张兆民，史金龙，胡佳玺，李成，李天畅，韩志风

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000)

基于LIN通信的电动尾门系统

张兆民，史金龙，胡佳玺，李成，李天畅，韩志风

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000)

电动尾门系统主要包括尾门执行装置总成、尾门锁机构和尾门控制模块，该系统通过LIN总线和车身控制器BCM进行通信，具有多种开启关闭方式，特别是感应式开启关闭方式是对尾门系统的技术革新。此外，高度记忆和智能防夹功能也是电动尾门系统的重要功能，尤其是智能防夹中的软件防夹功能能有效避免意外夹伤或损坏车辆等情况。

电动尾门系统； LIN总线；感应式开启关闭方式；智能防夹；高度记忆功能

0　引言

随着汽车电子技术的发展和成熟，汽车逐步向舒适化和智能化方向发展。近些年来大型豪华SUV在市场上的份额越来越大，由于大型豪华SUV车身设计比较庞大，车门的尺寸也大于普通的车型，尤其是尾门手动开启和关闭非常不方便，为了方便驾乘人员轻便地打开尾门，越来越多的大型豪华SUV标配了可以一键式开启/关闭的电动尾门系统。

1　电动尾门系统的简介

1.1电动尾门系统的概念

电动尾门系统PLG(Power Lift Gate System)由机械部分和控制器模块构成，与车身控制器BCM直接通信，与无钥匙进入系统PEPS进行间接通信。PEPS将驾乘者按动车辆尾门开关键、遥控智能车钥匙或在尾门相应区域使用脚或任意物体感应操作的信号通过CAN总线传输给BCM，然后BCM将信号通过LIN总线发送给PLG，从而控制PLG的开启关闭。PLG同时具备感应式开启、智能防夹、高度记忆等功能，因而广泛应用在C级豪车、B级车辆上，如路虎极光、揽胜系列、大众途锐、福特翼虎、现代维拉克斯、哈弗H8等车型上。

1.2LIN总线技术

LIN(Local Interconnect Network)是一种低成本的串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络 (例如CAN总线) 提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可大大节省成本。

LIN 技术规范中，除定义了基本协议和物理层外， 还定义了开发工具和应用软件接口。LIN 通信是基于SC(UART)数据格式、采用单主控制器/多从设备的模式，仅使用一根12 V信号总线和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。这种低成本的串行通信模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准。LIN的标准化将为汽车制造商以及供应商在研发应用操作系统时降低成本。

1.3电动尾门系统网络拓扑

如图1所示，电动尾门系统PLG通过LIN总线和车身控制器BCM进行通信，例如PLG将门和锁状态信号通过LIN总线传给BCM，BCM将打开PLG的各种方式的信号通过LIN总线传给PLG；车身控制器BCM通过CAN总线和无钥匙进入系统PEPS进行通信，例如PEPS将解锁和闭锁的信号通过CAN网络传给BCM。

2　电动尾门系统的原理和组成

2.1电动尾门系统的原理

如图2所示，电动尾门系统的原理为：PLG接收到尾门开启的信号后，判定当前条件是否满足开启条件，若满足开启条件，锁电机将解锁，执行装置将尾门打开至设定高度，如果不满足开启条件，尾门无反应；PLG接收到尾门关闭的信号后，执行装置将尾门关闭，锁电机将闭锁。电动尾门系统电路如图3所示。

2.2电动尾门系统的组成

电动尾门系统基本组成如表1所示。

表1　电动尾门系统的组成

电动尾门系统主要部件位置如图4所示。

2.2.1电动尾门执行装置总成

电动尾门系统基本执行结构是两根电动芯轴驱动杆，主要由执行电机、推杆、齿条机构及支架组成，负责尾门的打开和关闭。

电动芯轴驱动杆包括主轴驱动器、内管和外管，其中主轴驱动器通过内管中的电机和齿轮机构驱动一个螺纹主轴，螺纹主轴在固定于外管内侧上的螺纹和螺母上运动来实现开启关闭尾门，弹簧也对尾门开启操作起到辅助作用。主轴电机内部有霍尔传感器，起到智能防夹的作用，详见第3.2节。

电动尾门芯轴驱动杆结构如图5所示。

2.2.2电动尾门锁机构

电动尾门锁机构主要包括电机、电机拉线和齿轮等。当打开电动尾门时，电机解锁并将尾门打开；当关闭尾门时，电机闭锁并将尾门拉紧关闭。

2.2.3电动尾门控制模块

电动尾门控制模块通过LIN总线信号控制电动尾门和锁之间的状态转换，发生故障时将故障码存储到车身控制器BCM中。

(1)锁状态包括：解锁、半锁、全锁；

(2)门状态包括：全开、半开、全关；

(3)信号包括：Latch Cinching、Latch Releasing、Fully Closed、Fully Opened、Opening、Closing。

电动尾门和锁之间的状态转换关系如图6所示。电动尾门系统门和锁之间的信号转换关系图如图7所示。

(4)电动尾门开启过程信号转换关系：

(5)电动尾门关闭过程信号转换关系；

当解锁或闭锁发生异常时，锁机构的恢复策略如下：

(1)如果是进入PTC热保护，等到电机内部电子元器件的温度降到110 ℃以下，电机会自动复位；

(2)如果是故障模式下电机不闭锁，按后背门外把手微动开关解锁，电机会自动复位；

(3)如果是故障模式下电机不解锁，按后背门外把手微动开关解锁无效，手动关闭后背门使电机闭锁，电机会自动复位。

2.2.4电动尾门蜂鸣器

当换挡杆不在P位时，尾门由于未知的阻力无法打开时，或是电动尾门开启关闭时，该蜂鸣器就会报警提示。

2.2.5防夹条

防夹条是一种带刚性开关的橡胶条，位于尾门钣金的左侧和右侧，其内部有上下两个钢片。

在尾门关闭的过程中，如果遇到障碍物时，防夹条受力，防夹条内部的钢片会彼此接触，电流即通过连接到各钢片上的电线进行导通(如图8所示)。电动尾门控制模块收到这一信息后就会控制电机反转，使电动尾门停止在当前位置或者回到打开的位置。

2.2.6电动尾门开关按键

(1)智能钥匙开关按键

(2)仪表台开关按键

在驾驶员仪表台侧，驾驶员在座椅上就可以控制尾门的开启或关闭。

(3)尾门外把手微动开关按键

安装在尾门的外部把手上，主要用于开启尾门。

(4)尾门下边沿关闭开关按键

位于尾门饰板的下面，主要用于关闭尾门。

2.2.7电动尾门OFF开关按键

位于副驾驶侧的杂物箱内，用来限制尾门外把手微动开关按键和尾门下边沿关闭开关按键的操作。

汉江是汉朝的发祥地。楚河汉界，不仅仅是历史的地域切割，是文化的融合。“大汉民族”、“汉文化”、“汉学”、“汉语”这些名称，得名于汉江。历史学家吕思勉和钱穆认为，华夏族就是生活在华山以南、夏水两岸的民族。而古代华山就是现在的河南嵩山，夏水就是今天的汉水。这说明，汉水流域是中华民族最古老族源的发祥地。

2.2.8感应式开启关闭模块

感应式开启关闭模块主要由两根天线和一个智能开关模块组成(如图9所示)。

当有脚伸进天线下方的时候，感应式开启关闭模块会主动判断踢脚信号是否有效。感应式开启关闭模块通过LIN总线将射频信号发给BCM，BCM将发过来的射频信号路由给PEPS，PEPS收到踢脚信号后将进行钥匙认证。若认证成功将会发给BCM一个CAN信号，若认证不合格将不会向BCM发送信号。BCM收到有效信号后，并将此信号转发给PLG，PLG将进行开启动作或者关闭动作。

3　电动尾门系统的功能

3.1电动尾门系统包括多种开启关闭方式

3.1.1电动尾门开关按键开启关闭

通过按动车辆仪表台尾门控制开关按键或尾门上的外把手微动开关按键实现尾门开启关闭操作，尾门下边沿关闭开关键只有关闭尾门的功能。当车辆上锁后，车辆仪表台上的尾门控制开关按键将失效，无法实现尾门开启关闭操作，并且尾门上的外把手微动开关键只有在携带智能钥匙的情况下才能开启关闭尾门。

如图10—11所示，1为尾门外把手微动开关按键；2为仪表台尾门控制开关按键；3为尾门下边沿关闭开关按键。

3.1.2智能钥匙开启关闭

电动尾门系统智能钥匙见图12。通过智能钥匙上的尾门控制开关按键实现尾门开闭操作。当车辆上锁后，使用智能钥匙开启尾门，危险报警灯闪烁2次，开启过程中蜂鸣器蜂鸣3次。使用智能钥匙关闭尾门，危险报警灯闪烁2次且尾门全锁后危险报警灯常亮1 s，关闭的过程中鸣器蜂一直蜂鸣。

3.1.3感应式开启关闭

携带智能钥匙，在后保险杠下方迅速抬一下脚，便可使传感器触发尾门开启操作，尾门将解锁并自动打开，再次抬脚，便可使传感器触发尾门关闭操作，尾门将自动关闭并闭锁。

3.2智能防夹功能

3.2.1触发防夹条防夹

在电机关闭尾门期间，防夹条负责探测障碍物，当防夹条受到阻力时，电机就会反转，尾门就会停止关闭并回到打开的位置。防夹条在尾门关闭的过程中起作用。

3.2.2软件防夹

电动尾门系统通过霍尔传感器检测障碍物并实现紧急制动的功能，当尾门开启时遇到障碍物能自动收回，避免因电流过大烧坏电机；在关闭时遇到障碍物能自动弹回，有效避免意外夹伤或损坏车辆等情况。软件防夹在尾门开启和关闭的过程中都起作用。

3.2.2.1电动尾门系统软防夹的原理

主轴电机内部的霍尔传感器会监测该电机的转速。当尾门开启或关闭遇到障碍物时，电机转速下降至设定的限度以下，则传感器探测到障碍物的存在，同时电机电流消耗增加，则对电机的电源供应会反向进行从而导致尾门按相反的行程方向运动。

3.2.2.2霍尔元件介绍

(1)霍尔效应

如图13所示的片状半导体(霍尔元件)，有一对电流端子和一对电压端子，从电流端子通入恒定直流电流I，并将此霍尔元件置于如图所示的磁场中，则霍尔元件中的电荷将受到洛仑兹力的作用，正负电荷将分别偏移到有电压端子的两侧，于是在霍尔元件内部形成电场，当霍尔元件内部电荷受到的电场力和洛仑兹力相平衡时，电压端子两侧积聚的电荷数量也稳定下来，在两个电压端子间形成电势，此即霍尔电势。霍尔电势UH的数值与恒定直流I和外磁场强度H相关

(1)

式中：UH为霍尔电势；d为霍尔元件的厚度；R为霍尔常数；I为恒定直流；H为外磁场强度。

霍尔常数R与半导体材料性质和载流子浓度有关；霍尔元件制成后，d和R均为常数。恒定直流I受霍尔元件工作温度的限制，也有规定的数值，因此霍尔电势UH仅与H成正比。

利用载流体周围的磁场H，作用在霍尔元件上产生相应的霍尔电势UH，即按比例反映了载流体中电流的数值。

(2)霍尔电流传感器的基本工作原理

如图14所示结构的磁路，将载流体周围的磁通集中穿过霍尔元件，同时霍尔元件电流端子通以规定的直流I，则霍尔元件电压端上就会产生霍尔电势。将此电势放大后输入磁芯的补偿线圈，当补偿线圈产生的磁通完全补偿被测电流产生的磁通时，补偿线圈的电流按比例反映了被测电流的数值。图中被测电流为I，原边的安匝数为I×1安匝，设补偿线圈为 N匝。补偿电流为I0，则在安匝数平衡时：

I×1=I0N

(2)

式中：I为恒定直流；I0为补偿电流；N为补偿线圈数匝。

I0可通过取样电阻R转换成电压输出，则R两端电压U0为

(3)

式中：U0为R两端电压；I0为补偿电流；R为霍尔常数；I为恒定直流；N为补偿线圈数匝。

显然被测U0与电流I成正比，只要测得U0即可换算得I，此即霍尔电流传感器的工作原理。

3.3高度记忆功能

尾门打开高度可调节，驾驶员可根据使用习惯，通过尾门下边沿关闭开关键设定尾门最终打开高度。开启尾门，将其打开到预定高度，再轻按开关键5 s以上，待听到“嘀”一声，即可完成尾门打开高度的设置。在下次开启尾门时，高度将自动升至设定的高度。尾门的设定高度有角度的限定，一般来说有效角度α的范围为51°≤α≤80°。当设定高度记忆成功和记忆未成功时，蜂鸣器发出的蜂鸣声是不一样的。

3.4紧急闭锁功能

当遇到突发情况需紧急关闭尾门，电动尾门系统开启或关闭过程中，可通过智能钥匙或车辆尾门开关按键让尾门停止运转，达到实时操控的目的。

3.5尾门防掉保护功能

电动尾门在打开至最大角度时，若在2 s以内用手向下拉尾门，则尾门电动关闭(默认此时弹簧力无法支撑尾门的重力)，2 s后再操作，则切换至手动模式，目的是保护顾客安全。

3.6落钥保护功能

车辆系统电源模式在OFF状态，并且处于整车上锁，关上尾门，PEPS通过车内低频天线检测智能钥匙是否在车内，如发现智能钥匙在车内，PEPS通过CAN总线发送智能钥匙在尾门内报警信息，并控制蜂鸣器发出报警声音，提示智能钥匙在车内，同时向BCM发送尾门解锁请求，BCM控制PLG开启。

4　不同车厂电动尾门系统应用的比较

4.1感应式开启关闭

2013款福特翼虎和大众迈腾高端车型，都具有感应式开启关闭功能，即随身带着智能钥匙，伸脚轻轻一扫即可打开尾门。感应式开启关闭功能适用于手上物件太多不便于手动或使用智能钥匙开尾门的情况，轻松快捷地实现物件存入车辆。而作为SUV的领跑者路虎极光却无此功能。

4.2智能防夹功能

对于哈弗H8，发生防夹时，无论是触发防夹条防夹还是软防夹，电机都会反转，当尾门处于关闭的过程中时，尾门就会停止关闭并返回到打开的位置，当尾门处于开启的过程中时，尾门就会停止开启并返回到关闭的位置。对于保时捷Macan S，发生防夹时，无论是开启过程还是关闭过程，尾门保持在原位置不动并且有蜂鸣器报警声。保时捷Macan S没有防夹条，当尾门关闭时无法有效地保护尾门上的后挡风玻璃。

4.3高度记忆功能

不同车厂对高度记忆功能都有角度要求，尾门开启角度太低，不会记忆成功，对细节的处理上各不相同。例如保时捷Cayenne高度记忆成功时蜂鸣器长鸣一声，记忆不成功时蜂鸣器短促一声；哈弗H8高度记忆成功时危险报警灯闪烁3次，记忆不成功时危险报警灯不亮。

4.4电动操作和手动操作切换

哈弗H8必须在尾门5次反转后或尾门开启到最大设定高度2 s后才能从电动操作切换到手动操作；而保时捷Cayenne手动操作和电动操作可以任意切换，例如在尾门电动开启的过程中，用手向上拉尾门，尾门就会从电动操作切换到手动操作。

5　结束语

介绍了电动尾门系统的组成、功能和应用：

(1)机械组成部分着重介绍了电动芯轴驱动杆的组成，电子组成部分着重介绍了电动尾门控制模块的功能逻辑。

(2)功能部分着重介绍了电动尾门系统的多种开启关闭方式和智能防夹功能。

(3)应用部分通过对不同车厂电动尾门系统应用的比较，可以得出不同车厂对电动尾门系统的智能防夹、高度记忆和电动手动操作切换功能应用了不同的技术细节，这为将来电动尾门系统的研发提供参考和借鉴。

总的来说，具备感应式开启关闭、智能防夹和高度记忆等功能的电动尾门系统是未来电动尾门系统的主要发展趋势。

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电动汽车即将迎来井喷 电动汽车产业化时代即将来临

伴随着能源危机的不断加剧，新能源的发展成为新兴的力量。今年以来，一系列利好政策发布，国家、地方双重政策驱动，充电桩等配套措施蓬勃发展，加上消费者环保意识的逐渐增强，销售市场开始供不应求，新能源汽车发展势头迅猛。

专家分析，明年起，电动汽车行业将出现“消费井喷”，电动汽车销售量将再度攀升；与此同时，电动汽车产业受到资本市场的青睐，将会有更多资金投入到品牌建设中，造成“品牌井喷”，百花齐放局面可期。

可以预见，新能源汽车产业化的时代即将来临。

市场青睐。9月8日，工信部发布了今年我国新能源汽车产量最新数据。去年一整年，全国共生产了83 900辆新能源汽车。今年1—8月，新能源汽车已累计产销12.35万辆，同比增长3倍。2015年全年的新能源车预计销量在20万辆左右，未来5年内，中国新能源车产销量将再乘以25倍。

新能源车生产量超美国。据中汽协最新数据统计，今年1—7月，我国新能源汽车生产量已超美国，成全球新能源汽车第一大市场！中国已经形成了总体居于国际领先地位的技术体系和产业链，2015年，新能源汽车继续保持快速增长，估计今年有望产业规模全方位达到世界第一位。

政策护航。截至目前，已有财政部、国家税务总局、工信部、商务部、交通运输部、科技部、国家发改委等至少7个部委单独发布或联合发布过支持新能源汽车发展的政策。中央今年连发四文力挺，46个省市按国家和地方1∶1进行补贴。

配套保障。充电桩建设走上规范化，5年后满足500万辆充电需求。

(来源：法制晚报)

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

张兆民，学士，工程师，研究方向为汽车零部件系统集成测试和整车功能验证。E-mail:jerryzhang8312@163.com。