李越，吳震云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車車身控制器輸入電路的設(shè)計與分析

李越，吳震云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要針對車身控制器輸入電路設(shè)計以及輸入信號的采集策略進(jìn)行分析和探討，同時對車身控制器與其他ECU模塊之間的接口電路的匹配校核進(jìn)行闡述，對在車身控制器開發(fā)初期的接口電路匹配設(shè)計提供經(jīng)驗，及時規(guī)避錯誤問題。

車身控制器；輸入電路；信號采集策略；接口電路匹配

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-26-03

引言

隨著汽車電子信息技術(shù)的發(fā)展，以及近年來嵌入式系統(tǒng)、局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)總線技術(shù)的成熟，汽車電子控制技術(shù)迅猛發(fā)展，作為整車電氣實現(xiàn)的核心部件車身控制器（Body Control Module，簡稱BCM），在電氣功能的可靠性、多樣性、人性化、智能化等要求越來越高的同時，隨著乘用車電氣功能及配置升高，需求對車身控制器BCM做出更復(fù)雜，可靠性更高的技術(shù)升級。車身控制系統(tǒng)涉及外部燈光、內(nèi)部燈光、門鎖、電動車窗、車身防盜以及后除霜加熱等多個系統(tǒng)的控制。因此BCM需要采集多種類型的、數(shù)量很多的各種輸入信號。在BCM開發(fā)過程中，對輸入信號采集不當(dāng)或者輸入接口電路設(shè)計不合理，可能導(dǎo)致BCM功能紊亂或影響整車功能。為了確保對輸入信號有效采集，保證BCM系統(tǒng)可靠性，現(xiàn)以某自主品牌汽車車身控制器為例，通過以下幾個方面淺析BCM開發(fā)過程中輸入信號設(shè)計方法[1]。

1、BCM輸入接口電路及信號采集策略

1.1 低邊開關(guān)接口電路

圖1 低邊開關(guān)接口電路

對于低有效輸入的I/O信號，電容C1取值根據(jù)信號的頻率確定，由于開關(guān)均是接地有效，頻率不高，使用10nF～100nF的MLCC電容。如果開關(guān)上有帶負(fù)載，電容需要使用2只串聯(lián)使用，以提高耐壓等級。二極管VD1的作用是防止模塊間的串?dāng)_。R1為上拉電阻，除對外部信號采集作用外，另外一個作用是清理開關(guān)觸頭表面的塵垢和腐蝕，以保持觸頭狀態(tài)良好。電阻R2及其R3為分壓電阻。電容C2為濾波電容，電容的取值和休眠后脈沖采集時的采集脈沖寬度有關(guān)，如果脈沖寬度足夠大，電容的充電時間可以被延長，在信號畸變可以被接受的情況下電容的容值可以增大，一般根據(jù)軟件調(diào)試的結(jié)果確定，取值范圍一般在30pF～10nF之間。

上拉電源V1為占空比為50%的PWM電源，可以根據(jù)整車功能定義，V1具有兩種工作模式，1）當(dāng)BCM喚醒時工作，當(dāng)BCM休眠后關(guān)閉，例如轉(zhuǎn)向燈開關(guān)、前霧燈開關(guān)等；2）常工作，當(dāng)BCM喚醒時占空比為50%，但當(dāng)BCM進(jìn)入休眠狀態(tài)后以占空比2.5%進(jìn)行工作，以降低BCM靜態(tài)電流，例如警示燈開關(guān)等。

具體采集策略為，當(dāng)V1為第一種工作模式時，信號采集周期為10ms，采集時間為5ms，當(dāng)連續(xù)6次采集有效時，MCU認(rèn)為開關(guān)信號輸入有效。以轉(zhuǎn)向燈開關(guān)為例，①曲線為轉(zhuǎn)向燈輸入信號，②為轉(zhuǎn)向燈開關(guān)輸入信號，具體采集波形如下：

圖2 BCM喚醒時低邊開關(guān)采樣波形

當(dāng)V1為第二種工作模式時，信號采集周期為100ms，采集時間為2.5ms，當(dāng)?shù)谝淮涡盘柌杉行r，上拉電源V1占空比變?yōu)?0%，周期為10ms，MCU繼續(xù)連續(xù)采集6次，當(dāng)6次采集都有效時，認(rèn)為輸入信號有效。以警示燈開關(guān)為例，①為警示燈輸入信號，②為警示燈開關(guān)輸入信號，具體采集波形如下：

圖3 BCM休眠時低邊開關(guān)采樣波形

1.2 高邊開關(guān)接口電路

電容C1及C2作用為端口防止靜電。R1及其R2主要是清除開關(guān)出頭表面灰塵的濕電流，R3和R4為分壓電阻，C3為濾波電容。對于高邊輸入信號，由于開關(guān)另一端接電源，所以BCM內(nèi)部接口電路無上拉電源。一般對于高邊輸入信號，都定義為點火開關(guān)為ON時有效，例如剎車燈開關(guān)、鑰匙插入開關(guān)等，因此BCM只在點火開關(guān)為ON時進(jìn)行采集，點火開關(guān)為OFF時關(guān)閉。具體采集策略為連續(xù)60ms采集有效MCU即認(rèn)為開關(guān)輸入信號有效，以剎車燈為例，①曲線為轉(zhuǎn)向燈輸出信號，②為剎車燈開關(guān)輸入信號，具體采集波形如下：

圖4 高邊開關(guān)采樣波形

1.3 模擬信號采集電路

BCM采集輸入信號為模擬信號的包括雨刮間歇輸入信號、中控開關(guān)信號、門窗開關(guān)信號等。以中控開關(guān)信號采集電路為例，開關(guān)檔位在中控閉鎖檔位時，電阻為0Ω，開關(guān)檔位在中控開鎖檔位時，電阻為768Ω，需要采集電路對模擬信號進(jìn)行判斷，模擬信號采集電路是直接接到MCU的AD采集端口，以對模擬信號的值進(jìn)行判斷。其中R2及其C2組成RC濾波電路，上拉電源為5V常電源。

圖5 模擬信號接口電路

1.4 PWM采集電路

對于車輛上的背光調(diào)節(jié)信號、車速信號以及碰撞信號等，均為PWM信號1，此類信號均由ECU模塊產(chǎn)生。由于是PWM信號，對信號的失真度有要求，在電路匹配時需要實車測試，以避免信號失真，導(dǎo)致單片機(jī)誤判。PWM接口電路與低邊信號采集電路基本相同，不同的是上拉電源V1不容許使用開關(guān)電路進(jìn)行控制，以避免開關(guān)電路失效，同時脈沖信號經(jīng)過調(diào)理后必須接單片機(jī)的PWM捕獲口。以碰撞信號為例，①為安全氣囊控制器碰撞信號波形，②為BCM輸出的四門解鎖信號。碰撞信號為200ms±10%高電平，40ms±10%低電平；當(dāng)發(fā)生碰撞輸出反向PWM信號：200ms±10%低電平，40ms±10%高電平，BCM采集到4個碰撞信號周期后輸出四門閉鎖器解鎖信號。

圖6 PWM信號采樣波形

2、輸入信號接口電路匹配

在整車設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到多個控制模塊同時采集一個信號的情況，這就需要對兩個控制器模塊內(nèi)部的接口電路進(jìn)行匹配，避免發(fā)生故障。如下為某款自主品牌SUV車型的近光燈電路設(shè)計，近光燈信號由BCM采集，通過BCM進(jìn)行邏輯判斷后，輸出近光燈點亮的CAN信號給室內(nèi)智能電器盒，由室內(nèi)智能電器盒內(nèi)部的IPS直接進(jìn)行驅(qū)動近光燈點亮?？紤]到近光燈作為夜間行車的安全性，當(dāng)BCM故障或者CAN網(wǎng)絡(luò)通信故障時保證近光燈仍然工作，因此室內(nèi)智能電器盒也對近光燈開關(guān)進(jìn)行采集。正常情況下室內(nèi)智能電器盒只對來自BCM的CAN網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行判斷，當(dāng)CAN信號丟失后，室內(nèi)智能電器盒就對通過硬線采集到的近光燈信號進(jìn)行判斷是否點亮近光燈。

當(dāng)點火開關(guān)置于ON檔位，近光燈開關(guān)輸入有效時，BCM內(nèi)部的MCU1通過近光燈接口電路采集近光燈開關(guān)信號，室內(nèi)智能電器內(nèi)部的MCU2通過接口電路也對近光燈信號進(jìn)行采集，不存在問題。

當(dāng)點火開關(guān)置于OFF，車輛設(shè)防后，由于BCM內(nèi)部近光燈采集電路上拉電源為占空比為50%的PWM電源，當(dāng)PWM電源工作在低電平時，低電平信號通過線束連接點①直接到室內(nèi)智能電器盒近光燈接口電路晶體管VT1基極2，晶體管VT1導(dǎo)通，則MCU2認(rèn)為近光燈開關(guān)輸入有效，因此室內(nèi)智能電器盒一直不能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)休眠狀態(tài)，且室內(nèi)智能電器盒是整車CAN網(wǎng)絡(luò)管理上的一個節(jié)點3，導(dǎo)致整車上帶網(wǎng)絡(luò)管理的CAN模塊網(wǎng)絡(luò)不能建環(huán)，整車網(wǎng)絡(luò)無法休眠，導(dǎo)致整車靜態(tài)電流達(dá)到500mA左右，影響車輛功能。

為避免車輛無法休眠，通過在BCM近光燈采集電路②位置增加一個防反二極管，避免晶體管VT1基級接收到BCM內(nèi)部上拉PWM電源的低電平信號而導(dǎo)致VT1飽和導(dǎo)通。

圖7 近光燈信號采樣電路

通過對上述電路進(jìn)行分析可知，在零部件設(shè)計初期，對控制模塊之間的接口電路進(jìn)行匹配校核是非常重要的，避免在驗證階段發(fā)現(xiàn)問題后再進(jìn)行整改，不但更改難度大，且影響整車開發(fā)進(jìn)度。

3、總結(jié)

BCM控制功能越來越復(fù)雜，輸入接口信號數(shù)量也越來越多，那么存在一個開關(guān)信號輸入給不同ECU模塊的情況的可能性更大，那么對于輸入接口電路的設(shè)計及匹配尤為重要。通過對BCM接口電路設(shè)計分析，積累設(shè)計經(jīng)驗，就能更好的避免由于信號匹配問題可能導(dǎo)致的整車潛藏的功能風(fēng)險，保證整車可靠性。

[1]黎新,模塊化車身控制器的開發(fā)[J].北京汽車, 2014,0(5)：22-27.

[2]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000：100-101.

[3]白彥霞，張秋菊. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社, 2009：73-74.

[4]黃剛軍. 基于CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)的車身控制系統(tǒng)[J].電子測試2007,154(7)：15-17.

Research on the input interface circuit design of the vehicle body controller

Li Yue, Wu Zhenyun
(Anhui jianghuai automobile group co., LTD. Anhui Hefei 230601 )

This paper mainly analyzes and discusses the input interface circuit design and the input signal acquisition strategy of the vehicle body controller. At the same time, the matching of the interface circuit between the ECU module and the body controller is described, and provided the experience of the interface circuit matching design for the early development of the body controller , avoiding mistake in time.

Body controller module; Input interface circuit; Signal acquisition strategy; The matching of the interface circuit

U462.1

A

1671-7988(2017)02-26-03

李越，（1987-）男，大學(xué)本科，助理工程師就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事工作：整車系統(tǒng)集成設(shè)計、車身控制器及其電器盒設(shè)計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.009