集中式车身控制器的设计改进与验证

杨立峰，史云斌，迟晓妮，郑海，杨海深

（1.杭州职业技术学院，浙江杭州310018；2.广汽吉奥汽车研究院，浙江杭州311200）

集中式车身控制器的设计改进与验证

杨立峰1，史云斌1，迟晓妮1，郑海1，杨海深2

（1.杭州职业技术学院，浙江杭州310018；2.广汽吉奥汽车研究院，浙江杭州311200）

车载集中式BCM必须适应实现汽车电子控制功能快速增长的需求，将CAN⁃BUS总线技术与BCM结合应用是必然趋势，但在一个较小的空间内既要完成众多控制功能的实现、功率的分配，又要保证达到EMC的测试指标要求，原先单个PCB板的设计很难满足EMC要求。经过设计改进，采用双层板结构，使得功率分配线路板与微控电子线路板接地线有效分开。EMC测试、负载测试和实际路试结果证明该方法是可行的。

车身控制器；EMC；设计改进

0 引言

随着中国汽车市场的发展和成熟，新上市车辆的电子配置越来越复杂，某一款车型的电子设备越多就越吸引消费者的眼球，同时代表了车辆达到的技术水平。但是，如何既能保证当前的性能和功用最丰富化，又保证成本的控制最优化，是各大主机厂追求的目标。

但是，当前中国市场A级车的配置方面，仍然以可靠性和性价比为主要的指导方向。车载电控技术快速发展，车载ECU的数量越来越多，使得信息共享越来越多，要求BCM对数据通信功能支持能力越来越强；而车身控制器 （BCM）在车身电子电器安全性、配置方便性、性价比等方面是十分重要的。首先要完成车身众多电器的电源分配，接着解决功能协调和监控。当前BCM控制技术有3种方式：分散式、集中式和分布式 （总线式）。国产自主品牌的A级车普遍采用的集中式BCM很难完成越来越庞大的功能。将CAN⁃BUS总线技术与车身电子电器装置BCM结合应用是发展的必然趋势。但是在一个较小的空间内既要完成众多功能的实现、功率的分配又要保证达到EMC的测试指标要求，还要通过相关的出口法规认证试验，当前采用单个PCB板很难解决以上问题。

因此，只有在设计中考虑该问题，才能彻底解决出口法规认证EMC测试试验中的问题，同时考虑生产中的实际工艺问题，具有重大的现实意义。在集中式BCM中添加CAN总线的通信功能模块，进一步增强车型级别功能配置上的拓展能力。

1 当前设计状态BCM存在的问题

为配合某主机厂的A型系列轿车的开发，对整车电子电器功能进行整合，同时预留足够的功能升级空间，设计研发此型BCM。由于采用单层线路板的方式设计，导致在样机和路试部件的测试和路试中出现许多问题。例如：大电流部件工作时的电流较大，发热不均匀；大功率部件工作时，干扰倒车雷达测距的准确性；玻璃升降器堵转电流的设定偏差对不同车门夹紧力的适应度不好，门锁控制反复开启闭合等，使得BCM在主机厂的道路试验中未能通过验证。因此，必须进行大胆的改进才能彻底解决以上问题。

2 问题分析与对策

针对以上问题进行逐条分析，主要是与器件之间和线路之间的干扰相关。例如：倒车雷达测距主要是根据回波的时间间隔来计算，当大电流部件工作时的电流干扰出现在测距频率附近时，会引起误判，导致蜂鸣器提前工作。主要是EMC方面的干扰导致，从根本上解决EMC干扰是对BCM进行以下变更与改进工作的重点。

（1）在结构上采用2个独立线路板方式：①功率分配线路板实现保险丝、继电器、电流监测和功率芯片的布版；②微控电子线路板实现微控芯片、开关量、超声波传感器和逻辑控制线路的布版，使得接地线有效地分开，解决单块PCB路板难以解决的干扰问题。同时缩短制造工艺节拍，可以先一步完成各自检测，最后两块线路板通过桥接相连后进行整机联调。具体参见图1双层板结构图。

（2）为减少功率板大电流部件工作时对控制、雷达测距线路的干扰，同时减少信号中电容耦合噪声，接地位置处理十分必要。在上下两层板间采用过孔、焊盘和专用短接柱接线实现桥接，引入必需的电源引脚 BATT＼ACC＼IGNQ＼IGN2＼GND1，同时将模拟地GND1和高频信号的地线GND2在数字板上下端的布置有效地分离，要求在车身线束的实现上分别在不同的位置接地，防止地线之间产生电感耦合。测距雷达双绞信号线的另外一端GND2在车身上采用就近分别搭铁的处理来防止干扰。参见图2电源部分接线图。

（3）采用高性价比的成熟PIC16F74汽车级芯片实现整车节能性、智能化、人性化、安全性控制。

（4）采用智能功率芯片BTS6143D，实现转向灯电流检测、短路保护、控制功能激活，同时实现危险警告、转向灯快闪报警。达到替代保险丝、短路自动恢复、使用寿命更长的功能。参见图3功率芯片控制图。

（5）倒车雷达控制模块一体集成在BCM内以节约成本，同时使用软件蜂鸣器控制实现小灯未关提示、接近报警、测距使用。因采用功率芯片转向时没有闪光器的 “咔哒、咔哒”声，采用声音频率模拟代替，客户接受效果良好。参见图4的倒车雷达探头信号处理、状态监控电路，图5的倒车雷达信号距离比较电路。

按照以下方式对倒车雷达进行控制，综合考虑现场干扰和回波防止出现误判。起始状态：点火开关置于 “ON”位置，换挡杆置于 “R”倒挡位置时，系统的工作状态如下：

当点火置于ON挡且倒车挡开关接通后，蜂鸣器 “BI”鸣叫一声，表明整个系统自检通过。参见图6所示的被测物与传感器之间的距离和蜂鸣器状态关系。当倒车传感器探头与障碍物之间的距离在 （170±20） ～ （100±10）cm时，倒车蜂鸣器开始慢叫；当倒车传感器探头与障碍物之间的距离在 （100± 10） ～ （60±10）cm时，倒车蜂鸣器开始急叫；当倒车传感器探头与障碍物之间的距离在 （60±10） ～ （5±5）cm时，倒车蜂鸣器开始恒叫。

测试说明：①以上被侦测物为大于2 m×2 m的白色墙壁，或者直径为ϕ75 mm、H为1 000 mm、厚度不小于2 mm的PVC管。

②当点火接通且变速杆置于倒车挡后，先稳定自检10 ms再工作。

（6）采用超小型的快熔保险和继电器，减少连接件发热量。在很小的空间内完成26路保险电源分配、7个继电器 （4个内装）控制输出，大量节约车内导线的使用，可以实现更多功能配置。参见图7所示的快熔保险和继电器分配图。

（7）在点火钥匙OFF位，输出钥匙锁位置信号，以及四门状态信号，实现与遥控连锁控制一键升窗模式，实时监测升窗电流，达到防夹的目的。总电源进入省电睡眠模式，全车灯具自动关闭控制。四门信号与防盗器共享，实现对防盗状态的监控。图8为点火钥匙状态控制图，图9为四门状态控制图。

（8）CAN通信模块电路：使用TJA1040高速CAN收发器，通信速度可达1 Mb／s，该芯片是飞利浦公司的产品，具备良好的EMC性能。它在节约电能方面优势突出，具备远程唤醒和低功耗管理，在不上电状态下有理想的无源性能。

（9）室内灯、门灯、顶灯人性化延时熄灭控制，实现夜晚前大灯照我回家功能激活。

（10）预留：雨刮器雨滴感应联动，前后喷水自动控制，大灯自动点亮功能。

（11）在整车线路设计和布置方面，倒车雷达传感器在车辆上的接地点与其他灯系的地线留够300 mm的间隔距离；还有传递信号线采用双绞线，减少干扰的导入，都是有效解决高频干扰的方式。

3 模拟测试和路试验证

（1）变更以上问题后进行测试，参照GB18655的等级三的要求进行测试，过程和结果如图10—16所示。

（2）带载荷耐久、温升试验过程。相关的试验标准为：GB2423.26⁃2008《电工电子产品环境试验》第2部分：试验方法试验Z／BM：高温／低气压综合试验、GB／T 2423.36⁃2005《电工电子产品环境试验》第2部分：试验方法试验Z／BFc：散热和非散热试验样品的高温／振动 （正弦）综合试验。参见图17带载荷耐久、温升试验场景。

针对耐温性问题特别要求如下：①温度上升的最大值小于60℃，温升的值是从温度计上读取的值减去环境温度值。测量温度点应是接线端子后部卷起部分的温度，最少要测10个以上的端子。②加载的原则：测试电流应采用电器盒电路图上要求的额定值，连续负载 （10 s以上）：通45 min，断开15 min；间歇负载 （小于10 s）：通30 min，断30 min；瞬间负载 （小于5 s）：通5 min、断5 min。试验环境温度80℃。

4 结束语

经过以上改进，EMC的各项指标达到了GB18655的要求，同时，经过装车、路试验证，彻底解决了之前的干扰导致误动作和不稳定控制的现象，产品已经进入实车批量生产装配阶段。现在为此产品申请控制软件著作权一项，实用新型发明两项。相关实用新型发明专利已经授权，专利证书号：ZL201420575223.6，软件著作权授权号：2014SR099213。

【1】全国无线电干扰标准化技术委员会.GB／T 18655⁃2010车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法［S］.北京：中国标准出版社，2011.

【2】全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会. GB2423.26⁃2008《电工电子产品环境试验》第2部分：试验方法试验Z／BM：高温／低气压综合试验［S］.北京：中国标准出版社，2009.

【3】全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会. GB／T 2423.36⁃2005《电工电子产品环境试验》第2部分：试验方法试验Z／BFc：散热和非散热试验样品的高温／振动（正弦）综合试验［S］.北京：中国标准出版社，2013.

【4】王知学，马建辉，车晓波，等.基于MC9S12XS128的汽车BCM的设计与实现［J］.电子设计工程，2011，19（3）：190－192.

【5】杨国胜，贾天阳，王贺飞.基于标准架构及Simulink／Stateflow的车身控制器软件开发［J］.汽车电器，2015（4）：54－55.

【6】明星.基于VTSystem的汽车电气自动测试系统研制及应用［J］.汽车电器，2012（8）：62－64.

Design Improvement and Verification for Centralized Body Control Module

YANG Lifeng1，SHIYunbin1，CHIXiaoni1，ZHENG Hai1，YANG Haishen2
（1.Hangzhou Vocational＆Technical College，Hangzhou Zhejiang 310018，China；2.R＆D automobile institute of GAC GONOW Auto Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 311200，China）

A vehicle centralized BCM ismulti⁃functional，power divided and EMC testsatisfied in a smaller space.It is hard for tradition⁃al vehicle centralized BCMs tomeet the need of automotive electronics development.The single⁃PCB⁃design solution of traditional vehicle cen⁃tralized BCM is difficult tomeet EMC request.A dual⁃layer structure based solution was introduced.In this design solution，GND wires in pow⁃er divide PCB and micro⁃control electrical PCB were distinguished.This solution has been proven by EMC test，load test and real road test.

BCM；EMC；Desigh improvement

2015－04－21

杨立峰 （1971—），男，工学学士，高级工程师，研究方向为汽车制造技术、汽车新能源技术应用、汽车专业职业教育。E⁃mail：5702ylf＠163.com。