车身控制模块设计与实现

2019-10-28覃华强

汽车电器 2019年10期

覃华强

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

随着汽车电子技术的发展，以及汽车功能的日益增加，越来越多的电控单元被应用到汽车上，在车身电子领域出现了如刮水控制器、电动门窗控制器、发动机防盗控制器、灯光控制器、中控锁模块、遥控模块等，这些分离模块的大量使用，在提高车辆舒适性的同时也带来了成本增加、故障率上升、布线复杂、维修困难、空间布置困难等问题。同时，随着汽车电子的发展，大量的数据信息需要在不同的电子单元间共享，传统的分离式模块已无法满足需求，于是需要一个集中控制模块。车身电子控制模块BCM（Body Control Module）就是一个对多个电器系统进行集中控制的模块。它有减少车身线束、空间占用小、通信网络可靠、通信速率高、提高整车运行性能和可靠性等优点。

1 车身控制模块功能定义

车型采用BCM后，需根据市场及规划给出的整车需求，对整车功能进行分解，定义哪些功能由BCM来实现。本文以CN200车型为例，根据整车需求，得出车身控制器的功能定义如表1所示。

2 车身控制器原理框图

BCM是由MCU、电源管理模块、输入／输出模块、驱动电路等组成。车身控制器的基本原理为通过外部I／O或CAN、LIN总线接口等，接收车内的一些开关信号、传感器信号以及其它控制器的数据信号，通过微处理器MCU实现控制逻辑，MCU通过控制驱动电路实现对外部负载的控制。BCM的原理框图如图1所示。

图1 车身控制器原理框图

3 车身控制器设计

3.1 输入端口设计

输入端口根据输入类型的不同，可分为：高电平输入、低电平输入和模拟量输入。在设计输入电路时，需对输入电路进行匹配，考虑抗干扰能力。对于低电平输入，由于采用BCM内部上拉的电路，对一些多控制器共同采集的信号（例如制动开关），以及直接控制负载的开关输入（例如后备厢开关，其直接控制后备厢灯），输入电路中需增加防反二极管，防止上拉电压影响其它控制器的信号采集或负载电流串入BCM中形成回路。图2为输入端口电路实例。

表1 BCM功能配置列表

3.2 功率驱动输出设计

根据车身控制器控制对象的不同，功率驱动输出主要分为：内部功率器件输出、内部继电器输出和外部继电器输出。

1）内部功率器件主要为集成MOSFET管驱动芯片，其具有电流检测、断路、短路保护的特点，一般应用于转向灯控制，可实现缺灯检测的功能。

2）内部继电器，即板载继电器，多为双胞继电器，一个封装内有两个继电器，可节省PCB布板的空间，一般应用于电机类正反转控制，如中控电机。

3）外部继电器一般位于熔断丝盒内，用于控制大电流执行器，如近远光灯、刮水电机等，此类执行器工作电流较大，刮水电机启停时产生较大反电动势，不容易由BCM内部继电器进行控制。通过外部继电器控制可实现小电流控制大电流，提高BCM的EMC性能。

在对驱动输出进行设计时，应根据执行元件的功率及电器特性来选择，对于多路输出的内部功率驱动芯片，应尽量将不会同时工作的执行器放在同一芯片上进行控制输出，防止同时工作时瞬间电路过大，影响芯片性能。

3.3 BCM电源分配

BCM的电源主要用于芯片及内部继电器供电，CN200采用XNP公司生产的SBC电源管理芯片，将12V转换为5V给芯片供电，其还具有电源分配、检测及电源管理功能，并集成CAN收发器，降低了BCM的成本。图3为CN200的BCM电源分配状态图。

图2 输入端口电路实例

图3 BCM电源分配状态

在进行电源分配时，出于成本考虑，BCM电源熔断丝有限，需根据输出电流的大小进行电源共用。共用电源需考虑干扰的问题，例如：危险报警灯功率芯片与背光灯功率芯片不能共用一路电源，当危险报警灯打开时，由于其功率较大且为周期启停，在启动瞬间将电源电压拉低，导致共用电源的背光输出电压被拉低，对于LED背光，其较敏感，电压变化导致其发光强度降低，造成LED背光随危险报警灯频率产生明暗变化，影响视觉感官。

3.4 低功耗

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

正常情况下，BCM需周期扫描所有I／O端口的状态，当一次扫描完成后，需间隔20ms再进行下一次扫描，CN200的BCM通过控制电源管理芯片SBC，在间歇的20ms时间内关闭I／O采集端口的电源，达到降低BCM功耗的功能。

CN200的BCM采用电源管理芯片SBC进行供电，当满足休眠条件时，MCU进入低功耗模式，关闭大部分功能，仅对唤醒源进行定周期扫描，MCU同时通过SPI通信使SBC进入低功耗状态，在保证MCU供电的情况下，关闭其它不必要的供电电源，从而降低BCM的功耗。

3.5 休眠唤醒

由于BCM的供电电源为常电，为减少停车时对蓄电池的电流损耗，需使BCM进入休眠模式，当满足设定的休眠条件时，BCM进入休眠模式。

CN200 BCM有两种进人休眠模式的方式：①当遥控闭锁成功后5min进入休眠；②未进行遥控闭锁时，满足4门关闭等条件下，10min后进入休眠。第②种方式是为了满足工厂模式的特殊情况，在工厂时，车辆需停放一段时间，由于车辆较多，遥控闭锁后管理钥匙较复杂，所以钥匙一般放置在车内。如仅使用第①种方式，BCM不能休眠，长时间放置后，消耗蓄电池电能，导致车辆无法启动。而设计的第②种方式有效地解决了工厂模式的问题，且在10min等待期间，BCM如检测到唤醒条件，会返回正常工作模式，满足用户的实际使用需求。BCM休眠唤醒状态转换图如图4所示。

3.6 跛行功能

随着汽车的普及，行车安全越来越受到关注，因此对汽车功能安全的要求应运而生。对于BCM来说，其功能安全要求主要表现为跛行功能：当BCM主芯片故障不能工作时，影响行车安全的重要功能应不受影响，如近光灯、前刮水器、位置灯；CN200采用看门狗备份电路，正常情况下BCM主芯片定期发送指令复位看门狗，如主芯片由于故障超时未复位看门狗，则看门狗可立即对主芯片进行复位重启，同时将近光灯、前刮水器、位置灯的控制电路切换到备份硬件电路，不受MCU的故障影响，保障这些功能可以正常实现。