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汽车智能电器盒的系统设计 2010-04-06 14:27:35 作者:撰文/河南天海电器有限公司 李海方 张献军 来源: 文字大小:大中小 汽车车身控制模块(Body Control Module，简称BCM)，它是采集汽车上众多的操作开关，通过智能逻辑处理来控制驱动中央门锁、电动车窗、电动后视镜、前后刮水器、前后喷水、汽车灯光、除霜报警等执行对象的控制系统。该系统可通过车身控制网络与汽车其它电控单元以及汽车外部的故障诊断监测系统进行数据信息交换。它通常由印刷电路板、MCU、电子元器件和壳体组装成一个总成，并通过标准插接件与线束相连以便对车身电器进行逻辑控制和驱动。随着人们对汽车智能性、舒适性的不断追求，汽车BCM的应用空间将越来越广泛。 中央电器盒是汽车上的传统标准配置，它把车身上需要控制的继电器、熔断器及电路监测元件,通过印刷电路板和壳体组装成一个总成，这个总成通过标准插接件与线束相连以便于对全车电器进行集中控制，达到简化线路，方便检修和排除故障的目的。同时中央电器盒还是一个电源分配系统，它把汽车蓄电池过来的电源通过熔断器分配给各个执行对象，通过熔断器的过载可熔断性来保护每个回路的工作安全。 汽车BCM与中央电器盒是两个独立的总成，两者通过线束相连接。汽车BCM检测汽车输入开关，经逻辑处理后控制中央电器盒上的继电器通断，同时电器盒上的电路监测元件把检测到的信号反馈给汽车BCM，两者形成一个完整的闭环控制。目前，从整车成本及便于装车维护的角度考虑，把汽车BCM与中央电器盒集成到一起形成一个智能电器盒的方案越来越受到主机厂的青睐。这样可省掉两者间的连接线束、对应插接件且减少了壳体数量，降低了整车成本；节省了汽车安装空间，提高了主机厂装车效率；减少了汽车零部件总成，方便了主机厂的管理和产品维护。 中央电器盒组成及原理 与汽车BCM集成的大多是印刷线路板中央电器盒。电路板可采用单块板，也可将两块电路板叠加(两块板之间利用焊接导电柱实现线路连通)，每块板可单面布线，也可双面布线，甚至可多层布线以满足复杂电路需要。 中央电器盒的配电部分是把汽车蓄电池电经过各个熔断器连接到电器盒插接件上，并通过汽车线束直接分配到相应汽车用电器上为其提供电源。这部分用电器包括收音机、组合仪表、安全气囊、CD机、天窗、点烟器、电动座椅、倒车镜等。中央电器盒的执行部分是把汽车蓄电池电经过各个熔断器分配到继电器常开触点上，常开触点另一端连接到电器盒插接件上，通过汽车线束与用电器相连。继电器线包一端通过熔断器与汽车蓄电池电相连，线包另一端则连接到电器盒插接件上，通过汽车线束与控制模块相连，控制信号有效时继电器闭合用电器工作。中央电器盒上的电子元件根据不同的功能实现有所不同，但通常会是一些正向导通二极管、检测电阻等。 汽车BCM组成及原理 汽车BCM的电源部分包括12VDC和5VDC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。12V电源经过电压转换芯片生成5V电源，它给MCU、芯片及信号处理电路供电。 汽车上的开关信号线数量繁多，这对于MCU来说，IO口的资源显的尤为宝贵，一定情况下必须对IO口进行扩展才能满足实际的需要，开关信号通过插接件由汽车线束来提供。MCU采用飞思卡尔、英飞凌等半导体厂商的单片机进行软件开发来实现BCM的控制逻辑时序，软件开发也是BCM产品开发中最为关键的组成部分。 智能功率器件包括高端开关和低端开关，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负载的运行状况。器件的输出接到BCM插接件上通过汽车线束直接驱动负载对象。 采用继电器专用驱动芯片，比如NCV1413，ULQ2003等。继电器可放在BCM电路板上，继电器触点输出到插接件上通过汽车线束来控制负载对象；继电器也可放在BCM之外的中央电器盒上，继电器驱动芯片的输出接到插接件上通过汽车线束来控制继电器线包。 RKE部分是无线电接收部分和解码部分，接收来自遥控器发出的射频信号，经解密后将获取的命令信息发送给执行器，进而获得希望得到的开锁、闭锁或后备箱解锁等动作。遥控器发射频率通常为315MHz和433.92MHz两种，为保证较长的有效遥控距离，接收部分需要较高的灵敏度、较宽的接收带宽、接近发射频率的接收谐振频率、接近于1的接收驻波比、与接收LC网络配合良好的天线等。为保证射频通信方式的安全，所有经由遥控器发送的信息均被某种加密方式进行加密，这就需要对接收到的射频信号进行软件解密。 智能电器盒系统设计 汽车BCM与中央电器盒的电路板可采用平行结构或垂直结构通过排针焊装到一起，电路板集成后共用一套壳体；两部分也可独立拥有自己的壳体，采用嵌入式结构一部分嵌入另一部分之中，两部分通过插针对插到一起，并通过锁紧卡扣把两部分壳体固定在一起。汽车BCM与中央电器盒都有自己独立的插接件，BCM插接件通过汽车线束一部分采集汽车上的开关电平信号，另一部分是BCM通过智能功率器件或PCB继电器直接驱动控制对象。中央电器盒插接件通过汽车线束一部分把BAT、ACC、ON、ST电平分配到相应用电器上，另一部分是把电器盒上的继电器输出端与执行机构相连接。BCM与中央电器盒两者之间通过插针相连接，连接信号包括BCM的输出控制信号，该控制信号直接控制电器盒上的继电器线包；电器盒上的反馈检测信号通过插针提供给BCM的MCU来进行判断处理；另外电器盒上的配电信号也通过插针直接配送到BCM。BCM是小电流控制信号，电器盒是大电流执行信号，两者间的连接是典型的弱电控制强电。 在系统集成中要充分考虑电器盒上大电流线及继电器触点吸合对BCM造成的电磁干扰。BCM上的MCU、RKE接收、晶振等高频器件要做地线屏蔽处理，如果成本允许我们可以加一屏蔽外壳或将外壳用锡箔封上；在各器件的电源管脚放置足够与适当的去耦合电容以缓和电源层和地层上的噪声，在执行机构端或继电器触点端增加电感和充放电电容以消除大电流启动和停止对电路造成的干扰；输入信号线尽可能短即靠近MCU，输出信号线周围做屏蔽处理并减少直线网络的布线，不要有太长的平行线如无法避免，其间保持足够的距离或者添加地线隔离；PCB的地线布成树枝状，减少回路面积减少干扰，用“磁珠”或0欧电阻把模、数地分开并连接，也可直接在BCM与电器盒之间增加一绝缘屏蔽层。