汽車電控門鎖失效分析與解決方案

薛 飛，辛豐強(qiáng)，王東生，楊 曦

（北京汽車集團(tuán)越野車研究院，北京 101300）

汽車門鎖是汽車車身的重要組成部件，其性能好壞和控制方式的合理性直接關(guān)系到汽車行駛的安全性和車內(nèi)人員及其財(cái)產(chǎn)安全。其安全性主要分為兩點(diǎn)：靜止安全和運(yùn)動(dòng)安全。靜止?fàn)顟B(tài)下，遙控閉鎖后應(yīng)防止車門被異常打開，從而保證車內(nèi)財(cái)產(chǎn)安全。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，既要保證正常行駛時(shí)門鎖不被異常打開，又要保證碰撞發(fā)生時(shí)門鎖及時(shí)開啟，保證車內(nèi)人員安全。這就對(duì)汽車門鎖的電動(dòng)控制提出了更高的要求［1］。

1 故障現(xiàn)象

售后反饋一客戶車輛遙控器無法閉鎖／解鎖，中控解鎖／閉鎖功能失效。按下中控面板上的解鎖／開鎖按鍵，4個(gè)門鎖也無反應(yīng)，讀取整車控制模塊均無故障碼。

2 汽車門鎖工作原理

因本節(jié)描述故障現(xiàn)象為主要汽車門鎖的電動(dòng)控制功能［3］，因此下文主要講述門鎖的控制原理。門鎖控制涉及整車的零部件比較多，主要包括車身控制模塊BCM、門控制模塊 （簡(jiǎn)稱門模塊DCU）、中控開閉鎖開關(guān)、門鎖電機(jī)、氣囊控制器SDM、智能鑰匙、無鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng)控制器PEPS等組成。門鎖的控制原理框圖如圖1所示。各部分功能介紹如下。

1）車身控制模塊：4門門鎖控制的核心，集成4門門鎖的詳細(xì)控制邏輯，采集各輸入信息并發(fā)送控制指令。

2）門控制模塊：是電控門鎖的驅(qū)動(dòng)器，接收到車身控制模塊的控制指令后執(zhí)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。

3）中控開閉鎖開關(guān)：4門門鎖開啟／關(guān)閉的輸入信號(hào)。

4）氣囊控制器：檢測(cè)車輛是否碰撞，碰撞后發(fā)送碰撞信號(hào)。

5）智能鑰匙：與無鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng)控制器進(jìn)行高頻通信，實(shí)現(xiàn)上鎖／解鎖／尋車／開啟后備廂功能。

6）無鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng)控制器：實(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)的發(fā)送接收等功能。

BCM與DCU、PEPS的通信通過CAN通信協(xié)議［2］實(shí)現(xiàn)，與SDM通過CAN和硬線兩種方式連接。汽車開閉鎖控制的幾種方式如下。

圖1 汽車門鎖控制原理框圖

1）智能鑰匙／中控開關(guān)開閉鎖：按下智能鑰匙或者中控開關(guān)的開閉鎖按鍵，PEPS接收到開閉鎖指令后，通過CAN發(fā)給BCM后，BCM將指令轉(zhuǎn)發(fā)給門模塊，門模塊驅(qū)動(dòng)門鎖執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

2）車速上鎖：當(dāng)接收到ESP的車速信號(hào)大于15 km／h，并檢測(cè)到當(dāng)前門鎖處于開鎖狀態(tài)，車身控制模塊通過CAN將閉鎖命令發(fā)給DCU執(zhí)行閉鎖動(dòng)作。

3）碰撞解鎖：當(dāng)接收到SDM的CAN或者硬線碰撞信號(hào)時(shí)，BCM通過CAN將開鎖命令發(fā)給門模塊執(zhí)行開鎖動(dòng)作。執(zhí)行10次開鎖指令后，BCM不再執(zhí)行開鎖或者閉鎖指令。

3 故障分析與排除

3.1 故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，從圖1及其原理分析車輛門鎖失效的可能原因如下。

1）智能鑰匙電池電壓低 （低于2.2 V）。

2）PEPS未將遙控開閉鎖指令轉(zhuǎn)出。

3）中控開關(guān)插接件未插。

4）BCM和DCU故障或者供電和搭鐵異常。

5）車輛發(fā)生異常碰撞，BCM執(zhí)行完開鎖指令后不再執(zhí)行開閉鎖動(dòng)作。BCM的碰撞處理策略如圖2所示。

圖2 碰撞處理策略

3.2 故障排除

1）取下智能鑰匙電池，檢查電池電量為3.06 V，電壓正常。

2）利用CANOE檢測(cè)當(dāng)按下遙控器的開／閉鎖鍵時(shí)，無鑰匙啟動(dòng)控制器可以發(fā)出遙控開閉鎖指令。

3）檢查中控開關(guān)插接件連接正常，重新插拔故障依然存在。

4）檢查BCM和DCU的電源和搭鐵連接正常，更換BCM和DCU，故障依然存在。

5）利用CANOE讀取BCM的碰撞狀態(tài)，結(jié)果BCM的碰撞狀態(tài)為0x1（碰撞）。

根據(jù)以上分析判斷是車輛碰撞導(dǎo)致的門鎖失效，但售后車輛未碰撞，氣囊也未爆開。該車型的碰撞信號(hào)有兩種：一種是網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)出的碰撞命令，一種是BCM采集的硬線碰撞信號(hào)。如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)碰撞命令，安全氣囊一定會(huì)爆，實(shí)際安全氣囊并未爆，因此進(jìn)一步判斷是BCM的硬線碰撞信號(hào)處理問題。

如圖2所示，點(diǎn)火開關(guān)ON時(shí)，SDM會(huì)有一個(gè)自檢過程，即點(diǎn)火開關(guān)由OFF切換至ON擋時(shí)，碰撞信號(hào)會(huì)持續(xù)6 s高，再持續(xù)2 s低，然后才是正常100 ms高，20 ms低的循環(huán)發(fā)送。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，SDM會(huì)輸出一個(gè)200 ms低脈沖，然后輸出100 ms高，20 ms低的碰撞信號(hào)，此時(shí)BCM檢測(cè)到該信號(hào)執(zhí)行碰撞動(dòng)作。BCM軟件為規(guī)避SDM自檢導(dǎo)致誤判情況，故在點(diǎn)火開關(guān)OFF切換至ON擋時(shí)延時(shí)9 s再判斷輸出。用示波器采集點(diǎn)火開關(guān)ON和Start狀態(tài)及碰撞信號(hào)輸出，如圖3所示。

圖3 碰撞信號(hào)輸出

從圖3可以看出，區(qū)間A+B為點(diǎn)火開關(guān)由OFF打到ON的時(shí)間6.2 s，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，軟件一直檢測(cè)和判斷碰撞的硬線信號(hào)，但不輸出。此后剛好啟動(dòng)點(diǎn)火開關(guān)Start，在此區(qū)間C，對(duì)于碰撞的硬線信號(hào)，軟件是不檢測(cè)不判斷的。但當(dāng)Start保持大于2.8 s后，軟件將渡過9 s的不輸出區(qū)間，當(dāng)進(jìn)入?yún)^(qū)間D區(qū)間時(shí)，軟件恢復(fù)判斷碰撞信號(hào)，因在區(qū)間B的碰撞信號(hào)，已經(jīng)檢測(cè)到有200 ms低有效，在軟件內(nèi)部記錄了這個(gè)狀態(tài)，當(dāng)在區(qū)間D時(shí)，軟件判斷到前一個(gè)狀態(tài)為低，且在碰撞有效 （160～240 ms）范圍內(nèi)，故誤判斷為發(fā)生碰撞。

4 解決方案及測(cè)試驗(yàn)證

4.1 解決方案

1）在點(diǎn)火開關(guān)由OFF切換到ON擋，在ON擋延時(shí)9 s時(shí)間內(nèi)不再檢測(cè)碰撞信號(hào)，同時(shí)也不做任何判斷，9 s后再做碰撞信號(hào)的判斷與處理。如圖4所示。

2）取消硬線碰撞信號(hào)判斷，只判斷網(wǎng)絡(luò)碰撞信號(hào)。

4.2 測(cè)試與驗(yàn)證

對(duì)更改后的軟件按照如下方式進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1）通過LabView編寫程序模擬安全氣囊與點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)切換，按照?qǐng)D5方式執(zhí)行操作。

2）其中碰撞信號(hào)完全按照安全氣囊發(fā)出的波形執(zhí)行，包含自檢過程。

圖4 更改方案

圖5 模擬波形

3）點(diǎn)火開關(guān)采用模擬操作方式，點(diǎn)火開關(guān)為ON時(shí)，延時(shí)6.2～6.4 s，然后在觸發(fā)Start信號(hào)，并維持2.8～3.8 s。其中，延時(shí)區(qū)間的時(shí)間為系統(tǒng)隨機(jī)發(fā)送，隨機(jī)區(qū)間的設(shè)置主要是模擬人為操作可能存在的時(shí)間偏差。

4）在Start恢復(fù)到ON時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)延時(shí)5 s檢測(cè)當(dāng)前是否有碰撞信號(hào)，如果有碰撞信號(hào)，將被記錄到本次記錄數(shù)據(jù)中，并在下一個(gè)周期時(shí)先清除碰撞信號(hào)，然后再繼續(xù)執(zhí)行模擬程序操作。按照此方式循環(huán)操作。

5）在經(jīng)過連續(xù)25 h的測(cè)試后未發(fā)現(xiàn)碰撞問題。

5 結(jié)論

解決門鎖失效問題，關(guān)鍵在于掌握門鎖控制的原理及其復(fù)現(xiàn)故障并捕捉到出現(xiàn)故障時(shí)碰撞信號(hào)的變化。本文利用示波器及其CANOE等工具采集碰撞信號(hào)信息，通過數(shù)據(jù)分析快速查找問題原因。本文的分析解決問題思路可以延伸到解決其它車身控制問題，同時(shí)也給系統(tǒng)測(cè)試人員提出新的要求，涉及到信號(hào)交互的控制器，需要頻繁高強(qiáng)度的測(cè)試來避免問題發(fā)生。