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汽车电子技术专栏——车辆防盗系统设计
 
作者: 黄百万
   次浏览      
 2023-11-8
 
编辑推荐:
本文主要介绍了车辆防盗系统设计相关内容。希望对你的学习有帮助。
本文来自于微信公众号焉知汽车,由火龙果软件Linda编辑,推荐。

车辆防盗系统就像房间的大门一样,起着防止车辆被盗的作用。如何能保证每家企业设计的车辆防盗系统都能满足基本的防盗要求,其实很简单,生产企业只要根据法规的要求进行防盗系统的设计即可。

国内的车辆防盗系统主要围绕着下面这两个标准进行设计:

(1)《GB 20816-2006 车辆防盗报警系统》

(2)《GB 15740-2006 汽车防盗装置》

《GB 20816-2006 车辆防盗报警系统》主要讲的是车辆的一级防盗,总体来说就是用户使用合法的钥匙(遥控钥匙、NFC、手机蓝牙等)对车辆设置警戒(车辆闭锁)以及解除警戒(车辆解锁)。当车辆处于设置警戒状态时,能探测出任何车门、行李厢门、前盖或者发动机仓盖被打开,并发出报警信号,此外还能使车辆止动,阻止车辆依靠自身动力移动。

为了满足《GB 20816-2006 车辆防盗报警系统》的法规要求,会有一个专门的防盗系统设计规范,下面把该方案呈现给大家:

图中的数字分别代表不同的跳转条件:

(1)条件1代表四门、后备厢门和前舱盖关闭,用户执行上锁。

(2)条件2代表四门、后备厢门或前舱盖打开,或者用户执行解锁。

(3)条件3代表5s超时。

(4)条件4代表用户执行解锁。

(5)条件5代表用户执行解锁、闭锁,或者300s超时。

(6)条件6代表四门、后备厢门或前舱盖任一门打开。

(7)条件7代表四门或者前舱盖任一门打开。

(8)条件8代表用户执行解锁、闭锁,或者300s超时。

(9)条件9代表用户合法打开后备厢。

(10)条件10代表用户关闭后备厢。

(11)条件11代表用户执行解锁。

(12)条件12代表30s之内四门、后备厢门或前舱盖任一门未打开

针对该法规,我抽取出一些做系统方案时需要注意的地方,进行设计指导,并在法规中找寻市面上车辆的某些功能设计的源头,使得功能方案的设计可以知其然更知其所以然。

4.1 车辆防盗报警系统应包括主机(含设置警戒/接触警戒的装置)、电源、一个或数个探测器/传感器、一个或数个报警装置以及止动车辆的装置。

组成车辆防盗报警系统的各部件间的连线关系见下图,图中的实线为车辆防盗报警系统应具备的连接关系,虚线为可选用的连接关系。

-- 可以看出组成防盗装置的系统零件都有哪些,方便进行系统方案设计。

4.2.1.1车辆防盗报警系统在设置警戒状态下应能探测出任何车门、行李厢门、前盖或者发动机仓盖被打开,并发出报警信号,还应能使车辆止动,防止车辆依靠自身动力移动。

-- 当车辆闭锁后,如果任一车门被打开,则要求进行报警。当车辆处于设置警戒状态时,不允许车辆进行动力系统(IMMO)的认证。

因电源发生故障,恢复供电后车辆防盗报警系统应不改变其状态。

-- 要求把车辆的防盗报警状态(设置警戒、解除警戒、报警状态)实时地存储在NVM中,所以每次防盗状态发生变化时,都要进行防盗报警状态的存储。

4.2.1.5 车辆防盗报警系统的本身状态信息和本身状态改变的信息、设置警戒/解除警戒状态下的信息以及状态改变的信息可以由视觉显示装置显示。

用于显示车辆防盗报警系统的设置警戒/解除警戒状态改变的视觉信号可利用车辆的故障警示灯、乘员厢灯或示廓灯(包括同一电路所有的灯)或上述灯的组合。

-- 这就是我们进行车辆闭锁或者解锁时,转向灯(用的车辆故障警示灯)会闪烁不同次数,一般来说解锁时转向灯闪烁三次,闭锁时转向灯闪烁一次,用于表示车辆解除警戒和设置警戒状态的切换。

4.2.3.2当车辆防盗报警系统处于设置警戒状态时,主机应该监控传感器/探测器,并在发生报警状态的1s内向报警装置发出控制信号,报警结束后车辆防盗报警系统仍处于设置警戒状态。

-- 这里重点是当车辆处于报警状态时,当报警结束后,需要把状态切换回设置警戒状态,而不是停留在报警状态的状态机里。

4.2.4.1 车辆防盗报警系统可采用任何适当的方案设置警戒(但这些方法不能有意无意地引起误报警)。

-- 我们用的遥控钥匙闭锁、NFC闭锁、手机APP闭锁和手机蓝牙钥匙的远离闭锁功能都属于这个范畴,满足法规的要求。

4.2.4.2 解除警戒

使车辆防盗报警系统解除可采用下述方法之一或其组合:

a)机械钥匙开关。

b)使用编码的钥匙开关。

c)使用电子/电气装置(不包括b))。

d)使用直接电插接的编码钥匙。

e)使用人体生物特征识别的钥匙。

f)使用输入密码的开关或操作装置。

-- 法规里一共涉及到7种解除警戒的方式,机械钥匙、遥控钥匙、人脸识别等,每种方式的要求不尽相同,主要就是被破解率和误识别率要低,可以具体看看细则。这并不是设计的难点,每家主机厂都有比较成熟的解决方案。

4.2.5 报警状态由听觉报警信号发声指示出来,还可以用一个或多个视觉报警信号或用远距离无线信号或是他们的组合来指示。

-- 当触发防盗报警时,声音是必须的,灯光的提醒可有可无,不过一般设计触发防盗报警时会对转向灯进行闪烁。

每探测到一次信号就应触发报警信号。但在一次设置警戒周期内,允许每个探测器重复触发听觉报警信号的次数不超过10次(防止无休止的报警)。

-- 意思是车辆处于一次设置警戒的周期内,同一个探测器(四个门、后备厢和前舱盖)最多触发10次听觉报警信号。

4.2.5.1 听觉报警信号

每次探测信号触发的听觉报警信号应持续25+05s。

间歇频率:2Hz±1Hz。

发声时间等于停止时间±10%。

-- 这里可以看出防盗报警喇叭持续时间在25s-30s之间,频率一般选择2Hz,声音的占空比是50%。

4.2.5.2 视觉报警信号(选用)

如选用视觉报警信号,可由车上的各转向指示灯和(或)示廓灯(包括所有与他们相连的灯)发出。

每次探测信号触发的视觉报警信号应持续25s--300s。

视觉报警信号应为间歇性的:间歇频率为2Hz±1Hz,发光时间等于停止时间±10%。

视觉报警信号装置的任何影响或损坏,都不应妨碍听觉报警信号装置的工作,反之也一样。

-- 这里可以看出防盗报警灯光一般用转向灯,持续时间在25s-300s之间,频率一般选择2Hz,灯光的占空比是50%。灯光和声音报警输出是相互独立的,不会因为某个装置坏了而影响到另一个装置。

4.2.7.1 在设置警戒状态下,在电源电压U时的车辆防盗报警系统及其所有探测器/传感器的电流消耗不得超过20mA(平均值)。

-- 这个其实很容易做到,一个BCM的静态电流也就几毫安。

这份标准基本也就以上这些内容需要做系统方案设计时重点考虑,法规里面的其他内容基本都是有的没的,剩下的还有一些测试试验方案,对方案的设计影响不大。

本篇文章着重讲述的是车身防盗,总结下来就是当车辆处于锁车状态,用户非法打开车门时,会触发车辆的防盗报警,车辆进行鸣笛以及闪灯。

我们知道国内的车辆汽车防盗系统主要围绕《GB 20816-2006 车辆防盗报警系统》和《GB 15740-2006 汽车防盗装置》这两个标准进行设计。上篇文章已经对《GB 20816-2006 车辆防盗报警系统》进行过介绍,以及对重点法规内容的分析和方案设计。本篇着重介绍《GB 15740-2006 汽车防盗装置》的整体需求以及重点法规内容分析以及方案设计。

《GB 15740-2006 汽车防盗装置》这个法规的重点就是2.2的内容:

设计用来防止非法将发动机或者车辆其他的主要动力源正常启动的系统与至少下面所列系统之一共同组成的装置。

a)转向机构锁止系统

b)传动系锁止系统

c)换挡机构锁止系统

-- 方案基于上面这些内容进行设计,我们需要把上面这段话拆成两部分,这样方便理解,整个防盗装置可分为A和B两部分。

A指的是前半部分,防止非法将发动机或者车辆其他的主要动力源正常启动的系统。何以理解这句话呢,小编觉得重点是“非法”和“启动”这四个字。非法即非合法,首先对合法启动车辆进行解释,那设计起来就比较顺畅。我的理解是用户使用合法的钥匙去启动车辆,这就算合法,其他启动车辆的方式均为非法。

在进行设计时,我们就可以针对性地做方案。首先是合法的钥匙,此处的设计就是用户启动车辆时,需要检查钥匙的合法性,通常就是我们所说的“找钥匙”过程。只有找到了合法的钥匙后,才会发起与动力控制单元的认证请求。

为了防止非法分子直接通过外部设备和动力控制单元进行认证请求以此来启动车辆,整车会通过某个控制器与动力控制单元进行双向认证,只有认证通过后,动力控制单元才允许车辆进行启动。

所以根据这个思路,我们可以进行防盗装置方案的设计。

系统方案:

B指的是后半部分:

至少下面所列系统之一共同组成的装置。

a)转向机构锁止系统

b)传动系锁止系统

c)换挡机构锁止系统

我们一个一个去解读这几个系统应该怎么去设计。

a)转向机构锁止系统

4.1.1作用在转向机构上的防盗装置应能使转向失效。发动机启动以前,正常的转向功能应能恢复。

-- 这个方案算是比较老的方案了,多见于手动档的车辆,车身会有一个转向管柱锁,当车辆闭锁时,会把转向管柱给锁起来,对应前半句,使转向失效。发动机启动以前,正常的转向功能应能恢复:我理解就是钥匙认证通过之后,动力控制单元认证通过之前,可以把转向管柱锁给解开,以达到正常的转向功能应该恢复的要求。

4.1.3 防盗装置按附录A规定的试验方法完成在每个方向上的2500次锁止循环磨损试验后,应符合3.10、4.1.1、4.1.2和4.1.4的要求。

-- 根据试验的要求进行试验就可以,没有特殊需要说明的内容。

电子转向柱锁的系统方案可以这么进行设计:

b)传动系锁止系统

4.2.1 作用在传动系上的防盗装置应能阻止车辆驱动轮的转动。

-- 这个设计一般就是锁住离合器或者变速箱,当防盗没有通过的时候,需要锁止,使得车辆的驱动轮不能转动。

4.2.6 在传动系不发生危及安全的损坏的条件下,防盗装置应能承受静态条件下在两个方向上施加的,大于正常施加在传动系上的最大扭矩50%的静扭矩。试验扭矩的正确不是按发动机的最大扭矩,而是按离合器或自动变速箱所能传递的最大扭矩来计算。

-- 锁定状态下,当在车辆的前进和后退两个方向施加静扭矩时,车辆不允许运动,该扭矩应该大于50%变速箱或者离合器所能传递的最大扭矩。

传动锁止系统方案可以这么进行设计:

c)换挡机构锁止系统

4.3.1 作用在换档机构上的防盗装置应能阻止任何档位的变化。

-- 意思就是防盗装置未解锁前,档位不能切换,这个比较容易实现。目前的设计基本都是通过换档的开关把换档信号给到档位控制的模块,由它来进行档位的切换,该档位控制模块会根据防盗装置是否解锁的信号来判断档位是否进行切换。

4.3.2 对于有“驻车”位置的自动变速器,应在“驻车”位置锁止,也允许在空档和/或倒档位置锁止。

4.3.3 对于没有“驻车”位置的自动变速器,应在空档和/或倒档位置锁止。

-- 这两条需求,目前设计换档的开关都会有“P”档,当用户切换到“P”档时,锁止变速箱。但是现在的纯电动汽车来说,基本没有变速器,所以上面这两条法规需求可以忽略不计。

电子换挡的车辆换挡机构锁止系统方案可以这么进行设计:

欧盟的法规增加了d)锁制动系统,相信国内的法规很快也会跟进。我们进行系统设计时,首要条件是满足法规的要求,其次是用户体验和成本的综合考虑。为满足这个法规做的方案用户基本感觉不到体验上的区别,所以主要考虑成本。

当低配的手动挡车型,因为没有变速箱,一般选择a)转向机构锁止系统来进行方案的设计,这样就需要加一个电子转向柱锁。

当配置自动挡的燃油车,一般选择b)传动系锁止系统或者c)换挡机构锁止系统来进行方案的设计。

现在的纯电车,一般选择c)换挡机构锁止系统来进行方案的设计。

话说回来车辆防盗系统是一个最基础的法规需求,每个主机厂都有一套成熟的方案,基本都是沿用下来的,很多人不清楚为什么需要这么设计。当你有机会入职一个新成立的汽车公司,正好你也负责这一块内容的设计,你需要从零开始解读这两份法规时,希望上述的文章能帮助你设计一套既简单又符合规范的方案。同时也希望能够给负责这个系统之外的人了解什么叫汽车防盗,汽车防盗其实包含两部分。

一个叫车身防盗,也就是第一篇文章介绍的当车辆处于锁车状态,用户非法打开车门时,会触发车辆的防盗报警,车辆进行鸣笛以及闪灯。

另一个叫动力防盗俗称IMMO,就是本篇文章介绍的,用户启动车辆前,需要进行动力系统的认证,认证通过后才能启动车辆。

 
   
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