汽車電路模塊化設(shè)計(jì)研究

王宜海

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全性、舒適性和操作便利性及維修方便性要求越來越高。而支撐這些性能的是電子電氣設(shè)備，導(dǎo)致汽車上電子電氣設(shè)備越來越復(fù)雜，這些電子電氣設(shè)備由不同的車身控制器控制，各車身控制器功能固定，造成現(xiàn)在汽車上車身控制器種類繁多，增加了汽車電路設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和維修困難。本文探討一種全新的電路設(shè)計(jì)方法，將各種車身控制器統(tǒng)一成一種，這種控制器中集成多種軟件來實(shí)現(xiàn)不同的功能，將該控制器裝在汽車上不同的部位可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)汽車電路模塊化設(shè)計(jì)，降低汽車電路設(shè)計(jì)和維修的復(fù)雜性，提高了整車維修的便利性。

2 電路模塊化設(shè)計(jì)方法

2.1 現(xiàn)有汽車電路設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述

圖1 汽車電路原理示意圖

現(xiàn)有技術(shù)如圖1 所示，包括點(diǎn)火開關(guān)1、前車身控制器2、左車身控制器3、中車身控制器4、右車身控制器5、后車身控制器6、蓄電池8。前車身控制器2 與前小燈21、近光燈22、遠(yuǎn)光燈23、前霧燈24 等車輛前部電器設(shè)備相連；左車身控制器3 與左車窗玻璃升降開關(guān)31、右車窗玻璃升降開關(guān)32、中控鎖開關(guān)33、左車窗升降電機(jī)34、左門燈35 等車輛左部電器設(shè)備相連；中車身控制器4 與小燈開關(guān)41、近光燈開關(guān)42、遠(yuǎn)光燈開關(guān)43、雨刮開關(guān)44、雨刮電機(jī)45 等車輛中部電器設(shè)備相連；右車身控制器5 與右車窗玻璃升降開關(guān)51、右門觸開關(guān)52、右車窗升降電機(jī)53、右門燈54 等車輛右部電器設(shè)備相連；后車身控制器6 與后小燈61、制動(dòng)燈62、倒車燈63、后霧燈64 等車輛后部電器設(shè)備相連。

2.2 電路模塊化設(shè)計(jì)方案

本文的汽車電路模塊化設(shè)計(jì)方法 ，如圖2 所示，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上將前車身控制器2、左車身控制器3、中車身控制器4、右車身控制器5、后車身控制器6 都改成車身控制器7。車身控制器7 線束端口分為地址區(qū)71、信號(hào)采集區(qū)72 和負(fù)載驅(qū)動(dòng)區(qū)73，地址區(qū)用于車身控制器7 判斷自己被裝配在哪個(gè)位置，從而應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，車身控制器7 中除了自身的驅(qū)動(dòng)軟件外還集成5 個(gè)功能軟件，5 個(gè)功能軟件分別具有前車身控制器2、左車身控制器3、中車身控制器4、右車身控制器5、后車身控制器6 所應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。信號(hào)采集區(qū)用于采集小燈開關(guān)、霧燈開關(guān)等各種開關(guān)狀態(tài)，負(fù)載驅(qū)動(dòng)區(qū)用于驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電器負(fù)載，如小燈、霧燈、雨刮器電機(jī)等。

其工作過程如下：

當(dāng)司機(jī)上車接通點(diǎn)火開關(guān)1 后車身控制器7 上電，車身控制器7 自身的驅(qū)動(dòng)軟件采集車身控制器7 線束端口的地址區(qū)短接信號(hào)，通過該地址區(qū)的短接信號(hào)判斷自己被裝在哪個(gè)位置，從而調(diào)用5 個(gè)功能軟件中的相應(yīng)程序來實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集區(qū)和負(fù)載驅(qū)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)的功能。

2.3 控制器電路原理

改進(jìn)后的車身控制器電路原理如圖3 所示，其中包括電源芯片9、MCU10 和驅(qū)動(dòng)電路11，電源芯片9 將蓄電池8的電壓轉(zhuǎn)換后給MCU10 供電，MCU10 采集引腳71(1)、71（2）、71（3）、71（4）、71（5）、71（6）的高或低電平信號(hào)，經(jīng)過MCU10 軟件處理后控制驅(qū)動(dòng)電路11 是否輸出高電平驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)。

圖3 改進(jìn)后的控制器電路原理示意圖

車身控制器7 線束端口地址區(qū)71 中有4 個(gè)引腳：引腳71（1）、引腳71（2）、引腳71（3）、引腳71（4），把地址區(qū)71 中的引腳定義如下：如果引腳71（1）和引腳71（2）通過線束被短接，71（2）引腳變成低電平，MCU10 采集到71（2）引腳變成低電平后，MCU10 則判斷該車身控制器7被裝在前車身控制器2 的位置，執(zhí)行5 個(gè)功能軟件中前車身控制器2 對(duì)應(yīng)的功能軟件；如果引腳71（1）和引腳71（3）通過線束被短接，71（3）引腳變成低電平，MCU10 采集到71（3）引腳變成低電平后，MCU10 則判斷該車身控制器7被裝在左車身控制器3 的位置，執(zhí)行5 個(gè)功能軟件中左車身控制器3 對(duì)應(yīng)的功能軟件；如果引腳71（1）和引腳71（4）通過線束被短接，71（4）引腳變成低電平，MCU10 采集到71（4）引腳變成低電平后，MCU10 則判斷該車身控制器7被裝在中車身控制器4 的位置，執(zhí)行5 個(gè)功能軟件中中車身控制器4 對(duì)應(yīng)的功能軟件；如果引腳71（2）和引腳71（3）通過線束被短接，三極管Q3 截止，三極管Q4 導(dǎo)通，三極管Q4 導(dǎo)通后將引腳71（5）電平拉低，71（5）引腳變成低電平，MCU10 采集到71（5）引腳變成低電平后，MCU10 則判斷該車身控制器7 被裝在右車身控制器5 的位置，執(zhí)行5個(gè)功能軟件中右車身控制器5 對(duì)應(yīng)的功能軟件；如果引腳71（2）和引腳71（4）通過線束被短接，三極管Q1 截止，三極管Q2 導(dǎo)通，三極管Q2 導(dǎo)通后將引腳71（6）電平拉低，71（6）引腳變成低電平，MCU10 采集到71（6）引腳變成低電平后，MCU10 則判斷該車身控制器7 被裝在后車身控制器6 的位置，執(zhí)行5 個(gè)功能軟件中后車身控制器6 對(duì)應(yīng)的功能軟件。

電阻R16、R17、R18 組成低邊采集電路，圖3 中只例舉了一個(gè)低邊采集電路，低邊采集電路的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要采集的信號(hào)確定。圖3 中只例舉了一個(gè)高邊驅(qū)動(dòng)電路11，高邊驅(qū)動(dòng)電路的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際電器負(fù)載個(gè)數(shù)確定。

3 結(jié)束語

汽車電路模塊化設(shè)計(jì)結(jié)合了汽車EE 架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，將現(xiàn)用的分布式離散功能型ECU 整合成域控制型ECU，目前還存在成本高的問題，已匹配在某重型全驅(qū)卡車上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，是對(duì)汽車電路模塊化設(shè)計(jì)的探索。