车身控制模块.doc

车身控制模块设计要求及解决方案时间：2009-07-21 14:46:55 来源：ednchina 作者：随着人们对汽车的操控性及舒适性需求不断升高，汽车车身中的电子设备越来越多，如电动后视镜、中控门锁、玻璃升降器、车灯乃至其它更多的高级功能等。图1：典型车身控制模块(BCM)的系统架构。电源要求及方案选择典型车身控制模块(BCM)设计重要的一步是确定电源要求，以及选择合适的电源方案。一般而言，BCM要求的输入电压在-0.5V至32V之间，输出电压为5V或3.3V。值得一提的是，汽车内的用电设备越来越多，如果电池直接供电的设备静态电流不够低，而汽车连续停泊较长时间，车内蓄电池可能因为过度放电而使汽车无法重新启动，故BCM设计需要考虑静态电流。此外，汽车应用中可能会常常面对高温环境，所以要求电源提供过温保护。关于车身控制模块 引用 2009-02-20 23:08:04 提升整车性能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。于是，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，这就是 BCM ( B ODY CONTROL MODEL ) 。目前BCM也是汽车电子研究的热门，竞争也相当激烈。BCM的研究和应用，大大提高了整车的性能。但随着汽车电子技术的进一步发展，BCM集成的功能也越来越多，BCM的设计也变得越来越复杂，集中式控制也造成线束过于集中，安装、布线也很复杂。BCM具有以下发展趋势：越来越多的车身电子设备在车身得到应用，使得BCM控制对象更多；各电子设备的功能越来越多，各种功能都需要通过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。而CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其通信速率高，可靠性好以及价格低廉等特点，使其特别适合汽车系统，所以利用CAN总线技术总线式控制车身电子电器装置是BCM发展的必然趋势。总线式车身控制系统成BCM发展必然趋势以低速CAN总线、LIN等汽车车载电子网络系统为基础，总线式车身控制系统成为BCM发展的必然趋势。以下结合上海同德电子工程技术有限公司在总线式BCM上进行的研究详细对总线式BCM进行说明。系统有两个总线，低速CAN和LIN总线。低速CAN，信息传输速率为100 Kbps ，车身系统CAN的控制对象主要是低速电机、电磁阀、灯具和开关器件等，它们对信息传输的实时性要求不高，但数量较多；采用低速CAN总线还能增加总线的传输距离，提高抗干扰能力，降低硬件成本。LIN总线，信息传输速率小于20 Kbps ，LIN总线主要应用于不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统，如开关类负载或位置型系统的控制。因此，LIN更有助于实现汽车与CAN网络连接的总线式控制系统。主要前控制模块、主控制模块和后控制模块挂接在低速CAN总线上；主控模块、门控模块、中控锁模块、语音报警模块等通过LIN总线进行通信。该系统存在以下优点：首先，采用这种模式后，系统很简洁，线束也很简单，布线方便，总线的优势得到充分发挥。其次，BCM的功能由少量的几个模块分担，每个模块都可以有很强的功能：1.如对大电感性负载，如雨刮、鼓风机、风扇等，为了降低对系统电源的冲击，同时保护用电设备，可采用PWM方式实施软启动；2.对用电设备进行短路保护，当有短路故障发生时，及时切断供电回路，避免线路着火等事故的发生；3.对短路故障实施二次上电，进一步提高系统抗干扰能力；4.对设备故障进行诊断、故障报警、信息记录等；5.复杂功能则由各模块协同完成。最后，实现信息共享，便于新设备的使用和开发。在该系统中，几乎所有信息都按照协议在总线上传递，并采用广播的方式发布，所以车辆信息可以很方便地被新设备获得。因此，基于CAN总线的行车记录仪、故障诊断仪只需按照协议从总线把所需信号读取即可，使产品开发变得很容易，成本也很低。分布式车身控制系统设计一、引言随着汽车电子的迅猛发展，现代汽车中电控单元的数量也逐渐增多，这些电控单元大致可分成动力传动装置控制（如发动机控制和变速控制）、底盘控制（如汽车防抱死系统ABS ）和车身控制三类。其中车身控制系统主要用来提高驾驶的方便性和乘坐的舒适性，该系统涵盖的范围较广，包括灯光控制、车门控制、座位控制、气候（空调）控制、仪表盘显示等。本文将介绍一种分布式车身控制系统的设计方法，该系统可对汽车灯光、雨刷及底盘部分电磁阀等节点进行分布式控制。该控制系统的主要功能如下：1控制汽车上所有车灯。2控制雨刷低速、高速、间歇式工作。3控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀工作。4实时响应驾驶室控制开关的动作：按照SAE（Society of Automotive Engineers ）的标准，实时性响应时间在10ms100ms 之间。5灯光自检功能：汽车上电后所有的灯点亮5ms后熄灭，以检查所有灯是否工作正常。6故障诊断定位能力：智能功率开关具有过流、过温、过压保护和开路检测功能，MCU通过检测智能功率开关各通路的State引脚状态可判断出哪路负载出现故障。二、系统结构该系统采用分布式结构。因为车身控制系统的控制对象比较多而且位置分散，若采用点对点集中控制方式，控制模块与被控对象之间就需要大量连接电缆，这势必造成车内布线复杂、制造和安装困难，并存在故障隐患。而分布式系统结构可以根据控制对象的位置来设计控制模块，从而缩短了控制对象和控制模块的距离。各模块间通过LIN总线来通讯，该方式仅需一根线作为通讯线，这样加上地线和电源线总共三根线，从而简化了布线和系统结构增加了系统的灵活性，并可方便地增减节点。此外，分布式系统结构还可降低单板的静态电流，增加单板的稳定性。图1所示是其系统结构图。根据系统功能要求和结构特点，该控制系统被分成主控模块和三个子模块（前模块、底盘模块和后模块）。其中主控模块位于车的驾驶室内，主要检测驾驶室内控制开关的状态，并根据这些控制开关的状态实现相应的控制策略，然后将控制命令发送给各子模块，同时检查各用电设备的工作状态，若有故障则报警显示。前模块位于车的前部，主要控制车前部的用电设备，包括车前部的灯（远光灯、近光灯、雾灯、左右前转向灯）、雨刷、风扇、加热、紧急报警、喇叭的工作等。底盘模块位于车的底盘，主要控制与取力器、全轮驱动、轮间和轴间差速器相连的电磁阀的工作。后模块位于车的后部，主要控制车后部的用电设备，包括尾灯、刹车灯、左右后转向灯的工作。主控模块和子模块的功能如图2所示。其中电压调整单元可将汽车内的24V电压转换成5V电压，供给单片机、功率芯片等电压为5V的芯片。主模块中的微处理器控制单元（MCU）采用Motorola的MC68HC908GZ16来实现，主要用于采集输入的开关状态，以完成相应的控制策略，同时将控制命令通过串口送给各子模块，并根据各子模块反馈的负载状态判断是否存在故障，若有故障则报警显示。图3所示是主模块的硬件原理图。各子模块中的微处理器控制单元采用MC68HC908GR8，主要用于完成负载驱动，并采集负载的工作状态发送给主控模块。其硬件原理图如图4所示。开关状态检测单元的任务是在24V的开关状态电压转换成5V后，将此并行数据转换成串行数据送给MCU，这样可大大减少所需MCU的引脚数量。功率驱动单元由功率芯片和串/并转换芯片组成，功率芯片代替了传统的继电器后，许多汽车负载不能被MCU或低电流接口器件直接驱动，但功率芯片可通过MCU控制输出大电流来驱动各种负载。各子模块可根据所带负载来选择不同的功率芯片,本设计选用MC33286和MC33888来驱动阻性负载，选用MC33289来驱动感性负载。MCU通过I/O端口串行输出控制命令后，将通过串/并芯片送给功率开关。故障显示单元用三个发光二极管表示三个子模块，若其中某个子模块出现故障，相应的发光二极管会点亮，同时蜂鸣器会报警。此时该子模块上用发光二极管来表示子模块所驱动的负载状态显示也会做出响应，从而可以非常直观地看出子模块上哪路负载出现开路、过流、过温、过压等故障。三、系统通讯本系统采用LIN总线通讯方式。LIN总线是基于通用SCI/UART接口的，其成本要低于CAN通讯。LIN可以作为CAN通讯网络的辅助。LIN总线主要应用于不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低速系统，如开关类负载或位置型系统（包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等）的控制。因此，LIN更有助于实现汽车与CAN网络连接的分布式控制系统。LIN总线的特点如下：1采用低成本的单线12V数据传输，线驱动和接收特性符合改进的ISO9141单线标准；2传输速率可达20kBit/s ；3采用单主/多从的结构，不需要总线仲裁，由主节点来控制总线的访问；4基于通用UART/SCI的硬件接口，几乎所有的微控制器都有LIN必需的硬件；5从节点不需要晶振或陶瓷振荡器就可实现自同步，从而减少了从节点的硬件成本；6最差状况下的信号传送等待时间可得到充分保证，因此可避免总线访问冲突。本系统的通讯顺序由主控模块控制，LIN的数据帧是按数据内容，而不是数据的目的地址定义的。这样定义可使多个节点收到同样的信息，并且数据能够以多种方式交换。数据可以从主节点发送到一个或多个从节点，也可以通过从节点发送给主节点或其它从节点。因此从节点之间的通讯并不需要经过主节点，并且主节点可以将信息广播给网络内的所有节点。系统中的数据通讯主要是主模块向三个子模块发送控制命令和三个子模块向主模块反馈故障状态数据。本系统定义了四种数据类型，一种是三个模块各自接收的数据，第二种是前模块和后模块同时接收的数据，第三种是三个模块同时接收的数据，第四种是三个模块各自独立发送的数据。其通讯过程可参见图5所示的系统软件流程。四、系统抗干扰设计由于汽车上的电磁干扰比较厉害因此对系统的抗干扰