汽車車身控制器輸入電路的設計與分析

李越，吳震云

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車車身控制器輸入電路的設計與分析

李越，吳震云

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要針對車身控制器輸入電路設計以及輸入信號的采集策略進行分析和探討，同時對車身控制器與其他ECU模塊之間的接口電路的匹配校核進行闡述，對在車身控制器開發初期的接口電路匹配設計提供經驗，及時規避錯誤問題。

車身控制器；輸入電路；信號采集策略；接口電路匹配

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-26-03

引言

隨著汽車電子信息技術的發展，以及近年來嵌入式系統、局域網和數據總線技術的成熟，汽車電子控制技術迅猛發展，作為整車電氣實現的核心部件車身控制器（Body Control Module，簡稱BCM），在電氣功能的可靠性、多樣性、人性化、智能化等要求越來越高的同時，隨著乘用車電氣功能及配置升高，需求對車身控制器BCM做出更復雜，可靠性更高的技術升級。車身控制系統涉及外部燈光、內部燈光、門鎖、電動車窗、車身防盜以及后除霜加熱等多個系統的控制。因此BCM需要采集多種類型的、數量很多的各種輸入信號。在BCM開發過程中，對輸入信號采集不當或者輸入接口電路設計不合理，可能導致BCM功能紊亂或影響整車功能。為了確保對輸入信號有效采集，保證BCM系統可靠性，現以某自主品牌汽車車身控制器為例，通過以下幾個方面淺析BCM開發過程中輸入信號設計方法[1]。

1、BCM輸入接口電路及信號采集策略

1.1 低邊開關接口電路

圖1 低邊開關接口電路

對于低有效輸入的I/O信號，電容C1取值根據信號的頻率確定，由于開關均是接地有效，頻率不高，使用10nF～100nF的MLCC電容。如果開關上有帶負載，電容需要使用2只串聯使用，以提高耐壓等級。二極管VD1的作用是防止模塊間的串擾。R1為上拉電阻，除對外部信號采集作用外，另外一個作用是清理開關觸頭表面的塵垢和腐蝕，以保持觸頭狀態良好。電阻R2及其R3為分壓電阻。電容C2為濾波電容，電容的取值和休眠后脈沖采集時的采集脈沖寬度有關，如果脈沖寬度足夠大，電容的充電時間可以被延長，在信號畸變可以被接受的情況下電容的容值可以增大，一般根據軟件調試的結果確定，取值范圍一般在30pF～10nF之間。

上拉電源V1為占空比為50%的PWM電源，可以根據整車功能定義，V1具有兩種工作模式，1）當BCM喚醒時工作，當BCM休眠后關閉，例如轉向燈開關、前霧燈開關等；2）常工作，當BCM喚醒時占空比為50%，但當BCM進入休眠狀態后以占空比2.5%進行工作，以降低BCM靜態電流，例如警示燈開關等。

具體采集策略為，當V1為第一種工作模式時，信號采集周期為10ms，采集時間為5ms，當連續6次采集有效時，MCU認為開關信號輸入有效。以轉向燈開關為例，①曲線為轉向燈輸入信號，②為轉向燈開關輸入信號，具體采集波形如下：

圖2 BCM喚醒時低邊開關采樣波形

當V1為第二種工作模式時，信號采集周期為100ms，采集時間為2.5ms，當第一次信號采集有效時，上拉電源V1占空比變為50%，周期為10ms，MCU繼續連續采集6次，當6次采集都有效時，認為輸入信號有效。以警示燈開關為例，①為警示燈輸入信號，②為警示燈開關輸入信號，具體采集波形如下：

圖3 BCM休眠時低邊開關采樣波形

1.2 高邊開關接口電路

電容C1及C2作用為端口防止靜電。R1及其R2主要是清除開關出頭表面灰塵的濕電流，R3和R4為分壓電阻，C3為濾波電容。對于高邊輸入信號，由于開關另一端接電源，所以BCM內部接口電路無上拉電源。一般對于高邊輸入信號，都定義為點火開關為ON時有效，例如剎車燈開關、鑰匙插入開關等，因此BCM只在點火開關為ON時進行采集，點火開關為OFF時關閉。具體采集策略為連續60ms采集有效MCU即認為開關輸入信號有效，以剎車燈為例，①曲線為轉向燈輸出信號，②為剎車燈開關輸入信號，具體采集波形如下：

圖4 高邊開關采樣波形

1.3 模擬信號采集電路

BCM采集輸入信號為模擬信號的包括雨刮間歇輸入信號、中控開關信號、門窗開關信號等。以中控開關信號采集電路為例，開關檔位在中控閉鎖檔位時，電阻為0Ω，開關檔位在中控開鎖檔位時，電阻為768Ω，需要采集電路對模擬信號進行判斷，模擬信號采集電路是直接接到MCU的AD采集端口，以對模擬信號的值進行判斷。其中R2及其C2組成RC濾波電路，上拉電源為5V常電源。

圖5 模擬信號接口電路

1.4 PWM采集電路

對于車輛上的背光調節信號、車速信號以及碰撞信號等，均為PWM信號1，此類信號均由ECU模塊產生。由于是PWM信號，對信號的失真度有要求，在電路匹配時需要實車測試，以避免信號失真，導致單片機誤判。PWM接口電路與低邊信號采集電路基本相同，不同的是上拉電源V1不容許使用開關電路進行控制，以避免開關電路失效，同時脈沖信號經過調理后必須接單片機的PWM捕獲口。以碰撞信號為例，①為安全氣囊控制器碰撞信號波形，②為BCM輸出的四門解鎖信號。碰撞信號為200ms±10%高電平，40ms±10%低電平；當發生碰撞輸出反向PWM信號：200ms±10%低電平，40ms±10%高電平，BCM采集到4個碰撞信號周期后輸出四門閉鎖器解鎖信號。

圖6 PWM信號采樣波形

2、輸入信號接口電路匹配

在整車設計過程中，經常會遇到多個控制模塊同時采集一個信號的情況，這就需要對兩個控制器模塊內部的接口電路進行匹配，避免發生故障。如下為某款自主品牌SUV車型的近光燈電路設計，近光燈信號由BCM采集，通過BCM進行邏輯判斷后，輸出近光燈點亮的CAN信號給室內智能電器盒，由室內智能電器盒內部的IPS直接進行驅動近光燈點亮。考慮到近光燈作為夜間行車的安全性，當BCM故障或者CAN網絡通信故障時保證近光燈仍然工作，因此室內智能電器盒也對近光燈開關進行采集。正常情況下室內智能電器盒只對來自BCM的CAN網絡信號進行判斷，當CAN信號丟失后，室內智能電器盒就對通過硬線采集到的近光燈信號進行判斷是否點亮近光燈。

當點火開關置于ON檔位，近光燈開關輸入有效時，BCM內部的MCU1通過近光燈接口電路采集近光燈開關信號，室內智能電器內部的MCU2通過接口電路也對近光燈信號進行采集，不存在問題。

當點火開關置于OFF，車輛設防后，由于BCM內部近光燈采集電路上拉電源為占空比為50%的PWM電源，當PWM電源工作在低電平時，低電平信號通過線束連接點①直接到室內智能電器盒近光燈接口電路晶體管VT1基極2，晶體管VT1導通，則MCU2認為近光燈開關輸入有效，因此室內智能電器盒一直不能進入網絡休眠狀態，且室內智能電器盒是整車CAN網絡管理上的一個節點3，導致整車上帶網絡管理的CAN模塊網絡不能建環，整車網絡無法休眠，導致整車靜態電流達到500mA左右，影響車輛功能。

為避免車輛無法休眠，通過在BCM近光燈采集電路②位置增加一個防反二極管，避免晶體管VT1基級接收到BCM內部上拉PWM電源的低電平信號而導致VT1飽和導通。

圖7 近光燈信號采樣電路

通過對上述電路進行分析可知，在零部件設計初期，對控制模塊之間的接口電路進行匹配校核是非常重要的，避免在驗證階段發現問題后再進行整改，不但更改難度大，且影響整車開發進度。

3、總結

BCM控制功能越來越復雜，輸入接口信號數量也越來越多，那么存在一個開關信號輸入給不同ECU模塊的情況的可能性更大，那么對于輸入接口電路的設計及匹配尤為重要。通過對BCM接口電路設計分析，積累設計經驗，就能更好的避免由于信號匹配問題可能導致的整車潛藏的功能風險，保證整車可靠性。

[1]黎新,模塊化車身控制器的開發[J].北京汽車, 2014,0(5)：22-27.

[2]王兆安,黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社.2000：100-101.

[3]白彥霞，張秋菊. 數字電子技術基礎[M]. 北京：北京郵電大學出版社, 2009：73-74.

[4]黃剛軍. 基于CAN/LIN網絡的車身控制系統[J].電子測試2007,154(7)：15-17.

Research on the input interface circuit design of the vehicle body controller

Li Yue, Wu Zhenyun
(Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Anhui Hefei 230601 )

This paper mainly analyzes and discusses the input interface circuit design and the input signal acquisition strategy of the vehicle body controller. At the same time, the matching of the interface circuit between the ECU module and the body controller is described, and provided the experience of the interface circuit matching design for the early development of the body controller , avoiding mistake in time.

Body controller module; Input interface circuit; Signal acquisition strategy; The matching of the interface circuit

U462.1

A

1671-7988(2017)02-26-03

李越，（1987-）男，大學本科，助理工程師就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。主要從事工作：整車系統集成設計、車身控制器及其電器盒設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.009