车身控制模块中的失效保护方法

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在今天的车身控制模块(BCM)设计中,有见识的工程师机都尽可能不再使用机电式继电器。他们的下一个发展方向是停用熔断器。但是,停用熔断器是一个非常必要的解决方案吗?是一个用更加复杂的解决方案取代一个简单而且高效的元器件吗?


今天的 BCM由大量的固态开关和熔断器组成。某些 BCM有多达8-12个蓄电池馈路,为60-80个负载提供电源,每个电池馈路都装有熔断器,这就是说,BCM负载(车灯、门锁等)是由驱动器组驱动的,每个驱动器都有一个熔断器。为了安全起见,或只是因为负载电流太大,无法均衡分配,有些负载需要单独配备熔断器。据说,还有些 BCM只有一个或两个熔断器。万一输出失效时,这些模块依靠固态开关提供“熔断”保护功能。


图 1. 福特BCM

熔断器

熔断器从克鲁马努人时代开始流传下来。与半导体元器件相比,熔断器非常简单,几乎不需要什么制造工艺,而且成本低廉……正是因为简单,熔断器被设计成线束保险装置,以防短路时线束变成烤箱电缆。

图2:一个早期汽车熔断器应用实例 (Gary Larson画)

熔断器的工作原则是一个简单的I2R与时间的关系。电流越大,熔断或开路时间越短。熔断器的功耗与通过熔断器的电流的平方成正比。当功耗过高时,熔断器熔断。这个特性同样适用于受熔断器保护的线束。当熔断器的“熔断”特性与所保护的线束相似,只是处理电流能力略低时,熔断器是一个理想的选择。

图3:I2-t 特性比较

安装位置

关于熔断器从BCM模块凸出来的问题,有点像房地业的三条规则:位置、位置,还是位置。如果模块有凸出来的熔断器,模块就必需放在车主能够检修的位置。线束布线和模块方向,以及熔断器必须放在模块的什么地方,是令人头疼的问题。所有这些限制和保护功能增加了模块的成本和制造难题。下图所示的福特BCM在 CEM3上安装一个灵活的电路板后,才能把熔断器置于模块的“边缘”。

图4:在福特BCM内部的熔断器连接端口阵列

汽车制造商在给这些BCM模块/熔断器单元寻找位置方面具有相当高的创新力。我曾在仪表板和发动机盖下和踏脚板内(前车门铰接区的右侧)看见过BCM模块,甚至还在后座下面看见过BCM模块(我的车子就是这样)。某些BCM装有铰链,可以从仪表板下面拉出来,检修比较方便。有些BCM则装在挡板后面,只有查看用户手册(如果有)才能找到。我不只一次趴在驾驶座椅上,脚压在的靠背上,头钻到仪表板下,寻找那个失效的熔断器。

这还不算完,你还要解开哪一个熔断器号对哪一个功能的哑谜……熔断器面板除提供几行编号外,没有任何标记。真地像猜谜比赛,除了分值之外,你不能告诉选手任何信息。如果再没有用户手册,BCM就像一个食品柜,里面装满了撕去标签的罐头……你只能分类排查,别无它法。你只能不断地猜测,直到找到失效的熔断器号为止。

固态熔断器可解决很多问题

熔断器可能会因为没有明显原因而熔断,熔断器的容错能力非常差,哪怕是最轻微的短路都会熔断(你曾经把硬币掉到点烟器插座/电源插座吗?)。当你最后发现硬币并将其取出时,熔断器不会复位。

如果BCM模块上没有熔断器,安装位置就不是这样问题了。把BCM模块安装在后座下面,不必钻到仪表板下检修BCM模块,这对我来说就不再是一个太大的问题。因为熔断器有这么多的麻烦,难怪汽车厂商关注无熔断器或熔断器较少的BCM解决方案。

不让汽车自燃或提供更多保修故障的解决方案

因此,这种解决方案必须可靠,在应用系统内性能优异,几乎没有任何成本。

今天的固态开关因为保护形式简单,有一点以自我为中心。这就是说,它们更加关注自我保护,而不是保护外围元器件。固态开关有过热和超负载保护电路,当因输出短路而限制负载电流时,这种元器件是最佳的选择。因此,用固态开关替代熔断器有时候并不是最佳的选择。


图5:智能上桥臂开关与熔断器性能比较

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