車身控制模塊設計與實現(xiàn)

覃華強

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車電子技術的發(fā)展，以及汽車功能的日益增加，越來越多的電控單元被應用到汽車上，在車身電子領域出現(xiàn)了如刮水控制器、電動門窗控制器、發(fā)動機防盜控制器、燈光控制器、中控鎖模塊、遙控模塊等，這些分離模塊的大量使用，在提高車輛舒適性的同時也帶來了成本增加、故障率上升、布線復雜、維修困難、空間布置困難等問題。同時，隨著汽車電子的發(fā)展，大量的數(shù)據(jù)信息需要在不同的電子單元間共享，傳統(tǒng)的分離式模塊已無法滿足需求，于是需要一個集中控制模塊。車身電子控制模塊BCM（Body Control Module）就是一個對多個電器系統(tǒng)進行集中控制的模塊。它有減少車身線束、空間占用小、通信網(wǎng)絡可靠、通信速率高、提高整車運行性能和可靠性等優(yōu)點。

1 車身控制模塊功能定義

車型采用BCM后，需根據(jù)市場及規(guī)劃給出的整車需求，對整車功能進行分解，定義哪些功能由BCM來實現(xiàn)。本文以CN200車型為例，根據(jù)整車需求，得出車身控制器的功能定義如表1所示。

2 車身控制器原理框圖

BCM是由MCU、電源管理模塊、輸入／輸出模塊、驅(qū)動電路等組成。車身控制器的基本原理為通過外部I／O或CAN、LIN總線接口等，接收車內(nèi)的一些開關信號、傳感器信號以及其它控制器的數(shù)據(jù)信號，通過微處理器MCU實現(xiàn)控制邏輯，MCU通過控制驅(qū)動電路實現(xiàn)對外部負載的控制。BCM的原理框圖如圖1所示。

圖1 車身控制器原理框圖

3 車身控制器設計

3.1 輸入端口設計

輸入端口根據(jù)輸入類型的不同，可分為：高電平輸入、低電平輸入和模擬量輸入。在設計輸入電路時，需對輸入電路進行匹配，考慮抗干擾能力。對于低電平輸入，由于采用BCM內(nèi)部上拉的電路，對一些多控制器共同采集的信號 （例如制動開關），以及直接控制負載的開關輸入 （例如后備廂開關，其直接控制后備廂燈），輸入電路中需增加防反二極管，防止上拉電壓影響其它控制器的信號采集或負載電流串入BCM中形成回路。圖2為輸入端口電路實例。

表1 BCM功能配置列表

3.2 功率驅(qū)動輸出設計

根據(jù)車身控制器控制對象的不同，功率驅(qū)動輸出主要分為：內(nèi)部功率器件輸出、內(nèi)部繼電器輸出和外部繼電器輸出。

1）內(nèi)部功率器件主要為集成MOSFET管驅(qū)動芯片，其具有電流檢測、斷路、短路保護的特點，一般應用于轉(zhuǎn)向燈控制，可實現(xiàn)缺燈檢測的功能。

2）內(nèi)部繼電器，即板載繼電器，多為雙胞繼電器，一個封裝內(nèi)有兩個繼電器，可節(jié)省PCB布板的空間，一般應用于電機類正反轉(zhuǎn)控制，如中控電機。

3）外部繼電器一般位于熔斷絲盒內(nèi)，用于控制大電流執(zhí)行器，如近遠光燈、刮水電機等，此類執(zhí)行器工作電流較大，刮水電機啟停時產(chǎn)生較大反電動勢，不容易由BCM內(nèi)部繼電器進行控制。通過外部繼電器控制可實現(xiàn)小電流控制大電流，提高BCM的EMC性能。

在對驅(qū)動輸出進行設計時，應根據(jù)執(zhí)行元件的功率及電器特性來選擇，對于多路輸出的內(nèi)部功率驅(qū)動芯片，應盡量將不會同時工作的執(zhí)行器放在同一芯片上進行控制輸出，防止同時工作時瞬間電路過大，影響芯片性能。

3.3 BCM電源分配

BCM的電源主要用于芯片及內(nèi)部繼電器供電，CN200采用XNP公司生產(chǎn)的SBC電源管理芯片，將12V轉(zhuǎn)換為5V給芯片供電，其還具有電源分配、檢測及電源管理功能，并集成CAN收發(fā)器，降低了BCM的成本。圖3為CN200的BCM電源分配狀態(tài)圖。

圖2 輸入端口電路實例

圖3 BCM電源分配狀態(tài)

在進行電源分配時，出于成本考慮，BCM電源熔斷絲有限，需根據(jù)輸出電流的大小進行電源共用。共用電源需考慮干擾的問題，例如：危險報警燈功率芯片與背光燈功率芯片不能共用一路電源，當危險報警燈打開時，由于其功率較大且為周期啟停，在啟動瞬間將電源電壓拉低，導致共用電源的背光輸出電壓被拉低，對于LED背光，其較敏感，電壓變化導致其發(fā)光強度降低，造成LED背光隨危險報警燈頻率產(chǎn)生明暗變化，影響視覺感官。

3.4 低功耗

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

正常情況下，BCM需周期掃描所有I／O端口的狀態(tài)，當一次掃描完成后，需間隔20ms再進行下一次掃描，CN200的BCM通過控制電源管理芯片SBC，在間歇的20ms時間內(nèi)關閉I／O采集端口的電源，達到降低BCM功耗的功能。

CN200的BCM采用電源管理芯片SBC進行供電，當滿足休眠條件時，MCU進入低功耗模式，關閉大部分功能，僅對喚醒源進行定周期掃描，MCU同時通過SPI通信使SBC進入低功耗狀態(tài)，在保證MCU供電的情況下，關閉其它不必要的供電電源，從而降低BCM的功耗。

3.5 休眠喚醒

由于BCM的供電電源為常電，為減少停車時對蓄電池的電流損耗，需使BCM進入休眠模式，當滿足設定的休眠條件時，BCM進入休眠模式。

CN200 BCM有兩種進人休眠模式的方式：①當遙控閉鎖成功后5min進入休眠；②未進行遙控閉鎖時，滿足4門關閉等條件下，10min后進入休眠。第②種方式是為了滿足工廠模式的特殊情況，在工廠時，車輛需停放一段時間，由于車輛較多，遙控閉鎖后管理鑰匙較復雜，所以鑰匙一般放置在車內(nèi)。如僅使用第①種方式，BCM不能休眠，長時間放置后，消耗蓄電池電能，導致車輛無法啟動。而設計的第②種方式有效地解決了工廠模式的問題，且在10min等待期間，BCM如檢測到喚醒條件，會返回正常工作模式，滿足用戶的實際使用需求。BCM休眠喚醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

3.6 跛行功能

隨著汽車的普及，行車安全越來越受到關注，因此對汽車功能安全的要求應運而生。對于BCM來說，其功能安全要求主要表現(xiàn)為跛行功能：當BCM主芯片故障不能工作時，影響行車安全的重要功能應不受影響，如近光燈、前刮水器、位置燈；CN200采用看門狗備份電路，正常情況下BCM主芯片定期發(fā)送指令復位看門狗，如主芯片由于故障超時未復位看門狗，則看門狗可立即對主芯片進行復位重啟，同時將近光燈、前刮水器、位置燈的控制電路切換到備份硬件電路，不受MCU的故障影響，保障這些功能可以正常實現(xiàn)。

圖4 BCM休眠喚醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

4 車身控制器實現(xiàn)

經(jīng)過前期設計論證，目前CN200 BCM的PCB已完成工裝樣品制造 （圖5），并裝配到CN200軟工裝車中，通過功能測試，其基本完成預期設計功能。

圖5 BCM電路板