤其是智能防夾中的軟件防夾功能能有效避免意外夾傷或損壞車輛等情況。

電動尾門系統； LIN總線；感應式開啟關閉方式；智能防夾；高度記憶功能

0　引言

隨著汽車電子技術的發展和成熟，汽車逐步向舒適化和智能化方向發展。近些年來大型豪華SUV在市場上的份額越來越大，由于大型豪華SUV車身設計比較龐大，車門的尺寸也大于普通的車型，尤其是尾門手動開啟和關閉非常不方便，為了方便駕乘人員輕便地打開尾門，越來越多的大型豪華SUV標配了可以一鍵式開啟/關閉的電動尾門系統。

1　電動尾門系統的簡介

1.1電動尾門系統的概念

電動尾門系統PLG(Power Lift Gate System)由機械部分和控制器模塊構成，與車身控制器BCM直接通信，與無鑰匙進入系統PEPS進行間接通信。PEPS將駕乘者按動車輛尾門開關鍵、遙控智能車鑰匙或在尾門相應區域使用腳或任意物體感應操作的信號通過CAN總線傳輸給BCM，然后BCM將信號通過LIN總線發送給PLG，從而控制PLG的開啟關閉。PLG同時具備感應式開啟、智能防夾、高度記憶等功能，因而廣泛應用在C級豪車、B級車輛上，如路虎極光、攬勝系列、大眾途銳、福特翼虎、現代維拉克斯、哈弗H8等車型上。

1.2LIN總線技術

LIN(Local Interconnect Network)是一種低成本的串行通信網絡，用于實現汽車中的分布式電子系統控制。LIN的目標是為現有汽車網絡 (例如CAN總線) 提供輔助功能。因此，LIN總線是一種輔助的總線網絡。在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通信，使用LIN總線可大大節省成本。

LIN 技術規范中，除定義了基本協議和物理層外， 還定義了開發工具和應用軟件接口。LIN 通信是基于SC(UART)數據格式、采用單主控制器/多從設備的模式，僅使用一根12 V信號總線和一個無固定時間基準的節點同步時鐘線。這種低成本的串行通信模式和相應的開發環境已經由LIN協會制定成標準。LIN的標準化將為汽車制造商以及供應商在研發應用操作系統時降低成本。

1.3電動尾門系統網絡拓撲

如圖1所示，電動尾門系統PLG通過LIN總線和車身控制器BCM進行通信，例如PLG將門和鎖狀態信號通過LIN總線傳給BCM，BCM將打開PLG的各種方式的信號通過LIN總線傳給PLG；車身控制器BCM通過CAN總線和無鑰匙進入系統PEPS進行通信，例如PEPS將解鎖和閉鎖的信號通過CAN網絡傳給BCM。

2　電動尾門系統的原理和組成

2.1電動尾門系統的原理

如圖2所示，電動尾門系統的原理為：PLG接收到尾門開啟的信號后，判定當前條件是否滿足開啟條件，若滿足開啟條件，鎖電機將解鎖，執行裝置將尾門打開至設定高度，如果不滿足開啟條件，尾門無反應；PLG接收到尾門關閉的信號后，執行裝置將尾門關閉，鎖電機將閉鎖。電動尾門系統電路如圖3所示。

2.2電動尾門系統的組成

電動尾門系統基本組成如表1所示。

表1　電動尾門系統的組成

電動尾門系統主要部件位置如圖4所示。

2.2.1電動尾門執行裝置總成

電動尾門系統基本執行結構是兩根電動芯軸驅動桿，主要由執行電機、推桿、齒條機構及支架組成，負責尾門的打開和關閉。

電動芯軸驅動桿包括主軸驅動器、內管和外管，其中主軸驅動器通過內管中的電機和齒輪機構驅動一個螺紋主軸，螺紋主軸在固定于外管內側上的螺紋和螺母上運動來實現開啟關閉尾門，彈簧也對尾門開啟操作起到輔助作用。主軸電機內部有霍爾傳感器，起到智能防夾的作用，詳見第3.2節。

電動尾門芯軸驅動桿結構如圖5所示。

2.2.2電動尾門鎖機構

電動尾門鎖機構主要包括電機、電機拉線和齒輪等。當打開電動尾門時，電機解鎖并將尾門打開；當關閉尾門時，電機閉鎖并將尾門拉緊關閉。

2.2.3電動尾門控制模塊

電動尾門控制模塊通過LIN總線信號控制電動尾門和鎖之間的狀態轉換，發生故障時將故障碼存儲到車身控制器BCM中。

(1)鎖狀態包括：解鎖、半鎖、全鎖；

(2)門狀態包括：全開、半開、全關；

(3)信號包括：Latch Cinching、Latch Releasing、Fully Closed、Fully Opened、Opening、Closing。

電動尾門和鎖之間的狀態轉換關系如圖6所示。電動尾門系統門和鎖之間的信號轉換關系圖如圖7所示。

(4)電動尾門開啟過程信號轉換關系：

(5)電動尾門關閉過程信號轉換關系；

當解鎖或閉鎖發生異常時，鎖機構的恢復策略如下：

(1)如果是進入PTC熱保護，等到電機內部電子元器件的溫度降到110 ℃以下，電機會自動復位；

(2)如果是故障模式下電機不閉鎖，按后背門外把手微動開關解鎖，電機會自動復位；

(3)如果是故障模式下電機不解鎖，按后背門外把手微動開關解鎖無效，手動關閉后背門使電機閉鎖，電機會自動復位。

2.2.4電動尾門蜂鳴器

當換擋桿不在P位時，尾門由于未知的阻力無法打開時，或是電動尾門開啟關閉時，該蜂鳴器就會報警提示。

2.2.5防夾條

防夾條是一種帶剛性開關的橡膠條，位于尾門鈑金的左側和右側，其內部有上下兩個鋼片。

在尾門關閉的過程中，如果遇到障礙物時，防夾條受力，防夾條內部的鋼片會彼此接觸，電流即通過連接到各鋼片上的電線進行導通(如圖8所示)。電動尾門控制模塊收到這一信息后就會控制電機反轉，使電動尾門停止在當前位置或者回到打開的位置。

2.2.6電動尾門開關按鍵

(1)智能鑰匙開關按鍵

(2)儀表臺開關按鍵

在駕駛員儀表臺側，駕駛員在座椅上就可以控制尾門的開啟或關閉。

(3)尾門外把手微動開關按鍵

安裝在尾門的外部把手上，主要用于開啟尾門。

(4)尾門下邊沿關閉開關按鍵

位于尾門飾板的下面，主要用于關閉尾門。

2.2.7電動尾門OFF開關按鍵

位于副駕駛側的雜物箱內，用來限制尾門外把手微動開關按鍵和尾門下邊沿關閉開關按鍵的操作。

漢江是漢朝的發祥地。楚河漢界，不僅僅是歷史的地域切割，是文化的融合。“大漢民族”、“漢文化”、“漢學”、“漢語”這些名稱，得名于漢江。歷史學家呂思勉和錢穆認為，華夏族就是生活在華山以南、夏水兩岸的民族。而古代華山就是現在的河南嵩山，夏水就是今天的漢水。這說明，漢水流域是中華民族最古老族源的發祥地。

2.2.8感應式開啟關閉模塊

感應式開啟關閉模塊主要由兩根天線和一個智能開關模塊組成(如圖9所示)。

當有腳伸進天線下方的時候，感應式開啟關閉模塊會主動判斷踢腳信號是否有效。感應式開啟關閉模塊通過LIN總線將射頻信號發給BCM，BCM將發過來的射頻信號路由給PEPS，PEPS收到踢腳信號后將進行鑰匙認證。若認證成功將會發給BCM一個CAN信號，若認證不合格將不會向BCM發送信號。BCM收到有效信號后，并將此信號轉發給PLG，PLG將進行開啟動作或者關閉動作。

3　電動尾門系統的功能

3.1電動尾門系統包括多種開啟關閉方式

3.1.1電動尾門開關按鍵開啟關閉

通過按動車輛儀表臺尾門控制開關按鍵或尾門上的外把手微動開關按鍵實現尾門開啟關閉操作，尾門下邊沿關閉開關鍵只有關閉尾門的功能。當車輛上鎖后，車輛儀表臺上的尾門控制開關按鍵將失效，無法實現尾門開啟關閉操作，并且尾門上的外把手微動開關鍵只有在攜帶智能鑰匙的情況下才能開啟關閉尾門。

如圖10—11所示，1為尾門外把手微動開關按鍵；2為儀表臺尾門控制開關按鍵；3為尾門下邊沿關閉開關按鍵。

3.1.2智能鑰匙開啟關閉

電動尾門系統智能鑰匙見圖12。通過智能鑰匙上的尾門控制開關按鍵實現尾門開閉操作。當車輛上鎖后，使用智能鑰匙開啟尾門，危險報警燈閃爍2次，開啟過程中蜂鳴器蜂鳴3次。使用智能鑰匙關閉尾門，危險報警燈閃爍2次且尾門全鎖后危險報警燈常亮1 s，關閉的過程中鳴器蜂一直蜂鳴。

3.1.3感應式開啟關閉

攜帶智能鑰匙，在后保險杠下方迅速抬一下腳，便可使傳感器觸發尾門開啟操作，尾門將解鎖并自動打開，再次抬腳，便可使傳感器觸發尾門關閉操作，尾門將自動關閉并閉鎖。

3.2智能防夾功能

3.2.1觸發防夾條防夾

在電機關閉尾門期間，防夾條負責探測障礙物，當防夾條受到阻力時，電機就會反轉，尾門就會停止關閉并回到打開的位置。防夾條在尾門關閉的過程中起作用。

3.2.2軟件防夾

電動尾門系統通過霍爾傳感器檢測障礙物并實現緊急制動的功能，當尾門開啟時遇到障礙物能自動收回，避免因電流過大燒壞電機；在關閉時遇到障礙物能自動彈回，有效避免意外夾傷或損壞車輛等情況。軟件防夾在尾門開啟和關閉的過程中都起作用。

3.2.2.1電動尾門系統軟防夾的原理

主軸電機內部的霍爾傳感器會監測該電機的轉速。當尾門開啟或關閉遇到障礙物時，電機轉速下降至設定的限度以下，則傳感器探測到障礙物的存在，同時電機電流消耗增加，則對電機的電源供應會反向進行從而導致尾門按相反的行程方向運動。

3.2.2.2霍爾元件介紹

(1)霍爾效應

如圖13所示的片狀半導體(霍爾元件)，有一對電流端子和一對電壓端子，從電流端子通入恒定直流電流I，并將此霍爾元件置于如圖所示的磁場中，則霍爾元件中的電荷將受到洛侖茲力的作用，正負電荷將分別偏移到有電壓端子的兩側，于是在霍爾元件內部形成電場，當霍爾元件內部電荷受到的電場力和洛侖茲力相平衡時，電壓端子兩側積聚的電荷數量也穩定下來，在兩個電壓端子間形成電勢，此即霍爾電勢。霍爾電勢UH的數值與恒定直流I和外磁場強度H相關

(1)

式中：UH為霍爾電勢；d為霍爾元件的厚度；R為霍爾常數；I為恒定直流；H為外磁場強度。

霍爾常數R與半導體材料性質和載流子濃度有關；霍爾元件制成后，d和R均為常數。恒定直流I受霍爾元件工作溫度的限制，也有規定的數值，因此霍爾電勢UH僅與H成正比。

利用載流體周圍的磁場H，作用在霍爾元件上產生相應的霍爾電勢UH，即按比例反映了載流體中電流的數值。

(2)霍爾電流傳感器的基本工作原理

如圖14所示結構的磁路，將載流體周圍的磁通集中穿過霍爾元件，同時霍爾元件電流端子通以規定的直流I，則霍爾元件電壓端上就會產生霍爾電勢。將此電勢放大后輸入磁芯的補償線圈，當補償線圈產生的磁通完全補償被測電流產生的磁通時，補償線圈的電流按比例反映了被測電流的數值。圖中被測電流為I，原邊的安匝數為I×1安匝，設補償線圈為 N匝。補償電流為I0，則在安匝數平衡時：

I×1=I0N

(2)

式中：I為恒定直流；I0為補償電流；N為補償線圈數匝。

I0可通過取樣電阻R轉換成電壓輸出，則R兩端電壓U0為

(3)

式中：U0為R兩端電壓；I0為補償電流；R為霍爾常數；I為恒定直流；N為補償線圈數匝。

顯然被測U0與電流I成正比，只要測得U0即可換算得I，此即霍爾電流傳感器的工作原理。

3.3高度記憶功能

尾門打開高度可調節，駕駛員可根據使用習慣，通過尾門下邊沿關閉開關鍵設定尾門最終打開高度。開啟尾門，將其打開到預定高度，再輕按開關鍵5 s以上，待聽到“嘀”一聲，即可完成尾門打開高度的設置。在下次開啟尾門時，高度將自動升至設定的高度。尾門的設定高度有角度的限定，一般來說有效角度α的范圍為51°≤α≤80°。當設定高度記憶成功和記憶未成功時，蜂鳴器發出的蜂鳴聲是不一樣的。

3.4緊急閉鎖功能

當遇到突發情況需緊急關閉尾門，電動尾門系統開啟或關閉過程中，可通過智能鑰匙或車輛尾門開關按鍵讓尾門停止運轉，達到實時操控的目的。

3.5尾門防掉保護功能

電動尾門在打開至最大角度時，若在2 s以內用手向下拉尾門，則尾門電動關閉(默認此時彈簧力無法支撐尾門的重力)，2 s后再操作，則切換至手動模式，目的是保護顧客安全。

3.6落鑰保護功能

車輛系統電源模式在OFF狀態，并且處于整車上鎖，關上尾門，PEPS通過車內低頻天線檢測智能鑰匙是否在車內，如發現智能鑰匙在車內，PEPS通過CAN總線發送智能鑰匙在尾門內報警信息，并控制蜂鳴器發出報警聲音，提示智能鑰匙在車內，同時向BCM發送尾門解鎖請求，BCM控制PLG開啟。

4　不同車廠電動尾門系統應用的比較

4.1感應式開啟關閉

2013款福特翼虎和大眾邁騰高端車型，都具有感應式開啟關閉功能，即隨身帶著智能鑰匙，伸腳輕輕一掃即可打開尾門。感應式開啟關閉功能適用于手上物件太多不便于手動或使用智能鑰匙開尾門的情況，輕松快捷地實現物件存入車輛。而作為SUV的領跑者路虎極光卻無此功能。

4.2智能防夾功能

對于哈弗H8，發生防夾時，無論是觸發防夾條防夾還是軟防夾，電機都會反轉，當尾門處于關閉的過程中時，尾門就會停止關閉并返回到打開的位置，當尾門處于開啟的過程中時，尾門就會停止開啟并返回到關閉的位置。對于保時捷Macan S，發生防夾時，無論是開啟過程還是關閉過程，尾門保持在原位置不動并且有蜂鳴器報警聲。保時捷Macan S沒有防夾條，當尾門關閉時無法有效地保護尾門上的后擋風玻璃。

4.3高度記憶功能

不同車廠對高度記憶功能都有角度要求，尾門開啟角度太低，不會記憶成功，對細節的處理上各不相同。例如保時捷Cayenne高度記憶成功時蜂鳴器長鳴一聲，記憶不成功時蜂鳴器短促一聲；哈弗H8高度記憶成功時危險報警燈閃爍3次，記憶不成功時危險報警燈不亮。

4.4電動操作和手動操作切換

哈弗H8必須在尾門5次反轉后或尾門開啟到最大設定高度2 s后才能從電動操作切換到手動操作；而保時捷Cayenne手動操作和電動操作可以任意切換，例如在尾門電動開啟的過程中，用手向上拉尾門，尾門就會從電動操作切換到手動操作。

5　結束語

介紹了電動尾門系統的組成、功能和應用：

(1)機械組成部分著重介紹了電動芯軸驅動桿的組成，電子組成部分著重介紹了電動尾門控制模塊的功能邏輯。

(2)功能部分著重介紹了電動尾門系統的多種開啟關閉方式和智能防夾功能。

(3)應用部分通過對不同車廠電動尾門系統應用的比較，可以得出不同車廠對電動尾門系統的智能防夾、高度記憶和電動手動操作切換功能應用了不同的技術細節，這為將來電動尾門系統的研發提供參考和借鑒。

總的來說，具備感應式開啟關閉、智能防夾和高度記憶等功能的電動尾門系統是未來電動尾門系統的主要發展趨勢。

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電動汽車即將迎來井噴 電動汽車產業化時代即將來臨

伴隨著能源危機的不斷加劇，新能源的發展成為新興的力量。今年以來，一系列利好政策發布，國家、地方雙重政策驅動，充電樁等配套措施蓬勃發展，加上消費者環保意識的逐漸增強，銷售市場開始供不應求，新能源汽車發展勢頭迅猛。

專家分析，明年起，電動汽車行業將出現“消費井噴”，電動汽車銷售量將再度攀升；與此同時，電動汽車產業受到資本市場的青睞，將會有更多資金投入到品牌建設中，造成“品牌井噴”，百花齊放局面可期。

可以預見，新能源汽車產業化的時代即將來臨。

市場青睞。9月8日，工信部發布了今年我國新能源汽車產量最新數據。去年一整年，全國共生產了83 900輛新能源汽車。今年1—8月，新能源汽車已累計產銷12.35萬輛，同比增長3倍。2015年全年的新能源車預計銷量在20萬輛左右，未來5年內，中國新能源車產銷量將再乘以25倍。

新能源車生產量超美國。據中汽協最新數據統計，今年1—7月，我國新能源汽車生產量已超美國，成全球新能源汽車第一大市場！中國已經形成了總體居于國際領先地位的技術體系和產業鏈，2015年，新能源汽車繼續保持快速增長，估計今年有望產業規模全方位達到世界第一位。

政策護航。截至目前，已有財政部、國家稅務總局、工信部、商務部、交通運輸部、科技部、國家發改委等至少7個部委單獨發布或聯合發布過支持新能源汽車發展的政策。中央今年連發四文力挺，46個省市按國家和地方1∶1進行補貼。

配套保障。充電樁建設走上規范化，5年后滿足500萬輛充電需求。

(來源：法制晚報)

Power Lift Gate System Based on LIN Communication

ZHANG Zhaomin, SHI Jinlong, HU Jiaxi, LI Cheng, LI Tianchang, HAN Zhifeng

(R & D Center of Great Wall Motor Company,Baoding Hebei 071000,China)

The power lift gate system included the execution device assembly, the lock mechanism and the control module. It was communicated with the vehicle body controller BCM by the LIN bus, with multiple opening and closing modes, especially the induction opening and closing mode was the technical innovation of the power lift gate system. In addition, the high memory and intelligent anti pinch function was the important function of the power lift gate system, especially the software anti pinch function could avoid accidental injury or damage to vehicles.

Power lift gate system;LIN bus; Induction opening and closing mode; Intelligent anti pinch; High memory function

2015-08-04

張兆民，學士，工程師，研究方向為汽車零部件系統集成測試和整車功能驗證。E-mail:jerryzhang8312@163.com。