陳天殷

（美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江杭州 310013）

車(chē)身功能控制與監(jiān)視的中樞
——車(chē)身控制模塊BCM

陳天殷

（美國(guó)亞派克機(jī)電（杭州）有限公司，浙江杭州 310013）

介紹車(chē)身控制模塊BCM系統(tǒng)的組成和控制、監(jiān)視原理，闡述BCM的失效保護(hù)模式。提升汽車(chē)的系統(tǒng)安全性、長(zhǎng)期運(yùn)行的可維護(hù)性和可靠性，促進(jìn)汽車(chē)電子技術(shù)智能化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)。

車(chē)身控制模塊；CAN總線；失效保護(hù)；可靠性；智能化

面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題，“計(jì)算機(jī)化”和“輕量化”已成為當(dāng)前和未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主要方向。無(wú)論是傳統(tǒng)汽車(chē)，還是新能源汽車(chē)、混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，最大程度地降低功耗、節(jié)能以及增強(qiáng)整體性能是整個(gè)行業(yè)面對(duì)的挑戰(zhàn)。

1 BCM概述

車(chē)身控制模塊BCM是高集成度的芯片。BCM的英文全稱(chēng)是Body Control Module。其控制對(duì)象是采用高靈敏度帶喚醒及睡眠檢測(cè)的高頻收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)車(chē)窗遙控上鎖與開(kāi)鎖、電動(dòng)后視鏡、中控門(mén)鎖、玻璃升降裝置、車(chē)燈（遠(yuǎn)光燈、近光燈、位置燈、制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈和車(chē)內(nèi)照明等）、車(chē)窗加熱化霜裝置、儀表背光調(diào)節(jié)和電源分配。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的執(zhí)行元件為電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)、永磁電機(jī)、伺服電機(jī)等）、電磁閥與電磁開(kāi)關(guān)。負(fù)載功率從數(shù)瓦到數(shù)十瓦、上百瓦不等。BCM內(nèi)部裝置有繼電器等功率器件，可直接控制較大的負(fù)載。

中國(guó)市場(chǎng)的汽車(chē)，轎車(chē)一般采用12V電系，載貨汽車(chē)和客車(chē)一般采用24V電系。在12V電系中BCM采用線性穩(wěn)壓器，24V電系的BCM采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（轉(zhuǎn)換效率高，但成本較高）。

BCM的輸入電壓范圍在－0.5～32V之間，輸出電壓為3.3V或5V。當(dāng)今汽車(chē)上用電設(shè)備日益增多，對(duì)于電源的要求，和所有用電設(shè)備一樣，BCM也需要充分將自身的靜態(tài)電流設(shè)計(jì)得足夠低，以應(yīng)對(duì)停車(chē)時(shí)間或怠機(jī)過(guò)長(zhǎng)，蓄電池因過(guò)放電會(huì)使車(chē)輛無(wú)法起動(dòng)。而且車(chē)身控制模塊應(yīng)盡量安放在遠(yuǎn)離熱源之處，并提供過(guò)溫保護(hù)。

圖1為車(chē)身控制模塊BCM的系統(tǒng)架構(gòu)圖。展示了智能化的汽車(chē)車(chē)身電子控制與監(jiān)視的方案，汽車(chē)車(chē)身（車(chē)燈、門(mén)鎖、車(chē)窗等）的相關(guān)功能表達(dá)在BCM的系統(tǒng)架構(gòu)中。

圖1 車(chē)身控制模塊BCM的系統(tǒng)架構(gòu)

汽車(chē)車(chē)身上眾多部件和組件的功能操作通過(guò)BCM實(shí)現(xiàn)電子控制和監(jiān)視。各電子設(shè)備之間信息共享越來(lái)越多，一項(xiàng)信息能同時(shí)供多個(gè)部件和組件使用。所以，BCM不僅功能更加強(qiáng)大，其通信功能也越來(lái)越強(qiáng)大。單一集中式的BCM難以完成日益龐大的控制?？偩€化、網(wǎng)絡(luò)化的BCM成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

BCM能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外燈光控制、刮水洗滌邏輯控制和自動(dòng)功能、中央門(mén)鎖控制、喇叭除霜和四輪驅(qū)動(dòng)功能等。BCM在基本功能上具備邏輯功能的關(guān)聯(lián)、人性化設(shè)計(jì)等，如前照燈自動(dòng)熄滅、遙控鎖車(chē)后會(huì)自動(dòng)關(guān)窗、刮水器可根據(jù)車(chē)速及雨量自動(dòng)調(diào)節(jié)刮水速度等。

2 BCM與ECU的分工

系統(tǒng)通過(guò)智能化的電子控制方案，使汽車(chē)車(chē)身（車(chē)燈、門(mén)鎖、車(chē)窗等）的相關(guān)功能像CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)一樣工作，通過(guò)CAN／LIN與遠(yuǎn)程ECU通信或直接來(lái)自DBM。通常，車(chē)身控制模塊融入了遙控開(kāi)鎖和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)等的射頻識(shí)別（RFID）功能。

對(duì)眾多車(chē)身的功能部件電器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)綜合這些離散的控制器功能，設(shè)計(jì)了功能強(qiáng)大的控制模塊——車(chē)身控制模塊BCM。解決了大量分立的電控單元、分離模塊間復(fù)雜的數(shù)據(jù)通信、布線繁雜、成本增加和故障率上升的問(wèn)題。

ECU為電子控制單元，俗稱(chēng)車(chē)載電腦，實(shí)則是汽車(chē)專(zhuān)用的微機(jī)控制器，早先被稱(chēng)作車(chē)用單片機(jī)。這種汽車(chē)專(zhuān)用的單片機(jī)由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM／RAM）、輸入／輸出接口（I／O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）組成，包括中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括模擬多路轉(zhuǎn)換器、顯示驅(qū)動(dòng)電路和脈寬調(diào)制電路等）。作為行車(chē)電腦，ECU的控制重點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)。其中與之通信的是基于CAN總線的動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器）控制模塊PCM（如2013年款君威GL8）。PCM用于動(dòng)力輸出的控制，接收傳感器和空氣流量計(jì)的信息，根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷、處理，然后向噴油器提供一定寬度的電脈沖信號(hào)，以控制噴油量、空氣的配給（電子節(jié)氣門(mén)）、噴油及點(diǎn)火的時(shí)機(jī)、進(jìn)氣壓力的調(diào)整，還要根據(jù)溫度、負(fù)荷、爆震、燃燒狀況等來(lái)決定發(fā)動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償控制系數(shù)。ECU實(shí)物照片見(jiàn)圖2。

無(wú)論ECU還是BCM，以及汽車(chē)電子器件之間的通信，系統(tǒng)皆需憑借車(chē)用總線K-LINE、CAN（H-speed、L-speed）、LIN、FlexRay、MOST等相互聯(lián)絡(luò)。表1對(duì)各類(lèi)總線接口做了簡(jiǎn)介。

圖2 ECU實(shí)物照片

表1 各類(lèi)總線接口簡(jiǎn)介

總線通信需滿(mǎn)足相應(yīng)的硬件接口規(guī)范和信號(hào)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，通信的各方只有符合標(biāo)準(zhǔn)才能發(fā)生聯(lián)系，并同時(shí)滿(mǎn)足應(yīng)用通信協(xié)議，如信息矩陣等。符合上述條件才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能規(guī)范。

BCM實(shí)物照片見(jiàn)圖3。

圖3 BCM實(shí)物照片

一般情況下，ECU裝置在儀表板下方，也有裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)的。形狀是四方形板狀，為便于散熱，制成鋁制外殼，足以應(yīng)對(duì)汽車(chē)惡劣的工況。

一旦BCM出現(xiàn)故障（即失效）時(shí)，監(jiān)測(cè)、記錄故障代碼后，為保護(hù)系統(tǒng)及行駛安全，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入一種安全保護(hù)模式，使車(chē)輛能夠暫時(shí)繼續(xù)行駛，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈，警告駕駛員就近盡快維修。此時(shí)，ECU直接采用存儲(chǔ)器中預(yù)先存入的代用值來(lái)替代，使系統(tǒng)繼續(xù)工作。但不同的控制系統(tǒng)，失效保護(hù)操作不同，而且同一控制系統(tǒng)的失效保護(hù)模式也未必相同，不同的故障點(diǎn)有不同的失效保護(hù)操作。

以2014年款雷克薩斯LS460L實(shí)際車(chē)型為例，其ECU電壓工作范圍在6.5～16 V，工作電流在0.015～0.1 A，工作溫度可低至-80℃，能承受1 000 Hz以下的振動(dòng)，因此可靠性極高。ECU的核心CPU實(shí)施運(yùn)算與控制功能，存儲(chǔ)器ROM中存放的程序是經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和大量試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，該固定程序不斷地與采集來(lái)的各傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較和精算。將比較和計(jì)算的結(jié)果用于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、空燃比、怠速、廢氣再循環(huán)等多項(xiàng)參數(shù)的控制。它還有故障自診斷和保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它能在RAM中自動(dòng)記錄故障代碼，并采用保護(hù)措施從上述的固有程序中讀取替代程序來(lái)維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使汽車(chē)能開(kāi)到修理廠。

RAM能不停地記錄車(chē)輛行駛中的數(shù)據(jù)，成為ECU的學(xué)習(xí)程序，為適應(yīng)駕車(chē)人駕駛習(xí)慣提供最佳的控制狀態(tài)，該程序即為自適應(yīng)程序。必須注意，由于它是存儲(chǔ)在RAM之中，如同錯(cuò)誤碼一樣，一旦去掉蓄電池或斷電，所有數(shù)據(jù)會(huì)丟失。

不僅發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用ECU，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)和多向可調(diào)電控座椅等皆有各自的ECU。為簡(jiǎn)化電路和降低成本，ECU間，ECU與BCM之間的信息傳遞皆采用多路復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整車(chē)的ECU／BCM形成一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是CAN數(shù)據(jù)總線。

3 BCM系統(tǒng)組成及控制原理

控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）和本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）及FlexRay是常用的汽車(chē)總線。CAN總線是串行多主站控制器實(shí)時(shí)控制的局域網(wǎng)總線，信息傳輸方式是同步的，物理層為單線；架構(gòu)為一個(gè)主設(shè)備，2～10個(gè)從設(shè)備。LIN信息傳輸方式是異步的，物理層為雙線；架構(gòu)為多個(gè)主設(shè)備，10～300個(gè)從設(shè)備。兩者皆有較高的擴(kuò)展能力。CAN數(shù)據(jù)率為20 kB／s，LIN數(shù)據(jù)率高速達(dá)1 MB／s，低速為125 kB／s。低速CAN總線能增加總線的傳輸距離，提高抗干擾能力，降低硬件成本?？刂茖?duì)象是數(shù)量較多，對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求不高，如以低速電機(jī)、電磁閥、各類(lèi)燈具和開(kāi)關(guān)器件等為主。而通過(guò)LIN總線進(jìn)行通信是主控模塊、門(mén)控模塊、中控鎖模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊等，它們是帶寬、復(fù)雜性等要求較低的低速系統(tǒng)，如開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載或位置型系統(tǒng)的控制。汽車(chē)刮水器、氣流循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇皆為大電感性負(fù)載，欲降低開(kāi)關(guān)時(shí)強(qiáng)烈的反電勢(shì)對(duì)系統(tǒng)電源的沖擊，運(yùn)用脈寬調(diào)制（PWM）實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，也同時(shí)保護(hù)了用電裝置，提高整車(chē)的電磁兼容性。PWM是通過(guò)調(diào)整輸出周期（該輸出通常是一固定頻率的開(kāi)關(guān)信號(hào)）的占空比大?。}沖寬度），控制照明燈的點(diǎn)亮熄滅時(shí)間，來(lái)達(dá)到亮度的調(diào)節(jié)。

圖4為CAN／LIN混合總線的車(chē)身控制模塊BCM功能原理方框圖。

圖4 車(chē)身控制模塊BCM功能原理方框圖

MCU（微控制器或稱(chēng)單片機(jī)）是整個(gè)車(chē)身控制模塊的核心，它像總線和網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)關(guān)那樣工作，監(jiān)視并控制著車(chē)身控制器中的各種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器按協(xié)議要求工作。對(duì)相應(yīng)的輸入作出反應(yīng)，根據(jù)預(yù)先的邏輯規(guī)劃做出相應(yīng)的輸出控制，是系統(tǒng)的中樞。其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)信號(hào)共享，一個(gè)輸入信號(hào)，通過(guò)BCM實(shí)現(xiàn)車(chē)身的多項(xiàng)控制功能。有個(gè)性化編程，駕駛者簡(jiǎn)單操作可改變某些與BCM相關(guān)的控制功能。且并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制器，以有效抑制當(dāng)瞬間電源負(fù)載突降（如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間）出現(xiàn)高達(dá)+45V的高壓脈沖及不穩(wěn)定的電源雜波——該指標(biāo)須符合汽車(chē)12V電源系統(tǒng)的ISO16750-2—2003中4.6的過(guò)電壓測(cè)試規(guī)范。

3.1 輸入控制

由于負(fù)載能力、抗干擾能力等客觀情況，許多信號(hào)量無(wú)法直接施加至MCU之上，須有適當(dāng)?shù)妮斎腚娐罚↖nput circuit）將信號(hào)進(jìn)行隔離、調(diào)理，方可安全可靠地傳遞給MCU。下面以開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)2種來(lái)分述。

1）開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入。即將系統(tǒng)與電源正（+B）或者電源搭鐵（GND）來(lái)判斷是否存在開(kāi)關(guān)動(dòng)作。開(kāi)關(guān)輸入僅2種狀態(tài)：接高電平與搭鐵。

如點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通，BCM接入信號(hào)為+B；而點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，BCM信號(hào)變?yōu)閼铱?。又如門(mén)接觸開(kāi)關(guān)，車(chē)門(mén)打開(kāi)，開(kāi)關(guān)便接通，到BCM的信號(hào)是搭鐵；車(chē)門(mén)關(guān)閉，到BCM的信號(hào)便會(huì)懸空。這正是常需信號(hào)電壓幅度的原因。

2）脈沖信號(hào)輸入。脈沖信號(hào)可視為某種有周期規(guī)律的開(kāi)關(guān)信號(hào)。如解碼器的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，氣囊信號(hào)，車(chē)速信號(hào)等。所有電子部件之間凡有信號(hào)交互通信，其接口皆必須有軟硬件匹配，才可保證系統(tǒng)可靠工作。

BCM內(nèi)部處理電路有其自身穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài)。外界的輸入會(huì)試圖改變這種邏輯狀態(tài)，于是被BCM最終識(shí)別。一般可靠的高電平要求大于0.7V，可靠的低電平要求小于0.2V。而介于兩者之間的電平輸入，MCU有可能邏輯誤判，開(kāi)關(guān)自身接觸電阻過(guò)大會(huì)有可能引起輸入信號(hào)的變異，

通信接口（Interface）。車(chē)內(nèi)各獨(dú)立的電子控制模塊間以及車(chē)身控制模塊的遠(yuǎn)程子模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換皆需經(jīng)通信接口。高速CAN（據(jù)ISO 119898，速率高達(dá)1MB／s）系一項(xiàng)雙線容錯(cuò)的差動(dòng)總線，具有共模范圍寬輸入和差動(dòng)信號(hào)技術(shù)，是互連車(chē)內(nèi)各個(gè)電子模塊的主要汽車(chē)總線類(lèi)型。LIN總線支持低速（20kB／s）單總線有線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對(duì)與信息娛樂(lè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程子功能的通信。通過(guò)CAN總線以及診斷插頭等接口實(shí)現(xiàn)通信檢測(cè)。

A／D轉(zhuǎn)換。由傳感器輸入信息（雨量、陽(yáng)光）或電流信息（車(chē)窗電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)）的檢測(cè)皆是對(duì)電壓模擬量的測(cè)量。如果是一些較小的電壓微量變化，則難以被MCU識(shí)別，得由放大電路提升信號(hào)幅度。

射頻識(shí)別（RFID）。最常見(jiàn)的是遙控開(kāi)鎖系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜止鎖系統(tǒng)兩項(xiàng)功能。設(shè)計(jì)制造商提供用于點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鑰匙（發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)）進(jìn)行加密通信的LF IC，以及用于與遠(yuǎn)程通信的UHF（頻率低于1 GHz）收發(fā)器，它具有超低功耗（靜態(tài)電流小于30 μA，驅(qū)動(dòng)電流范圍在100～300 mA之間），以對(duì)車(chē)門(mén)和報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行鎖定／解鎖。

3.2 輸出控制

負(fù)載驅(qū)動(dòng)器（Load Drive）。BCM中的主要負(fù)載驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型是各類(lèi)燈具和繼電器?？刂栖?chē)外部燈的電源開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)器直接安裝在控制器上。繼電器是用作較大功率負(fù)載或其它電子模塊供電。整車(chē)的電池充放電和負(fù)載管理其他ECU的負(fù)載分配，則由電流監(jiān)控功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于負(fù)載能力的先天限制，許多負(fù)載不能直接由MCU的I／O進(jìn)行控制，須由適當(dāng)?shù)妮敵鼋涌陔娐穼?shí)現(xiàn)BCM對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行控制。BCM的主要輸出控制有下述3類(lèi)。

1）繼電器控制輸出：由BCM控制外部繼電器，啟動(dòng)繼電器。

2）小功率負(fù)載輸出：由BCM直接控制警示燈、指示燈及較小功率燈具（如頂燈、安全帶指示燈、踏步燈等）。

3）大功率負(fù)載輸出：直接控制外部大功率負(fù)載，如電動(dòng)車(chē)窗和中控鎖控制輸出等。

以中央門(mén)鎖控制功能而言，其功能可列出如下10余項(xiàng)：車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)、安全氣囊、組合儀表、左右前門(mén)玻璃升降器開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、左右前閉鎖器、左右后閉鎖器、聲響警報(bào)（喇叭等）、安全帶未扣開(kāi)關(guān)信號(hào)和前照燈組合等。

其他如車(chē)速信號(hào)輸入，其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在中控門(mén)鎖的繼電器中，使行車(chē)時(shí)無(wú)法打開(kāi)車(chē)門(mén)，確保安全。

不論何種輸出方式，皆須保證整個(gè)回路的任何部分其負(fù)載能力能承受并給出足夠大的裕量。

3.3 電源管理

電源管理（power management）有足夠低的靜態(tài)電流的線性穩(wěn)壓器，對(duì)斷開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的操作模式的待機(jī)狀態(tài)極有利，極大減少漏電流損失和較大的壓降，防止超出負(fù)載突降的電壓容限。

開(kāi)關(guān)電源的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（EFT）不僅提高轉(zhuǎn)換效率，還可以通過(guò)多個(gè)開(kāi)關(guān)電源（SMPS），采用電源定序，選用合適的輸入電容限制浪涌電流，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)減少紋波電流，也有利于改善電磁干擾（EMI），提高電磁兼容性。穩(wěn)壓電源可提供極佳的總體穩(wěn)壓精度、瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償。

電源管理還涵蓋高低壓保護(hù)，延時(shí)斷電和系統(tǒng)休眠等功能。性能優(yōu)異的車(chē)身控制模塊不僅有極低的靜態(tài)電流，還提供睡眠模式（低的發(fā)射功率，卻有高的接收靈敏度，低功耗及適宜的頻率范圍等）。如安森美半導(dǎo)體公司的一款ON-53480高頻收發(fā)器，其靜態(tài)電流低至1μA，信號(hào)電平10dBm，接收靈敏度低于-100dBm，工作電流10mA，頻率范圍為280～343MHz，帶有喚醒及睡眠檢測(cè)功能。

電源電路的保護(hù)（如浪涌電流保護(hù)、跌落保護(hù)）以應(yīng)對(duì)汽車(chē)惡劣的運(yùn)行環(huán)境，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作。對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是ISO11542，ISO7637-2等。

3.4 高頻接收電路

遙控接收電路的作用是將遙控器發(fā)送端發(fā)送的高頻調(diào)制信號(hào)接收后，再將數(shù)據(jù)解調(diào)出來(lái)，由BCM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷。常用的調(diào)制／解調(diào)高頻接收電路（High frequency receiving circuit）其工作模式可分為超再生和超外差兩種。汽車(chē)常用的工作頻率有315MHz和433.93MHz，僅有少量工作在866MHz。法規(guī)《微功率（短距離）無(wú)線電設(shè)備管理暫行規(guī)定—2005版》對(duì)RKE的所用頻率有嚴(yán)格要求。

超外差接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，抗干擾能力好，與單片機(jī)配合的性能較穩(wěn)定。缺點(diǎn)是靈敏度低于超再生接收機(jī)，價(jià)格也遠(yuǎn)高于超再生接收機(jī)。

高頻接收電路決定遙控接收效果。除自身的性能和遙控發(fā)射器性能要求外，還需要適配高效的接收天線。BCM常用的有橡膠天線、外拖軟導(dǎo)線和直接使用PCB印制天線。外拖天線和印制天線，通常取所用頻率波長(zhǎng)的1／2n效果最佳，波長(zhǎng)λ=c／f（c=光速）。

美國(guó)安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）產(chǎn)品有高能效高性能的電子器件和控制器，在汽車(chē)電子技術(shù)有較出色的表現(xiàn)。表2介紹了安森美BCM各類(lèi)汽車(chē)總線的特性與典型收發(fā)器的比較?？稍谄渚W(wǎng)站上查到。

表2 安森美BCM各汽車(chē)總線的特性與典型收發(fā)器

4 車(chē)身控制模塊的失效保護(hù)

失效保護(hù)模式是指汽車(chē)電子控制模塊在檢測(cè)到某一驅(qū)動(dòng)器、傳感器或其電路出現(xiàn)故障（即失效）時(shí)，在記錄故障代碼后，為保護(hù)系統(tǒng)及行駛安全，系統(tǒng)進(jìn)入的一種安全保護(hù)模式，使車(chē)輛能夠暫時(shí)行駛，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈，警告駕駛員就近盡快維修。

固態(tài)開(kāi)關(guān)和熔斷器成為BCM的重要組成部件。車(chē)燈、門(mén)鎖作為車(chē)身控制模塊的負(fù)載皆有驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，各驅(qū)動(dòng)器支路皆配備熔斷器。BCM會(huì)有多個(gè)由蓄電池方向過(guò)來(lái)為數(shù)十個(gè)負(fù)載饋送電源的支路，每一電源饋路亦應(yīng)裝有熔斷器。也有一些類(lèi)型的BCM僅集中裝2～3個(gè)熔斷器，這種場(chǎng)合，一旦輸出失效時(shí)，BCM依靠固態(tài)開(kāi)關(guān)提供“熔斷器”的保護(hù)功能。

4.1 熔斷器保護(hù)

熔斷器特性功耗I2R與熔斷時(shí)間t的關(guān)系如圖5所示。其中I是通過(guò)熔斷器的電流，電流越大，熔斷或開(kāi)路時(shí)間t的時(shí)間越短。

圖5 功耗I2R與熔斷時(shí)間t的關(guān)系

熔斷器的容錯(cuò)能力極差，又不能自動(dòng)復(fù)位，必然會(huì)被固態(tài)開(kāi)關(guān)替代。固態(tài)開(kāi)關(guān)有過(guò)熱和超負(fù)載保護(hù)功能，在輸出短路而限制負(fù)載電流時(shí)是極佳的選擇。

4.2 智能固態(tài)開(kāi)關(guān)保護(hù)

BCM負(fù)載中的照明光源是傳統(tǒng)的白熾燈，由于正溫度系數(shù)，冷態(tài)阻值甚小，開(kāi)燈瞬間浪涌電流過(guò)大。而新型的LED燈，開(kāi)關(guān)電源的脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)整常需要若干個(gè)時(shí)鐘周期，開(kāi)啟關(guān)斷電源的操作過(guò)電壓會(huì)燒毀恒流環(huán)，甚至開(kāi)關(guān)管，毀壞LED燈。但當(dāng)沒(méi)有發(fā)生極端的硬短路事件時(shí)，高浪涌電流的元器件準(zhǔn)許異常高的穩(wěn)態(tài)電流在線束中流動(dòng)，電流強(qiáng)度不足以激活智能開(kāi)關(guān)的限流功能，但足以燒毀線束或電路板。固態(tài)開(kāi)關(guān)會(huì)出現(xiàn)僅保護(hù)自身，而不保護(hù)所在系統(tǒng)的狀況。

短路是一個(gè)嚴(yán)重的故障，卻相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)保護(hù)。驅(qū)動(dòng)器限制負(fù)載電流，驅(qū)動(dòng)器上的電壓降和相應(yīng)的限流造成了功耗，大部分的功耗不發(fā)生在線束上，而是發(fā)生在智能開(kāi)關(guān)之上，于是開(kāi)關(guān)溫度急速上升，激活其過(guò)熱關(guān)斷功能，也就保護(hù)了相關(guān)的線束。

智能固態(tài)開(kāi)關(guān)與熔斷器性能比較見(jiàn)圖6。圖6中紅色曲線表示智能固態(tài)開(kāi)關(guān)。紅線與藍(lán)色點(diǎn)劃線的交點(diǎn)（30A，2s附近）向右的一段，藍(lán)色點(diǎn)劃線在紅線的下方，智能開(kāi)關(guān)如果還在繼續(xù)工作，此時(shí)線束已開(kāi)始因過(guò)熱而自毀，甚至殃及線路板，智能開(kāi)關(guān)燒毀示意見(jiàn)圖7。于是有必要根據(jù)浪涌電流，開(kāi)發(fā)出一個(gè)能高度仿真熔斷器特性的智能開(kāi)關(guān)。

圖6 智能固態(tài)開(kāi)關(guān)與熔斷器性能比較

圖7 智能開(kāi)關(guān)燒毀示意圖

高仿真熔斷器特性由智能電路保護(hù)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。負(fù)載電流和關(guān)斷時(shí)間曲線見(jiàn)圖8。通過(guò)A、B 2個(gè)區(qū)域來(lái)表達(dá)不同的關(guān)斷情況。圖8中曲線下右單斜線的陰影面積A區(qū)域是保護(hù)算法的I2-t的界限以?xún)?nèi)，而B(niǎo)區(qū)域斜格陰影所表示的是某段時(shí)間的恒定超負(fù)載條件，此時(shí)，超負(fù)載電流比智能開(kāi)關(guān)的限流值小。很明顯，當(dāng)限流值高于曲線時(shí)，智能開(kāi)關(guān)接通，繼續(xù)工作；而當(dāng)B區(qū)突破A區(qū)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

圖8 超負(fù)載與功率限制區(qū)的比較

BCM既要開(kāi)展輸出又要監(jiān)測(cè)輸入。BCM故障須根據(jù)產(chǎn)品定義的不同邏輯共用輸入信號(hào)來(lái)判斷。一些常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)輸入電路，BCM對(duì)開(kāi)關(guān)的不正常響應(yīng)皆是因?yàn)閷?duì)這些開(kāi)關(guān)的判斷出現(xiàn)了偏差。造成誤判的原因可能是：開(kāi)關(guān)搭鐵是否良好？是否發(fā)生了開(kāi)關(guān)的接觸電阻驟然增大？是否因?yàn)椴粚こ５膭×艺饎?dòng)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)發(fā)生不正常的導(dǎo)通或斷開(kāi)？

不讓瞬間錯(cuò)誤造成誤判的特例見(jiàn)圖9。瞬間的過(guò)電流超出曲線與A區(qū)域的界限。但是，因?yàn)闀r(shí)間甚短，不足以產(chǎn)生誤判而關(guān)斷開(kāi)關(guān)的條件。該保護(hù)算法允許出現(xiàn)多路浪涌電流，而并不強(qiáng)制系統(tǒng)來(lái)處理遠(yuǎn)超正常值的穩(wěn)態(tài)電流。這種算法十分理想，有強(qiáng)大的保護(hù)功能，不僅保護(hù)了開(kāi)關(guān)的自身，也保護(hù)了由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的線束。內(nèi)置的看門(mén)狗和激活功能等其他安全機(jī)制，更加提高了這一解決方案的可靠性。

圖9 不讓瞬間錯(cuò)誤造成誤判而關(guān)斷的狀況

升降序計(jì)算器以流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流I2為參數(shù)，在芯片上實(shí)現(xiàn)該算法。參考電流值決定計(jì)數(shù)器的方向，當(dāng)檢測(cè)電流低于參考電流的閾值（threshold value）時(shí)，計(jì)數(shù)器以固定值降序計(jì)數(shù)，其設(shè)定的降序計(jì)數(shù)值實(shí)為更好地估算熔斷器的散熱性。而當(dāng)檢測(cè)電流高于參考電流時(shí)，計(jì)數(shù)器升序計(jì)數(shù)，其速率正比于檢測(cè)電流和參考電流兩者之差的平方。注意，該閾值浪涌電流相比線束的處理能力稍低。計(jì)數(shù)器一旦達(dá)到某一預(yù)設(shè)值之后，輸出即被關(guān)斷，達(dá)到該算法以熔斷器特性保護(hù)線束的目的。直至微控制器重新初始化，驅(qū)動(dòng)器一直處于關(guān)斷狀態(tài)。初始化后，輸出會(huì)重新導(dǎo)通。圖10畫(huà)出了采用保護(hù)算法外推了I2-t曲線。該類(lèi)保護(hù)方法的智能開(kāi)關(guān)特性（綠色細(xì)實(shí)線）可與熔斷器特性（紅色細(xì)實(shí)線）相近，降低了車(chē)身控制模塊的線束成本，減少了熔斷器的數(shù)量，同時(shí)提高了整個(gè)部件的安全性和可靠性。

圖10 經(jīng)保護(hù)算法外推特性曲線與熔斷器的比較

通過(guò)保護(hù)算法將特性曲線外推，使之與熔斷器特性曲線相近，實(shí)現(xiàn)理想的失效保護(hù)模式。程序軟件設(shè)計(jì)蘊(yùn)含較為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，即“保護(hù)算法”。需先對(duì)狀態(tài)參數(shù)變量進(jìn)行恰當(dāng)準(zhǔn)確的估算，結(jié)合電器動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，為開(kāi)關(guān)控制策略提供模型和數(shù)據(jù)依據(jù)。軟件程序通過(guò)MCU進(jìn)行開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)動(dòng)作的控制，確保其準(zhǔn)確地工作。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)車(chē)身控制模塊利用高度集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)身眾多電器的控制和監(jiān)視，是各項(xiàng)電子控制技術(shù)的整合。各電子控制單元通過(guò)總線進(jìn)行通信，傳輸當(dāng)前狀態(tài)的信息，接受中央控制單元的指令并執(zhí)行各部件特定的功能，使汽車(chē)電子控制技術(shù)向智能化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，讓車(chē)輛可操控性更好，更安全更舒適。

［1］Tom Denton．Automobile Electronic&Electronic Systems［M］．Elsevies Butterworth Heinemann Co.Ltd.，2009．

［2］Ronald K Jargem．Automobile Electronic Handbook（Third Edition）［M］．McGrow-Hill CorpanicsInc.2008．

［3］陳天殷．汽車(chē)前照燈智能自適應(yīng)照明［J］．汽車(chē)電器，2011（9）：4-9．

［4］陳天殷．汽車(chē)電子技術(shù)的現(xiàn)狀與展望．汽車(chē)電器，2012（12）：1-3．

［5］陳天殷．汽車(chē)門(mén)禁安全防盜系統(tǒng)——從遙控裝置到身份識(shí)別卡［J］．汽車(chē)電器，2012（3）：1-5．

［6］童國(guó)慶．適應(yīng)中國(guó)歐盟俄羅斯市場(chǎng)的車(chē)身控制系統(tǒng)射頻電路設(shè)計(jì)［J］．汽車(chē)電器，2010（3）：1-3．

［7］陳天殷．氣流循環(huán)系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制［J］．輕型汽車(chē)技術(shù)，2015（4）：30-36．

（編輯心翔）

圖7 測(cè)試結(jié)論分析

面有著良好的表現(xiàn)，而且對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的分析和處理也提供了良好的解決方案。除此之外，該管理系統(tǒng)能夠利用角色的設(shè)置，將所有測(cè)試相關(guān)人員聯(lián)系到一起。通過(guò)角色的權(quán)限設(shè)置，既能夠有效地保障測(cè)試數(shù)據(jù)的安全與完整，又有利于測(cè)試數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)的流通與共享［4］。最后，vTESTcenter測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠在一定程度上支持二次開(kāi)發(fā)，汽車(chē)企業(yè)可以根據(jù)本企業(yè)測(cè)試操作流程的特點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)本企業(yè)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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［2］葉常景，王為人，康潤(rùn)程.汽車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理需求分析［J］.汽車(chē)科技，2011（5）：75-79.

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［4］李繼東，何毅波，曠鵬.汽車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2014（5）：187-189.

（編輯楊景）

Body Control Module（BCM）on Vehicles

CHEN Tian-yin

（Apeks Motors（Hangzhou）Co.，Ltd.，Hangzhou 310013，China）

This article introduces composition，control and monitor principals of BCM，and demonstrates its failure protection mode.It is the trend in modern vehicle development to improve system security，long-term operation maintainability and reliability，as well as promote vehicle intelligence and networking development.

Body Control Module（BCM）；CAN Bus；protection failure；reliability；intelligentize

U463.61

A

1003－8639（2017）01－0066－07

2016-05-19

陳天殷，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠?chē)電機(jī)電器及電子，曾在學(xué)術(shù)會(huì)議及多家技術(shù)刊物發(fā)表多篇專(zhuān)業(yè)文章。