車身控制模塊手剎信號(hào)丟失故障分析

【摘 要】文章針對(duì)車輛拉手剎后熄火，再次發(fā)動(dòng)時(shí)不顯示駐車制動(dòng)燈的問題，對(duì)故障件進(jìn)行深入測(cè)試，從理論分析和實(shí)際測(cè)試兩方面分析出組合儀表無(wú)法顯示駐車制動(dòng)燈的主要原因，并為此問題提供軟件解決方案。最后經(jīng)過大量實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，更改手剎CAN信號(hào)處理方式能夠有效解決這一難題。

【關(guān)鍵詞】車身控制模塊;CAN信號(hào);軟件更新

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）11-0105-03

Fault Analysis for the Loss of Handbrake Signal in the BCM

【Abstract】This article referring to the problem that the combined instrument can’t display the parking brake light，when pulling the handbrake before turning off then start again， we have conducted extensive tests to its fault. We summarized the main reasons from two aspects， which is theoretical analysis and practical tests. And we proposed a software programme to solve this problem. In the end， the real vehicle test proved that the change the handbrake CAN signal processing method can solve this problem.

【Key words】BCM;CAN signal;software update

車輛車身控制模塊BCM（Body Control Module）的內(nèi)部電路控制復(fù)雜且市場(chǎng)索賠率比較高，大多數(shù)的車身控制模塊故障件返回之后故障很難再現(xiàn)，造成査找原因困難、分析過程耗時(shí)長(zhǎng)等問題。本文針對(duì)此問題，對(duì)出現(xiàn)的BCM問題進(jìn)行梳理總結(jié)，為后續(xù)分析判斷BCM故障問題提供便利。

1 車身控制模塊BCM功能

車身控制模塊BCM是一款具有高集成程度的芯片。該裝置的核心控制部件使用高頻的收發(fā)器，其功能包括電源分配、對(duì)后窗進(jìn)行加熱、調(diào)節(jié)玻璃升降、電動(dòng)后視鏡、中控門鎖、車燈和儀表的背光功能。BCM的內(nèi)部安裝了繼電器和其他功率設(shè)備，這些設(shè)備能夠控制較高功率的工作負(fù)載[1]。執(zhí)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)的部件包括電機(jī)、電磁閥和電磁開關(guān)，能夠直接處理較大的負(fù)載。在中國(guó)汽車領(lǐng)域，12V電配置中的車身控制部分使用了線性穩(wěn)壓，而24V電配置的車身控制部分選擇了開關(guān)穩(wěn)壓器。BCM輸入的電壓區(qū)間在 -0.5～32V，而其輸出電壓可以是3.3V或5V。BCM的靜態(tài)電流設(shè)計(jì)應(yīng)該確保非常低，BCM應(yīng)有過熱保護(hù)且安裝在遠(yuǎn)離熱源的地方。車身控制模塊BCM的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，車身上的部件功能可以通過車身控制模塊實(shí)現(xiàn)控制，如車燈、車窗、門鎖和室外溫度等相關(guān)信息都在車身控制模塊的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。車輛的各個(gè)電子設(shè)備間的信息可以共享，且一組信息數(shù)據(jù)可以同時(shí)供給多個(gè)部件使用。

車身控制模塊不僅具備基礎(chǔ)功能，還集成了邏輯與用戶友好連接，例如，遙控鎖車將自動(dòng)關(guān)閉窗戶，根據(jù)車輛速度和降雨情況自動(dòng)調(diào)整雨刮速度，還有自動(dòng)感應(yīng)的前照燈和前照燈自動(dòng)熄滅等特性。

2 車身控制模塊BCM控制原理

2.1 輸入控制

考慮到負(fù)載承受能力和抵抗干擾的實(shí)際需求，很多信號(hào)數(shù)值不適合直接接入微型控制器MCU處理。為了確保信號(hào)傳輸?shù)陌踩c穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)妮斎腚娐罚↖nput Circuitry）是至關(guān)重要的，主要功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和調(diào)節(jié)。下文以切換信號(hào)和脈沖信號(hào)為實(shí)例進(jìn)行深入描述。

首先，針對(duì)開關(guān)信號(hào)的輸入，該信號(hào)主要通過測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)與電源正極（+B）或者是接地（GND）的連接狀況確定開關(guān)的響應(yīng)狀況。開關(guān)的信號(hào)存在兩種狀況：高電平面連接和地線連接。比如，點(diǎn)火開關(guān)激活時(shí)，BCM接收到的是電源正極（+B）的電信號(hào)強(qiáng)度;點(diǎn)火開關(guān)不激活時(shí)，BCM接收到的信號(hào)是懸空的。當(dāng)車門打開，車門的接觸開關(guān)會(huì)自動(dòng)接通，隨后會(huì)向BCM發(fā)出接地指示;當(dāng)車門關(guān)好后，BCM接收到的信號(hào)會(huì)呈現(xiàn)懸空的現(xiàn)象，此時(shí)的狀態(tài)也會(huì)改變。信號(hào)的這種狀態(tài)變化恰好是需要密切注意的信號(hào)電壓振幅的主要原因。

脈沖信號(hào)輸入屬于關(guān)鍵的信號(hào)類型，其核心在于具有周期性切換信號(hào)的特性。此類信號(hào)在解碼器的數(shù)據(jù)錄入、氣囊的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和車速信息探測(cè)等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中有著廣泛的用途[2]。為了保證任何電子系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)的高效傳遞和通信，電子部分的各種接口都需要進(jìn)行嚴(yán)格的軟硬件匹配。車輛的車身控制模塊BCM內(nèi)的處理電路系統(tǒng)保持了邏輯電平的穩(wěn)定性。當(dāng)外部的指令嘗試調(diào)整這些邏輯狀態(tài)時(shí)，這些信號(hào)將最終由BCM辨識(shí)并加以處理。為了確保信號(hào)識(shí)別的精準(zhǔn)度，通常需要高電平的可靠性高于0.7V，而較低電平則需要低于0.2V。如果輸入電平為這兩種情況之間，MCU可能出現(xiàn)邏輯上的錯(cuò)誤判斷。另外，過大的開關(guān)觸摸電阻有可能引起輸入信號(hào)的不同程度變化。

通信接口在車輛內(nèi)部各電子控制單元以及車體控制組件的長(zhǎng)程子模塊間的數(shù)據(jù)互換方面起到了決定性的作用?；贗SO 11898標(biāo)準(zhǔn)，高速CAN總線（其運(yùn)行速度可高達(dá)1MB/s）采納了雙線容錯(cuò)差動(dòng)總線的方法，并展現(xiàn)出廣泛的共模范圍以及差動(dòng)信號(hào)的先進(jìn)技術(shù)，成為汽車內(nèi)部電子模塊主要的互連總線方式。另一方面，LIN總線支持低速（20kB/s）的單一線路有線網(wǎng)絡(luò)，并且主要用來(lái)與信息娛樂系統(tǒng)的遠(yuǎn)程功能進(jìn)行通信。通過使用CAN總線以及診斷性插頭等不同接口，有能力實(shí)施對(duì)通信狀況的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。在模擬信號(hào)的處理中，A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)扮演著重要角色。無(wú)論是傳感器提供的降雨量、陽(yáng)光強(qiáng)度，還是電流信息，如車窗電機(jī)的堵轉(zhuǎn)情況，這些都是用于電壓模擬測(cè)量的關(guān)鍵指標(biāo)。在MCU無(wú)法直接檢測(cè)信號(hào)電壓微小的波動(dòng)時(shí)，放大電路便被設(shè)計(jì)用以增加信號(hào)的幅度，以便準(zhǔn)確地對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。

在當(dāng)代汽車系統(tǒng)中，射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）同樣扮演著不可或缺的角色，尤其是在遙控式的解鎖系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)制中的防盜鎖定系統(tǒng)里。制造商會(huì)專門為點(diǎn)火開關(guān)鑰匙（發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖定系統(tǒng)）提供LFIC加密通信功能，同時(shí)也會(huì)為UHF（頻率低于1GHz）接收器提供遠(yuǎn)程傳輸。這批機(jī)器擁有極低的能量消耗特點(diǎn)，能夠?qū)囬T和報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行有效的自動(dòng)鎖定和解鎖，確保車輛的安全和安全。

2.2 輸出控制

在汽車控制模塊BCM內(nèi)，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器起到了決定性的作用，這些驅(qū)動(dòng)器主要涵蓋了各種燈具和繼電器的類型[3]。電源的開關(guān)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備負(fù)責(zé)操控車輛的外部燈，這些部件大部分直接被安裝在控制系統(tǒng)上。繼電器主要用于為高功率負(fù)載或其他電子元件供電，確保電力的持續(xù)穩(wěn)定和安全性。汽車整體電池的充電和放電調(diào)節(jié)以及與其他ECU之間的負(fù)荷分配，均是通過BCM系統(tǒng)的電流監(jiān)控功能來(lái)完成的。但是，考慮到MCU的I/O端的承載能力有其局限性，導(dǎo)致許多負(fù)荷難以直接由MCU進(jìn)行控制。為此，有必要選用合適的輸出接口電路作為連接，使得BCM能有效地控制外界負(fù)載。

3 CAN信號(hào)發(fā)送類型

CAN的信號(hào)傳輸類型可以主要被劃分為周期型、事件型、重復(fù)和混合性質(zhì)等幾大類。前兩種策略被廣泛采納和應(yīng)用。

3.1 周期型（Cyclic）信號(hào)

周期型信號(hào)被稱為信號(hào)發(fā)射，它是將固定的周期循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偩€上的行為。在下個(gè)周期的傳輸節(jié)點(diǎn)，將各個(gè)周期的更新數(shù)據(jù)傳送出去。如果數(shù)據(jù)在周期里有超過兩次更新，那么系統(tǒng)只會(huì)發(fā)送最新的更新內(nèi)容。周期型的信號(hào)特別適用于數(shù)據(jù)的高變化頻率或者需要實(shí)時(shí)同步的信息，每一項(xiàng)參數(shù)的輸入都需在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)方可傳送，具體的發(fā)送模式如圖2所示。

3.2 事件型（On Change）信號(hào)

當(dāng)信號(hào)類型為事件型時(shí)，這一信號(hào)即事件型發(fā)出的信號(hào)，并且只有當(dāng)這些信號(hào)值發(fā)生改變時(shí)，該信號(hào)才會(huì)被發(fā)送至總線。如果數(shù)字保持不變，那么總線上不會(huì)顯示出這個(gè)信號(hào)。事件型信號(hào)主要針對(duì)那些信號(hào)變化頻繁的數(shù)據(jù)，而不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步。僅當(dāng)輸入?yún)?shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，報(bào)文才可能傳遞給CAN總線。如果數(shù)據(jù)有重復(fù)輸入，且參數(shù)保持不變，那么報(bào)文就不可能再被發(fā)送。需要注意，如果在報(bào)文生成的最短時(shí)間段中設(shè)置了多次數(shù)據(jù)變動(dòng)，這些會(huì)被忽略;然而，如果報(bào)文最終被發(fā)送，就會(huì)發(fā)送最后一個(gè)接收到的數(shù)據(jù)數(shù)值，其發(fā)送模式如圖3所示。

4 BCM手剎信號(hào)丟失具體故障分析

4.1 故障現(xiàn)象

車輛拉手剎后熄火，再次點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)組合儀表不顯示駐車制動(dòng)燈。對(duì)故障件進(jìn)行了大量測(cè)試，故障重現(xiàn)率為100%。

4.2 故障車輛數(shù)據(jù)分析

對(duì)該故障車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[4]，當(dāng)機(jī)械手剎拉起，CAN 0x313發(fā)送的手剎信號(hào)報(bào)文為0x2：Locked。當(dāng)休眠后再次上電，此時(shí)機(jī)械手剎處于拉起狀態(tài)，CAN 0x313發(fā)送的手剎信號(hào)報(bào)文變?yōu)?x1：Release。

4.3 原因分析

BCM休眠喚醒時(shí)，手剎狀態(tài)CAN信號(hào)初始化為Release狀態(tài)，之后軟件未檢測(cè)到手剎開關(guān)變化，不會(huì)更新手剎狀態(tài)值，故喚醒時(shí)手剎狀態(tài)值保持為Release，導(dǎo)致再次點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)組合儀表不顯示駐車制動(dòng)燈。

4.4 對(duì)策措施

修改BCM軟件，軟件實(shí)時(shí)讀取手剎開關(guān)狀態(tài)，無(wú)論手剎開關(guān)狀態(tài)是否有變化，BCM均會(huì)更新手剎CAN信號(hào)。修改前，手剎CAN信號(hào)更新任務(wù)采用觸發(fā)式處理，修改后手剎CAN信號(hào)更新任務(wù)采用周期式處理。修改后的BCM軟件內(nèi)容如圖4所示，修改后的BCM軟件流程圖如圖5所示。

4.5 任務(wù)處理方式對(duì)比

任務(wù)觸發(fā)式處理的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)開關(guān)未變化時(shí)，無(wú)需進(jìn)行重復(fù)的任務(wù)處理，可以減少代碼運(yùn)行時(shí)間，提升CPU運(yùn)行速率。缺點(diǎn)則是在喚醒后需保持休眠前的狀態(tài)。而任務(wù)周期式處理的優(yōu)點(diǎn)是任務(wù)周期掃描，不需要保持休眠前的狀態(tài)，缺點(diǎn)則是周期執(zhí)行函數(shù)，相同任務(wù)會(huì)被重復(fù)執(zhí)行，增加CPU運(yùn)行時(shí)間。

5 總結(jié)

增加測(cè)試用例場(chǎng)景覆蓋，以便測(cè)試圍堵問題外流，對(duì)BCM觸發(fā)式處理會(huì)出現(xiàn)問題的輸入開關(guān)進(jìn)行排查，總結(jié)出3個(gè)條件：①對(duì)應(yīng)的開關(guān)類型為自鎖開關(guān);②對(duì)應(yīng)的輸入開關(guān)不是喚醒開關(guān);③在喚醒狀態(tài)后，對(duì)應(yīng)的輸入開關(guān)功能不需要其他前提條件。根據(jù)上述3個(gè)條件對(duì)BCM所有輸入開關(guān)進(jìn)行排查，均更改為周期更新處理方式。對(duì)于不同信號(hào)發(fā)送類型與控制策略的對(duì)應(yīng)分析，在今后的產(chǎn)品研發(fā)中可以運(yùn)用到同類型功能的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以更加合理地定義信號(hào)發(fā)送類型和優(yōu)化、簡(jiǎn)化出更加合理的控制策略。

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