車身控制模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

覃華強(qiáng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，以及汽車功能的日益增加，越來越多的電控單元被應(yīng)用到汽車上，在車身電子領(lǐng)域出現(xiàn)了如刮水控制器、電動門窗控制器、發(fā)動機(jī)防盜控制器、燈光控制器、中控鎖模塊、遙控模塊等，這些分離模塊的大量使用，在提高車輛舒適性的同時(shí)也帶來了成本增加、故障率上升、布線復(fù)雜、維修困難、空間布置困難等問題。同時(shí)，隨著汽車電子的發(fā)展，大量的數(shù)據(jù)信息需要在不同的電子單元間共享，傳統(tǒng)的分離式模塊已無法滿足需求，于是需要一個(gè)集中控制模塊。車身電子控制模塊BCM（Body Control Module）就是一個(gè)對多個(gè)電器系統(tǒng)進(jìn)行集中控制的模塊。它有減少車身線束、空間占用小、通信網(wǎng)絡(luò)可靠、通信速率高、提高整車運(yùn)行性能和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

1 車身控制模塊功能定義

車型采用BCM后，需根據(jù)市場及規(guī)劃給出的整車需求，對整車功能進(jìn)行分解，定義哪些功能由BCM來實(shí)現(xiàn)。本文以CN200車型為例，根據(jù)整車需求，得出車身控制器的功能定義如表1所示。

2 車身控制器原理框圖

BCM是由MCU、電源管理模塊、輸入／輸出模塊、驅(qū)動電路等組成。車身控制器的基本原理為通過外部I／O或CAN、LIN總線接口等，接收車內(nèi)的一些開關(guān)信號、傳感器信號以及其它控制器的數(shù)據(jù)信號，通過微處理器MCU實(shí)現(xiàn)控制邏輯，MCU通過控制驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對外部負(fù)載的控制。BCM的原理框圖如圖1所示。

圖1 車身控制器原理框圖

3 車身控制器設(shè)計(jì)

3.1 輸入端口設(shè)計(jì)

輸入端口根據(jù)輸入類型的不同，可分為：高電平輸入、低電平輸入和模擬量輸入。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，需對輸入電路進(jìn)行匹配，考慮抗干擾能力。對于低電平輸入，由于采用BCM內(nèi)部上拉的電路，對一些多控制器共同采集的信號 （例如制動開關(guān)），以及直接控制負(fù)載的開關(guān)輸入 （例如后備廂開關(guān)，其直接控制后備廂燈），輸入電路中需增加防反二極管，防止上拉電壓影響其它控制器的信號采集或負(fù)載電流串入BCM中形成回路。圖2為輸入端口電路實(shí)例。

表1 BCM功能配置列表

3.2 功率驅(qū)動輸出設(shè)計(jì)

根據(jù)車身控制器控制對象的不同，功率驅(qū)動輸出主要分為：內(nèi)部功率器件輸出、內(nèi)部繼電器輸出和外部繼電器輸出。

1）內(nèi)部功率器件主要為集成MOSFET管驅(qū)動芯片，其具有電流檢測、斷路、短路保護(hù)的特點(diǎn)，一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)向燈控制，可實(shí)現(xiàn)缺燈檢測的功能。

2）內(nèi)部繼電器，即板載繼電器，多為雙胞繼電器，一個(gè)封裝內(nèi)有兩個(gè)繼電器，可節(jié)省PCB布板的空間，一般應(yīng)用于電機(jī)類正反轉(zhuǎn)控制，如中控電機(jī)。

3）外部繼電器一般位于熔斷絲盒內(nèi)，用于控制大電流執(zhí)行器，如近遠(yuǎn)光燈、刮水電機(jī)等，此類執(zhí)行器工作電流較大，刮水電機(jī)啟停時(shí)產(chǎn)生較大反電動勢，不容易由BCM內(nèi)部繼電器進(jìn)行控制。通過外部繼電器控制可實(shí)現(xiàn)小電流控制大電流，提高BCM的EMC性能。

在對驅(qū)動輸出進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)執(zhí)行元件的功率及電器特性來選擇，對于多路輸出的內(nèi)部功率驅(qū)動芯片，應(yīng)盡量將不會同時(shí)工作的執(zhí)行器放在同一芯片上進(jìn)行控制輸出，防止同時(shí)工作時(shí)瞬間電路過大，影響芯片性能。

3.3 BCM電源分配

BCM的電源主要用于芯片及內(nèi)部繼電器供電，CN200采用XNP公司生產(chǎn)的SBC電源管理芯片，將12V轉(zhuǎn)換為5V給芯片供電，其還具有電源分配、檢測及電源管理功能，并集成CAN收發(fā)器，降低了BCM的成本。圖3為CN200的BCM電源分配狀態(tài)圖。

圖2 輸入端口電路實(shí)例

圖3 BCM電源分配狀態(tài)

在進(jìn)行電源分配時(shí)，出于成本考慮，BCM電源熔斷絲有限，需根據(jù)輸出電流的大小進(jìn)行電源共用。共用電源需考慮干擾的問題，例如：危險(xiǎn)報(bào)警燈功率芯片與背光燈功率芯片不能共用一路電源，當(dāng)危險(xiǎn)報(bào)警燈打開時(shí)，由于其功率較大且為周期啟停，在啟動瞬間將電源電壓拉低，導(dǎo)致共用電源的背光輸出電壓被拉低，對于LED背光，其較敏感，電壓變化導(dǎo)致其發(fā)光強(qiáng)度降低，造成LED背光隨危險(xiǎn)報(bào)警燈頻率產(chǎn)生明暗變化，影響視覺感官。

3.4 低功耗

為降低BCM的功耗，CN200的BCM采用I／O端口周期性供電及低功耗休眠的方案。

正常情況下，BCM需周期掃描所有I／O端口的狀態(tài)，當(dāng)一次掃描完成后，需間隔20ms再進(jìn)行下一次掃描，CN200的BCM通過控制電源管理芯片SBC，在間歇的20ms時(shí)間內(nèi)關(guān)閉I／O采集端口的電源，達(dá)到降低BCM功耗的功能。

CN200的BCM采用電源管理芯片SBC進(jìn)行供電，當(dāng)滿足休眠條件時(shí)，MCU進(jìn)入低功耗模式，關(guān)閉大部分功能，僅對喚醒源進(jìn)行定周期掃描，MCU同時(shí)通過SPI通信使SBC進(jìn)入低功耗狀態(tài)，在保證MCU供電的情況下，關(guān)閉其它不必要的供電電源，從而降低BCM的功耗。

3.5 休眠喚醒

由于BCM的供電電源為常電，為減少停車時(shí)對蓄電池的電流損耗，需使BCM進(jìn)入休眠模式，當(dāng)滿足設(shè)定的休眠條件時(shí)，BCM進(jìn)入休眠模式。

CN200 BCM有兩種進(jìn)人休眠模式的方式：①當(dāng)遙控閉鎖成功后5min進(jìn)入休眠；②未進(jìn)行遙控閉鎖時(shí)，滿足4門關(guān)閉等條件下，10min后進(jìn)入休眠。第②種方式是為了滿足工廠模式的特殊情況，在工廠時(shí)，車輛需停放一段時(shí)間，由于車輛較多，遙控閉鎖后管理鑰匙較復(fù)雜，所以鑰匙一般放置在車內(nèi)。如僅使用第①種方式，BCM不能休眠，長時(shí)間放置后，消耗蓄電池電能，導(dǎo)致車輛無法啟動。而設(shè)計(jì)的第②種方式有效地解決了工廠模式的問題，且在10min等待期間，BCM如檢測到喚醒條件，會返回正常工作模式，滿足用戶的實(shí)際使用需求。BCM休眠喚醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

3.6 跛行功能

隨著汽車的普及，行車安全越來越受到關(guān)注，因此對汽車功能安全的要求應(yīng)運(yùn)而生。對于BCM來說，其功能安全要求主要表現(xiàn)為跛行功能：當(dāng)BCM主芯片故障不能工作時(shí)，影響行車安全的重要功能應(yīng)不受影響，如近光燈、前刮水器、位置燈；CN200采用看門狗備份電路，正常情況下BCM主芯片定期發(fā)送指令復(fù)位看門狗，如主芯片由于故障超時(shí)未復(fù)位看門狗，則看門狗可立即對主芯片進(jìn)行復(fù)位重啟，同時(shí)將近光燈、前刮水器、位置燈的控制電路切換到備份硬件電路，不受MCU的故障影響，保障這些功能可以正常實(shí)現(xiàn)。

圖4 BCM休眠喚醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

4 車身控制器實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過前期設(shè)計(jì)論證，目前CN200 BCM的PCB已完成工裝樣品制造 （圖5），并裝配到CN200軟工裝車中，通過功能測試，其基本完成預(yù)期設(shè)計(jì)功能。

圖5 BCM電路板