汽车BCM(1)

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）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（Society of Automotive Engineers ）的标准，实时性响应时间在10ms～100ms 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Ste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能力要求较高，本系统在硬件和软件上均进行了抗干扰设计。在硬件上，通讯线路采用了光电隔离电路电源也采用DC－DC隔离。在电源和地之间设计了一个去耦电容，可用来过滤掉来自电源的高频噪声。在印刷线路板的布局上，将数字电路和功率驱动电路合理分开，这可使相互间的信号耦合减少到最小。在软件上采用了看门狗技术，从而增加了系统的可靠性。

五、结论

本设计方案可实现分布式车身控制系统的基本功能，且结构简单、成本低。此外，该设计思想同样也适用于轿车和中型车辆控制。

分布式车身控制模块将引领发展潮流

作者：时间：2008-03-07来源:中国电子报

关键词：

据奥尔威咨询近期研究显示，近年来车身网络控制技术在我国汽车行业开始普及应用。与车身网络技术有关的汽车车身控制模块（BodyCon-trolModule，简称BCM）正处于起步阶段，未来市场前景可观。目前，国内整车厂应用的车身控制模块产品主要采用进口的或者由国内外资企业生产的产品。本土生产企业虽然有企业已经在研发和生产，但发展步履维艰，面临技术和市场两个发展瓶颈。

我国BCM业成新潜力市场

国内BCM市场竞争激烈，外资企业占据了我国轿车BCM配套市场，成为国内主流企业，而本土企业则向客车、商用车BCM市场发展。据奥尔威咨询调查，目前国内有20多家BCM生产企业，其中外资企业占了2/3。外资企业主要有苏州德科、上海大陆泰密克、天津大陆汽车系统、天津电装、芜湖埃泰克、北京现代摩比斯、苏州博世、广州马瑞利、广州欧姆龙等。本土企业主要有江苏亚华、上海同德、张家港苏星、浙江中科正方、联创、合肥通宇、北京九州恒润等。由于BCM行业的技术门槛和市场门槛较高，奥尔威咨询预计今后不会有更多的企业涉足该领域。

国内绝大多数车型都具备一定的车身电子控制功能，比如电动门窗、电动雨刮、电动坐椅、电动后视镜等。车身控制技术有三种方式：分散式、集中式和分布式（总线式）。目前国内采用分散式BCM的车型主要是经济型轿车，如桑塔纳3000、旗云、自由舰、伊兰特、爱丽舍、捷达等。中高档轿车多采用分布式BCM，如帕萨特、途安、雅阁、凯旋、奥迪、速腾、蒙迪欧、皇冠、君威、派朗等。当前的一个发展趋势是，分布式BCM也开始逐渐向经济型轿车普及，如奇瑞轿车A5车型就采用了CAN(控制器局域网)总线技术，新车型A6和A3也搭载了CAN总线技术。目前国内采用集中式BCM的车型较少，代表车型有御翔、天籁、颐达、骐达、尊驰、骏捷等。分布式车身控制技术的广泛普及应用，为BCM行业发展开拓了新的潜在市场。

国内客车、卡车的智能化程度较低，采用的电子控制模块数量也很少。相对而言，单辆轿车车身控制功能的智能化程度较高，采用的BCM数量也较多。国内BCM市场容量的扩大，除了应用普及程度提高外，最主要的推动力在于我国汽车产量的快速增长。自2001年以来，我国汽车产量年增长率一直保持自在10%以上，2007年我国汽车产量达到888.24万辆，同比增长22.02%，其中乘用车产量为683.11万辆，占总产量的76.9%。据奥尔威咨询研究分析，2010年我国乘用车产量将达到1631万辆，这将极大地拉动我国乘用车BCM 的市场需求量增长，使BCM行业赶上了大好的发展机遇。

分布式BCM将成发展主流

根据奥尔威咨询对国内49款在产轿车品牌的车身控制技术应用状况的统计，分散式车身控制技术仍是市场规模的佼佼者，分布式车身控制技术呈现出规模普及趋势，而集中式车身控制技术保持稳定发展。

统计显示，我国已装备BCM的新产轿车中，采用分散式车身控制技术的轿车产量比例达50%，其次是采用分布式车身控制技术的比例占38%，而集中式车身控制技术在仅占12%。

从市场规模来看，分散式仍然是目前车身控制技术的主流类型。但在整车厂的推动作用下，分布式车身控制技术将加快普及发展，意味着分布式技术极可能超越分散式技术，成为今后车身控制技术的主流。

本土企业遭遇技术和市场瓶颈

目前，我国车身网络和车身控制模块行业还处于起步阶段，对于生产企业而言，技术攻关和配套市场开拓是当务之急，恰恰这也正是我国本土企业面临的两大发展瓶颈。

由于整车厂对国内技术信任度偏低，降低了本土企业在开发车身网络控制总线系统和车身控制模块产品的积极性。有的整车厂自己开发了车身网络控制技术，不需要国内零部件企业重复开发。整车厂对本土企业开发的车身网络和车身控制模块产品的信任度还较低。

从本土企业来看，由于技术攻关不能通过，配套市场开拓的步伐就会更加艰难。国内自主研发了车身网络CAN/LIN（本地互联网）总线技术的本土企业代表有上海同德、浙江中科正方、江苏亚华等，他们的技术应用领域主要还是以客车和卡车为主，已经实现量产；但在轿车方面，本土企业虽然具备车身网络技术，但由于配套市场进入的难度很大，目前还没有实现大批量生产供货。

另外，国内车身控制技术产业链不完整，也是制约本土企业发展的另一个重要因素。国内上游芯片产业发展不成熟是一个薄弱环节，由于缺乏大型本土芯片生产企业，造成国产BCM的成本也居高不下。目前国内车身控制模块生产企业采用的芯片绝大多数是进口产品，少数采用国内封装的芯片。

对本土企业发展BCM，业内专家提出建议：第一，企业要注意规模设计，达到汽车生产厂的要求；第二，量力而行，高标准要求，做到专业化；第三，立足国内自主汽车生产厂，逐步进军合资企业。