淺談集中式車身控制器設(shè)計(jì)

王偉剛

（北汽集團(tuán) 北京汽車國(guó)際發(fā)展有限公司產(chǎn)品工程中心，北京 100021）

近幾年，全球汽車電子產(chǎn)品呈快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，汽車電器產(chǎn)品的種類也迅速增多，汽車正朝著舒適化、智能化、自動(dòng)化和人性化方向發(fā)展。從世界第1輛汽車誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，其中汽車電子設(shè)備行業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了整車的發(fā)展速度，許多整車用電設(shè)備由原來單純的手動(dòng)操作控制“進(jìn)化”到了自動(dòng)控制，車身控制器（Body Control Module，簡(jiǎn)稱BCM）由此應(yīng)運(yùn)而生。通過對(duì)開關(guān)信號(hào)、傳感器信號(hào)以及LIN、CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的采集、輸入，達(dá)到對(duì)燈具、電動(dòng)門窗、空調(diào)、雨刮、喇叭等系統(tǒng)的控制。

集中式車身控制器是車身控制器的一種，還有分散式車身控制器、分布式車身控制器等。本文主要介紹集中式車身控制器的設(shè)計(jì)。

1 集中式車身控制器的特點(diǎn)

1.1 優(yōu)點(diǎn)

1）車身控制功能的舒適性、安全性及人性化得到很大程度加強(qiáng)，便于整車電器的故障診斷。

2）控制器的內(nèi)部資源得到充分利用，可以降低成本。3）平臺(tái)化程度較高。

1.2 缺點(diǎn)

1）由于車型的配置較多，主要體現(xiàn)在電器件上，可能存在冗余開發(fā)，造成一定浪費(fèi)。

2）開發(fā)難度較大，主要表現(xiàn)在MCU開發(fā)、軟件開發(fā)和系統(tǒng)的可靠性上，且供應(yīng)商外資企業(yè)較多，國(guó)內(nèi)企業(yè)處于劣勢(shì)地位。

2 集中式車身控制器工作原理

車身控制器是整車中所有電控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，由微型電子芯片組成，通過外部I/O及總線接口接收車內(nèi)的傳感器信號(hào)、開關(guān)信號(hào)和LIN總線、CAN總線等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號(hào)，通過內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路完成負(fù)載驅(qū)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)車身控制功能的部件。圖1為集中式車身控制器原理框圖。

3 車身控制器控制功能及要求

根據(jù)車型定義和配置不同，車身控制器控制的功能多少也有較大差異，本文重點(diǎn)描述車身控制器在設(shè)計(jì)過程中對(duì)通用化功能的控制和要求，比如燈光控制、雨刮控制、玻璃升降控制、車門解/閉鎖控制等功能。

3.1 燈光控制功能及要求

根據(jù)整車配置，確定需要實(shí)現(xiàn)的燈光功能，常見的有位置燈、前照燈（近光燈、遠(yuǎn)光燈）、前霧燈、后霧燈、倒車燈、制動(dòng)燈、牌照燈、轉(zhuǎn)向燈、日行燈、室內(nèi)燈等。

3.1.1 前照燈控制

3.1.1.1 手動(dòng)控制模式

1）插入鑰匙，點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋：①接通小燈開關(guān)時(shí)，前后位置燈點(diǎn)亮，室內(nèi)背景燈點(diǎn)亮，牌照燈點(diǎn)亮，超車燈也可以工作；②拔出鑰匙且打開駕駛員門，如果無任何信號(hào)輸入的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)（建議3 min）自動(dòng)關(guān)閉小燈輸出。

2）插入鑰匙，點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋：①接通小燈開關(guān)時(shí)，前后位置燈點(diǎn)亮，室內(nèi)背光燈點(diǎn)亮；②接通近光燈開關(guān)時(shí)，近光燈點(diǎn)亮，切換至遠(yuǎn)光開關(guān)時(shí)，遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮；③超車燈可以工作。

3.1.1.2 自動(dòng)控制模式

插入鑰匙，點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋：燈光開關(guān)處于AUTO模式下，BCM根據(jù)光線傳感器信號(hào)的輸入，自動(dòng)控制位置燈、牌照燈、背光燈、近光燈/遠(yuǎn)光燈（驅(qū)動(dòng)近光燈/遠(yuǎn)光燈繼電器）的點(diǎn)亮。

圖1 集中式車身控制器原理框圖

做出上述模式的功能框圖和信號(hào)列表。

3.1.2 日行燈控制

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，日行燈自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)BCM檢測(cè)到前照燈或前霧燈接通信號(hào)，控制日行燈繼電器斷開，自動(dòng)熄滅。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

3.1.3 霧燈控制

插入鑰匙，點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋：只有當(dāng)小燈接通時(shí)，前霧燈才能工作；小燈接通時(shí)，同時(shí)前霧燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈中至少有一個(gè)接通，后霧燈才能工作。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

3.1.4 “伴我回家”功能控制

1）同時(shí)滿足以下條件時(shí)，小燈和近光燈點(diǎn)亮：鑰匙拔出2 min內(nèi)撥動(dòng)燈光開關(guān)從“OFF→小燈開關(guān)→近光燈開關(guān)→小燈開關(guān)→OFF”，激活“伴我回家”功能。

2）小燈和近光燈延遲熄滅：點(diǎn)亮前有任意車門沒關(guān)閉，小燈和近光燈延遲180 s熄滅；點(diǎn)亮前車門都關(guān)閉，延遲60 s熄滅；在小燈和近光燈點(diǎn)亮期間，如果車門狀態(tài)發(fā)生變化，則延遲時(shí)間轉(zhuǎn)為相應(yīng)的長(zhǎng)度（門關(guān)：60 s；門開：180 s）。門狀態(tài)改變一次，相應(yīng)的時(shí)間就變化一次，但門狀態(tài)的變化次數(shù)最多不超過10次。

3）符合以下任一條件，則“伴我回家”功能不再保持：點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋；小燈開關(guān)接通。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

要求：燈具工程師需提供燈具工作原理圖、燈光負(fù)載的特性參數(shù)和曲線圖，保證車身控制器燈光短路和開路保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

3.2 雨刮系統(tǒng)功能控制及要求

雨刮依據(jù)車型不同，分為前雨刮和后雨刮，本文以前雨刮為例，描述雨刮系統(tǒng)的功能控制。前雨刮控制有2種：自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。2種控制功能，點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。

1）前雨刮自動(dòng)控制：①每次切換到自動(dòng)擋，雨刮低速運(yùn)行一次；②當(dāng)車身控制器采集接收到雨量傳感器（RLS）通過LIN總線發(fā)送的刮一次或以低速驅(qū)動(dòng)雨刮請(qǐng)求的信號(hào)時(shí)，車身控制器將驅(qū)動(dòng)雨刮電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的請(qǐng)求；③當(dāng)車身控制器接收到RLS通過LIN總線發(fā)送的以高速驅(qū)動(dòng)雨刮請(qǐng)求的信號(hào)時(shí)，車身控制器將驅(qū)動(dòng)雨刮電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的請(qǐng)求；④當(dāng)車身控制器接收到RLS通過LIN總線發(fā)送的停止請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，若雨刮當(dāng)前是低速運(yùn)行，車身控制器將驅(qū)動(dòng)雨刮停止；若雨刮當(dāng)前是高速運(yùn)行，車身控制器將以低速驅(qū)動(dòng)雨刮電機(jī)運(yùn)行一次停止。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

2）前雨刮手動(dòng)控制：①車身控制器接收到雨刮低速開關(guān)信號(hào)請(qǐng)求，驅(qū)動(dòng)前雨刮實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行；②車身控制器接收到雨刮高速開關(guān)信號(hào)請(qǐng)求，驅(qū)動(dòng)前雨刮實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行；③車身控制器接收到前雨刮MIST開關(guān)信號(hào)請(qǐng)求，前雨刮實(shí)現(xiàn)一次低速運(yùn)行；④車身控制器接收到前雨刮INT開關(guān)信號(hào)請(qǐng)求，前雨刮完成一次低速刮水動(dòng)作，間歇一定時(shí)間后（間歇時(shí)間可調(diào)：1擋20±0.2 s；2擋13±0.2 s；3擋8±0.1 s；4擋4±0.1 s），再執(zhí)行下一次低速刮水動(dòng)作。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

要求：①車身控制器接收前雨刮復(fù)位信號(hào)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)前雨刮的邏輯控制；②在濕刮情況下，前雨刮電機(jī)復(fù)位信號(hào)長(zhǎng)度應(yīng)＞80 ms；③前雨刮電機(jī)EMC最低滿足國(guó)標(biāo)要求。

3.3 玻璃升降功能控制及要求

3.3.1 電動(dòng)車窗升降

如下功能的實(shí)現(xiàn)，要求點(diǎn)火開關(guān)均處于ON擋。

1）駕駛員側(cè)車窗主開關(guān)控制4門車窗升降。當(dāng)駕駛員側(cè)車窗主開關(guān)某一開關(guān)手動(dòng)上升擋時(shí)，信號(hào)傳輸給車身控制器，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的車窗電機(jī)使玻璃上升；當(dāng)駕駛員側(cè)車窗主開關(guān)某一開關(guān)手動(dòng)下降擋時(shí)，信號(hào)傳輸給車身控制器，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的車窗電機(jī)使玻璃下降；當(dāng)駕駛員側(cè)車窗主開關(guān)某一開關(guān)自動(dòng)下降擋時(shí)，信號(hào)傳輸給車身控制器，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的車窗電機(jī)使玻璃自動(dòng)下降到底，或一直降到車身控制器接收到該開關(guān)重新上升或下降擋位信號(hào)時(shí)停止，改為手動(dòng)上升或下降。

2）同一車窗電機(jī)，如果同時(shí)出現(xiàn)上升控制信號(hào)和下降控制信號(hào)，車窗電機(jī)停止動(dòng)作。

3）當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于OFF或ACC擋位時(shí)，所有車窗開關(guān)信號(hào)在60 s內(nèi)有效，如果在60 s內(nèi)檢測(cè)到門開信號(hào)，則此60 s內(nèi)有效信號(hào)不再有效。

4）4個(gè)玻璃升降器輸出端具有電流保護(hù)和連續(xù)輸出超時(shí)保護(hù)功能。

做出功能框圖和信號(hào)列表。單個(gè)車窗升降開關(guān)不在此做贅述。

3.3.2 遙控開/閉窗

1）當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋時(shí)，鑰匙不在車內(nèi)，且4門車窗處于打開狀態(tài)，按住遙控器的閉鎖鍵＞2 s后，各車窗電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)車窗玻璃上升至車窗頂部后停止；在上升過程中，當(dāng)松開閉鎖鍵，各車窗玻璃停止上升。上升順序可為左前、右前、左后、右后或右前、右后、左前、左后，各窗上升間隔時(shí)間為200 ms。

2）當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋時(shí)，鑰匙不在車內(nèi)，且4門車窗處于關(guān)閉狀態(tài)，長(zhǎng)按遙控器解鎖鍵＞3 s后，車窗控制器控制4門車窗依次下降，順序可為左前、右前、左后、右后或右前、右后、左前、左后，各窗上升間隔時(shí)間為200 ms。

做出功能框圖和信號(hào)列表。

要求：①提供玻璃升降電機(jī)的特性圖、啟動(dòng)電流、工作電流、堵轉(zhuǎn)電流等參數(shù)；②電機(jī)殼體需搭鐵，釋放反向電動(dòng)勢(shì)；③玻璃升降電機(jī)自身應(yīng)具備過熱保護(hù)；④玻璃升降電機(jī)EMC最低要滿足國(guó)標(biāo)要求。

3.4 車門解、閉鎖功能控制及要求

車門鎖解、閉鎖功能分為如下幾種情況。

3.4.1 車門解鎖

1）中控解鎖：點(diǎn)火開關(guān)處于OFF/ACC/ON擋時(shí)，此功能均能實(shí)現(xiàn)。所有車門處于閉鎖狀態(tài)，按下中控鎖解鎖開關(guān)，車身控制器輸出200 ms（可標(biāo)定）的電平驅(qū)動(dòng)門鎖電機(jī)，執(zhí)行解鎖功能。

2）碰撞解鎖：點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋時(shí)，此功能可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車身控制器檢測(cè)到碰撞信號(hào)或不真實(shí)的碰撞信號(hào)，將啟動(dòng)3 s延時(shí)：3 s延時(shí)時(shí)間到，車身控制器連續(xù)5次以400 ms（可標(biāo)定）的時(shí)間間隔，輸出300 ms（可標(biāo)定）電平驅(qū)動(dòng)門鎖電機(jī)，執(zhí)行解鎖命令。

3）遙控解鎖：點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋時(shí)且所有車門處于閉鎖狀態(tài)。按下遙控器解鎖鍵，車身控制器驅(qū)動(dòng)門鎖電機(jī)執(zhí)行解鎖命令。解鎖成功后，車身控制器驅(qū)動(dòng)危險(xiǎn)報(bào)警燈閃爍（次數(shù)可設(shè)定），頂燈點(diǎn)亮。

做出上述幾種模式的功能框圖和信號(hào)列表。

3.4.2 車門閉鎖

1）中控閉鎖：點(diǎn)火開關(guān)處于OFF/ACC/ON擋時(shí)，此功能均能實(shí)現(xiàn)。所有車門處于解鎖狀態(tài)，按下中控鎖閉鎖開關(guān)，車身控制器輸出200 ms（可標(biāo)定）的電平驅(qū)動(dòng)門鎖電機(jī)，執(zhí)行閉鎖功能。

2）車速自動(dòng)閉鎖：點(diǎn)火開關(guān)處于ON擋時(shí)，此功能可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車速達(dá)到設(shè)定值時(shí)，車身控制器接收到車速信號(hào)，執(zhí)行閉鎖命令。

3）遙控閉鎖：①點(diǎn)火開關(guān)處于OFF擋時(shí)，且所有車門處于關(guān)閉和解鎖狀態(tài)；②按下遙控器閉鎖鍵，車身控制器驅(qū)動(dòng)門鎖電機(jī)執(zhí)行閉鎖命令。閉鎖成功后，車身控制器驅(qū)動(dòng)危險(xiǎn)報(bào)警燈閃爍（次數(shù)可設(shè)定），頂燈熄滅。

做出上述幾種模式的功能框圖和信號(hào)列表。

要求：①提供所有門鎖及油箱蓋鎖的電機(jī)特性圖和鎖狀態(tài)信號(hào)；②門鎖電機(jī)具有熱保護(hù)功能；③門鎖電機(jī)EMC最低要滿足國(guó)標(biāo)要求。

4 車身控制器的布置要求

車身控制器的布置應(yīng)充分考慮射頻接收、電源分配及線束走向等要求，如：①車身控制器天線應(yīng)垂直于地平面，RF天線與線束保持50 mm以上間隙；②車身控制器布置遠(yuǎn)離濕區(qū)；③車身控制器高度應(yīng)保證距離地平面＞700 mm；④車身控制器距離地板＞200 mm。

5 結(jié)束語

隨著汽車智能化和總線技術(shù)的發(fā)展，更多的傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用在汽車上，滿足人們對(duì)汽車舒適性、智能化、安全性的要求，車身控制器對(duì)信號(hào)輸入和輸出能力的要求越來越高，平臺(tái)化、高效率、智能化成為車身控制器未來發(fā)展的方向。