帶CAN和LIN網絡的智能BCM設計

葉金飛，李曉莉

（江淮汽車技術中心乘用車研究院電氣系統部，安徽 合肥 230601）

智能化、集成化、網絡化是汽車電子控制技術的發展方向。傳統的車身電器采用點對點連接，整車線束相當復雜，一旦出現故障，維修困難。車用總線技術由此獲得了廣泛的關注和應用。

本文設計的BCM在江淮高端SUV上使用。此BCM為整車低速CAN上一節點，可以和位于低速CAN上的PEPS（Passive Entry&Passive Start，被動無鑰進入啟動系統)等節點實現信息的共享和交換；同時也可以和位于高速CAN上的節點通過網關 （組合儀表）進行信息共享和交換。各種故障信息（DTC）可以存儲在MCU（Microprocessor Control Unit，微處理機控制單元）中，然后通過CAN信號對故障信息進行讀取及故障分析，方便了售后的維修和問題排查等。對于倒車雷達、玻璃防夾模塊等對傳輸速度要求不是很高的節點，與BCM之間采用LIN信號傳輸，降低了CAN網絡的負載率，提高了CAN網絡系統的穩定性。

本BCM還進行了諸多人性化的功能設置，多處設置了對相關電器件的保護，較多地應用了雙重信號設置，提高了系統的安全性和穩定性。

1 BCM基本性能和策略簡述

此BCM主要的基本策略有電源電壓處理策略、休眠策略和故障診斷等。

1.1 電壓處理策略

電壓處理策略包括過壓和欠壓處理。整車的電壓由于負載的不同會出現波動，制定的電壓管理策略分為5種狀態。

1）正常電壓 9～16V。

2）高壓 短暫的高于16 V，大于40 ms，但是440ms內又回到正常。

3）低壓 短暫的低于9 V，大于40 ms，但是80ms內又回到正常。

4）過壓 長久的高于16 V，大于440 ms，沒有回到正常。

5）欠壓 長久的低于9V，大于80ms，沒有回到正常。

正常、高壓、低壓狀態下允許輸出；過壓和欠壓狀態下關閉輸出；當系統電壓恢復正常后輸出恢復。

1.2 休眠策略

1）以下情況可進入休眠狀態:進入設防或者重上鎖，危險報警燈關閉；在鑰匙拔出后，沒任何輸出，所有門觸開關、后備廂、發動機蓋關閉，用戶10min未操作車輛。

2）鑰匙插入信號、IG2（Ignition，點火開關檔）、IGI、ACC（附件檔）、危險報警燈開關、位置燈開關以及網絡上所有的信號均可將BCM從休眠中喚醒。

1.3 診斷

BCM提供CAN線方式的診斷以方便BCM的維修。診斷部分需要實現以下的功能:①參數配置，EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，電可擦可編程只讀存儲器）讀寫；②讀DTC及清除DTC；③I／O Control（輸入輸出口控制）；④BCM控制器信息；⑤下線匹配功能。

1.4 短路開路保護策略

對于高邊輸出，在On-stage（驅動狀態）時進行開路短路檢測，一旦發現短路或者開路即有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的開路或者短路，并置相應的DTC。在Off-stage（關閉狀態）時進行短路到電源檢測，一旦發現短路到電源即有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的短路到電源，并置相應的DTC。

對于SPI（Serial Peripheral interface，串行外圍設備接口）低邊輸出，我們只需要通過讀取其寄存器的診斷位信息來判斷。在On-stage時，若診斷位為高，則判斷輸出為短路到電源，同時有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的短路到電源，并置相應的DTC；在Off-stage時，若診斷位為低，則判斷輸出為開路，同時有計數器計數，達到一定的數值即可以判斷為真正的開路，并置相應的DTC。

1.5 RKE鑰匙匹配

此BCM模塊本身包含RKE（Remote Keyless Entry，遙控門禁系統）模塊，使用的無線頻率是433.92MHz±100kHz，RKE共3個按鍵，包括五門解鎖功能，五門上鎖功能，以及尾門解鎖功能。

RKE通過診斷的方式進行匹配，具體配鑰匙的方式如下:通過診斷指令讓模塊進入學碼狀態，定時20 s，此時，轉向燈常亮。RKE鑰匙發出無線信號，待模塊接收到有效信號后，轉向燈閃3下，ID存入EEPROM，同時清除以前所有存過的ID，過程中轉向燈繼續常亮，等待第2把鑰匙匹配。20s定時到，退出學碼狀態，轉向燈滅，RKE匹配結束。

2 BCM硬件及軟件策略設計

此設計BCM主要實現的功能有燈光系統的控制、車門系統的控制、刮水器系統的控制和各種輔助控制等。

車燈系統通過組合開關的開關量實現對車燈的控制，同時在車燈線路出現故障后進行故障存儲，便于故障的診斷和檢查。車門系統主要通過各種硬件和網絡信號實現整車的開鎖、閉鎖功能；通過LIN信號實現對玻璃升降模塊的控制和故障存儲。此BCM還集成了倒車雷達控制器的功能，倒車探頭采集數據通過LIN信號傳輸給BCM，BCM對這些信號進行處理并執行驅動蜂鳴器鳴叫。

BCM位于低速CAN網絡上，它主要和位于低速CAN上的PEPS以及作為網關的組合儀表進行數據交換。

2.1 燈光控制

BCM除具備控制常規的車燈系統功能外，還設置了帶我回家和自動燈光功能，預留白晝燈的控制。

2.1.1 轉向燈和危險報警燈

傳統的轉向燈和危險報警燈是通過開關和報警燈繼電器配合實現轉向和危險報警的。當燈出現故障后負載發生變化，通過轉向燈閃爍頻率的變化來提示駕駛人員。此BCM通過軟件實現報警頻率的控制，同時可以記錄故障代碼，便于故障排查。通過高邊驅動去實現轉向燈點亮同時通過CAN網絡發送給儀表，使儀表實現閃爍，圖1是BCM高邊驅動的接口電路。

用BCM控制危險報警燈還可以通過軟件實現部分智能化的功能，主要有以下幾種。

1）點火鎖開關在ON時，報警燈的優先級高于轉向燈的優先級:如果轉向燈在工作狀態，接通報警燈開關，那么報警燈工作取代轉向燈的工作，直到報警燈開關被斷開，系統才回到轉向燈工作狀態。

2）為了防止由于碰撞而使報警燈開關被按下關閉燈，接收到碰撞信號時，所有的燈工作在報警燈狀態下至少5s，5s后再次按下報警燈開關才能關掉報警燈閃爍。

3）當轉向燈由于短路而上報故障時，短路狀態將通過相關DTC記錄到memory（存儲器）中，并且立即關斷該側轉向燈高邊驅動芯片，組合儀表上轉向指示燈也停止。當點火鑰匙從ON轉到OFF／ACC，再從OFF／ACC到ON，輸出恢復正常。

4）當工作于轉向燈工作模式，某側轉向燈由于開路而上報故障時，開路狀態將通過相關DTC記錄到memory中，并且該側轉向燈以雙倍頻率閃爍，組合儀表轉向指示燈也以雙倍頻率閃爍。當點火鑰匙從ON轉到OFF／ACC， 再從OFF／ACC到ON， 輸出恢復正常。

2.1.2 白晝燈和帶我回家功能控制

如果車輛出口到歐盟或者適用歐盟法規的地區，需要有白晝燈的功能，工作邏輯為當發動機狀態為運行時，沒有近光燈或位置燈輸出，則打開白晝燈，否則關閉。白晝燈的工作時序圖如圖2所示。

當近光燈點亮時，點火開關從ON打到ACC或OFF觸發帶我回家功能，可以持續點亮近光燈10min。

2.1.3 自動燈光

此BCM還設置了自動燈光控制。當車輛進入隧道等光線較暗區域后，光線傳感器中的光敏二極管會隨著不同光照強度參數發生變化，控制回路中電流發生變化。BCM會根據不同的電參量進行燈光的控制。自動燈光傳感器中光敏二極管的特性曲線如圖3所示。近光燈打開／關閉條件，白天:＞1772 LUX，晚上:＜1292LUX。燈光傳感器及推薦的BCM接口電路如圖4所示。燈光系統的工作狀態如表1所示。

表1 燈光系統工作狀態

2.2 刮水器系統控制

BCM通過監測刮水器開關的狀態以及組合開關來控制刮水電動機及噴水泵工作，實現刮水器系統的各種工作模式:前刮水器低速運行、前刮水器高速運行、前刮水器間歇運行、前刮水器關閉、前風窗噴水。

此BCM可以根據組合開關輸入的模擬電阻數值大小設置不同的間歇時間，滿足客戶的不同需求，圖5為模擬量輸入硬件接口電路。

為了安全考慮，在當車速＞100 km／h時，若使用間歇模式，那么在設定的時間上減去4s，以減少高速時由于刮刷速度過慢，影響視野造成的安全隱患出現的幾率。

同時為了保護電動機，避免由于堵轉造成的電動機燒蝕，通過BCM實現堵轉保護，即在運行過程中，當檢測到前刮水器歸位開關18 s不改變時，應該判斷為電動機堵轉，關閉輸出。此時僅當點火開關依次從ON→OFF→ON的循環時，或者刮水器開關從OFF離開時能夠重新啟動刮水器。

2.3 車鎖系統控制

車鎖系統通過BCM內部繼電器完成對門鎖的控制，其實現的主要功能除中控／遙控和鑰匙開閉鎖、車速40km／h自動上鎖、自動重上鎖、碰撞強制開鎖等傳統功能外，還能實現拔鑰匙自動開鎖等功能。

為了保護閉鎖器，BCM設置了閉鎖器保護功能，即車鎖計數器會在每接收到一次閉鎖／解鎖信號后加1，在10s時間里，當車鎖計數器達到值N=8次時，會禁止鎖功能，直到一定的時間Config.Lock Thermal Delay Cfg（默認值是15s）之后恢復，在進入熱保護功能之后要停留在解鎖狀態。

2.4 防盜報警系統

報警模塊實現的是車輛在各種非正常狀態下的報警功能，報警模塊一旦被激活，就啟動聲光報警提醒用戶同時抑制起動功能。低邊輸出硬件接口電路如圖6所示。

BCM還預留了Immobilizer（智能型發動機鎖止防盜控制器）功能，將傳統的發動機防盜控制器集成到BCM中，當鑰匙中轉發器和BCM認證成功后，會通過網絡發送CAN信號給ECM（Engine Control Module，發動機控制器），實現車輛的正常起動，提高車輛安全性的同時還降低了成本。

2.5 輔助系統

在發動機起動且同時接收到空調控制器輸出的有效信號后，后除霜開始加熱，20 min后，自動切斷。期間按下除霜開關加熱中止。為了避免出現外部溫度過高時開啟除霜造成玻璃爆裂，后除霜工作必須得到室外溫度傳感器發送給空調控制器的工作使能信號。

在發動機起動狀態下按下前除冰開關，前除冰開始加熱，20min后，自動切斷。期間按下前除冰開關加熱中止。

2.6 LIN網絡控制功能

2.6.1 玻璃防夾模塊

玻璃防夾模塊和BCM通過LIN總線傳輸信號，遵從LIN2.0協議，BCM作為主節點。BCM通過LIN信號給電機ECU發送使能信號和點火信號，電機ECU將出現的各種故障通過LIN信號發送給BCM，BCM接收到相應的信號后置對應的DTC。BCM發到防夾電動機的信號見表2，防夾電動機發到BCM的信號見表3。

表2 BCM發到防夾電動機的信號

表3 防夾電動機發到BCM的信號

2.6.2 倒車雷達報警控制

倒車雷達工作原理如圖7所示。此設計中BCM和倒車雷達傳感器之間的工作關系如下:LIN通信執行LIN2.0協議；波特率要求19200 b／s；周期為120ms；左探頭LIN ID為0x03；左中探頭LIN ID為0x04；右中探頭LIN ID為0x05；右探頭LIN ID為0x06；探頭發送數據的字節數為1。

1）LIN傳輸時序圖:異步UART，8 bit數據，1bit停止位，無奇偶校驗，通信速率19200b／s。

2）幀格式如圖8所示。

3）ID自動分配與探頭自檢:倒車檔接通，探頭上電后開始初始化，初始化完成后開始對探頭自診斷，自診斷完成后等待接收ID，BCM在倒車檔接通后等待100ms發送左探頭ID給探頭，探頭接收到ID后將診斷數據發送給BCM，診斷數據發送完成后，探頭存儲此ID作為自己探頭的ID，同時開通探頭V+引腳，提供左中探頭電源，BCM接收到探頭的左探頭診斷數據后保存；左中探頭電源接通后執行和左探頭同樣的工作，依次向后傳遞。探頭ID自動分配完成，若在ID自動分配中出現探頭不響應LIN報文頭，ID自動分配停止，BCM進行報錯顯示，若探頭響應的數據為探頭自診斷錯誤，ID自動分配繼續進行，等待完成ID自動分配后BCM顯示探頭故障信息。

4）自診斷數據定義:自診斷數據包含在1字節的數據中，8Bit中每個Bit所包含的含義按表4描述。

5）障礙物距離數據定義:障礙物距離數據包含在1字節的數據中，8Bit中每個Bit所包含的含義按表5描述，其中B0～B4為距離信息，BCM不需要控制。

6）BCM執行輸出:先分別采集4個探頭的蜂鳴器鳴叫頻率，哪個探頭的鳴叫頻率最高按照哪個進行鳴叫，在接收到第5個探頭鳴叫頻率后將第1個距離拋掉，第2～5個探頭進行比較，哪個探頭的鳴叫頻率最高按照哪個進行鳴叫，依次類推。

3 結論

此BCM是基于CAN總線和LIN總線的一款車身控制器。其在硬件設計和軟件策略設計中都采用了較多的先進技術，采用雙電源確保系統的正常工作；設置簸行回家功能:在BCM失效的情況下能夠實現刮水器的低速工作，近光燈的正常工作等，確保失效后的安全性能；硬件設計能夠對燈具等輸出負載進行相應的故障診斷，儲存相應的DTC，能夠通過CAN信號進行故障代碼的讀取，提高了診斷和維修的效率。

表4 自診斷數據定義

表5 數據定義

采用基于CAN網絡的BCM設計，能夠盡可能地采用網絡上的信號進行相關的軟件設計，進行控制策略的優化和提升，同時也可以把BCM本身的相關信息發送到網絡上供其它節點使用，提高了整車系統的可靠性和穩定性。

BCM對刮水電動機和閉鎖電動機進行熱保護，加上電動機本身的熱保護，有效地提升了電動機的使用壽命，提高了整車相關零部件的性能。同時，各種合理優化的功能邏輯設計也提升了產品的舒適性，對整車的電器件的使用人性化有了較大的提高。

［1］QC／T 413—2002， 汽車電氣設備基本技術條件［S］.

［2］王莉，劉德新，劉書亮.汽車網絡標準總線CAN［J］.世界汽車， 2001 （1）:15-17.

［3］李潘.車載控制器局域網（CAN）技術［J］.黑龍江交通科技， 2006 （7）:63-64.