汽车车身控制器输出电路的设计与分析

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

1.2 高边驱动输出电路

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

1.3 内部集成继电器驱动输出

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

1.4 LED指示灯驱动

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

2. 总结

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。

        Limp Home（跛行模式）：是指汽车的电控设备出现故障的时候，一开始主要集中于发动机控制和变速箱单片机，在模块或者传感器信号出现故障的时候，模块仍旧能够完成基本的功能，使得汽车仍能以最低要求的性能水平行驶。

        在车身电子上，主要涉及灯及门的控制，该模式保证汽车能自动点亮所有相关车灯，使之安全的开回维修地点维修，避免故障车辆在行驶过程中可能导致的严重安全事故。

        对于装有自动变速器的车辆而言，limp home 是指TCU检测到变速器严重故障，为了避免可能导致的安全事故，控制变速器停止自动升降挡功能，直接将档位固定在4挡（因变速器结构而可能不同）的一种保护模式；同时，电磁阀停止供电工作，系统油压到达最大值的状态，并点亮发动机故障灯，此时变速器只具备单一速比的传动功能。

        对发动机而言，ECU进入了故障安全模式，油门踏板不起作用，可低速行驶到修理地点。

        LIMP HOME的功能实质是指，车辆的电控系统出现问题的时候，控制逻辑能够根据对应的条件进行判断，安排另外的一套控制电平，使得必须控制的负载按照既定的逻辑运行

双胞继电器

双位置继电器的工作原理双位置继电器的工作原理 双位置继电器的工作原理 两个线圈，每个线圈串接一个触点，一常开一常闭，无电时通过永久磁铁的作用力，使衔铁固定在初始位置上，当给常闭接点所在线圈加电时，线圈得电使衔铁动作，动作后由永久磁铁将其固定在动作后位置上，同时衔https://www.renrendoc.com/paper/136415004.html