當前國外高端騎士摩托車幾乎標配無鑰匙啟動系統（PKE），其中智能電子轉向柱鎖（ESCL）作為系統的核心部分，其工作可靠性直接影響了摩托車最關鍵和最重要的安全特性。重慶先鋒作為專業(yè)的摩托車智能化產品的先行者，通過調研國內廣大客戶的需求，同時結合汽車電子安全標準（ISO26262），研制開發(fā)了具有通用安裝特性的智能電子轉向鎖，目前已經規(guī)模應用于國內知名摩托車車企的高端車型，用于替代傳統的機械式龍頭鎖。智能電子轉向鎖通常搭載配合無鑰匙啟動系統（PKE）、智能車身控制系統（BCM）或者整車控制器（VCU），實現摩托車轉向柱的自動控制。
重慶先鋒智能電子轉向柱鎖的主要電器參數如下：
傳統機械式車頭鎖有兩個作用：一是用于防盜，鎖舌伸出時可以鎖止車頭不能旋轉；二是用于整車電源的接通（IGN On），讓車載各類電器通電工作。
圖1 智能龍頭鎖外形圖
圖2 機械車頭鎖
我們在進行智能電子轉向鎖替代方案時，從原理功能上和安全性兩個方面考慮，來模擬人為操作的過程。
圖3 機械車頭鎖的控制邏輯
傳統的機械式車頭鎖的工作原理拆解如圖，實際插鑰匙的過程就是使用機械鑰匙齒與鎖體進行匹配的過程，如果匹配就可以旋轉，當旋轉到解鎖擋的同時，鎖舌也跟著回收，釋放龍頭。
這個過程的操作是全手工操作，所有的反饋都是通過人的感官來檢測，如果鑰匙不匹配，無法旋轉，鎖舌打不開就不能解鎖。人是可以控制全部過程的，其中隱含了人對于安全性的把控。例如，有沒有車速、解鎖是否成功、機械有沒有壞掉、是不是可以騎行，都是由人來判斷，安全性是可控的。
接下來我們開始設計電子控制系統，采用無鑰匙啟動控制器（PKE）來代替車頭鎖和電門鎖提升用戶體驗。駕駛者只需要操作按鈕，無鑰匙啟動控制器（PKE）通過與智能電子轉向鎖進行加密通訊，控制車頭解鎖和電源控制。雖然這種方式極大地提升用戶體驗，但問題是電子產品的故障率比機械結構高，并且功能方面包含著安全性風險。一旦電子產品出現故障，那么就有失控的風險。
圖4 電子車頭鎖的控制邏輯
在智能電子轉向鎖的安全設計理念上，我們認為規(guī)避所有失效風險是不太現實的，但可以保證電子轉向鎖在失效模式下不會違規(guī)動作，那么摩托車在騎行過程中就沒有安全風險。
市面上大多數廠家的電子控制方案都是鎖體內置一個電機，由外部控制器直接驅動電機，電機通過齒輪或者蝸桿帶動鎖舌運動，鎖舌位置依靠行程開關進行檢測。如圖5所示：
圖5 直接式鎖控制
這種方式是最簡單的實現方式，但其安全性保障完全依靠外部控制器，如果外部控制器失效，極大可能會造成鎖誤動作（鎖體內部無任何安全控制單元）。為了解決整個“控制系統”的安全性，我們依據安全性需求和測控原理，從機械和電路兩個方面增加冗余設計，保障安全可靠性。
圖6 重慶先鋒電子轉向鎖鎖電器架構圖
在系統設計方面，我們將電子鎖的執(zhí)行分配到兩個控制器中，電子轉向鎖內部搭載電機控制板，與外部控制配合通信，冗余控制電機，大大提升安全性。同時我們通過引入雙向加密通信，來實現外部控制器對電子轉向鎖的控制，防止非法人員利用搭線方式偷盜車輛。鎖位置的反饋不光接入鎖控制板，同時也反饋給外部控制器，實現了鎖位置狀態(tài)的冗余控制，即使鎖體內部控制板失效，外部控制器也能起到冗余控制作用。我們引入兩個安全級別較高的硬線信號作為“邊界條件”，當車速不為零或IG電源有效時，外部控制器不能發(fā)出任何控制命令，即使電子鎖控制板收到了合法的控制命令，也不響應動作。
圖7 鎖體機械設計
通過以上三級安全設計，控制執(zhí)行動作的冗余條件多了，任何一個失效，都不會執(zhí)行鎖動作，安全性也就增加了許多，確保電子轉向鎖在行車過程當中不會有誤觸發(fā)彈出鎖舌的動作發(fā)生。
機械方面，通過蝸桿將電機旋轉轉換為鎖舌的前后運行，但通過彈簧向后拉住鎖舌。如果任何機械故障產生，鎖舌也會被限制在內部，不會松動滑出。當回收受到極大的阻力，無法收回時，只要蝸桿執(zhí)行到位，一旦阻力消失，鎖舌就會自動回彈，保證大多數異常情況，鎖舌都是收回的。
我們通過安全性設計分析，定位了電子轉向柱鎖的安全風險主要集中在“騎行過程中的誤鎖動作”。并通過機械結構和電子電路的冗余設計、互鎖校驗機制，從理論設計到產品測試，都驗證了產品是滿足使用安全性的。
