1.BCM概述

車身控制模塊BCM是高集成度的芯片。BCM的英文全稱是Body Control Module。其控制對(duì)象是采用高靈敏度帶喚醒及睡眠檢測的高頻收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)車門車窗遙控上鎖與開鎖、電動(dòng)后視鏡、中控門鎖、玻璃升降裝置、車燈(遠(yuǎn)光燈、近光燈、位置燈、制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈和車內(nèi)照明等)、車窗加熱化霜裝置、儀表背光調(diào)節(jié)和電源分配。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的執(zhí)行元件為電機(jī)(步進(jìn)電機(jī)、永磁電機(jī)、伺服電機(jī)等)、電磁閥與電磁開關(guān)。負(fù)載功率從數(shù)瓦到數(shù)十瓦、上百瓦不等。BCM內(nèi)部裝置有繼電器等功率器件?？芍苯涌刂戚^大的負(fù)載。

中國市場的汽車，轎車一般采用12V電系，載貨汽車和客車一般采用24V電系。在12V電系中BCM采用線性穩(wěn)壓器。24V電系的BCM采用開關(guān)穩(wěn)壓器(轉(zhuǎn)換效率高。但成本較高)。

BCM的輸入電壓范圍在-0.5～32V之間．輸出電壓為3.3V或5V。當(dāng)今汽車上用電設(shè)備日益增多。對(duì)于電源的要求，和所有用電設(shè)備一樣，BCM也需要充分將自身的靜態(tài)電流設(shè)計(jì)得足夠低，以應(yīng)對(duì)停車時(shí)間或怠機(jī)過長，蓄電池因過放電會(huì)使車輛無法起動(dòng)。而且車身控制模塊應(yīng)盡量安放在遠(yuǎn)離熱源之處，并提供過溫保護(hù)。

圖1為車身控制模塊BCM的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

展示了智能化的汽車車身電子控制與監(jiān)視的方案，汽車車身(車燈、門鎖、車窗等)的相關(guān)功能表達(dá)在BCM的系統(tǒng)架構(gòu)中。

汽車車身上眾多部件和組件的功能操作通過BCM實(shí)現(xiàn)電子控制和監(jiān)視。各電子設(shè)備之間信息共享越來越多，一項(xiàng)信息能同時(shí)供多個(gè)部件和組件使用。所以，BCM不僅功能更加強(qiáng)大，其通信功能也越來越強(qiáng)大。單一集中式的BCM難以完成日益龐大的控制。總線化、網(wǎng)絡(luò)化的BCM成為必然的發(fā)展趨勢。

BCM能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外燈光控制、刮水洗滌邏輯控制和自動(dòng)功能、中央門鎖控制、喇叭除霜和四輪驅(qū)動(dòng)功能等。BCM在基本功能上具備邏輯功能的關(guān)聯(lián)、人性化設(shè)計(jì)等。如前照燈自動(dòng)熄滅、遙控鎖車后會(huì)自動(dòng)關(guān)窗、刮水器可根據(jù)車速及雨量自動(dòng)調(diào)節(jié)刮水速度等。

2.BCM與ECU的分工

系統(tǒng)通過智能化的電子控制方案。使汽車車身(車燈、門鎖、車窗等)的相關(guān)功能像CAN和UN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)一樣工作，通過CAN/LIN與遠(yuǎn)程ECU通信或直接來自DBM。通常，車身控制模塊融入了遙控開鎖和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)等的射頻識(shí)別(RFID)功能。

對(duì)眾多車身的功能部件電器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)綜合這些離散的控制器功能，設(shè)計(jì)了功能強(qiáng)大的控制模塊——車身控制模塊BCM。解決了大量分立的電控單元、分離模塊間復(fù)雜的數(shù)據(jù)通信、布線繁雜、成本增加和故障率上升的問題。

ECU為電子控制單元．俗稱車載電腦，實(shí)則是汽車專用的微機(jī)控制器，早先被稱作車用單片機(jī)。這種汽車專用的單片機(jī)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM／RAM)、輸入／輸出接13(I／O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)組成，包括中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括模擬多路轉(zhuǎn)換器、顯示驅(qū)動(dòng)電路和脈寬調(diào)制電路等)。

作為行車電腦，ECU的控制重點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)。其中與之通信的是基于CAN總線的動(dòng)力總成(發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器)控制模塊PCM(如2013年款君威GL8)。

PCM用于動(dòng)力輸出的控制，接收傳感器和空氣流量計(jì)的信息，根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷、處理，然后向噴油器提供一定寬度的電脈；中信號(hào)，以控制噴油量、空氣的配給(電子節(jié)氣門)、噴油及點(diǎn)火的時(shí)機(jī)、進(jìn)氣壓力的調(diào)整。

還要根據(jù)溫度、負(fù)荷、爆震、燃燒狀況等來決定發(fā)動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償控制系數(shù)。ECU實(shí)物照片見圖2。

無論ECU還是BCM，以及汽車電子器件之間的通信，系統(tǒng)皆需憑借車用總線K—LINE、CAN(H-speed、L-speed)、LIN、FlexRay、MOST等相互聯(lián)絡(luò)。表l對(duì)各類總線接口做了簡介。

總線通信需滿足相應(yīng)的硬件接口規(guī)范和信號(hào)規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通信的各方只有符合標(biāo)準(zhǔn)才能發(fā)生聯(lián)系，并同時(shí)滿足應(yīng)用通信協(xié)議。如信息矩陣等。符合上述條件才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能規(guī)范。

BCM實(shí)物照片見圖3。

一般情況下，ECU裝置在儀表板下方。也有裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)的。形狀是四方形板狀，為便于散熱。制成鋁制外殼，足以應(yīng)對(duì)汽車惡劣的工況。

一旦BCM出現(xiàn)故障(即失效)時(shí)，監(jiān)測、記錄故障代碼后，為保護(hù)系統(tǒng)及行駛安全，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入一種安全保護(hù)模式。使車輛能夠暫時(shí)繼續(xù)行駛，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈，警告駕駛員就近盡快維修。此時(shí)，ECU直接采用存儲(chǔ)器中預(yù)先存入的代用值來替代。使系統(tǒng)繼續(xù)工作。但不同的控制系統(tǒng)，失效保護(hù)操作不同，而且同一控制系統(tǒng)的失效保護(hù)模式也未必相同．不同的故障點(diǎn)有不同的失效保護(hù)操作。

以2014年款雷克薩斯LS460L實(shí)際車型為例，其ECU電壓工作范圍在6.5-16V,工作電流在0.015～0.1A。工作溫度可低至-80℃，能承受1000Hz以下的振動(dòng),因此可靠性極高。ECU的核心CPU實(shí)施運(yùn)算與控制功能，存儲(chǔ)器ROM中存放的程序是經(jīng)過精確計(jì)算和大量試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，該固定程序不斷地與采集來的各傳感器的信號(hào)進(jìn)行比較和精算。將比較和計(jì)算的結(jié)果用于發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、空燃比、怠速、廢氣再循環(huán)等多項(xiàng)參數(shù)的控制。它還有故障自診斷和保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它能在RAM中自動(dòng)記錄故障代碼，并采用保護(hù)措施從上述的固有程序中讀取替代程序來維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使汽車能開到修理廠。

RAM能不停地記錄車輛行駛中的數(shù)據(jù)，成為ECU的學(xué)習(xí)程序，為適應(yīng)駕車人駕駛習(xí)慣提供最佳的控制狀態(tài)。該程序即為自適應(yīng)程序。必須注意，由于它是存儲(chǔ)在RAM之中。如同錯(cuò)誤碼一樣，一旦去掉蓄電池或斷電，所有數(shù)據(jù)會(huì)丟失。

不僅發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用ECU，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)和多向可調(diào)電控座椅等皆有各自的ECU。為簡化電路和降低成本，ECU間，ECU與BCM之間的信息傳遞皆采用多路復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整車的ECU/BCM形成一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是CAN數(shù)據(jù)總線。

3. BCM系統(tǒng)組成及控制原理

控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)和本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)及FlexRay是常用的汽車總線。

CAN總線是串行多主站控制器實(shí)時(shí)控制的局域網(wǎng)總線，信息傳輸方式是同步的。物理層為單線；架構(gòu)為一個(gè)主設(shè)備，2～10個(gè)從設(shè)備。LIN信息傳輸方式是異步的，物理層為雙線；架構(gòu)為多個(gè)主設(shè)備，10～300個(gè)從設(shè)備。兩者皆有較高的擴(kuò)展能力。CAN數(shù)據(jù)率為20kB/s，LIN數(shù)據(jù)率高速達(dá)1MB/s，低速為125kB/s。低速CAN總線能增加總線的傳輸距離。提高抗干擾能力，降低硬件成本。

控制對(duì)象是數(shù)量較多，對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求不高，如以低速電機(jī)、電磁閥、各類燈具和開關(guān)器件等為主。而通過LIN總線進(jìn)行通信是主控模塊、門控模塊、中控鎖模塊和語音報(bào)警模塊等，它們是帶寬、復(fù)雜性等要求較低的低速系統(tǒng)，如開關(guān)類負(fù)載或位置型系統(tǒng)的控制。

汽車刮水器、氣流循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇皆為大電感性負(fù)載，欲降低開關(guān)時(shí)強(qiáng)烈的反電勢對(duì)系統(tǒng)電源的沖擊，運(yùn)用脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，也同時(shí)保護(hù)了用電裝置，提高整車的電磁兼容性。PWM是通過調(diào)整輸出周期(該輸出通常是一固定頻率的開關(guān)信號(hào))的占空比大小(脈沖寬度)，控制照明燈的點(diǎn)亮熄滅時(shí)間，來達(dá)到亮度的調(diào)節(jié)。

圖4為CAN／LIN混合總線的車身控制模塊BCM功能原理方框圖。

MCU(微控制器或稱單片機(jī))是整個(gè)車身控制模塊的核心，它像總線和網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)關(guān)那樣工作，監(jiān)視并控制著車身控制器中的各種負(fù)載驅(qū)動(dòng)器按協(xié)議要求工作。

對(duì)相應(yīng)的輸入作出反應(yīng)，根據(jù)預(yù)先的邏輯規(guī)劃做出相應(yīng)的輸出控制，是系統(tǒng)的中樞。其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)信號(hào)共享，一個(gè)輸入信號(hào)，通過BCM實(shí)現(xiàn)車身的多項(xiàng)控制功能。有個(gè)性化編程，駕駛者簡單操作可改變某些與BCM相關(guān)的控制功能。

且并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制器，以有效抑制當(dāng)瞬間電源負(fù)載突降(如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間)出現(xiàn)高達(dá)+45V的高壓脈；中及不穩(wěn)定的電源雜波——該指標(biāo)須符合汽車12V電源系統(tǒng)的IS016750-2-2003中4.6的過電壓測試規(guī)范。

3.1 輸入控制

由于負(fù)載能力、抗干擾能力等客觀情況。許多信號(hào)量無法直接施加至MCU之上，須有適當(dāng)?shù)妮斎腚娐?Input circuit)將信號(hào)進(jìn)行隔離、調(diào)理，方可安全可靠地傳遞給MCU。

下面以開關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)2種來分述。

1)開關(guān)信號(hào)的輸入。

即將系統(tǒng)與電源正(+B)或者電源搭鐵(GND)來判斷是否存在開關(guān)動(dòng)作。開關(guān)輸入僅2種狀態(tài)：接高電平與搭鐵。

如點(diǎn)火開關(guān)，開關(guān)接通，BCM接入信號(hào)為+B；而點(diǎn)火開關(guān)斷開，BCM信號(hào)變?yōu)閼铱铡Ｓ秩玳T接觸開關(guān)，車門打開，開關(guān)便接通，到BCM的信號(hào)是搭鐵；車門關(guān)閉，到BCM的信號(hào)便會(huì)懸空。這正是常需信號(hào)電壓幅度的原因。

2)脈沖信號(hào)輸入。

脈沖信號(hào)可視為某種有周期規(guī)律的開關(guān)信號(hào)。如解碼器的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，氣囊信號(hào)。車速信號(hào)等。所有電子部件之間凡有信號(hào)交互通信，其接口皆必須有軟硬件匹配，才可保證系統(tǒng)可靠工作。

BCM內(nèi)部處理電路有其自身穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài)。外界的輸入會(huì)試圖改變這種邏輯狀態(tài)，于是被BCM最終識(shí)別。一般可靠的高電平要求大于0.7V，可靠的低電平要求小于0.2V。而介于兩者之間的電平輸入，MCU有可能邏輯誤判。開關(guān)自身接觸電阻過大會(huì)有可能引起輸入信號(hào)的變異。

通信接口(Interface)。車內(nèi)各獨(dú)立的電子控制模塊間以及車身控制模塊的遠(yuǎn)程子模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換皆需經(jīng)通信接口。高速CAN(據(jù)ISO 119898，速率高達(dá)1MB/s)系一項(xiàng)雙線容錯(cuò)的差動(dòng)總線。具有共模范圍寬輸入和差動(dòng)信號(hào)技術(shù)。是互連車內(nèi)各個(gè)電子模塊的主要汽車總線類型。LIN總線支持低速(20kB/s)單總線有線網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)對(duì)與信息娛樂系統(tǒng)的遠(yuǎn)程子功能的通信。通過CAN總線以及診斷插頭等接口實(shí)現(xiàn)通信檢測。

A/D轉(zhuǎn)換。由傳感器輸入信息(雨量、陽光)或電流信息(車窗電機(jī)是否堵轉(zhuǎn))的檢測皆是對(duì)電壓模擬量的測量。如果是一些較小的電壓微量變化，則難以被MCU識(shí)別，得由放大電路提升信號(hào)幅度。

射頻識(shí)別(RFID)。最常見的是遙控開鎖系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜止鎖系統(tǒng)兩項(xiàng)功能。設(shè)計(jì)制造商提供用于點(diǎn)火開關(guān)鑰匙(發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng))進(jìn)行加密通信的LF IC，以及用于與遠(yuǎn)程通信的UHF(頻率低于1 GHz)收發(fā)器，它具有超低功耗(靜態(tài)電流小于30μA，驅(qū)動(dòng)電流范圍在100～300mA之間)，以對(duì)車門和報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行鎖定/解鎖。

3.2 輸出控制

負(fù)載驅(qū)動(dòng)器(Load Drive)。BCM中的主要負(fù)載驅(qū)動(dòng)器類型是各類燈具和繼電器?？刂栖囃獠繜舻碾娫撮_關(guān)和驅(qū)動(dòng)器直接安裝在控制器上。繼電器是用作較大功率負(fù)載或其它電子模塊供電。整車的電池充放電和負(fù)載管理其他ECU的負(fù)載分配。則由電流監(jiān)控功能來實(shí)現(xiàn)。

由于負(fù)載能力的先天限制，許多負(fù)載不能直接由MCU的I/O進(jìn)行控制，須由適當(dāng)?shù)妮敵鼋涌陔娐穼?shí)現(xiàn)BCM對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行控制。

BCM的主要輸出控制有下述3類。

1)繼電器控制輸出：由BCM控制外部繼電器，啟動(dòng)繼電器。

2)小功率負(fù)載輸出：由BCM直接控制警示燈、指示燈及較小功率燈具(如頂燈、安全帶指示燈、踏步燈等)。

3)大功率負(fù)載輸出：直接控制外部大功率負(fù)載，如電動(dòng)車窗和中控鎖控制輸出等。以中央門鎖控制功能而言。

其功能可列出如下10余項(xiàng)：車門開關(guān)、安全氣囊、組合儀表、左右前門玻璃升降器開關(guān)、點(diǎn)火開關(guān)、左右前閉鎖器、左右后閉鎖器、聲響警報(bào)(喇叭等)、安全帶未扣開關(guān)信號(hào)和前照燈組合等。

其他如車速信號(hào)輸入，其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在中控門鎖的繼電器中，使行車時(shí)無法打開車門，確保安全。

不論何種輸出方式。皆須保證整個(gè)回路的任何部分其負(fù)載能力能承受并給出足夠大的裕量。

3.3 電源管理

電源管理(power management)有足夠低的靜態(tài)電流的線性穩(wěn)壓器。對(duì)斷開點(diǎn)火開關(guān)的操作模式的待機(jī)狀態(tài)極有利。極大減少漏電流損失和較大的壓降，防止超出負(fù)載突降的電壓容限。

開關(guān)電源的場效應(yīng)晶體管(EFT)不僅提高轉(zhuǎn)換效率，還可以通過多個(gè)開關(guān)電源(SMPS)，采用電源定序。選用合適的輸入電容限制浪涌電流，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)減少紋波電流，也有利于改善電磁干擾(EMI)，提高電磁兼容性。穩(wěn)壓電源可提供極佳的總體穩(wěn)壓精度、瞬態(tài)響應(yīng)和簡單的環(huán)路補(bǔ)償。

電源管理還涵蓋高低壓保護(hù)．延時(shí)斷電和系統(tǒng)休眠等功能。性能優(yōu)異的車身控制模塊不僅有極低的靜態(tài)電流，還提供睡眠模式(低的發(fā)射功率，卻有高的接收靈敏度．低功耗及適宜的頻率范圍等)。如安森美半導(dǎo)體公司的一款ON-53480高頻收發(fā)器，其靜態(tài)電流低至1μA，信號(hào)電平10dBm，接收靈敏度低于-100dBm，工作電流10mA，頻率范圍為280-343MHz，帶有喚醒及睡眠檢測功能。

電源電路的保護(hù)(如浪涌電流保護(hù)、跌落保護(hù))以應(yīng)對(duì)汽車惡劣的運(yùn)行環(huán)境。保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作。對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是IS011542，IS07637-2等。

3.4 高頻接收電路

遙控接收電路的作用是將遙控器發(fā)送端發(fā)送的高頻調(diào)制信號(hào)接收后，再將數(shù)據(jù)解調(diào)出來，由BCM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷。常用的調(diào)制/解調(diào)高頻接收電路(High frequency receiving circuit)其工作模式可分為超再生和超外差兩種。

超外差接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，抗干擾能力好，與單片機(jī)配合的性能較穩(wěn)定。缺點(diǎn)是靈敏度低于超再生接收機(jī)，價(jià)格也遠(yuǎn)高于超再生接收機(jī)。

高頻接收電路決定遙控接收效果。除自身的性能和遙控發(fā)射器性能要求外。還需要適配高效的接收天線。BCM常用的有橡膠天線、外拖軟導(dǎo)線和直接使用PCB印制天線。外拖天線和印制天線。通常取所用頻率波長的1/2n效果最佳，波長λ=c/f（c=光速)。

美國安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)產(chǎn)品有高能效高性能的電子器件和控制器。在汽車電子技術(shù)有較出色的表現(xiàn)。表2介紹了安森美BCM各類汽車總線的特性與典型收發(fā)器的比較?？稍谄渚W(wǎng)站上查到。