车身控制器(BodyControlModule,简称BCM)作为车辆电气系统的核心部件,车辆电气系统的大部分功能都得到了控制,如外部照明、内部照明、门锁、电动车窗、车身防盗和后除霜。BCM控制负荷包括不同类型的负荷,如灯负荷、电机负荷、LED指示灯等。
以自主品牌车身控制器为例,从以下几个方面进行分析BCM输出电路在开发过程中的设计方法。
1. BCM输出接口电路
BCM控制负载种类繁多,主要包括照明、电机、喇叭等。根据车身控制器的不同控制对象,功率驱动输出主要分为内部功率器件输出、内部继电器输出和外部继电器输出。
内部功率器件输出主要集成MODFET管功率芯片;内部继电器多为双胞继电器,一般用于电机正反转控制;外部继电器主要通过BCM小电流控制继电器吸合断开,控制车辆大电流负荷,如近光灯、防盗喇叭、后除霜等,以下是车身控制器的系统。
1.1 外部继电器驱动输出电路
当车辆电气模块电流相对较大时,车辆主要由继电器驱动,如近光灯、远光灯、喇叭等,继电器通过BCM控制。由于继电器线圈的电阻值一般为85Ω~120Ω12系统车辆电压一般为9V~16V,因此,继电器线圈的电流一般小于18mA,因此,车身控制器一般选择infineonTLE7240SL驱动外部继电器。
该芯片有8个输出通道,每个通道驱动电流210mA,950mA,并具有短路、过载、高温保护功能。
对于影响近光灯等驾驶安全的功能,车辆必须具有跛行功能,TLE7240SL支持LimpHome功能,当主芯片出现故障时,看门狗重新启动主芯片,将近光控制电路切换到备份硬件电路,不受影响MCU保证近光灯功能正常实现故障影响,TLE7240SL系统原理图如图2所示:
图 2 TLE 7240SL 系统原理图
1.2 高边驱动输出电路
对于电流较小的负载,主要是LED灯光负载,如转向灯、位置灯等,电流一般小于5A,一般直接使用infineonBTS5120/BTS控制5020主要根据驱动负载的大小进行选择。该芯片具有过温、过压、电流限制保护和诊断功能On-stage开路和短路到地检测,一旦发现开路或短路到地,就会有计数器计数,达到一定值,就可以判断为真正的开路或短路到地,并置相应的DTC。在Off-stage当短路到电源检测时,一旦发现短路到电源有计数器计数,达到一定值可判断为真正的短路到电源,并置相应的DTC。例如,一个模型的转向灯控制,单侧转向灯的功率是max36w-12V,型号为BTS5020芯片,其双通道输出电流为5A,与分立元件相比,电路更简单可靠,转向灯工作电路如图3所示:
图 3 转向灯控制电路
1.3 内部集成继电器驱动输出
对于电机负载,特别是控制正反向电机,如门锁控制,需要一对双胞继电器控制,优先考虑BCM控制内部集成双胞继电器,门锁控制源流如图4所示:
图 4 门锁继电器驱动原理图
同时,内部继电器通常由达林顿管驱动ULQ2003AQ单通道工作原理如图5所示:
图 5 ULQ2003AQ 单通道原理图
1.4 LED指示灯驱动
车辆上开关指示灯,如中控锁指示灯、车窗锁指示灯,工作电流小于20mA,因此,当输入时,采用带阻三级管驱动PIN二是高电平时,Q1导通,Q1导通后Q2发射极偏,Q2导通,因而PIN输出高电平,系统原理图如下:
图 6 LED 指示灯驱动电路
2. 总结
本文主要阐述了车身控制器的输出控制模式,并结合车辆的电气原理,分析了不同类型负载的驱动模式。在设计驱动输出时,应根据执行元件的功率和电气特性进行选择。对于多路输出的内部功率驱动芯片,应尽量将不同时工作的执行器放在同一芯片上控制输出,防止同时工作时瞬时电流过大,影响芯片性能。随着控制器集成度的提高,车身控制器参与了更多的电气功能控制,因此外部负载驱动模式的选择和匹配尤为重要。
是指当汽车电气控制设备出现故障时,主要集中在发动机控制和变速箱单片机上。当模块或传感器信号出现故障时,模块仍能完成基本功能,使汽车仍能以最低要求的性能水平行驶。
在车身电子方面,主要涉及灯和门的控制。该模式确保车辆能够自动点亮所有相关灯,使其能够安全地开回维修现场进行维修,避免车辆在行驶过程中可能发生的严重安全事故。
对于配备自动变速器的车辆,limp home 是指TCU为避免可能发生的安全事故,控制变速器停止自动升降档功能,一种保护模式,直接将齿轮固定在4档(可能因变速器结构而异);同时,电磁阀停止供电,系统油压达到最大值,点亮发动机故障灯。此时,变速器只具有单速比的传动功能。
对发动机而言,ECU进入故障安全模式,油门踏板无效,可低速行驶至维修现场。
LIMP HOME功能本质是指当车辆电气控制系统出现问题时,可以根据相应的条件判断控制逻辑,安排另一套控制电平,使必须控制的负载按照既定的逻辑运行