汽車制造與裝調技術畢業(yè)論文-bcm簡論

1、長春汽車工業(yè)高等?？茖W校繼續(xù)教育學院畢業(yè)論文（設計）中文題目：BCM簡論英文題目： Body con trol model as畢業(yè)專業(yè)：汽車制造與裝調技術學生姓名:準考證號:指導教師:零一四年11月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的研究成果，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得長春汽車工業(yè)高等專 科學校或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。論文作者簽名：簽字日期：年 月 日學位論文版權使用授權書本論文作者完全了解 長春汽車工業(yè)高等專科學校 有關保留、使用論文的規(guī) 定。特授權長春汽車工業(yè)高等?？茖W?？梢詫⒄撐牡娜炕虿糠謨热菥幦胗?/p>

2、關數據 庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。（保密的論文在解密后適用本授權說明）論文作者簽名：導師簽名：簽字日期：年 月 日簽字日期:隨著汽車電子的迅猛發(fā)展，現代汽車中電控單元的數量也逐漸增多，這些電控單元大致可 分成動力傳動裝置控制（如發(fā)動機控制和變速控制）、底盤控制（如汽車防抱死系統(tǒng) ABS和車 身控制三類。其中車身控制系統(tǒng)主要用來提高駕駛的方便性和乘坐的舒適性，該系統(tǒng)涵蓋的范 圍較廣，包括燈光控制、車門控制、座位控制、空調控制、儀表盤顯示等。本文將介紹集成車 身大部分控制功能的控制器-BCM該控制器可對汽車燈光、雨刷、門鎖遙控等進行控制。關鍵字：電子控制

3、 車身控制BCMABSTRACTWith the fast development of automobile electronic, the number of electronic control unit (ECU) is growing up, normally these ECUs control powertrain system (enginetransmission)、chassis system (ABS) body system. The body control system can give the user more convenience and comfort v

4、ia light control、door control、seat control、HVAC control IC display and so on. This paper introduces the module of body control system-BCM, which controls the light、wiper、lock system and so on.KEYWORDS electronic control, body control, BCM第1章BCM的定義及發(fā)展歷史 11.1 BCM的定義 11.2 BCM的發(fā)展歷史 11.2.1原始控制階段 11.2.2 智

5、能化控制階段 11.2.3 基于LIN、CAN BUS通訊系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng) 11.2.4 基于MOST( Media Oriental Tran sport)系統(tǒng)的控制器的發(fā)展方向 2第2章BCM的優(yōu)缺點22.1 BCM 優(yōu)點 22.2 BCM 缺點 4第3章紅旗L平臺BCM的開發(fā)43.1 紅旗檢閱車的網絡架構與 BCM 43.2 紅旗U501的網絡架構與 BCM 43.3 紅旗V501的網絡架構與 BCM 6第4章BCM開發(fā)過程中注意事項 74.1 BCM 的功能拓展性 74.2 BCM功能的設定 74.3 BCM硬件保護的設計 74.4 BCM出廠前需經過充分的測試與試驗驗證 7第5章設

6、計與單體成本的關系 85.1 產品設計與BCM單體成本的關系 85.2 產品設計與汽車單車成本的關系 8參考文獻 9致 謝10第1章BCM的定義及發(fā)展歷史1.1 BCM的定義BCM的英文全稱為Body control model ，中文名稱車身控制單元，車身的主要控制器，車 身大部分用電器的控制中樞。1.2 BCM的發(fā)展歷史1.2.1原始控制階段從汽車誕生之日起，汽車電氣隨之而生(例如最基本的汽車燈光系統(tǒng))，汽車電氣控制也隨之產生，最開始的汽車電氣控制類似于家庭電氣控制，即電源 -開關-用電器，每個電器都需 要一個完整回路，即電源-回路連線-開關-用電器，逐漸發(fā)展為車身成為一個大導體，作為電源

7、 的負極，車身與電源負極連接，各用電氣系統(tǒng)的負極就近“搭鐵”，也就是就近與車身連接， 正極也逐漸就近與其他電氣系統(tǒng)共用正極線，但要嚴格計算導線容量與散熱。此階段的電氣原 理、結構均較簡單可靠，但是線束量較大，功能及智能性擴展受限，控制器間無關聯(lián)與通訊， 動力總成無任何控制器控制。1.2.2智能化控制階段隨著科技的不斷發(fā)展，動力總成開始由控制器控制，全車控制器之間開始有信息通訊，例如空調控制器需與發(fā)動機 ECU通訊，在啟動空調時，空調控制器需向發(fā)動機ECU發(fā)出請求，發(fā)動機ECU需在發(fā)動機動力允許的情況下才允許空調運行，此時的汽車電氣系統(tǒng)逐漸向智能化發(fā) 展，但是控制器之間的通訊仍然靠一根一根的導線

8、連接，即每一種通訊信號需要一個導線連接， 此時簡單的BCM逐漸出現，但是由于BCM需與各開關及用電器通訊，造成與 BCM鏈接的線束極 多，加之BCM自身運算與控制能力不強，所以此時的一個 BCM模塊只能實現幾個功能，一個整 車需4-6個BCM模塊，所以此時的電氣系統(tǒng)線束數量龐大，擠占汽車空間，增加車重，節(jié)點多， 故障率也高，這就逐漸制約了汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展。1.2.3基于LIN、CAN BUSS訊系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)20 世紀 80 年代，BOSC公司開發(fā)出 LIN( Local Interconnect Network)、CANBUS(Control Area Network)BUS通訊系統(tǒng)，

9、LIN通訊系統(tǒng)中文名稱為局部互聯(lián)網絡，是一種低成本的串行 通訊網絡，用于實現汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。局部互連指的是所有控制單元被安裝在一個有限的結構空間（例如車頂），也被稱為“局部子系統(tǒng)”，LIN是CAN BUSS統(tǒng)的在低端應用的延伸，傳輸速率為 1-20kbit/s, 輛車的各個LIN總線系統(tǒng)之間的數據交換是通過 CANBUS總線交換的，且每次只交換一個控制單元的數據。LIN總線系統(tǒng)允許一個LIN主控制 單元和最多16個LIN從屬控制單元之間進行數據交換。CAN BUS 通訊系統(tǒng)，英文全稱 Control Area Network ，中文名稱為控制器局域網絡，是一種雙線通訊系統(tǒng)，類似于高

10、速公路，各個控制器通過雙線搭接在CAN BUS通訊系統(tǒng)上，每個控制器相當于高速公路邊上的村落，各個村落把信息放在高速公路上，需要信息的村落會 在高速公路上自動抓取，CAN BUSS訊系統(tǒng)的誕生，大大提高了車身控制器直接的通訊能力， 也減少了各控制器的通訊數據線的鏈接，只需兩根數據線就能接收所有的信息。此時BCM可以通過少數的導線鏈接即可以實現與任意多的控制器的通訊，不能減少的只有輸出的數據線，所有此時的BCM可以大大的集成車身電氣的控制功能，一般功能不是很多的車型只需一個 BCM 即可，電氣功能較多的高檔車型也只需要兩三個BCMP可。1.2.4 基于MOSR Media Orie ntal T

11、ran sport）系統(tǒng)的控制器的發(fā)展方向MOST英文全稱Media Orie ntal Tran sport，光學總線是一種光纖數據總線傳輸，起源于“面向媒體的系統(tǒng)傳輸合作組織”，隨著科技的不斷發(fā)展，各種高清高保真音視頻文件逐漸增大，對數據的傳輸速率的要求逐漸提高，如傳輸立體聲的數字式電視信號的速率要求約為6M bit/s, CANBUS的傳輸速率最大為1Mbit/s, MOST勺傳輸速率可達21.2M bit/s,顯然CAN BUS訊已經制約了數字通信，高清傳輸等數據傳輸與通信的發(fā)展，而MOST!以很好的解決此問題，隨著MOST!訊方式的誕生，控制器會向著功能更大的集成化，模塊數量少量化發(fā)

12、展， 例如智能保險絲盒，就是BCMW保險絲的集成，此二者的集成節(jié)約了布置空間，節(jié)約了線束 數量，降低成本，減輕車重。傳統(tǒng)的通訊介質均為導線，通過物理的電壓值來傳輸信號，傳 輸速度及數據承載量有限，而MOS靠光信號傳輸信息，不同模塊之間只需一根光纖連接即可， 傳輸速率高，數據承載量大，且光纖成本低，重量輕；目前寶馬、奔馳、大眾、豐田等世界 幾大汽車公司已著手研發(fā)并投入應用，相信不久的將來，MOS將成為汽車主流的通訊方式。第2章BCM的優(yōu)缺點2.1 BCM優(yōu)點1、集成度高，節(jié)省空間在BCM誕生前，汽車的電氣控制模式基本為電源-開關-電器，大功率用電器還需要在開關后邊連接繼電器，這樣就造成一個現象，

13、繼電器、開關、用電器之間導線數量繁多，擠占很多 空間，而BCM將信號采集，指令處理，驅動模塊均集成到一個盒子里，且各種信號采集與開關 信號線都通過CAN總線傳輸至BCM兩根CAN總線取代了很多線束，線束減少節(jié)約很多空間，BCM 本身集成了很多控制器功能，將多個控制器集成為一個控制器，自身就節(jié)省很多空間。2、容易平臺化，功能拓展容易BCM與其他控制器類的硬件電路基本類似，基本由電源部分、信號輸入部分、信號輸出分、 驅動部分及各個部分的保護電路組成（如圖一所示），一旦硬件電路及軟件系統(tǒng)成熟后，可以 移植至其他車型，移植后開發(fā)周期短，開發(fā)成本低，安全可靠，可以根據成本、品質要求等因 素對主芯片及各個

14、模塊電路做出改變，建立不同平臺來對應不同級別車型，例如可以選擇處理 速度較低、驅動輸出較少、成本較低的主芯片，輸出驅動選擇繼電器而非驅動芯片，保護電路 選擇較低成本的方案，這樣就可以建立一個低成本的平臺，而且可以根據各種需求組合開發(fā)不 同的平臺。在選擇平臺的時候，一般會在輸出端富余出幾路輸出，這樣如果需要在BCM上增加控制功能時就可以在富余的輸出端鏈接相應的電器就可以，功能拓展比較容易。3、節(jié)約成本，減輕車重一個BCMR需要一個只需要一個主芯片，一個套保護電路，一個信號采集芯片，如果整 車電氣的每個控制功能需要一個控制器，則主芯片數量，保護電路數量，信號采集芯片的數量、 控制器殼體，固定螺釘支

15、架等硬件與零部件的數量將是BCM所需要的數倍，則這些硬件成本可能是BCM勺幾倍，所以BCM勺誕生對于整車成本及整車減重都起到了較大的作用。圖一 BCM硬件框圖2.2 BCM缺點1開發(fā)難度大，開發(fā)周期長，制造環(huán)境及精度要求高BCM集成車身大部分的控制功能，硬件電路復雜，電子元器件多且布置密集，電路散熱量 大，由于電路復雜電氣元件多，EMI與EMC較難滿足，所以開發(fā)一個BCM平臺要反復更改電路與 試驗，所以開發(fā)難度大，周期長；由于元器件密集，所以對于元器件的焊接質量要求較高，如 果制造精度及各種防護控制不好容易造成元件虛接、短路或者靜電擊穿等問題。2、維修成本高如果車身電氣某部分功能失效，確認是

16、BCM損壞，一般情況售后維修只能整體更換 BCM 更換BCM本較高，所以造成整車維修成本較高。第3章紅旗L平臺BCM的開發(fā)3.1 紅旗檢閱車的網絡架構與BCM由于紅旗檢閱車的特殊性及 BCM的開發(fā)經驗缺少，檢閱車開發(fā)之初，就車身控制一直徘徊 在BCMW最原始的開關-繼電器控制之間，后來選擇了 BCM空制，但是當時檢閱車只有動力系統(tǒng) 上了 CAN BUS系統(tǒng)，高速CAN（傳輸速率500kbit/s）,車身控制部分由BCMt若干個控制器構 成，各供應商所負責的控制器之間又形成若干局域網，即各供應商在自己的控制器之間有自己 的通訊語言，局域網之間通過 K線或硬線鏈接，BCh所負責功能有燈光系統(tǒng)、四門

17、玻璃升降（帶 防夾功能）、后備箱開啟、遙控、風窗清洗系統(tǒng)、大燈清洗、雨刮控制、喇叭、自動落鎖、油 箱蓋開啟。3.2 紅旗U501的網絡架構與BCM由于紅旗檢閱車開發(fā)周期短，電氣開發(fā)不成熟，且無法平臺化，故項目組重新規(guī)劃U501的電氣系統(tǒng)，除動力系統(tǒng)上 CAN通訊系統(tǒng)以外，整個車身系統(tǒng)也要求上 CAN通訊系統(tǒng)，車身走 低速CAN速率100Kbit/s，U501 一共規(guī)劃了兩版CAN網絡，最終因為第一版有一些不合理的地 方而選擇了第二版，第一版 CAN網絡如下圖二所示：發(fā)動機（主）變速箱ABS儀表四輪驅動安全氣囊發(fā)動機（從）娛樂主機前中控屏前空調建議優(yōu)化電子旋鈕 換擋器胎壓監(jiān)測后中控屏非CAN節(jié)點

18、控制器:防彈玻璃升降器雙蓄電池管理單元左前座椅轉向柱心 r -r -r-后視鏡-門鎖控制器建議優(yōu)化玻璃升降 控制器后空調建議優(yōu)化CAN 診斷動力 CAN (500 kbit/s) 舒適 CAN (100 kbit/s) K線建議優(yōu)化上海榮樂北京八大處深圳開田圖二 U501 CAN網絡架構圖（第一版）U501第一版CAN網絡架構有如下幾點不合理之處，分別為1、電子旋鈕換擋器需要接收TCU發(fā)出的檔位信號進行閉環(huán)控制，電子換擋旋鈕的每次指令均發(fā) 到低速CAN網絡上之后經過網關到達高速 CAN到達變速TCU這樣會影響變速箱的響應速度2、 門鎖控制器到后備箱鎖硬線線束較多且過長，所以改由后BCM負責后備

19、箱鎖控制。3、由于玻璃升降控制器到其他玻璃操作開關、電機硬線線束過長，右后視鏡到后視鏡調節(jié)控制 器硬線線束過長，門鎖控制器到其他門鎖電機硬線線束過長，且均需從左前門過孔穿出，線束 過粗，布置及裝配均存在困難，所以將門鎖控制器、玻璃升降控制器、后視鏡調節(jié)控制器合并 為左、右前門控制器，分別布置在左、右前車門內。左后門窗開關、電機通過硬線與左前門控 制器連接；右后門窗開關、電機通過硬線與右前門控制器連接?；谝陨喜缓侠碇?，遂將 CAN網絡架構改為第二版，如圖三所示轉向柱發(fā)動機（主）F發(fā)動機（從）娛樂主機前中控屏變速箱儀表ABSIT安全氣囊四輪驅動電子旋鈕 換擋器胎壓監(jiān)測后中控屏非CAN節(jié)點控制器

20、:右前座椅控制器防彈玻璃升降器雙蓄電池管理單元前空調左前座椅左前門 控制器后空調CAN診斷動力 CAN (500 kbit/s) 舒適 CAN (100 kbit/s)右前門控制器上海榮樂北京八大處深圳開田圖三U501 CAN網絡架構圖（第二版）出于可靠性考慮，設計師認為BCM負荷太大，遂將四門玻璃升降控制移出，單獨設控制器控制, 其他功能與檢閱車完全相同。3.3 紅旗V501的網絡架構與 BCMV501階段CAN網絡架構基本與U501的CAN網絡架構相同，部分控制器之間的功能有微 調，例如雷達的距離顯示示意圖原來由雷達控制器發(fā)送頻率信號至液晶組合儀表，由液晶組合 儀表將信號處理后顯示雷達的距

21、離示意圖，但由于液晶組合儀表處理的圖像經常失真，V501階段由倒車影像處理器來處理雷達距離示意圖，處理完成后將距離示意圖與倒車后視的圖像合成 一同傳送至液晶組合儀表，這樣可以很大程度減輕組合儀表的負擔（此部分儀表原來有兩項工 作，一項是形成雷達距離示意圖，另外一項是將雷達距離示意圖與倒車后視圖分區(qū)顯示，有一 步分區(qū)的工作），減少儀表的故障發(fā)生率。V501 BCM勺功能與U501相比增加了兩項功能，由于 U501與V501的氣囊未開發(fā)完成，故 安全帶未系提醒無控制器處理，故由 BC詠處理實現，另外增加剩余油量與瞬時油耗計算顯示。第4章BCM開發(fā)過程中注意事項4.1 BCM的功能拓展性由于車身的大

22、部分功能控制由BCM來控制，一輛整車在開發(fā)的過程中，功能定義經常會變，甚至整車在試制的過程中功能定義都會發(fā)生變化，例如紅旗檢閱車到紅旗U501到紅旗V501的開發(fā)過程中，增加了一系列的功能，如增加后備箱開啟控制，增加四門玻璃升降控制，增加油 量計算與續(xù)航里程計算，增加安全帶未系提醒，如果當時 BCM開發(fā)過程中未考慮拓展性，未預 留驅動管腳，恐怕整個BCM硬件要重新開發(fā)了，所以，BCM在開發(fā)過程中一定要預留出多余的 驅動管腳，注意其拓展性。4.2 BCM功能的設定任何單片機的運算能力都是有限的，而控制器的控制能力基本取決于單片機的能力（散熱 等其他因素除外），所以設定控制器類產品，如 BCM等的

23、功能的時候，一定要考慮其負荷能力， 一定要留有余量，否則會造成其死機或者反應慢等問題，要量力而行。4.3 BCM硬件保護的設計BCM，汽車的車身用電器管家，與家用電器不同，汽車的電氣環(huán)境極其惡劣與復雜， 震動, 高低溫，電壓不穩(wěn)，到處各種不明電信號，帶電操作，如果自身不夠強大，隨時可能被報廢， 所以BCM的硬件電路保護的設計尤為重要，紅旗檢閱車的 BCM供應商最開始對汽車用電器理 解不夠，認為汽車用電器與民用電器一樣，要按規(guī)范操作，不能野蠻操作，所以最開始并未為 BCM的主芯片的輸入輸出管腳做保護， 所以連續(xù)幾臺車在拔下BCM后，BCM燒毀，原因是在拔 下BCM的瞬間，不能保證供電管腳的接地線

24、最后分離，如果最后分離的不是接地的那個管腳， 則電流將改道從輸入或者輸出的管腳中走，這樣就造成電路的燒毀，而且輸入輸出管腳遠多于 電源的管腳數量，所以燒毀的幾率特別大；后來供應商改進了設計，在外圍電路增加了保護， 但是BCM經常出現死機不能復位的現象（斷電后回復正常），這就是保護過當造成的，所以電 路保護要設計的適當，不能過大也不能過小。4.4 BCM出廠前需經過充分的測試與試驗驗證隨著科技的發(fā)展，現在的汽車電氣網絡一般都是 CAN通訊網絡，各電氣之間通訊非常重 要，而CAN通訊不同于傳統(tǒng)的硬線鏈接，只要物理鏈接可靠通訊就沒有問題，而CAN通訊比較抽象且網絡節(jié)點繁多而復雜，能夠做到流暢通訊比較

25、不容易，開發(fā)初期的電氣問題很多都是通 訊不暢造成的問題，例如紅旗 U501曾出現過抬起制動踏板以后，制動燈仍然是點亮的狀態(tài)，踏 板開關工作正常，后經網絡信號測試，發(fā)現當制動踏板抬起時，BCM未采集到該信號，但是網關已經把該信號發(fā)送到了 CAN網絡，原因是BCM的通信故障，后來與供應商“反復交流”得知, 供應商根本沒有CAN網絡測試工具，開發(fā)出樣件即裝車測試；紅旗U501、V501在開發(fā)的過程中很多供應商不經試驗驗證即送件裝車，試制過程中，電氣出現很多問題，有的即使經過測試 試驗也仍然出現很多問題，主要原因為供應商搭建的測試與實車的電氣環(huán)境存在很大區(qū)別，供 應商搭建的測試臺電壓、電流等電氣指標均

26、較平穩(wěn)，而實車的電氣環(huán)境復雜，電壓不穩(wěn)，各種 不明信號，經常會總成控制器紊亂或死機，而這種情況在供應商的測試臺架中根本測試不出來， 所以供應商在搭建臺架的時候最好將整車相關的用電器都搭建到測試臺架中，且全部用原車的 零件，而非模擬指示信號。第5章 設計與單體成本的關系5.1產品設計與BCM單體成本的關系零件的成本是設計出來的，由于紅旗檢閱車的特殊性，BCM設計選用的電子元器件標準均較高，設計方案也選擇可靠性高，成本高的方案，例如電源保護部分，可以GVS管進行保護，成本7-8元/個，也可以用壓敏電阻做保護，1-2元/個，顯然壓敏電阻的成本優(yōu)于 GSV但是對于 各種大的脈沖電壓的過濾效果不如 GV

27、S管，長期使用的穩(wěn)定性也不如 GVS管；驅動部分紅旗L 平臺的BCM的驅動部分均選用驅動芯片，而非繼電器，一般18A的驅動芯片價格為5-6元/個,43A的驅動芯片價格為8-9元/個，由于BCM的功能較大，而繼電器的價格大約為 2元/個，故 其驅動部分增加的成本也較高，但是驅動芯片的電磁兼容性及可靠性要比繼電器好得多，高成 本造出的高可靠，如果要求不高，全部換成低成本方案，那么BCM的成本就會大大降低，所以說成本是設計出來的。5.2產品設計與汽車單車成本的關系整車成本是設計出來的，一個車型的成本與設計方案有很大的關系，同一級別車型大體的設計方案相同，但仍存在一些差異，德系車各個零部件用料做工及技

28、術都很講究，日系車中規(guī) 中矩，自主品牌車型一般做工粗糙，各零部件均選用成本最低的方案，就后備箱開啟方式為例， 大眾車系，速騰以上車型的后備箱開啟方式均采用鉸鏈與氣彈簧組合的方式，而日系車A級到B級均采用扭力桿加金屬管的方案，自出品牌基本所有車型均采用與日系車型相同的方式，兩者 單車成本60-70元，這樣的設計差異注定成本存在這樣的差異。在向設計要成本方面，日本車廠是這方面的高手，豐田汽車在將面世的新款 COROLLA勺出風口設計上就降低了很大成本，其主要在兩個方面降低了成本，第一方面是出風口葉片減少， 儀表板的兩個中央出口，每個出風口只保留一個葉片，為了保證出風量，其出風口做成扁長的 形狀，將傳統(tǒng)的方方的出風口設計成一個扁長的長方形，這樣就大大降低了原材料成本與注塑 與裝配工時成本；第二方面是在出風口的撥輪與風門的連桿結構上做文章，傳統(tǒng)的撥輪與風門 連桿結構有三個零件組裝而成，分別為撥輪、連桿、風門，而豐田汽車通過改變其結構將撥輪 與撥輪注塑成一個零件，這樣就減少了一個零件，減少了一道裝配工序，減少了裝配工時成本， 減少注塑成本，及衍生的相關的設備工裝投入的減少。德國人絞盡腦汁想如何使