一种分布式车身控制器的设计方案

雒拓，程威，张志鹏

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

关键字：车身控制器；CAN 总线；地址识别

1 概述

随着汽车电子技术的发展，车身控制器在商用车上的应用越来越广泛。本文介绍一种分布式车身控制器的设计方案，通过多个软硬件状态完全一致的车身控制器对车辆进行分区控制，实现对车辆常规电气设备的控制，如：可通过采集控制开关的状态，从而实现对灯光、雨刮、电磁阀、喇叭等电气设备的控制，也可采集制动回路气压、燃油箱油量和车速等信号，并通过车辆的CAN 总线网络实现与其它控制器之间的信息交互。

2 系统方案

车身控制器一般可分为集中式和分布式。集中式由于采用单个车身控制器，通过采集控制信号控制电气设备的状态。采用该方式时，当控制器发生损坏时将严重影响其功能的实现，且由于线缆过于集中，不利线缆的设计和维护[1]，也缺乏灵活性。

本文介绍一种通过3 个车身控制器对车辆进行分区控制的方案。控制器之间通过CAN 总线网络进行信息交互，控制方案如图1 所示。该方式具有以下优势：1.单个控制器损坏不会影响其它控制器的正常工作，从而提高了安全性；2.车身控制器可以就近布置在被控电气设备附近，减少了连接线缆，提高了可靠性；3.车身控制器软硬件状态完全一致，支持完全互换，提高了维修性。

图1 分布式控制方案

3 个车身控制器中，其中2 个装于驾驶室内，用于驾驶室电气设备的控制，另一个装于底盘上，用于尾部灯具及底盘电气设备的控制。控制器之间通过车辆的CAN 总线网络实现信息交互，可接收控制指令信号，也可将自身采集的状态信息发送至总线网络上的仪表等其他节点实现信息共享。各控制器的功能分配如表1 所示。

表1 车身控制器功能分配

3 硬件设计

考虑到车身控制器1、2、3 均采用统一的硬件平台，因此，车身控制器的硬件接口在设计时应满足各控制器的端口需求，硬件接口需求分析见表2。

表2 硬件接口需求分析

（1）电源系统

电源系统包括防反接模块，电源端口保护模块，端口滤波模块、DCDC 稳压模块、LDO 稳压模块和内部变量监控模块。其中，防反接模块采用PMOS 设计。工作电压范围：9V～32V。

（2）数字量采集

车辆上的数字输入一般用于开关信号的采集，常见的数字输入信号类型有低电平有效和高电平有效两种，当通道默认为下拉电阻时，此时高电平有效；当通道默认为上拉电阻时，此时低电平有效。由于单片机资源有限，可通过3 个74HC165 进行扩展，最多可实现24 路数字量采集。

（3）功率输出

功率输出接口用于驱动外部的电器负载工作，采用Infineon 的智能高边开关BTT6030-2EKA，其工作电压为5V～36V，最大供电电源65V，导通阻抗62mΩ，具有过压保护、过温保护、短电源诊断、短地诊断、开路诊断以及电流诊断等功能。

（4）模拟量采集

模拟量采集接口同时提供电压信号输入和电阻信号输入，其中，电阻信号输入用于燃油箱油量和制动气压信号的采集，通道内部采用上拉电阻1.43kΩ，电压信号输入为预留端口，可用于远程油门等传感器信号的采集，通道内部采用下拉电阻100kΩ。

（5）频率采集

频率量采集接口用于采集车速里程信号，车速里程传感器为霍尔式传感器，工作电压9V，输出信号高电平为9±1V，低电平≤0.5V，采集频率范围为2Hz～5kHz。

（6）通讯模块

设计2 路CAN 通讯接口，均支持CAN2.0B 协议，内部默认不带120Ω匹配电阻。其中一路用于与车辆CAN 总线网络上的其它节点进行数据交互，默认速率为250kbps，另一路为预留接口。

车身控制器的电路设计图如图2 所示。

图2 电路设计图

4 地址识别方案

本方案中采用的是分布式车身控制器设计，在车辆的CAN 总线网络上同时存在3 个车身控制器，且3 个车身控制器的软硬件状态完全一致。为了使各控制器能够自动识别其在车辆上的安装位置，并根据安装位置执行相应的功能代码，本文设计了自动地址识别方案。

在本方案中，将控制器的3 个数字量采集口作为地址选择端口，然后根据地址选择端口的接线状态（接地/悬空）判断控制器应该执行的逻辑程序。接线状态与执行的逻辑程序之间的关系见表1。当把车身控制器安装于底盘上时，此时，地址选择线3 接地，地址选择线1/2 均悬空，因此，控制器执行BCM3 的逻辑程序；当安装于驾驶室时，此时，若仅地址选择线1 接地，则执行BCM1 的逻辑程序。若地址选择线的状态与表3 中序号4 相同，则进入异常状态，此时，仅发送逻辑功能判断失败的CAN 报文。

表3 地址选择线状态与逻辑功能的关系

图3 地址识别方案流程

为了防止车辆使用过程中因地址选择线断裂等线缆异常 而导致的BCM 无法正常进行地址识别，进而进入异常状态，BCM 在通过地址选择线的状态完成地址识别后，会将逻辑地址保存至EEPROM 中。通过该方式，如果因为线缆故障而无法识别到有效的逻辑地址时，也可直接从EERPOM 总读取上次工作时识别的逻辑地址，并执行其对应的逻辑功能，从而提高了其可靠性。完整的地址识别流程如图3 所示。

车身控制器在每次上电后将首先读取EEPROM 中存储的地址信息（后续称为软件地址），然后根据地址选择线的状态确定地址信息（后续称作硬线地址），并优先使用硬线地址作为控制器的逻辑地址。当硬线地址有效时，则执行该地址对应的逻辑功能。当硬线地址无效时，再判断软件地址，此时，若软件地址有效，则执行该地址对应的逻辑功能，否则，进入异常状态。

5 结论

本文介绍了一种分布式的车身控制器方案，通过采用3个软硬件状态完全一致的车身控制器对车辆电气设备实现分区控制，并能够根据其在车辆上的安装位置实现自动地址识别执行相应的逻辑功能。该方案避免了集中式控制方案中，因车身控制器损坏而导致全部功能失效的问题，提高了产品的可靠性；且可根据使用需求灵活的增加或者减少车身控制器，具有良好的可扩展性；同时，由于控制器的软硬件状态完全一致，使得产品支持互换，具有良好的可维护性。