随着汽车智能化的发展,车身控制也变得智能化,就像妹子们要控制曼妙的身材一样,使用智能化的办法来控制饮食和运动。
 
今天和大家一起来看看 BCM 设计与开发方法。
 
 
 
 
一、BCM 的概述
BCM(Body Control Module)车身控制模块,能够实现控制汽车车身用电器,比如整车灯具、雨刮、洗涤、门锁、电动窗、天窗、电动后视镜、遥控等。该系统还具有电源管理功能,高低电压保护,延时断电,系统休眠等功能。是汽车设计中不可或缺的重要组成部分。
 
 
 
二、BCM 设计开发的目的
车身电子控制系统主要是用于增强汽车的安全、舒适和方便性的。还有用于和车外联结,以及协调整车各部分的电子控制功能,将大量计算机、传感器与交通管理服务系统联结在一起的综合显示系统、驾驶员信息系统、导航系统、计算机网络系统、状态监测与故障诊断系统等。
 
在未来,各电子设备的功能越来越多,各种功能都需要通 BCM 来实现,使得 BCM 功能更加强大;各电子设备之间的信息共享越来越多,一个信息可同时供许多部件使用,要求 BCM 的数据通信功能越来越强;单一集中式 BCM 很难完成越来越庞大的功能,使得总线式、网络化 BCM 成为发展趋势。
 
 
三、BCM 的系统组成
 
 
四、BCM 的安装位置
 
 
五、BCM 产品标准
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模块外观
1)金属件表面应有良好的防护层,表面清洁,无锈蚀,无损伤;
2)塑料件表面平整、清洁、无划痕、无飞边、无缩孔、无塌坑、无变形、无裂纹等缺陷;
3) 模块外观和安装尺寸为模块配合功能方面特殊性要求。
 
 
 

 

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功能
1) 电动窗的功能
A. 点火开关打开时,允许电动窗工作。点火开关关闭后,经过 1 分钟电动窗的手动上升 / 下降功能被禁止。
 
B. 手动上升:当按电动窗开关的上升键,则电动窗玻璃执行上升动作,松开上升键,则停止。
 
C. 手动下降:当按电动窗开关的下降键,则电动窗玻璃执行下降动作,松开下降键,则停止。
 
D. 司机门、副驾驶门、左后门、右后门、电动窗自动下降:按下电动窗玻璃开关下降键(按下时间<300ms),则电动窗玻璃执行自动下降动作,电动窗玻璃一直下降到底。
 
2)电动窗的保护功能
为了防止电机受损,四个电动窗玻璃升降器输出具有过电流保护及连续输出 6S 保护功能。
 
3)电动窗的遥控关窗功能
当按下遥控器闭锁键时间小于 3S,只执行中控锁闭锁,没有自动升窗动作;当按下遥控器闭锁键时间大于 3S,执行中控锁闭锁和自动升窗动作;升窗顺序:首先左前升窗,左前窗到顶后升右前升窗,其次是左后升窗、右后升窗;遥控关窗时只允许一个玻璃升降器工作。如自动升窗期间按下开锁键,则自动升窗停止。
 
 
4)中控门锁控制
 
 
 
A. 自动落锁 / 开锁功能
 
a. 点火开关打开时,允许电动窗工作。点火开关关闭后,经过 1 分钟电动窗的手动上升 / 下降功能被禁止。
 
b. 手动上升:当按电动窗开关的上升键,则电动窗玻璃执行上升动作,松开上升键,则停止。
 
c. 手动下降:当按电动窗开关的下降键,则电动窗玻璃执行下降动作,松开下降键,则停止。
 
d. 司机门、副驾驶门、左后门、右后门、电动窗自动下降:按下电动窗玻璃开关下降键(按下时间<300ms),则电动窗玻璃执行自动下降动作,电动窗玻璃一直下降到底。
 
 
B. 开锁/闭锁按键控制功能
 

 

a. 操作驾驶“闭锁 / 开锁”按钮,如在闭锁状态下按开锁键,四个门锁进入开锁状态;在开锁状态下按闭锁键,四个车门进入闭锁状态。中控门开闭锁是 300ms 的输出。
 
b. 当按下闭锁开关按键后,四个车门进入闭锁状态,同时后背箱开启开关按键禁止。当按下开锁开关按键后,四个车门进入开锁状态,同时后背箱开启开关按键有效。当按下遥控器闭锁按键后,四个车门进入闭锁状态,同时后背箱开启开关按键禁止。当按下遥控器开锁按键后,四个车门进入开锁状态,同时后背箱开启开关按键有效。
 
 
C. 中控锁保护功能
 
在 10S 内中央门锁连续开锁 / 闭锁超过 8 次,则中央门锁禁止动作 15S,以保护中央门锁。中控门锁和电动窗玻璃升降器不得同时动作。两者发生冲突时,中央门锁优先动作,而电动窗玻璃升降器停止工作;待中央门锁动作结束,电动窗玻璃升降器继续前一个状态工作。
 
 
5)后备箱控制
A. 在解防的条件下: 按下后背箱开启开关按键后,后背箱自动执行开锁动作一次。同时后背箱指示灯亮,关闭后背箱后,指示灯熄灭。背门锁开锁是 300ms 的输出。
 
B. 在设防的条件下:按下遥控器上的后背箱按键后,执行转向灯闪烁二次,并且 BCM 模块处于解防模式。
 
C. 钥匙插入后,遥控器上的开锁键、闭锁键、后背箱按键失效。
 
6)遥控器解防和设防
A. 遥控器设防模式
 
a. 设防失败:当任一车门、后备箱打开时,且点火开关关闭时,按下遥控器闭锁,方向灯闪三下,同时报警喇叭叫三次。(报警喇叭周期是响 50ms,停 100ms)
 
b. 设防成功:所有车门、后备箱关闭,且点火钥匙未插入时,按遥控器闭锁键,关中控锁,同时转向灯闪烁一次。
 
如果在设防状态下系统被触发过(包括有:非法打开车门、后备门),则在遥控器开锁时系统退出设防状态,方向灯闪四下,同时报警喇叭叫四次。
 
 
B. 遥控器解防模式
 
a. 解防成功:在点火开关关闭时,按下遥控器开锁键,开中控锁,同时转向灯闪烁二次。
 
b. 按下遥控器开锁键,开中控锁;如果点火开关、任一车门、后备箱信号没有被触发,在 60 秒内一直处于这种状态,则 60 秒后中控锁自动闭锁一次,并且系统进入设防状态。
 
c. 当 BCM 设防后,按下遥控器后背箱按钮,只执行转向灯闪烁 2 次,并且 BCM 模块处于解防模式。
 
d. 按下遥控器开锁键,开中控锁;在 60S 内,后背箱开启开关按键有效。
 
 

 

C. 遥控器报警模式
 
a. 按下遥控闭锁键,系统进入设防状态;如存在非法打开任一车门、后备门操作,控制器都会发出 30 秒的警报,同时左右转向灯闪烁 30 秒。
 
b. 解除报警条件
 
如果报警信号未消失,按下遥控器开锁键,停止报警,中控锁解锁,进入解防模式。如果报警信号未消失,当钥匙插入后,停止报警,进入解防模式。
 
7)灯光控制功能
 
 
 
A. 室内灯控制
 
将任意车门打开,车内顶灯、门状态指示灯就会亮起,车门关闭顶灯、门状态指示灯熄灭。
 
B. 点火锁孔照明功能
 
a. 点火开关 IGN 为“OFF”时,打开(正)驾驶室的门,则点火锁孔照明灯亮。关上(正)驾驶室的门,点火锁孔照明灯延时 10s 后熄灭。
 
b. 当点火锁孔照明灯延时 10s 过程中,如果打开点火开关 ON 或者进入设防状态,点火锁孔照明灯立即熄灭。
 
 
C. 后雾灯控制
 
a. 点火开关打到 ON 档,后雾灯只有在小灯开关打开时的情况下才能打开,后雾灯能独立关闭。后雾灯开关按一次,后雾灯点亮,再按一次,后雾灯灭。
 
b. 后雾灯亮时,关闭小灯开关,后雾灯熄灭。关闭点火开关 IGN 后,后雾灯熄灭。
D. 后备箱灯
 
后备箱打开,后备箱灯点亮,后备箱关闭后灯灭。
 
 
8)除霜功能
 
 
点火钥匙在 ON 档有效,除霜开关按下后,立即执行除霜动作,在 15 分钟后除霜自动关闭。如在 15 分钟内再次按下除霜按钮,则取消除霜功能。
 
 

 

9)蜂鸣器报警功能
A. 点火开关关闭之后,如果小灯处在开启状态,则蜂鸣器响(周期 1 秒占空比 50%),直到小灯开关关闭后,则停止报警。在钥匙未插入时,如果小灯打开,则蜂鸣器报警,当钥匙插入后,停止报警。
 
B. 当正驾驶室的门打开时,如果钥匙插在点火锁孔上,蜂鸣器就连续报警(周期:1 秒占空比:为 50%),持续 10 秒钟后停止。当正驾驶室的门关上或拔除钥匙时,蜂鸣器停止报警。
 
 
C. 点火打开且驾驶室门关闭时,如果驾驶人员没有系安全带,则蜂鸣器发出报警音,同时安全带报警灯闪烁,时间长度为 6s(报警音与报警灯闪烁周期为 0.6S,占空比为 50%)。
 
D. 刹车开关打开时,如果车速超过 10km/h 的时间超过 2s,则蜂鸣器发出报警音(0.3s 响,0.3s 停的报警音)。直到车速为 00k/m(车辆停止)后,则停止报警。
 
 
10)遥控器
 
 
 
A. 遥控器采用无线遥控技术,接收和发送无方向性,使用方便,遥控距离 15 米;可实现遥控关窗,遥控防盗的功能。当模块断电后,会自动保存断电前设防 / 解防的状态,再上电后模块处于设防 / 解防的状态。
 
B. 遥控开锁解防。
 
C. 在无点火,四个门关好时,遥控闭锁进行设防。
 
D. 当遥控器有 3 个按键,对背门锁进行开锁控制。
 
 
11)洗涤和雨刮控制功能
 
 

 

A. 前洗涤功能
当打开洗涤开关后,如果此时雨刮处在关闭位置,则延时 125,BCM 控制雨刮低速运转 2 次,同时 BCM 发送 LIN 信号到雨量传感器,通知其当前正在洗涤状态。避免雨刮开关在自动档位时,雨量传感器发送刮水信号。
 
 
B. 前刮水功能
雨刮开关有关闭、自动、低速和高速 4 个档位。在自动档位时,雨量传感器通过 LN 线与车身控制器连接通讯,实现雨量信号的传递。
 
 
雨量传感器有 3 个敏感度等级,每次点火开关打开后,第一次激活自动雨刮开关,则雨量传感器设置为低灵敏度。之后每关闭打开一次自动雨刮,敏感度增加一个等级。到最高等级后,重新回到最低等级。当下一次打开点火开关后按照最低敏感度工作。
 
 
当组合开关(雨刮或灯光)至于 ATUO 档,RLS 判断雨量大小和光照强度,发送雨刮单次刮刷、高速刮刷、低速刮刷、停止刮刷、小灯点亮、大灯点亮、小灯熄灭、大灯熄灭信号给 BCM,BCM 控制外围器件进行相关的动作。
 
 
12)喇叭控制
 
 
当按下喇叭开关时,BCM 不在控制喇叭继电器工作。只有在寻车和防夹时 BCM 才会控制喇叭鸣叫。
 
 
3
技术要求
 
 

 

六、BCM 应用电路设计
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BCM 控制原理图
汽车 BCM 的输入信号有开关信号和模拟信号,开关信号的有效值有高低之分,为保证输入信号的状态稳定有效,需要对输入信号进行正确的电路处理。下面是几种推荐的处理电路:
 
 
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输入信号处理电路图
1) 有效值为低电平的开关信号经二极管、上拉电阻、限流电阻、滤波电容处理后接入微处理器 MCU,如下图 a 所示。
 
2) 有效值为高电平的开关信号经分压电路、稳压管、限流电阻、滤波电容处理后接入 MCU,如下图 b 所示。
 
3) 一些模拟信号如 AD 采样电压信号,检测电阻检测到的电平信号经稳压管稳压、限流电阻、滤波电容处理后接入 MCU,如下图 c 所示。
 
 
3
输入口扩展电路图
汽车上的开关信号线数量繁多,这对于 MCU 来说,IO 口的资源显得尤为宝贵,一定情况下必须对 IO 口进行扩展才能满足实际的需要。下图为模拟开关 CD4067 的应用电路图,4 路控制信号控制 A、B、C、D 的高低电平来选择 IO0~IO15 某个通道,IO0~IO15 接处理过的输入信号,然后 MCU 检测共用端 COM 口的高低电平,根据该通道所接开关的高低电平有效值来判断开关是否按下,从而实现对信号开关的检测。实际中使用 2 片 CD4067 来获取更多的 IO 资源。
 
 

 

4
输出信号驱动电路
汽车 BCM 的执行机构大致可分为电动机类、灯光类,电动机也可分为正反向电动机、单方向电动机。正反向电动机如:中控锁电动机、玻璃升降电动机、电动后视镜电动机;单方向电动机如:前刮水电动机、后刮水电动机、洗涤电动机。
 
 
通常情况下电动机类执行机构采用继电器来控制,正反向电动机采用一双胞胎继电器来实现全桥控制;单方向电动机采用一路继电器来实现半桥控制。可用一康铜丝电阻串到电动机回路中来检测电动机的电流,根据电流的大小来判断电动机的运行状况。继电器驱动采用安森美的 NCV1413,如需节省 IO 口,也可采用英飞凌的 TLE7232G,该芯片支持 SPI 驱动,仅需 CS、SI、SO、CLK 四个 IO 口即可,采用带 SPI 模块的飞思卡尔 MC9S08DZ60 单片机,更能支持多个 SPI 驱动器件,从而实现 IO 输出口的扩展。
 
 
下图是 NCV1413 和双胞胎继电器的应用电路(如果是单路继电器,电动机的正极由继电器控制,电动机的负极接一检测电阻,这个检测电阻焊装在 PCB 上)。
 
 
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电源处理电路
汽车 BCM 的电源部分包括 12V/DC 和 5V/DC 两种电源。12V 电源由汽车上的电源供给,它给 PCB 继电器、继电器驱动芯片、高低端开关等智能功率器件供电。在电源的输入端加上共模扼流圈以防止汽车电源交流突变带来的干扰,抑制交流杂波进入 12V 电源。12V 电源经过英飞凌的电压转换芯片 TLE4264 生成 5V 电源,它给 MCU 和信号处理电路供电。为使 TLE4264 在理想的情况下工作,在其 12V 输入端增加了瞬态电压抑制器和高低频滤波电容,同时为确保 5V 电源的稳定,在其 5V 输出端增加了高低频滤波电容。下图是 TLE4264 的应用电路。
 
 
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智能功率器件的应用
汽车 BCM 的灯光类执行机构驱动,笔者采用意法半导体的 VND5025、VNQ5050、VNQ830、VND920 等系列智能高端开关,这些功率器件有着极低的电流消耗,同时具有过载、短路、过热、过电压保护能力,并且具有电流检测能力,可根据电流的大小来判断灯光的运行状况。该系列芯片为汽车专用级,外围应用电路简单,下图是 VND5025 的应用电路。该系列芯片的应用要注意其 PCB 上的封装是否适合散热和焊装
 
 

 

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MCU 唤醒电路
为节省汽车上宝贵的电平电量,汽车 BCM 在汽车静态无输出状况下应进入睡眠状态,此时汽车 BCM 的电路和 MCU 进入极低的功耗状态,MCU 也处于停止模式。同时当用户要起动汽车时,一些外部开关信息应能唤醒 MCU,使得 BCM 进入正常模式。这些能唤醒 MCU 的外部开关信息接到与门电路 MC14082 的通道 IN 上,MC14082 的输出端 OUT 接到 MCU 的外部中断 IRQ 上,一旦有一路唤醒开关信息有效,则 IRQ 产生中断,从而唤醒 MCU。下图是 MC14082 的应用电路。
 
 
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CAN 收发电路
汽车 BCM 在整车 CAN 系统网络里本身就是一个 CAN 节点,它要与汽车上的其它电控单元交换信息,达到资源共享的目的。BCM 上需要设计 CAN 节点收发电路,采用飞利浦的高速 CAN 转换芯片 TJA1040T,该芯片支持的最高速率为 1MBaud,至少可连接 110 个 CAN 节点,在等待模式下有较低的电流消耗,同时可被总线唤醒,唤醒时 RXCAN 上会产生一低电平,这个低电平也可唤醒 MCU,芯片有较好的电磁兼容性能。
下图为 TJA1040T 的应用电路图。TXCAN、RXCAN 接 MCU 的 CAN 控制器,STB1 接 MCU 的 IO 口,CANH、CANL 即为 2 条 CAN 线,工作时 STB1 为高电平,由 MCU 来控制。
 
 
七、结语
电控单元在汽车中的应用越来越多,各电子设备间的数据通信变得越来越多,同时这些分离模块的大量使用,在提高车辆舒适性的同时也带来了成本增加、故障率上升、布线复杂等问题。需要设计功能强大的控制模块,实现这些离散的控制器功能,对众多用电器进行控制,所以这对 BCM 的设计、开发、验证等的要求也越来越高。尤其现在对车联网、人车“通讯”等的功能要求越来越高,这些都无形中增加了 BCM 开发的难度,可见 BCM 的设计在整车级控制器的设计中起着举足轻重的作用。