集中式車身控制器的設(shè)計改進與驗證

楊立峰，史云斌，遲曉妮，鄭海，楊海深

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310018；2.廣汽吉奧汽車研究院，浙江杭州311200）

集中式車身控制器的設(shè)計改進與驗證

楊立峰1，史云斌1，遲曉妮1，鄭海1，楊海深2

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310018；2.廣汽吉奧汽車研究院，浙江杭州311200）

車載集中式BCM必須適應(yīng)實現(xiàn)汽車電子控制功能快速增長的需求，將CAN?BUS總線技術(shù)與BCM結(jié)合應(yīng)用是必然趨勢，但在一個較小的空間內(nèi)既要完成眾多控制功能的實現(xiàn)、功率的分配，又要保證達到EMC的測試指標要求，原先單個PCB板的設(shè)計很難滿足EMC要求。經(jīng)過設(shè)計改進，采用雙層板結(jié)構(gòu)，使得功率分配線路板與微控電子線路板接地線有效分開。EMC測試、負載測試和實際路試結(jié)果證明該方法是可行的。

車身控制器；EMC；設(shè)計改進

0 引言

隨著中國汽車市場的發(fā)展和成熟，新上市車輛的電子配置越來越復(fù)雜，某一款車型的電子設(shè)備越多就越吸引消費者的眼球，同時代表了車輛達到的技術(shù)水平。但是，如何既能保證當前的性能和功用最豐富化，又保證成本的控制最優(yōu)化，是各大主機廠追求的目標。

但是，當前中國市場A級車的配置方面，仍然以可靠性和性價比為主要的指導(dǎo)方向。車載電控技術(shù)快速發(fā)展，車載ECU的數(shù)量越來越多，使得信息共享越來越多，要求BCM對數(shù)據(jù)通信功能支持能力越來越強；而車身控制器 （BCM）在車身電子電器安全性、配置方便性、性價比等方面是十分重要的。首先要完成車身眾多電器的電源分配，接著解決功能協(xié)調(diào)和監(jiān)控。當前BCM控制技術(shù)有3種方式：分散式、集中式和分布式 （總線式）。國產(chǎn)自主品牌的A級車普遍采用的集中式BCM很難完成越來越龐大的功能。將CAN?BUS總線技術(shù)與車身電子電器裝置BCM結(jié)合應(yīng)用是發(fā)展的必然趨勢。但是在一個較小的空間內(nèi)既要完成眾多功能的實現(xiàn)、功率的分配又要保證達到EMC的測試指標要求，還要通過相關(guān)的出口法規(guī)認證試驗，當前采用單個PCB板很難解決以上問題。

因此，只有在設(shè)計中考慮該問題，才能徹底解決出口法規(guī)認證EMC測試試驗中的問題，同時考慮生產(chǎn)中的實際工藝問題，具有重大的現(xiàn)實意義。在集中式BCM中添加CAN總線的通信功能模塊，進一步增強車型級別功能配置上的拓展能力。

1 當前設(shè)計狀態(tài)BCM存在的問題

為配合某主機廠的A型系列轎車的開發(fā)，對整車電子電器功能進行整合，同時預(yù)留足夠的功能升級空間，設(shè)計研發(fā)此型BCM。由于采用單層線路板的方式設(shè)計，導(dǎo)致在樣機和路試部件的測試和路試中出現(xiàn)許多問題。例如：大電流部件工作時的電流較大，發(fā)熱不均勻；大功率部件工作時，干擾倒車雷達測距的準確性；玻璃升降器堵轉(zhuǎn)電流的設(shè)定偏差對不同車門夾緊力的適應(yīng)度不好，門鎖控制反復(fù)開啟閉合等，使得BCM在主機廠的道路試驗中未能通過驗證。因此，必須進行大膽的改進才能徹底解決以上問題。

2 問題分析與對策

針對以上問題進行逐條分析，主要是與器件之間和線路之間的干擾相關(guān)。例如：倒車雷達測距主要是根據(jù)回波的時間間隔來計算，當大電流部件工作時的電流干擾出現(xiàn)在測距頻率附近時，會引起誤判，導(dǎo)致蜂鳴器提前工作。主要是EMC方面的干擾導(dǎo)致，從根本上解決EMC干擾是對BCM進行以下變更與改進工作的重點。

（1）在結(jié)構(gòu)上采用2個獨立線路板方式：①功率分配線路板實現(xiàn)保險絲、繼電器、電流監(jiān)測和功率芯片的布版；②微控電子線路板實現(xiàn)微控芯片、開關(guān)量、超聲波傳感器和邏輯控制線路的布版，使得接地線有效地分開，解決單塊PCB路板難以解決的干擾問題。同時縮短制造工藝節(jié)拍，可以先一步完成各自檢測，最后兩塊線路板通過橋接相連后進行整機聯(lián)調(diào)。具體參見圖1雙層板結(jié)構(gòu)圖。

（2）為減少功率板大電流部件工作時對控制、雷達測距線路的干擾，同時減少信號中電容耦合噪聲，接地位置處理十分必要。在上下兩層板間采用過孔、焊盤和專用短接柱接線實現(xiàn)橋接，引入必需的電源引腳 BATT＼ACC＼IGNQ＼IGN2＼GND1，同時將模擬地GND1和高頻信號的地線GND2在數(shù)字板上下端的布置有效地分離，要求在車身線束的實現(xiàn)上分別在不同的位置接地，防止地線之間產(chǎn)生電感耦合。測距雷達雙絞信號線的另外一端GND2在車身上采用就近分別搭鐵的處理來防止干擾。參見圖2電源部分接線圖。

（3）采用高性價比的成熟PIC16F74汽車級芯片實現(xiàn)整車節(jié)能性、智能化、人性化、安全性控制。

（4）采用智能功率芯片BTS6143D，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈電流檢測、短路保護、控制功能激活，同時實現(xiàn)危險警告、轉(zhuǎn)向燈快閃報警。達到替代保險絲、短路自動恢復(fù)、使用壽命更長的功能。參見圖3功率芯片控制圖。

（5）倒車雷達控制模塊一體集成在BCM內(nèi)以節(jié)約成本，同時使用軟件蜂鳴器控制實現(xiàn)小燈未關(guān)提示、接近報警、測距使用。因采用功率芯片轉(zhuǎn)向時沒有閃光器的 “咔噠、咔噠”聲，采用聲音頻率模擬代替，客戶接受效果良好。參見圖4的倒車雷達探頭信號處理、狀態(tài)監(jiān)控電路，圖5的倒車雷達信號距離比較電路。

按照以下方式對倒車雷達進行控制，綜合考慮現(xiàn)場干擾和回波防止出現(xiàn)誤判。起始狀態(tài)：點火開關(guān)置于 “ON”位置，換擋桿置于 “R”倒擋位置時，系統(tǒng)的工作狀態(tài)如下：

當點火置于ON擋且倒車擋開關(guān)接通后，蜂鳴器 “BI”鳴叫一聲，表明整個系統(tǒng)自檢通過。參見圖6所示的被測物與傳感器之間的距離和蜂鳴器狀態(tài)關(guān)系。當?shù)管噦鞲衅魈筋^與障礙物之間的距離在 （170±20） ～ （100±10）cm時，倒車蜂鳴器開始慢叫；當?shù)管噦鞲衅魈筋^與障礙物之間的距離在 （100± 10） ～ （60±10）cm時，倒車蜂鳴器開始急叫；當?shù)管噦鞲衅魈筋^與障礙物之間的距離在 （60±10） ～ （5±5）cm時，倒車蜂鳴器開始恒叫。

測試說明：①以上被偵測物為大于2 m×2 m的白色墻壁，或者直徑為?75 mm、H為1 000 mm、厚度不小于2 mm的PVC管。

②當點火接通且變速桿置于倒車擋后，先穩(wěn)定自檢10 ms再工作。

（6）采用超小型的快熔保險和繼電器，減少連接件發(fā)熱量。在很小的空間內(nèi)完成26路保險電源分配、7個繼電器 （4個內(nèi)裝）控制輸出，大量節(jié)約車內(nèi)導(dǎo)線的使用，可以實現(xiàn)更多功能配置。參見圖7所示的快熔保險和繼電器分配圖。

（7）在點火鑰匙OFF位，輸出鑰匙鎖位置信號，以及四門狀態(tài)信號，實現(xiàn)與遙控連鎖控制一鍵升窗模式，實時監(jiān)測升窗電流，達到防夾的目的?？傠娫催M入省電睡眠模式，全車燈具自動關(guān)閉控制。四門信號與防盜器共享，實現(xiàn)對防盜狀態(tài)的監(jiān)控。圖8為點火鑰匙狀態(tài)控制圖，圖9為四門狀態(tài)控制圖。

（8）CAN通信模塊電路：使用TJA1040高速CAN收發(fā)器，通信速度可達1 Mb／s，該芯片是飛利浦公司的產(chǎn)品，具備良好的EMC性能。它在節(jié)約電能方面優(yōu)勢突出，具備遠程喚醒和低功耗管理，在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能。

（9）室內(nèi)燈、門燈、頂燈人性化延時熄滅控制，實現(xiàn)夜晚前大燈照我回家功能激活。

（10）預(yù)留：雨刮器雨滴感應(yīng)聯(lián)動，前后噴水自動控制，大燈自動點亮功能。

（11）在整車線路設(shè)計和布置方面，倒車雷達傳感器在車輛上的接地點與其他燈系的地線留夠300 mm的間隔距離；還有傳遞信號線采用雙絞線，減少干擾的導(dǎo)入，都是有效解決高頻干擾的方式。

3 模擬測試和路試驗證

（1）變更以上問題后進行測試，參照GB18655的等級三的要求進行測試，過程和結(jié)果如圖10—16所示。

（2）帶載荷耐久、溫升試驗過程。相關(guān)的試驗標準為：GB2423.26?2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》第2部分：試驗方法試驗Z／BM：高溫／低氣壓綜合試驗、GB／T 2423.36?2005《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》第2部分：試驗方法試驗Z／BFc：散熱和非散熱試驗樣品的高溫／振動 （正弦）綜合試驗。參見圖17帶載荷耐久、溫升試驗場景。

針對耐溫性問題特別要求如下：①溫度上升的最大值小于60℃，溫升的值是從溫度計上讀取的值減去環(huán)境溫度值。測量溫度點應(yīng)是接線端子后部卷起部分的溫度，最少要測10個以上的端子。②加載的原則：測試電流應(yīng)采用電器盒電路圖上要求的額定值，連續(xù)負載 （10 s以上）：通45 min，斷開15 min；間歇負載 （小于10 s）：通30 min，斷30 min；瞬間負載 （小于5 s）：通5 min、斷5 min。試驗環(huán)境溫度80℃。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上改進，EMC的各項指標達到了GB18655的要求，同時，經(jīng)過裝車、路試驗證，徹底解決了之前的干擾導(dǎo)致誤動作和不穩(wěn)定控制的現(xiàn)象，產(chǎn)品已經(jīng)進入實車批量生產(chǎn)裝配階段?，F(xiàn)在為此產(chǎn)品申請控制軟件著作權(quán)一項，實用新型發(fā)明兩項。相關(guān)實用新型發(fā)明專利已經(jīng)授權(quán)，專利證書號：ZL201420575223.6，軟件著作權(quán)授權(quán)號：2014SR099213。

【1】全國無線電干擾標準化技術(shù)委員會.GB／T 18655?2010車輛、船和內(nèi)燃機無線電騷擾特性用于保護車載接收機的限值和測量方法［S］.北京：中國標準出版社，2011.

【2】全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標準化技術(shù)委員會. GB2423.26?2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》第2部分：試驗方法試驗Z／BM：高溫／低氣壓綜合試驗［S］.北京：中國標準出版社，2009.

【3】全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標準化技術(shù)委員會. GB／T 2423.36?2005《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》第2部分：試驗方法試驗Z／BFc：散熱和非散熱試驗樣品的高溫／振動（正弦）綜合試驗［S］.北京：中國標準出版社，2013.

【4】王知學(xué)，馬建輝，車曉波，等.基于MC9S12XS128的汽車BCM的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電子設(shè)計工程，2011，19（3）：190－192.

【5】楊國勝，賈天陽，王賀飛.基于標準架構(gòu)及Simulink／Stateflow的車身控制器軟件開發(fā)［J］.汽車電器，2015（4）：54－55.

【6】明星.基于VTSystem的汽車電氣自動測試系統(tǒng)研制及應(yīng)用［J］.汽車電器，2012（8）：62－64.

Design Improvement and Verification for Centralized Body Control Module

YANG Lifeng1，SHIYunbin1，CHIXiaoni1，ZHENG Hai1，YANG Haishen2
（1.Hangzhou Vocational＆Technical College，Hangzhou Zhejiang 310018，China；2.R＆D automobile institute of GAC GONOW Auto Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 311200，China）

A vehicle centralized BCM ismulti?functional，power divided and EMC testsatisfied in a smaller space.It is hard for tradition?al vehicle centralized BCMs tomeet the need of automotive electronics development.The single?PCB?design solution of traditional vehicle cen?tralized BCM is difficult tomeet EMC request.A dual?layer structure based solution was introduced.In this design solution，GND wires in pow?er divide PCB and micro?control electrical PCB were distinguished.This solution has been proven by EMC test，load test and real road test.

BCM；EMC；Desigh improvement

2015－04－21

楊立峰 （1971—），男，工學(xué)學(xué)士，高級工程師，研究方向為汽車制造技術(shù)、汽車新能源技術(shù)應(yīng)用、汽車專業(yè)職業(yè)教育。E?mail：5702ylf＠163.com。