带CAN和LIN网络的智能BCM设计

2013-09-02叶金飞李晓莉

汽车电器 2013年1期

叶金飞，李晓莉

（江淮汽车技术中心乘用车研究院电气系统部，安徽合肥 230601）

智能化、集成化、网络化是汽车电子控制技术的发展方向。传统的车身电器采用点对点连接，整车线束相当复杂，一旦出现故障，维修困难。车用总线技术由此获得了广泛的关注和应用。

本文设计的BCM在江淮高端SUV上使用。此BCM为整车低速CAN上一节点，可以和位于低速CAN上的PEPS（Passive Entry&Passive Start，被动无钥进入启动系统)等节点实现信息的共享和交换；同时也可以和位于高速CAN上的节点通过网关（组合仪表）进行信息共享和交换。各种故障信息（DTC）可以存储在MCU（Microprocessor Control Unit，微处理机控制单元）中，然后通过CAN信号对故障信息进行读取及故障分析，方便了售后的维修和问题排查等。对于倒车雷达、玻璃防夹模块等对传输速度要求不是很高的节点，与BCM之间采用LIN信号传输，降低了CAN网络的负载率，提高了CAN网络系统的稳定性。

本BCM还进行了诸多人性化的功能设置，多处设置了对相关电器件的保护，较多地应用了双重信号设置，提高了系统的安全性和稳定性。

1 BCM基本性能和策略简述

此BCM主要的基本策略有电源电压处理策略、休眠策略和故障诊断等。

1.1 电压处理策略

电压处理策略包括过压和欠压处理。整车的电压由于负载的不同会出现波动，制定的电压管理策略分为5种状态。

1）正常电压 9～16V。

2）高压短暂的高于16 V，大于40 ms，但是440ms内又回到正常。

3）低压短暂的低于9 V，大于40 ms，但是80ms内又回到正常。

4）过压长久的高于16 V，大于440 ms，没有回到正常。

5）欠压长久的低于9V，大于80ms，没有回到正常。

正常、高压、低压状态下允许输出；过压和欠压状态下关闭输出；当系统电压恢复正常后输出恢复。

1.2 休眠策略

1）以下情况可进入休眠状态:进入设防或者重上锁，危险报警灯关闭；在钥匙拔出后，没任何输出，所有门触开关、后备厢、发动机盖关闭，用户10min未操作车辆。

2）钥匙插入信号、IG2（Ignition，点火开关档）、IGI、ACC（附件档）、危险报警灯开关、位置灯开关以及网络上所有的信号均可将BCM从休眠中唤醒。

1.3 诊断

BCM提供CAN线方式的诊断以方便BCM的维修。诊断部分需要实现以下的功能:①参数配置，EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）读写；②读DTC及清除DTC；③I／O Control（输入输出口控制）；④BCM控制器信息；⑤下线匹配功能。

1.4 短路开路保护策略

对于高边输出，在On-stage（驱动状态）时进行开路短路检测，一旦发现短路或者开路即有计数器计数，达到一定的数值即可以判断为真正的开路或者短路，并置相应的DTC。在Off-stage（关闭状态）时进行短路到电源检测，一旦发现短路到电源即有计数器计数，达到一定的数值即可以判断为真正的短路到电源，并置相应的DTC。

对于SPI（Serial Peripheral interface，串行外围设备接口）低边输出，我们只需要通过读取其寄存器的诊断位信息来判断。在On-stage时，若诊断位为高，则判断输出为短路到电源，同时有计数器计数，达到一定的数值即可以判断为真正的短路到电源，并置相应的DTC；在Off-stage时，若诊断位为低，则判断输出为开路，同时有计数器计数，达到一定的数值即可以判断为真正的开路，并置相应的DTC。

1.5 RKE钥匙匹配

此BCM模块本身包含RKE（Remote Keyless Entry，遥控门禁系统）模块，使用的无线频率是433.92MHz±100kHz，RKE共3个按键，包括五门解锁功能，五门上锁功能，以及尾门解锁功能。

RKE通过诊断的方式进行匹配，具体配钥匙的方式如下:通过诊断指令让模块进入学码状态，定时20 s，此时，转向灯常亮。RKE钥匙发出无线信号，待模块接收到有效信号后，转向灯闪3下，ID存入EEPROM，同时清除以前所有存过的ID，过程中转向灯继续常亮，等待第2把钥匙匹配。20s定时到，退出学码状态，转向灯灭，RKE匹配结束。

2 BCM硬件及软件策略设计

此设计BCM主要实现的功能有灯光系统的控制、车门系统的控制、刮水器系统的控制和各种辅助控制等。

车灯系统通过组合开关的开关量实现对车灯的控制，同时在车灯线路出现故障后进行故障存储，便于故障的诊断和检查。车门系统主要通过各种硬件和网络信号实现整车的开锁、闭锁功能；通过LIN信号实现对玻璃升降模块的控制和故障存储。此BCM还集成了倒车雷达控制器的功能，倒车探头采集数据通过LIN信号传输给BCM，BCM对这些信号进行处理并执行驱动蜂鸣器鸣叫。

BCM位于低速CAN网络上，它主要和位于低速CAN上的PEPS以及作为网关的组合仪表进行数据交换。

2.1 灯光控制

BCM除具备控制常规的车灯系统功能外，还设置了带我回家和自动灯光功能，预留白昼灯的控制。

2.1.1 转向灯和危险报警灯

传统的转向灯和危险报警灯是通过开关和报警灯继电器配合实现转向和危险报警的。当灯出现故障后负载发生变化，通过转向灯闪烁频率的变化来提示驾驶人员。此BCM通过软件实现报警频率的控制，同时可以记录故障代码，便于故障排查。通过高边驱动去实现转向灯点亮同时通过CAN网络发送给仪表，使仪表实现闪烁，图1是BCM高边驱动的接口电路。

用BCM控制危险报警灯还可以通过软件实现部分智能化的功能，主要有以下几种。

1）点火锁开关在ON时，报警灯的优先级高于转向灯的优先级:如果转向灯在工作状态，接通报警灯开关，那么报警灯工作取代转向灯的工作，直到报警灯开关被断开，系统才回到转向灯工作状态。

2）为了防止由于碰撞而使报警灯开关被按下关闭灯，接收到碰撞信号时，所有的灯工作在报警灯状态下至少5s，5s后再次按下报警灯开关才能关掉报警灯闪烁。

3）当转向灯由于短路而上报故障时，短路状态将通过相关DTC记录到memory（存储器）中，并且立即关断该侧转向灯高边驱动芯片，组合仪表上转向指示灯也停止。当点火钥匙从ON转到OFF／ACC，再从OFF／ACC到ON，输出恢复正常。

4）当工作于转向灯工作模式，某侧转向灯由于开路而上报故障时，开路状态将通过相关DTC记录到memory中，并且该侧转向灯以双倍频率闪烁，组合仪表转向指示灯也以双倍频率闪烁。当点火钥匙从ON转到OFF／ACC，再从OFF／ACC到ON，输出恢复正常。

2.1.2 白昼灯和带我回家功能控制

如果车辆出口到欧盟或者适用欧盟法规的地区，需要有白昼灯的功能，工作逻辑为当发动机状态为运行时，没有近光灯或位置灯输出，则打开白昼灯，否则关闭。白昼灯的工作时序图如图2所示。

当近光灯点亮时，点火开关从ON打到ACC或OFF触发带我回家功能，可以持续点亮近光灯10min。

2.1.3 自动灯光

此BCM还设置了自动灯光控制。当车辆进入隧道等光线较暗区域后，光线传感器中的光敏二极管会随着不同光照强度参数发生变化，控制回路中电流发生变化。BCM会根据不同的电参量进行灯光的控制。自动灯光传感器中光敏二极管的特性曲线如图3所示。近光灯打开／关闭条件，白天:＞1772 LUX，晚上:＜1292LUX。灯光传感器及推荐的BCM接口电路如图4所示。灯光系统的工作状态如表1所示。

表1 灯光系统工作状态

2.2 刮水器系统控制

BCM通过监测刮水器开关的状态以及组合开关来控制刮水电动机及喷水泵工作，实现刮水器系统的各种工作模式:前刮水器低速运行、前刮水器高速运行、前刮水器间歇运行、前刮水器关闭、前风窗喷水。

此BCM可以根据组合开关输入的模拟电阻数值大小设置不同的间歇时间，满足客户的不同需求，图5为模拟量输入硬件接口电路。

为了安全考虑，在当车速＞100 km／h时，若使用间歇模式，那么在设定的时间上减去4s，以减少高速时由于刮刷速度过慢，影响视野造成的安全隐患出现的几率。

同时为了保护电动机，避免由于堵转造成的电动机烧蚀，通过BCM实现堵转保护，即在运行过程中，当检测到前刮水器归位开关18 s不改变时，应该判断为电动机堵转，关闭输出。此时仅当点火开关依次从ON→OFF→ON的循环时，或者刮水器开关从OFF离开时能够重新启动刮水器。

2.3 车锁系统控制

车锁系统通过BCM内部继电器完成对门锁的控制，其实现的主要功能除中控／遥控和钥匙开闭锁、车速40km／h自动上锁、自动重上锁、碰撞强制开锁等传统功能外，还能实现拔钥匙自动开锁等功能。

为了保护闭锁器，BCM设置了闭锁器保护功能，即车锁计数器会在每接收到一次闭锁／解锁信号后加1，在10s时间里，当车锁计数器达到值N=8次时，会禁止锁功能，直到一定的时间Config.Lock Thermal Delay Cfg（默认值是15s）之后恢复，在进入热保护功能之后要停留在解锁状态。

2.4 防盗报警系统

报警模块实现的是车辆在各种非正常状态下的报警功能，报警模块一旦被激活，就启动声光报警提醒用户同时抑制起动功能。低边输出硬件接口电路如图6所示。

BCM还预留了Immobilizer（智能型发动机锁止防盗控制器）功能，将传统的发动机防盗控制器集成到BCM中，当钥匙中转发器和BCM认证成功后，会通过网络发送CAN信号给ECM（Engine Control Module，发动机控制器），实现车辆的正常起动，提高车辆安全性的同时还降低了成本。

2.5 辅助系统

在发动机起动且同时接收到空调控制器输出的有效信号后，后除霜开始加热，20 min后，自动切断。期间按下除霜开关加热中止。为了避免出现外部温度过高时开启除霜造成玻璃爆裂，后除霜工作必须得到室外温度传感器发送给空调控制器的工作使能信号。

在发动机起动状态下按下前除冰开关，前除冰开始加热，20min后，自动切断。期间按下前除冰开关加热中止。

2.6 LIN网络控制功能

2.6.1 玻璃防夹模块

玻璃防夹模块和BCM通过LIN总线传输信号，遵从LIN2.0协议，BCM作为主节点。BCM通过LIN信号给电机ECU发送使能信号和点火信号，电机ECU将出现的各种故障通过LIN信号发送给BCM，BCM接收到相应的信号后置对应的DTC。BCM发到防夹电动机的信号见表2，防夹电动机发到BCM的信号见表3。

表2 BCM发到防夹电动机的信号

表3 防夹电动机发到BCM的信号

2.6.2 倒车雷达报警控制

倒车雷达工作原理如图7所示。此设计中BCM和倒车雷达传感器之间的工作关系如下:LIN通信执行LIN2.0协议；波特率要求19200 b／s；周期为120ms；左探头LIN ID为0x03；左中探头LIN ID为0x04；右中探头LIN ID为0x05；右探头LIN ID为0x06；探头发送数据的字节数为1。

1）LIN传输时序图:异步UART，8 bit数据，1bit停止位，无奇偶校验，通信速率19200b／s。

2）帧格式如图8所示。

3）ID自动分配与探头自检:倒车档接通，探头上电后开始初始化，初始化完成后开始对探头自诊断，自诊断完成后等待接收ID，BCM在倒车档接通后等待100ms发送左探头ID给探头，探头接收到ID后将诊断数据发送给BCM，诊断数据发送完成后，探头存储此ID作为自己探头的ID，同时开通探头V+引脚，提供左中探头电源，BCM接收到探头的左探头诊断数据后保存；左中探头电源接通后执行和左探头同样的工作，依次向后传递。探头ID自动分配完成，若在ID自动分配中出现探头不响应LIN报文头，ID自动分配停止，BCM进行报错显示，若探头响应的数据为探头自诊断错误，ID自动分配继续进行，等待完成ID自动分配后BCM显示探头故障信息。

4）自诊断数据定义:自诊断数据包含在1字节的数据中，8Bit中每个Bit所包含的含义按表4描述。

5）障碍物距离数据定义:障碍物距离数据包含在1字节的数据中，8Bit中每个Bit所包含的含义按表5描述，其中B0～B4为距离信息，BCM不需要控制。

6）BCM执行输出:先分别采集4个探头的蜂鸣器鸣叫频率，哪个探头的鸣叫频率最高按照哪个进行鸣叫，在接收到第5个探头鸣叫频率后将第1个距离抛掉，第2～5个探头进行比较，哪个探头的鸣叫频率最高按照哪个进行鸣叫，依次类推。

3 结论

此BCM是基于CAN总线和LIN总线的一款车身控制器。其在硬件设计和软件策略设计中都采用了较多的先进技术，采用双电源确保系统的正常工作；设置簸行回家功能:在BCM失效的情况下能够实现刮水器的低速工作，近光灯的正常工作等，确保失效后的安全性能；硬件设计能够对灯具等输出负载进行相应的故障诊断，储存相应的DTC，能够通过CAN信号进行故障代码的读取，提高了诊断和维修的效率。