車身控制系統(tǒng)

車身控制系統(tǒng)簡介及案例分析采購技術(shù)科舒浩敏內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試前言車身控制系統(tǒng)（BCM）是用來實現(xiàn)對車身用電器的人性化、舒適性及部分安全性的控制系統(tǒng)，涉及車輛防盜、室內(nèi)燈、電動車窗、玻璃除霜、刮水、中控鎖、遙控、轉(zhuǎn)向燈、前后組合燈、前后霧燈、喇叭、天窗、座椅、后視鏡等的控制。車身控制系統(tǒng)基本原理為通過外部I／O及總線接口接收車內(nèi)的一些開關(guān)信號、傳感器信號以及CAN、LIN總線等數(shù)據(jù)信號，通過控制器MCU實現(xiàn)控制邏輯，通過驅(qū)動電路實現(xiàn)對外圍負載的控制。背景之一：巨大的市場需求近年來我國汽車產(chǎn)銷量走勢數(shù)據(jù)來源：中國汽車工程學(xué)會世界和中國汽車保有量2011年，我國汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車產(chǎn)量和銷量分別達到1841.89萬輛和1850.51萬輛，同比分別增長0.8%和2.5%。整車累計出口81.43萬輛，同比增長49.5%，比上年同期增加26.94萬輛。數(shù)據(jù)來源：中國汽車工程學(xué)會截至2011年11月，我國機動車保有量達2.23億輛，汽車保有量達1.04億輛，大中城市中汽車保有量達到100萬輛以上的城市數(shù)量達14個。背景之二：巨大的技術(shù)空間國外汽車的電子產(chǎn)品占整車成本的30－50%，一些豪華轎車甚至達50%以上，而我國目前每輛汽車的電子產(chǎn)品只占整車成本的10－15%，其中大部分是進口產(chǎn)品，或者是外資、合資企業(yè)生產(chǎn)的電子產(chǎn)品。隨著消費者對汽車智能性、安全性、穩(wěn)定性和舒適性要求的不斷提高，汽車電子對整車越來越重要。背景之三：CAN總線的推廣應(yīng)用國內(nèi)乘用車市場對CAN總線車身控制系統(tǒng)需求逐年增高，預(yù)計2015年將達到1875萬套。德國BOSCH公司開發(fā)的CAN總線所具備的可靠性、實時性、支持結(jié)點數(shù)、傳輸距離等優(yōu)勢，非常適合于汽車應(yīng)用。數(shù)據(jù)來源：中國汽車工程學(xué)會2011年-2015年車用車CAN總線車身控制系統(tǒng)市場需求現(xiàn)狀之一：分布式車身控制系統(tǒng)車身電器系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)（模塊構(gòu)成），各個車身電器子系統(tǒng)為獨立控制，且相互之間沒有邏輯及通信關(guān)系。經(jīng)濟型轎車多采用這種方式，如羚羊、嘉年華、千里馬、捷達、伊蘭特等，典型的控制器件有中控鎖控制器、電動車窗控制器、刮水控制器、閃光器、電子防盜控制器等。分散式的車身控制系統(tǒng)成本低，開發(fā)相對容易，配置靈活，如電子防盜控制器，可在高配上使用，低配不使用，不影響其他車身電器，成本也隨配置變化而變化。但智能性、舒適性和安全性較低?，F(xiàn)狀之二：集總式車身控制系統(tǒng)多個車身電器子系統(tǒng)通過一個控制器集中進行控制。多應(yīng)用于中高端車型，車身控制功能的人性化、舒適性以及安全性得到大大加強，整車用電器的故障診斷變得容易；由于集中控制，從而使控制器MCU、I／O、驅(qū)動電路等資源得到更充分的利用，在同等技術(shù)狀態(tài)的前提下，可以使車身控制系統(tǒng)總體成本得到降低。缺點是開發(fā)難度較高，對于不同的車輛配置通用性不強?，F(xiàn)狀之三：國內(nèi)CAN總線車身控制系統(tǒng)5家企業(yè)共計占有國內(nèi)CAN總線車身控制系統(tǒng)市場份額的98%，市場集中度很高，其中威帝更是占據(jù)50%以上的份額，銷量是排在第二位的歐科佳的2倍以上，其余三家企業(yè)市場占有率在5%～10%之間。2010年國內(nèi)主要CAN總線車身控制系統(tǒng)銷量數(shù)據(jù)來源：中國汽車工程學(xué)會目的和主要內(nèi)容分析調(diào)研汽車電子以及CAN總線車身控制系統(tǒng)的市場應(yīng)用和功能特點。研究輕型越野車車身控制系統(tǒng)的特點，分析其功能需求和性能指標。針對CAN總線車身控制系統(tǒng)的功能特點和性能指標，從硬件電路、軟件程序和CAN通信網(wǎng)絡(luò)三個方面進行設(shè)計。從環(huán)境試驗、電磁兼容試驗和實車試驗三個方面對CAN總線車身控制模塊的各項性能指標進行測試。目的:設(shè)計一款高集成度、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完善、成本較低、適用于輕型越野車輛的車身控制模塊。內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計研究背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試車身控制模塊總體設(shè)計集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)車身控制模塊包括整板電源管理、開關(guān)量輸入處理、模擬量輸入處理、脈沖量輸入處理、開關(guān)量輸出處理、模擬量輸出處理、脈沖量輸出處理、單片機/FPGA邏輯處理等電路結(jié)構(gòu)，通過這些電路實現(xiàn)輸入信號的采集和輸出信號的控制以及CAN通信等功能，達到對車身控制系統(tǒng)的控制。從車身控制模塊的功能描述、性能參數(shù)（電源、輸入/輸出、機械結(jié)構(gòu)）、網(wǎng)絡(luò)拓撲和通信協(xié)議等方面進行總體設(shè)計?？傮w設(shè)計：控制邏輯描述集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)控制邏輯描述示例采用表格形式、人類語言對控制邏輯進行描述，便于后期軟件的開發(fā)和控制邏輯的測試。控制對象相關(guān)輸入控制邏輯信號類型前霧燈總電源開關(guān)點火開關(guān)位置燈開關(guān)前霧燈開關(guān)ON——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且位置燈開關(guān)ON且前霧燈開關(guān)ON高邊開關(guān)高速雨刮總電源開關(guān)點火開關(guān)雨刮高速開關(guān)ON——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且雨刮高速開關(guān)ON高邊開關(guān)雨刮低速總電源開關(guān)點火開關(guān)雨刮高速開關(guān)雨刮低速開關(guān)雨刮間歇開關(guān)雨刮停位開關(guān)洗滌器開關(guān)ON——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且雨刮低速開關(guān)ONON——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且雨刮高速開關(guān)OFF且雨刮停位開關(guān)OFFON——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且雨刮間歇開關(guān)ON且雨刮延時5秒到ON3個周期——總電源開關(guān)ON且點火開關(guān)ON且洗滌器開關(guān)ON高邊開關(guān)總體設(shè)計：輸入接口電氣特性集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)輸入接口電氣特性

車身控制模塊的高有效開關(guān)量、低有效開關(guān)量、模擬電壓信號、電阻信號輸入電路，其接口電氣特性包括了電壓、電流、電阻、頻率等信息的極端最大、典型值和最小值

。類別參數(shù)最小典型最大單位低有效開關(guān)量電壓-0.501.5V電流21020mA高有效開關(guān)量電壓81216V電流51020mA模擬電壓信號電壓0NULL10V電流NULL0.10.5uA模擬電阻信號電阻15NULL350Ω方波頻率信號低電平-9NULL2V高電平4NULL14頻率0NULL12KHz集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)性能參數(shù)匯總

功能分類通道數(shù)特性1特性2輸入高有效喚醒28V~16V5~20mA低有效喚醒3-0.5V~1.5V2~20mA高有效開關(guān)量28V~16V5~20mA低有效開關(guān)量24-0.5V~1.5V2~20mA高低可配置開關(guān)量2同上同上電壓模擬量10V~10V≤0.5uA電阻模擬量115Ω~350ΩNULL頻率信號2低電平：-9V~2V0~12KHz高電平：4~14V輸出高邊功率輸出20功率見表2.3保護、診斷低邊功率輸出2功率見表2.3保護、診斷PWM功率輸出5功率見表2.3保護、診斷半橋輸出1功率見表2.3保護、診斷方波頻率輸出40V~12V0~20KHz通信CAN2匹配電阻可配置NULL電源?；?9V~18V-14V~0V受控火59V~15V-14V~0V地4NULLNULL接插件AMP6共91針防水外殼沖壓鋁制外殼、防護等級IP55、配置防水透氣閥主控制器飛思卡爾MC9S12XEP100汽車級別16位FLASH型單片機，112管腳，1MBROM,4KBRAM總體設(shè)計：網(wǎng)絡(luò)拓撲整車網(wǎng)絡(luò)拓撲車身控制模塊可以實現(xiàn)傳統(tǒng)車載CAN網(wǎng)絡(luò)的高速、低速CAN子網(wǎng)的全部功能，同時還可以作為高速、低速CAN子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。具有以下優(yōu)點：（1）簡化了整車CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試和維護；（2）省去了網(wǎng)關(guān)設(shè)備，降低了系統(tǒng)成本，簡化了線束設(shè)計；（3）簡化了通信協(xié)議設(shè)計，縮短了開發(fā)周期。集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備ID周期車身控制模塊儀表0x18FF0832100毫秒數(shù)據(jù)位置參數(shù)參數(shù)說明字節(jié)1電器開關(guān)量信息BIT：01ON；10OFF1-0：ABS狀態(tài)3-2：前霧燈開關(guān)狀態(tài)5-4：安全帶開關(guān)狀態(tài)7-6：倒車開關(guān)狀態(tài)字節(jié)2電器開關(guān)量信息BIT：01ON；10OFF1-0：ABS報警3-2：轉(zhuǎn)向燈開關(guān)（左01；右10；雙閃00；停止：11）7-6：位置燈開關(guān)狀態(tài)字節(jié)3電器開關(guān)量信息BIT：01ON；10OFF1-0：遠光燈開關(guān)狀態(tài)3-2：近光燈開關(guān)狀態(tài)5-4：總電源開關(guān)狀態(tài)7-6：ON檔狀態(tài)字節(jié)5電器開關(guān)量信息BIT：01ON；10OFF1-0：后備廂開光狀態(tài)3-2：空調(diào)開關(guān)狀態(tài)5-4：手剎開關(guān)狀態(tài)7-6：空檔指示開關(guān)狀態(tài)字節(jié)5、6單次里程信息16BIT：偏移量：0；分辨率：0.1Km；范圍：0~6553.5Km字節(jié)7車速信息8BIT：偏移量：0；分辨率：1Km/h；范圍：0~255Km本章小結(jié)從控制功能角度對車身控制模塊進行了描述。從電源接口、通信接口、輸入接口、輸出接口和控制邏輯五個方面詳細描述了車身控制模塊應(yīng)具備的電路、軟件功能。分別對電源、輸出、輸入、CAN通信、機械結(jié)構(gòu)五個方面應(yīng)具備的物理參數(shù)進行了敘述，并對這些性能參數(shù)進行了匯總。對整車的網(wǎng)絡(luò)拓撲進行了描述，并簡單介紹了車身控制模塊的通信和診斷協(xié)議。以上工作明確了車身控制模塊的各項功能，并提出了具體的性能參數(shù)，為后續(xù)的詳細設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計研究背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試車身控制模塊硬件設(shè)計集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路從功能上可分為電源管理、模擬量輸入、CAN通信接口、脈沖量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出、單片機/FPGA邏輯處理單元六個模塊。硬件設(shè)計：電源電源保護電路電源電路負責(zé)為整板提供電源，電源電路的質(zhì)量直接影響著車身控制模塊的質(zhì)量。根據(jù)電源電路的總體結(jié)構(gòu)，把電源電路分為保護電路、12V整板供電電路、5V和3.3V單片機和FPGA供電電路、±9V脈沖信號處理電路三個部分進行分析。12V整板供電電路9V、5V、3.3V電源硬件設(shè)計：模擬量輸入電阻信號采集模擬量輸入包括電阻信號輸入、模擬電壓信號輸入和系統(tǒng)電壓檢測輸入，各模擬量信號經(jīng)過前端處理后進入模擬多路選通器進行選通操作后輸入A/D采集器。模擬電壓信號采集硬件設(shè)計：CAN通信接口CAN通信接口電路主要負責(zé)完成單片機TTL電平到CAN總線差分信號之間的轉(zhuǎn)換，并提供瞬態(tài)電流抑制、共模干擾抑制等功能，以提高總線的電磁兼容特性硬件設(shè)計：開關(guān)量輸入處理高有效開關(guān)量處理開關(guān)量處理電路的主要功能是將整車的12V開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為3.3V的電平交由FPGA進行邏輯處理，包括低有效開關(guān)量、高有效開關(guān)量和可配置的開關(guān)量處理電路。低有效開關(guān)量處理高低可配置開關(guān)量處理硬件設(shè)計：脈沖量輸入處理

脈沖量處理電路主要負責(zé)車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等脈沖信號的采集，采用遲滯比較器的電路形式，遲滯區(qū)間為VTL=0.385V，VTH=4.615V。硬件設(shè)計：FPGA邏輯處理制動燈控制邏輯圖采用ALTERA公司的Cyclon系列汽車級FPGAEP1C3T100I7，它可以提供多達65個I/O接口，2910個邏輯資源,另外還有一個數(shù)字鎖相環(huán)，可工作于-40℃~100℃的溫度范圍。采用VHDL硬件描述語言進行控制邏輯的開發(fā)。PWM邏輯處理電路圖本章小結(jié)

介紹了各功能電路的具體實現(xiàn)，給出了詳細的電路圖，包括：電源管理、開關(guān)量輸入/輸出、脈沖量輸入/輸出、模擬量輸入、CAN通信接口、FPGA邏輯處理單元和單片機電路。

以上工作完成了CAN總線車身控制模塊的硬件電路設(shè)計，下一步的工作將是軟件程序設(shè)計。內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計研究背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試車身控制模塊軟件設(shè)計集總式CAN總線車身控制系統(tǒng)軟件總構(gòu)架據(jù)軟件的功能要求以及分層代碼設(shè)計的總體思路，結(jié)合車身控制模塊的功能需求，將車身控制模塊軟件分為應(yīng)用層、診斷服務(wù)層、CAN網(wǎng)絡(luò)管理層、CAN設(shè)備驅(qū)動層、硬件底層驅(qū)動和Bootloader。軟件設(shè)計：軟件主流程首先進行系統(tǒng)的初始化，對各種寄存器進行配置并使能CAN等硬件以及RAM的清零；然后判斷是否接收到了來自CAN總線的BootLoader命令，如果接收到了來自CAN總線的程序加載命令，則進行程序加載，否則進入到應(yīng)用程序初始化，對應(yīng)用程序中涉及的各種變量進行初始化操作；接下來進行數(shù)據(jù)采集；下一步根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的和預(yù)定的控制邏輯進行邏輯處理；對數(shù)據(jù)進行邏輯處理完成之后則進行控制命令的輸出；最后判斷是否接收到了下電指令，如果接收到了下電指令，則進行下電處理，對相關(guān)變量進行保存，否則返回數(shù)據(jù)采集步驟，重新執(zhí)行新的循環(huán)。與此同時，對一些實時性要求較高的關(guān)鍵操作，實行中斷處理，事件發(fā)生后程序自動跳轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序入口，執(zhí)行相關(guān)的操作。車身控制系統(tǒng)軟件主流程軟件設(shè)計：CAN通信CAN通信初始化流程CAN通信接收流程CAN通信發(fā)送流程CAN通信軟件設(shè)計主要包括三大部分:CAN節(jié)點初始化、CAN報文發(fā)送和報文接收。CAN節(jié)點的初始化主要負責(zé)對CAN總線的屬性進行初始化配置，使CAN節(jié)點能夠和總線進行通信，CAN報文的發(fā)送主要負責(zé)發(fā)送相關(guān)的狀態(tài)信息、診斷信息和控制信息，CAN報文的接收處理負責(zé)接收總線上相關(guān)的報文，并對數(shù)據(jù)進行解碼，讀取相關(guān)的狀態(tài)信息、控制信息和診斷信息。本章小結(jié)

軟件是車身控制模塊的靈魂，是車身控制模塊功能的重要載體，本章著重介紹了車身控制模塊軟件的構(gòu)架、開發(fā)環(huán)境、各項功能模塊的詳細設(shè)計。

至此，車身控制模塊的設(shè)計工作已經(jīng)基本完成，可以進行樣件的試制。下一步的工作將集中在樣件的環(huán)境測試、電磁兼容測試和實車測試。內(nèi)容提綱車身控制模塊軟件設(shè)計車身控制模塊總體設(shè)計研究背景與現(xiàn)狀內(nèi)容提綱車身控制模塊硬件設(shè)計總結(jié)與展望車身控制模塊測試車身控制模塊測試：環(huán)境測試環(huán)境測試流程根據(jù)ISO16750《道路車輛：電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗》標準制定了車身控制模塊的環(huán)境試驗流程，囊括了高低溫測試、溫度循環(huán)、溫度梯度測試、自由跌落測試、機械沖擊測試、防塵和防水測試、穩(wěn)態(tài)濕熱測試、振動測試等項目。車身控制模塊測試：環(huán)境測試振動實驗臺溫度試驗箱車身控制模塊測試：電磁兼容測試電磁兼容測試流程及相關(guān)標