毕业论文-BCM简论
长春汽车工业高等专科学校
继续教育学院
毕业论文（设计）
中文题目：BCM简论
英文题目：Body control model as
毕业专业：汽车制造与装调技术
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二零一四年 11月
独创性声明
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摘要
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、空调控制、仪表盘显示等。本文将介绍集成车身大部分控制功能的控制器-BCM，该控制器可对汽车灯光、雨刷、门锁遥控等进行控制。
关键字：电子控制车身控制 BCM
ABSTRACT
With the fast development of automobile electronic, the number of electronic control unit (ECU) is growing up, normally these ECUs control powertrain system (engine、transmission)、chassis system (ABS)、body system. The body control system can give the user more convenience and comfort via light control、door control、seat control、HVAC control、IC display and so on. This paper introduces the module of body control system-BCM, which controls the light、wiper、lock system and so on. KEYWORDS：electronic control, body control, BCM
目录
第1章 BCM 的定义及发展历史 (1)
1.1 BCM的定义 (1)
1.2 BCM的发展历史 (1)
1.2.1原始控制阶段 (1)
1.2.2 智能化控制阶段 (1)
1.2.3基于LIN 、CAN BUS通讯系统的电气控制系统 (1)
1.2.4基于MOST（Media Oriental Transport）系统的控制器的发展方向 (2)
第2章 BCM的优缺点 (2)
2.1 BCM优点 (2)
2.2 BCM缺点 (4)
第3章红旗L平台 BCM的开发 (4)
3.1 红旗检阅车的网络架构与BCM (4)
3.2 红旗U501的网络架构与BCM (4)
3.3 红旗V501的网络架构与BCM (6)
第4章 BCM开发过程中注意事项 (7)
4.1 BCM的功能拓展性 (7)
4.2 BCM功能的设定 (7)
4.3 BCM硬件保护的设计 (7)
4.4 BCM出厂前需经过充分的测试与试验验证 (7)
第5章设计与单体成本的关系 (8)
5.1 产品设计与BCM单体成本的关系 (8)
5.2 产品设计与汽车单车成本的关系 (8)
参考文献 (9)
致谢 (10)
第1章 BCM 的定义及发展历史
1.1 BCM的定义
BCM的英文全称为Body control model，中文名称车身控制单元，车身的主要控制器，车身大部分用电器的控制中枢。
1.2 BCM的发展历史
1.2.1原始控制阶段
从汽车诞生之日起，汽车电气随之而生（例如最基本的汽车灯光系统），汽车电气控制也随之产生，最开始的汽车电气控制类似于家庭电气控制，即电源-开关-用电器，每个电器都需要一个完整回路，即电源-回路连线-开关-用电器，逐渐发展为车身成为一个大导体，作为电源的负极，车身与电源负极连接，各用电气系统的负极就近“搭铁”，也就是就近与车身连接，正极也逐渐就近与其他电气系统共用正极线，但要严格计算导线容量与散热。此阶段的电气原理、结构均较简单可靠，但是线束量较大，功能及智能性扩展受限，控制器间无关联与通讯，动力总成无任何控制器控制。
1.2.2 智能化控制阶段
随着科技的不断发展，动力总成开始由控制器控制，全车控制器之间开始有信息通讯，例如空调控制器需与发动机ECU通讯，在启动空调时，空调控制器需向发动机ECU发出请求，发动机ECU需在发动机动力允许的情况下才允许空调运行，此时的汽车电气系统逐渐向智能化发展，但是控制器之间的通讯仍然靠一根一根的导线连接，即每一种通讯信号需要一个导线连接，此时简单的BCM逐渐出现，但是由于BCM需与各开关及用电器通讯，造成与BCM链接的线束极多，加之BCM自身运算与控制能力不强，所以此时的一个BCM模块只能实现几个功能，一个整车需4-6个BCM模块，所以此时的电气系统线束数量庞大，挤占汽车空间，增加车重，节点多，故障率也高，这就逐渐制约了汽车电气系统的发展。
1.2.3基于LIN 、CAN BUS通讯系统的电气控制系统
20世纪80年代，BOSCH公司开发出LIN（Local Interconnect Network）、CAN BUS(Control Area Network)BUS通讯系统，LIN通讯系统中文名称为局部互联网络，是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。局部互连指的是所有控制单元被安装在
一个有限的结构空间（例如车顶），也被称为“局部子系统”，LIN是CAN BUS系统的在低端应用的延伸，传输速率为1-20kbit/s,一辆车的各个LIN总线系统之间的数据交换是通过CAN BUS总线交换的，且每次只交换一个控制单元的数据。LIN总线系统允许一个LIN主控制单元和最多16个LIN从属控制单元之间进行数据交换。
CAN BUS通讯系统，英文全称Control Area Network，中文名称为控制器局域网络，是一种双线通讯系统，类似于高速公路，各个控制器通过双线搭接在CAN BUS通讯系统上，每个控制器相当于高速公路边上的村落，各个村落把信息放在高速公路上，需要信息的村落会在高速公路上自动抓取，CAN BUS通讯系统的诞生，大大提高了车身控制器直接的通讯能力，也减少了各控制器的通讯数据线的链接，只需两根数据线就能接收所有的信息。此时BCM可以通过少数的导线链接即可以实现与任意多的控制器的通讯，不能减少的只有输出的数据线，所有此时的BCM可以大大的集成车身电气的控制功能，一般功能不是很多的车型只需一个BCM 即可，电气功能较多的高档车型也只需要两三个BCM即可。
1.2.4基于MOST（Media Oriental Transport）系统的控制器的发展方向
MOST英文全称Media Oriental Transport，光学总线是一种光纤数据总线传输，起源于“面向媒体的系统传输合作组织”，随着科技的不断发展，各种高清高保真音视频文件逐渐增大，对数据的传输速率的要求逐渐提高，如传输立体声的数字式电视信号的速率要求约为6M bit/s, CAN BUS的传输速率最大为1M bit/s, MOST的传输速率可达21.2M bit/s,显然CAN BUS通讯已经制约了数字通信，高清传输等数据传输与通信的发展，而MOST可以很好的解决此问题，随着MOST通讯方式的诞生，控制器会向着功能更大的集成化，模块数量少量化发展，例如智能保险丝盒，就是BCM与保险丝的集成，此二者的集成节约了布置空间，节约了线束数量，降低成本，减轻车重。传统的通讯介质均为导线，通过物理的电压值来传输信号，传输速度及数据承载量有限，而MOST靠光信号传输信息，不同模块之间只需一根光纤连接即可，传输速率高，数据承载量大，且光纤成本低，重量轻；目前宝马、奔驰、大众、丰田等世界几大汽车公司已着手研发并投入应用，相信不久的将来，MOST将成为汽车主流的通讯方式。
第2章 BCM的优缺点
2.1 BCM优点
1、集成度高，节省空间
在BCM诞生前，汽车的电气控制模式基本为电源-开关-电器，大功率用电器还需要在开关后边连接继电器，这样就造成一个现象，继电器、开关、用电器之间导线数量繁多，挤占很多空间，而BCM将信号采集，指令处理，驱动模块均集成到一个盒子里，且各种信号采集与开关信号线都通过CAN总线传输至BCM，两根CAN总线取代了很多线束，线束减少节约很多空间，BCM 本身集成了很多控制器功能，将多个控制器集成为一个控制器，自身就节省很多空间。
2、容易平台化，功能拓展容易
BCM与其他控制器类的硬件电路基本类似，基本由电源部分、信号输入部分、信号输出分、驱动部分及各个部分的保护电路组成（如图一所示），一旦硬件电路及软件系统成熟后，可以移植至其他车型，移植后开发周期短，开发成本低，安全可靠，可以根据成本、品质要求等因素对主芯片及各个模块电路做出改变，建立不同平台来对应不同级别车型，例如可以选择处理速度较低、驱动输出较少、成本较低的主芯片，输出驱动选择继电器而非驱动芯片，保护电路选择较低成本的方案，这样就可以建立一个低成本的平台，而且可以根据各种需求组合开发不同的平台。在选择平台的时候，一般会在输出端富余出几路输出，这样如果需要在BCM上增加控制功能时就可以在富余的输出端链接相应的电器就可以，功能拓展比较容易。
3、节约成本，减轻车重
一个BCM只需要一个只需要一个主芯片，一个套保护电路，一个信号采集芯片，如果整车电气的每个控制功能需要一个控制器，则主芯片数量，保护电路数量，信号采集芯片的数量、控制器壳体，固定螺钉支架等硬件与零部件的数量将是BCM所需要的数倍，则这些硬件成本可能是BCM的几倍，所以BCM的诞生对于整车成本及整车减重都起到了较大的作用。
图一 BCM硬件框图
2.2 BCM缺点
1、开发难度大，开发周期长，制造环境及精度要求高
BCM集成车身大部分的控制功能，硬件电路复杂，电子元器件多且布置密集，电路散热量大，由于电路复杂电气元件多，EMI与EMC较难满足，所以开发一个BCM平台要反复更改电路与试验，所以开发难度大，周期长；由于元器件密集，所以对于元器件的焊接质量要求较高，如果制造精度及各种防护控制不好容易造成元件虚接、短路或者静电击穿等问题。
2、维修成本高
如果车身电气某部分功能失效，确认是BCM损坏，一般情况售后维修只能整体更换BCM，更换BCM成本较高，所以造成整车维修成本较高。
第3章红旗L平台 BCM的开发
3.1 红旗检阅车的网络架构与BCM
由于红旗检阅车的特殊性及BCM的开发经验缺少，检阅车开发之初，就车身控制一直徘徊在BCM与最原始的开关-继电器控制之间，后来选择了BCM控制，但是当时检阅车只有动力系统上了CAN BUS系统，高速CAN（传输速率500kbit/s）,车身控制部分由BCM与若干个控制器构成，各供应商所负责的控制器之间又形成若干局域网，即各供应商在自己的控制器之间有自己的通讯语言，局域网之间通过K线或硬线链接，BCM所负责功能有灯光系统、四门玻璃升降（带防夹功能）、后备箱开启、遥控、风窗清洗系统、大灯清洗、雨刮控制、喇叭、自动落锁、油箱盖开启。
3.2 红旗U501的网络架构与BCM
由于红旗检阅车开发周期短，电气开发不成熟，且无法平台化，故项目组重新规划U501的电气系统，除动力系统上CAN通讯系统以外，整个车身系统也要求上CAN通讯系统，车身走低速CAN，速率100Kbit/s，U501一共规划了两版CAN网络，最终因为第一版有一些不合理的地方而选择了第二版，第一版CAN网络如下图二所示：
图二U501 CAN网络架构图（第一版）
U501第一版CAN网络架构有如下几点不合理之处，分别为
1、电子旋钮换挡器需要接收TCU发出的档位信号进行闭环控制，电子换挡旋钮的每次指令均发到低速CAN网络上之后经过网关到达高速CAN，到达变速TCU，这样会影响变速箱的响应速度。
2、门锁控制器到后备箱锁硬线线束较多且过长，所以改由后BCM负责后备箱锁控制。
3、由于玻璃升降控制器到其他玻璃操作开关、电机硬线线束过长，右后视镜到后视镜调节控制器硬线线束过长，门锁控制器到其他门锁电机硬线线束过长，且均需从左前门过孔穿出，线束过粗，布置及装配均存在困难，所以将门锁控制器、玻璃升降控制器、后视镜调节控制器合并为左、右前门控制器，分别布置在左、右前车门内。左后门窗开关、电机通过硬线与左前门控制器连接；右后门窗开关、电机通过硬线与右前门控制器连接。
基于以上不合理之处，遂将CAN网络架构改为第二版，如图三所示
图三U501 CAN网络架构图（第二版）
出于可靠性考虑，设计师认为BCM负荷太大，遂将四门玻璃升降控制移出，单独设控制器控制，其他功能与检阅车完全相同。
3.3 红旗V501的网络架构与BCM
V501阶段CAN网络架构基本与U501的CAN网络架构相同，部分控制器之间的功能有微调，例如雷达的距离显示示意图原来由雷达控制器发送频率信号至液晶组合仪表，由液晶组合仪表将信号处理后显示雷达的距离示意图，但由于液晶组合仪表处理的图像经常失真，V501阶段由倒车影像处理器来处理雷达距离示意图，处理完成后将距离示意图与倒车后视的图像合成一同传送至液晶组合仪表，这样可以很大程度减轻组合仪表的负担（此部分仪表原来有两项工作，一项是形成雷达距离示意图，另外一项是将雷达距离示意图与倒车后视图分区显示，有一步分区的工作），减少仪表的故障发生率。
V501 BCM的功能与U501相比增加了两项功能，由于U501与V501的气囊未开发完成，故安全带未系提醒无控制器处理，故由BCM来处理实现，另外增加剩余油量与瞬时油耗计算显示。
第4章 BCM开发过程中注意事项
4.1 BCM的功能拓展性
由于车身的大部分功能控制由BCM来控制，一辆整车在开发的过程中，功能定义经常会变，甚至整车在试制的过程中功能定义都会发生变化，例如红旗检阅车到红旗U501到红旗V501的开发过程中，增加了一系列的功能，如增加后备箱开启控制，增加四门玻璃升降控制，增加油量计算与续航里程计算，增加安全带未系提醒，如果当时BCM开发过程中未考虑拓展性，未预留驱动管脚，恐怕整个BCM硬件要重新开发了，所以，BCM在开发过程中一定要预留出多余的驱动管脚，注意其拓展性。
4.2 BCM功能的设定
任何单片机的运算能力都是有限的，而控制器的控制能力基本取决于单片机的能力（散热等其他因素除外），所以设定控制器类产品，如BCM等的功能的时候，一定要考虑其负荷能力，一定要留有余量，否则会造成其死机或者反应慢等问题，要量力而行。
4.3 BCM硬件保护的设计
BCM，汽车的车身用电器管家，与家用电器不同，汽车的电气环境极其恶劣与复杂，震动，高低温，电压不稳，到处各种不明电信号，带电操作，如果自身不够强大，随时可能被报废，所以BCM的硬件电路保护的设计尤为重要，红旗检阅车的BCM供应商最开始对汽车用电器理解不够，认为汽车用电器与民用电器一样，要按规范操作，不能野蛮操作，所以最开始并未为BCM的主芯片的输入输出管脚做保护，所以连续几台车在拔下BCM后，BCM烧毁，原因是在拔下BCM的瞬间，不能保证供电管脚的接地线最后分离，如果最后分离的不是接地的那个管脚，则电流将改道从输入或者输出的管脚中走，这样就造成电路的烧毁，而且输入输出管脚远多于电源的管脚数量，所以烧毁的几率特别大；后来供应商改进了设计，在外围电路增加了保护，但是BCM经常出现死机不能复位的现象（断电后回复正常），这就是保护过当造成的，所以电路保护要设计的适当，不能过大也不能过小。
4.4 BCM出厂前需经过充分的测试与试验验证
随着科技的发展，现在的汽车电气网络一般都是CAN 通讯网络，各电气之间通讯非常重要，而CAN通讯不同于传统的硬线链接，只要物理链接可靠通讯就没有问题，而CAN通讯比较抽象且网络节点繁多而复杂，能够做到流畅通讯比较不容易，开发初期的电气问题很多都是通讯不畅造成的问题，例如红旗U501曾出现过抬起制动踏板以后，制动灯仍然是点亮的状态，踏板开关工作正常，后经网络信号测试，发现当制动踏板抬起时，BCM未采集到该信号，但是网关已经把该信号发送到了CAN网络，原因是BCM的通信故障，后来与供应商“反复交流”得知，供应商根本没有CAN网络测试工具，开发出样件即装车测试；红旗U501、V501在开发的过程中很多供应商不经试验验证即送件装车，试制过程中，电气出现很多问题，有的即使经过测试试验也仍然出现很多问题，主要原因为供应商搭建的测试与实车的电气环境存在很大区别，供应商搭建的测试台电压、电流等电气指标均较平稳，而实车的电气环境复杂，电压不稳，各种不明信号，经常会总成控制器紊乱或死机，而这种情况在供应商的测试台架中根本测试不出来，所以供应商在搭建台架的时候最好将整车相关的用电器都搭建到测试台架中，且全部用原车的零件，而非模拟指示信号。
第5章设计与单体成本的关系
5.1 产品设计与BCM单体成本的关系
零件的成本是设计出来的，由于红旗检阅车的特殊性，BCM设计选用的电子元器件标准均较高，设计方案也选择可靠性高，成本高的方案，例如电源保护部分，可以GVS管进行保护，成本7-8元/个，也可以用压敏电阻做保护，1-2元/个，显然压敏电阻的成本优于GSV，但是对于各种大的脉冲电压的过滤效果不如GVS管，长期使用的稳定性也不如GVS管；驱动部分红旗L 平台的BCM的驱动部分均选用驱动芯片，而非继电器，一般18A的驱动芯片价格为5-6元/个，43A的驱动芯片价格为8-9元/个，由于BCM的功能较大，而继电器的价格大约为2元/个，故其驱动部分增加的成本也较高，但是驱动芯片的电磁兼容性及可靠性要比继电器好得多，高成本造出的高可靠，如果要求不高，全部换成低成本方案，那么BCM的成本就会大大降低，所以说成本是设计出来的。
5.2 产品设计与汽车单车成本的关系
整车成本是设计出来的，一个车型的成本与设计方案有很大的关系，同一级别车型大体的
设计方案相同，但仍存在一些差异，德系车各个零部件用料做工及技术都很讲究，日系车中规中矩，自主品牌车型一般做工粗糙，各零部件均选用成本最低的方案，就后备箱开启方式为例，大众车系，速腾以上车型的后备箱开启方式均采用铰链与气弹簧组合的方式，而日系车A级到B 级均采用扭力杆加金属管的方案，自出品牌基本所有车型均采用与日系车型相同的方式，两者单车成本60-70元，这样的设计差异注定成本存在这样的差异。
在向设计要成本方面，日本车厂是这方面的高手，丰田汽车在将面世的新款COROLLA的出风口设计上就降低了很大成本，其主要在两个方面降低了成本，第一方面是出风口叶片减少，仪表板的两个中央出口，每个出风口只保留一个叶片，为了保证出风量，其出风口做成扁长的形状，将传统的方方的出风口设计成一个扁长的长方形，这样就大大降低了原材料成本与注塑与装配工时成本；第二方面是在出风口的拨轮与风门的连杆结构上做文章，传统的拨轮与风门连杆结构有三个零件组装而成，分别为拨轮、连杆、风门，而丰田汽车通过改变其结构将拨轮与拨轮注塑成一个零件，这样就减少了一个零件，减少了一道装配工序，减少了装配工时成本，减少注塑成本，及衍生的相关的设备工装投入的减少。
德国人绞尽脑汁想如何使产品更可靠，日本人绞尽脑汁想如何让产品在满足使用的情况下让成本更低，而我们国内车厂可能这两方面都没考虑过，只考虑如何让供应商把成本降得更低，而不去考虑在设计上降低成本，在这些方面我们确实应该向日本人学习。
参考文献
[1]钱强；汽车电气与电子技术[D] ；同济大学；2011年
致谢
作为工作在最基层的劳动者，总是寻找各种提升自己工作能力的机会，单位领导给了我这次深造学习的机会倍感珍惜，能加入本大学，有幸能成为其中的一员，却是从前没有奢望过的，因此一得到这样的机会，就倍感珍贵。我要感谢学院给予我这次难得的学习机会，使我能够收获如此多的、如此精彩的知识和感受。因此，在论文即将完成之际，我想向曾经给了我许许多多帮助和支持的人们表示由衷的感谢。
感谢我的导师张老师。在整个学习和论文指导过程中，他充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生，总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。让我在专业知识上收获巨大，这些都将对我产生深远的影响，使我终生受益。在此，我衷心感谢张军老师对我的关心和指导，祝愿他身体健康，阖家幸福！
衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授，希望能够得到各位师长的不吝赐教，使自己早日成为一名合格的毕业生！