当前国外高端骑士摩托车几乎标配无钥匙启动系统（PKE），其中智能电子转向柱锁（ESCL）作为系统的核心部分，其工作可靠性直接影响了摩托车最关键和最重要的安全特性。重庆先锋作为专业的摩托车智能化产品的先行者，通过调研国内广大客户的需求，同时结合汽车电子安全标准（ISO26262），研制开发了具有通用安装特性的智能电子转向锁，目前已经规模应用于国内知名摩托车车企的高端车型，用于替代传统的机械式龙头锁。智能电子转向锁通常搭载配合无钥匙启动系统（PKE）、智能车身控制系统（BCM）或者整车控制器（VCU），实现摩托车转向柱的自动控制。
重庆先锋智能电子转向柱锁的主要电器参数如下：
传统机械式车头锁有两个作用：一是用于防盗，锁舌伸出时可以锁止车头不能旋转；二是用于整车电源的接通（IGN On），让车载各类电器通电工作。
图1 智能龙头锁外形图
图2 机械车头锁
我们在进行智能电子转向锁替代方案时，从原理功能上和安全性两个方面考虑，来模拟人为操作的过程。
图3 机械车头锁的控制逻辑
传统的机械式车头锁的工作原理拆解如图，实际插钥匙的过程就是使用机械钥匙齿与锁体进行匹配的过程，如果匹配就可以旋转，当旋转到解锁挡的同时，锁舌也跟着回收，释放龙头。
这个过程的操作是全手工操作，所有的反馈都是通过人的感官来检测，如果钥匙不匹配，无法旋转，锁舌打不开就不能解锁。人是可以控制全部过程的，其中隐含了人对于安全性的把控。例如，有没有车速、解锁是否成功、机械有没有坏掉、是不是可以骑行，都是由人来判断，安全性是可控的。
接下来我们开始设计电子控制系统，采用无钥匙启动控制器（PKE）来代替车头锁和电门锁提升用户体验。驾驶者只需要操作按钮，无钥匙启动控制器（PKE）通过与智能电子转向锁进行加密通讯，控制车头解锁和电源控制。虽然这种方式极大地提升用户体验，但问题是电子产品的故障率比机械结构高，并且功能方面包含着安全性风险。一旦电子产品出现故障，那么就有失控的风险。
图4 电子车头锁的控制逻辑
在智能电子转向锁的安全设计理念上，我们认为规避所有失效风险是不太现实的，但可以保证电子转向锁在失效模式下不会违规动作，那么摩托车在骑行过程中就没有安全风险。
市面上大多数厂家的电子控制方案都是锁体内置一个电机，由外部控制器直接驱动电机，电机通过齿轮或者蜗杆带动锁舌运动，锁舌位置依靠行程开关进行检测。如图5所示：
图5 直接式锁控制
这种方式是最简单的实现方式，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，极大可能会造成锁误动作（锁体内部无任何安全控制单元）。为了解决整个“控制系统”的安全性，我们依据安全性需求和测控原理，从机械和电路两个方面增加冗余设计，保障安全可靠性。
图6 重庆先锋电子转向锁锁电器架构图
在系统设计方面，我们将电子锁的执行分配到两个控制器中，电子转向锁内部搭载电机控制板，与外部控制配合通信，冗余控制电机，大大提升安全性。同时我们通过引入双向加密通信，来实现外部控制器对电子转向锁的控制，防止非法人员利用搭线方式偷盗车辆。锁位置的反馈不光接入锁控制板，同时也反馈给外部控制器，实现了锁位置状态的冗余控制，即使锁体内部控制板失效，外部控制器也能起到冗余控制作用。我们引入两个安全级别较高的硬线信号作为“边界条件”，当车速不为零或IG电源有效时，外部控制器不能发出任何控制命令，即使电子锁控制板收到了合法的控制命令，也不响应动作。
图7 锁体机械设计
通过以上三级安全设计，控制执行动作的冗余条件多了，任何一个失效，都不会执行锁动作，安全性也就增加了许多，确保电子转向锁在行车过程当中不会有误触发弹出锁舌的动作发生。
机械方面，通过蜗杆将电机旋转转换为锁舌的前后运行，但通过弹簧向后拉住锁舌。如果任何机械故障产生，锁舌也会被限制在内部，不会松动滑出。当回收受到极大的阻力，无法收回时，只要蜗杆执行到位，一旦阻力消失，锁舌就会自动回弹，保证大多数异常情况，锁舌都是收回的。
我们通过安全性设计分析，定位了电子转向柱锁的安全风险主要集中在“骑行过程中的误锁动作”。并通过机械结构和电子电路的冗余设计、互锁校验机制，从理论设计到产品测试，都验证了产品是满足使用安全性的。
