车身控制器(BodyControlModule,简称BCM)作为整车电气系统核心零部件,实现了整车电气系统大部分功能,诸如外部灯光、内部灯光、门锁、电动车窗、车身防盗以及后除霜等多个系统的控制。因此BCM控制的负载包括不同类型,如车灯负载、电机负载、LED指示灯等。
现以某自主品牌汽车车身控制器为例,通过以下几个方面浅析BCM开发过程中输出电路的设计方法。
1. BCM输出接口电路
BCM控制的负载种类繁多,主要有灯光类、电机类、喇叭等,根据车身控制器控制对象不同,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等。
内部功率器件输出主要为集成MODFET管功率芯片;内部继电器多为双胞继电器,一般应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,以控制整车大电流负载,如近光灯、防盗喇叭、后除霜等,以下为车身控制器的系统组成。
1.1 外部继电器驱动输出电路
当整车用电器模块电流比较大时,整车多采用继电器来驱动,比如近光灯、远光灯、喇叭等,而继电器通过BCM来进行控制。由于继电器线圈阻值一般在85Ω~120Ω之间,12系统整车电压一般在9V~16V,因此继电器线圈电流一般小于180mA,因此车身控制器一般选用infineonTLE7240SL来驱动外部继电器。
此芯片共有8个输出通道,每个通道驱动电流210mA,过载关断阈值为950mA,且具有短路、过载、高温保护功能。
对于像近光灯等影响行车安全的功能,整车要求必须具有跛行功能,而TLE7240SL支持LimpHome功能,当主芯片出现故障时,看门狗对主芯片进行复位重启的同时,会将近光灯的控制电路切换到备份硬件电路,不受MCU故障影响,保证近光灯功能可以正常实现,TLE7240SL系统原理图如图2:
图 2 TLE 7240SL 系统原理图
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,一般直接采用infineonBTS5120/BTS5020等进行控制,主要根据驱动负载的大小来进行具体选型,此芯片具有过温、过压、电流限制保护功能,同时具有诊断功能,当在On-stage时进行开路和短路到地检测,一旦发现开路或者短路到地即有计数器计数,达到一定的数值即可以判断为真正的开路或者短路到地,并置相应的DTC。在Off-stage时进行短路到电源检测,一旦发现短路到电源即有计数器计数,达到一定的数值即可以判断为真正的短路到电源,并置相应的DTC。比如某款车型转向灯控制,单侧转向灯功率为max36w-12V,则选用型号为BTS5020芯片,其双通道输出电流为5A,满足要求,相比较分立元件的方式,电路更为简单可靠,转向灯工作电路如图3所示:
图 3 转向灯控制电路
对于电机类负载,特别是需要控制正反向电机,比如门锁的控制,需要采用一对双胞继电器来进行控制,优先通过BCM内部集成双胞继电器进行控制,门锁控制源流如图4所示:
图 4 门锁继电器驱动原理图
同时内部继电器驱动一般通过达林顿管ULQ2003AQ来控制,共有7个输出回路,其单通道工作原理如图5所示:
图 5 ULQ2003AQ 单通道原理图
对于车辆上开关指示灯,例如中控锁指示灯、车窗锁止指示灯,其工作电流较小,一般均小于20mA,因此采用带阻三级管来驱动,其工作原理为当输入PIN2为高电平时,Q1导通,Q1导通后Q2发射极正偏,Q2导通,因而PIN3输出高电平,系统原理图如下:
图 6 LED 指示灯驱动电路
本文主要对车身控制器输出控制方式进行了阐述,同时结合整车电气原理,对不同类型负载所采用的驱动方式进行了分析。在对驱动输出进行设计时,应根据执行元器件功率及电气特性来选择,对于多路输出的内部功率驱动芯片,应尽量将不会同时工作的执行器放在同一芯片上进行控制输出,防止同时工作时瞬间电流过大,影响芯片性能。随着控制器集成度更高,车身控制器参与更多的电气功能控制,对外部负载驱动方式的选型及匹配尤为重要。