某车型脚踢功能设计

黄 柯

某车型脚踢功能设计

黄 柯

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

近年来随着电子科技的发展，各种新颖的电子电气功能开始在整车上应用，电动化、智能化、手势识别、人脸识别等功能逐渐成为消费者新的选择，电动尾门的脚踢功能即是其中一大代表。文章主要研究某车型的电动尾门的脚踢功能设计，从电容式脚踢的感应原理入手，并结合工作中的实车脚踢开发经验，对脚踢系统的网络架构、布置要求进行了论述。同时为了满足整车静态功耗要求，结合本地互联网络（LIN）总线工作特点，对休眠唤醒策略及功能逻辑进行了详细要求，搭载本脚踢系统的整车经实测脚踢灵敏度高、功能逻辑设计合理、静态电流消耗低，对后续车型脚踢功能设计具有一定的参考意义。

电动尾门；脚踢功能；电容；控制逻辑；LIN总线

随着汽车电子行业的蓬勃发展，感应类、手势式产品逐渐在汽车上应用起来，中国作为全球最大的汽车消费市场，电动尾门以其便捷性成为汽车消费者比较青睐的配置。同时，脚踢作为电动尾门锦上添花的亮点补充，可展示化、趣味性高，得到消费者的追捧，在汽车上配置率逐渐升高。

近年来，我司多款量产车型均已配置尾门脚踢功能，本文研究某车型电动尾门脚踢功能系统架构及功能逻辑设计，为后续车型开发提供设计参考。

1 脚踢感应原理

电容式传感器属于高灵敏度，常用于微小变化量的测量，电容的电场线可以穿透塑料、玻璃等介电常数较低的材料，非常适合脚踢动作的非接触测量。如图1所示，F为电容式脚踢感应天线与人体的感应电容，其电容值估算公式为

（1）

式中，0为空气介电常数，r为感应天线外覆层的绝缘常数，为脚与感应天线的重合面积，为脚与感应天线的距离。经过估算，感应天线感应到的脚的电容一般小于5 pF。回路总电容x=p（回路寄生电容）+F（人体互感电容），根据测量出的电容值变化，从而得到人体接近程度的变化[1]。

图1 电容感应原理示意图

本车型脚踢系统由一个脚踢控制器和两根电容感应天线组成，考虑脚踢动作的舒适性，脚踢感应天线一般布置在后保险杠内侧，线长500 mm左右，根据布置环境条件确定。脚踢感应天线位置示意如图2所示：

图2 脚踢感应天线位置

两根脚踢的电容感应天线位置分别一高一低，上天线感应脚踝的电容，下天线感应脚尖的电容。有脚踢动作进来时，上天线会先感应到电容变化，下天线再感应电容变化。脚踢收回时则是相反的，下天线先感应到电容的变化，上天线再感应到电容的变化。脚踢控制器根据脚踢动作伸出及收脚过程中，两根感应天线测量到的电容值来判断是否有有效脚踢信号[2]。

2 系统方案

2.1 网络架构

电动尾门脚踢功能相关的控制器模块有脚踢控制器（Kick Sensor, KS）、车身控制模块（Body Control Module, BCM）、尾门控制器（Power Lift Gate System, PLG），其中脚踢控制器识别脚踢动作，BCM判断整车解设防条件及合法钥匙信息，尾门控制器系统控制电动撑杆、自吸合锁，三者配合实现脚踢动作开启电动尾门功能。

根据整车网络架构要求及脚踢功能需求，本车型的脚踢控制器接入LIN网络，作为BCM的从节点[3]。脚踢功能网络架构方案如图3所示。

图3 脚踢网络架构

KS接收的LIN信号列表如表1所示，由主节点BCM发送。其中，KS Enable表示脚踢使能，由BCM判断后发送；VehicleType用于定义车辆类型，用于KS自诊断，以免不同车型误装导致功能故障。

表1 KS LIN线接收信号

信号名称功能描述信号编码 KS Enable脚踢使能0x0=Disable（点火状态为非OFF挡、或点火状态错误，或尾门非关闭状态）0x1=Enable（点火状态OFF且尾门关闭状态） Vehicle Type车辆类型0x0=未规定0x1=车型10x2=车型20x3=车型3…

KS发送的LIN信号列表如表2所示，由主节点BCM接收。其中，Kick Detect=0x1表示检测到有效脚踢动作；由于我司LIN线不设计诊断功能，特设计3个信号由BCM记录诊断故障代码（Diag- nostic Trouble Code, DTC）并上传至诊断系统，用于生产系统和售后系统故障诊断[4]。

表2 KS LIN线发送信号

信号名称功能描述信号编码 Kick Detected脚踢检测0x0=No activation detected0x1=Kick move detected Vehicle Type车辆类型0x0=right vehicle type0x1= vehicle type unknown Electrode detected天线故障0x0=No errors0x1= errors detected ECU Rom Error控制器故障0x0=No errors0x1= ROM check error

BCM发送的控制器局域网络（Contrdller Area Notuork, CAN）信号如表3所示，由PLG接收。

表3 BCM CAN线发送信号

信号名称功能描述信号编码 Order information尾门指令0x0=No request0x1=ks request

2.2 布置位置要求

脚踢系统依靠电容式脚踢天线检测到的电容变化，来识别有效脚踢动作；同时，电容信号易受潮湿层电场屏蔽及金属件干扰影响。因此，脚踢上、下天线的布置位置及其相对位置十分重要，是影响脚踢舒适度、识别率的重要因素。结合电容感应原理及前期车型的开发经验[5]，总结脚踢天线布置要求总结如下：

1）安装位置位于后保险杠下端内部，居中，以贴紧保险杠的内壁为佳，安装点应避免后保险杠有积水的区域；

2）上、下天线轴相对距离50～90 mm，轴相对距离50～80 mm；

3）距金属件、雾灯、电镀铬件、金属漆距离＞50 mm；

4）脚踢时离地高度，即下天线离空载地面高度，较舒适的范围建议150～250 mm。

3 功能逻辑设计

脚踢开尾门的使用场景为用户来到汽车尾部欲打开尾门，但手持物品较多，无法腾出手按尾门开关按钮打开尾门。在此场景下，抬起右脚踢向后保险杠下方随即收回，脚踢控制器收到脚踢信号触发电动尾门打开，用户放入物品至后备箱。基于场景分析，该使用场景基本在整车OFF挡，并结合功能安全、静态电流消耗及误触发因素，本车型的脚踢功能可用逻辑设计为整车OFF挡且尾门关闭状态，且仅可触发打开尾门功能。

3.1 休眠唤醒策略

在整车上电后，脚踢控制器进入不工作状态。在整车OFF挡，脚踢控制器循环进入唤醒与静默模式，以不同的频率来采集电容信号。在脚踢系统的整个生命周期内，其工作时间均在整车下电静置期间。因此，脚踢控制器电容信号的采集频率及唤醒静默策略尤为重要，合理设计才能平衡脚踢识别灵敏度与静态电流消耗。

经标定测试并结合前期其他车型的设计经验，本车型脚踢电容信号的采集周期为脚踢控制器唤醒时1 ms/次，脚踢控制器静默时100 ms/次。

脚踢控制器有如下两种工作状态，第一种：LIN总线正常通讯，此时脚踢控制器处于唤醒状态；第二种：LIN总线处于休眠状态，根据标定设定一个低于合法脚踢判定基准线的电容扰动值，脚踢控制器采集到电容变化高于该电容扰动值时会进入唤醒状态，并会对接收到的电容信号值进行判断，如果判断定有效脚踢动作，脚踢控制器会发送开门信号。如果脚踢控制器接收到的电容信号不满足有效脚踢判定的条件，即判定为其他干扰物的影响，不符合开门条件，此时脚踢控制器继续采集电容值，在连续采集的五个值都低于基准线的情况下进入静默状态[6]。

3.2 整车休眠状态功能逻辑

KS接识别到有效脚踢信号后，信息流如图4所示，具体5个步骤如下。

图4 休眠状态信息流

步骤1：KS通过LIN总线唤醒BCM；

步骤2：BCM根据整车信息发送LIN信号给KS；

步骤3：KS发送脚踢请求Kick Detected=0x1给BCM；

步骤4：BCM接收到Kick Detected后，在一定时间窗内在尾门区域搜索合法钥匙；

步骤5：若检测到合法钥匙，BCM唤醒整车CAN网络，并发送Order information=0x1给PLG，由PLG执行尾门打开；若未检测到合法钥匙，则延时30 s进入整车休眠模式。

3.3 整车唤醒状态功能逻辑

KS识别到有效脚踢信号后，信息流如图5所示，3个步骤如下。

图5 唤醒状态信息流

步骤1：KS发送脚踢请求Kick Detected=0x1给BCM；

步骤2：BCM在尾门区域搜索合法钥匙；

步骤3：若检测到合法钥匙，BCM发送Order information=0x1给PLG，由PLG执行尾门打开。

4 结论

本文详细介绍了某车型搭载的电容式脚踢系统的感应原理、网络架构方案，并对休眠唤醒策略、整车休眠及唤醒状态下的脚踢功能逻辑进行论述，经实车测试该脚踢系统平均静态电流小于0.5 mA，灵敏度高，误触发率极低，满足用户使用需求。搭载该脚踢系统的整车已成功量产上市，对新车型的脚踢系统开发具有一定的参考意义。

[1] 宫占江,孙立凯,毕佳宇,等.一种电容式应变传感器设计[J].科技创新与应用,2022(6):123-125.

[2] 丁琴琴,孙涛.汽车尾门控制系统及方法[J].汽车实用技术,2016,41(2):17-19.

[3] 王小辉.感应式电动尾门控制逻辑的研究[J].汽车实用技术,2019,44(2):61-62.

[4] 曹海燕,戴旭东.汽车CAN总线系统技术及故障诊断[J].汽车实用技术,2021,46(18):167-169.

[5] 张兆民,史金龙,胡佳玺,等.基于LIN通信的电动尾门系统[J].汽车零部件,2015(10):48-53.

[6] 王鹏,韩跃平,文洪奎,等.基于PSoC和LIN总线的汽车脚踢控制器设计[J].自动化与仪表,2019(11):23- 27,31.

Functional Design of the Kick Function of a Vehicle

HUANG Ke

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

In recent years, with the development of electronic technology, a variety of novel electrical and electronic functions begin to be applied on the vehicle, electrification, intelligence, gesture recognition, face recognition and other functions gradually become a new choice for consumers, the kick function of power tailgate is one of the major representatives. The article mainly studies the design of the kick function of power lift gate system, the article starts from the induction principle of capacitive kick, and combines the development experience of the real car kick in the work, and discusses the network architecture and layout requirements of the kick system. At the same time, in order to meet the static power consumption requirements of the whole vehicle, combined with the working characteristics of the local interconnect network(LIN) bus, the sleep wake-up strategy and functional logic are required in detail, and the vehicle equipped with the kicking system has high testing kick sensitivity, reasonable functional logic design, and low static current consumption, which has certain reference significance for the design of the kick function of subsequent models.

Power lift gate system; Kick function; Capacitance; Control logic; LIN bus

U462

A

1671-7988(2023)10-111-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.023

黄柯（1990—），女，研究方向为车身域控制器设计，E-mail:hk2213@jac.com.cn。