智能復(fù)用器解決汽車照明系統(tǒng)問(wèn)題

　　采用智能手段控制車內(nèi)外照明在汽車電子系統(tǒng)中變得越來(lái)越重要;在緊湊的車身控制模塊內(nèi)集成的功能越來(lái)越多，這種發(fā)展趨勢(shì)必然帶來(lái)相應(yīng)的技術(shù)挑戰(zhàn)。汽車照明系統(tǒng)對(duì)電子元器件的要求越來(lái)越高，智能復(fù)用器可以解決PWM通道、診斷功能和系統(tǒng)可靠性問(wèn)題。

　　車身控制模塊(BCM)是執(zhí)行各種功能的電子控制單元，這些功能包括控制和診斷，以及車內(nèi)外照明的失效管理或子模塊電源分配。車身控制模塊還能處理車門(mén)鎖執(zhí)行器、刮水器、防盜功能和門(mén)禁系統(tǒng)。此外，車身控制模塊還能執(zhí)行網(wǎng)關(guān)功能，兼做連接車內(nèi)不同通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)橋。今天的車身控制模塊還在不斷發(fā)展進(jìn)化。下面我們探討車身控制模塊與汽車照明相關(guān)的控制與診斷功能的發(fā)展趨勢(shì)。

　　現(xiàn)代車身控制模塊的發(fā)展趨勢(shì)

　　· 上橋臂驅(qū)動(dòng)器的PWM控制功能:為節(jié)省成本和重量，強(qiáng)化診斷功能，固態(tài)開(kāi)關(guān)(又稱上橋臂驅(qū)動(dòng)器)取代機(jī)電式繼電器是執(zhí)行器的發(fā)展趨勢(shì) 。目標(biāo)應(yīng)用對(duì)這些上橋臂驅(qū)動(dòng)器的要求日益嚴(yán)格。實(shí)際上，為修正電瓶電壓變化引起的瞬變事件，使LED燈和普通白熾燈的亮度保持穩(wěn)定，系統(tǒng)必須利用脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制這些驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)汽車電瓶電壓很高時(shí)，這種控制功能還能避免白熾燈絲快速熔斷或LED燈出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。

　　· 上橋臂驅(qū)動(dòng)器的診斷功能：上橋臂驅(qū)動(dòng)器提供一個(gè)與負(fù)載電流成正比的數(shù)字狀態(tài)或電流檢測(cè)信號(hào)。根據(jù)這些信息，系統(tǒng)必須以可靠的方式識(shí)別并報(bào)告不同的失效條件：超載、對(duì)地短路或?qū)﹄娖慷搪?、過(guò)熱、通態(tài)開(kāi)路、斷態(tài)開(kāi)路。

　　· 平臺(tái)解決方案的通用性:車身控制模塊不僅要控制一款給定車型的幾種設(shè)備，還要滿足不同市場(chǎng)(亞洲、歐洲、美洲)的特殊要求。此外，多款不同的車型之間還共用同一個(gè)車身控制模塊。重復(fù)使用模塊，降低研制成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，是前述發(fā)展趨勢(shì)背后的主要原因。

　　這些發(fā)展趨勢(shì)讓設(shè)計(jì)人員意識(shí)到，開(kāi)發(fā)一個(gè)尖端車身控制模塊將會(huì)面臨很多挑戰(zhàn)。下面我們討論其中的一些主要挑戰(zhàn)。

　　新挑戰(zhàn)

　　大量的具有PWM控制和同步診斷功能的上橋臂驅(qū)動(dòng)器

　　傳統(tǒng)汽車原本配有三個(gè)車身控制模塊，分別位于車前、車后和外部，而現(xiàn)代汽車將這三個(gè)模塊內(nèi)的功能整合到二個(gè)甚至一個(gè)模塊內(nèi)?？蛙囓嚿砜刂颇K的上橋臂驅(qū)動(dòng)器通常有40多條通道，而貨車上橋臂驅(qū)動(dòng)器通常有80多條通道。在PWM通道之間實(shí)現(xiàn)的移相控制有利于防止同時(shí)發(fā)生的燈泡浪涌電流引起巨大的電壓降，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。此外，需要對(duì)每個(gè)已激活負(fù)載的輸出電流進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)和PWM控制;必須避免錯(cuò)誤的失效檢測(cè)，例如，冷白熾燈絲的高浪涌電流引起的超載檢測(cè)。診斷功能還應(yīng)濾除亂真失效條件，例如，由ISO脈沖引起的失效條件。具有移相功能的PWM信號(hào)發(fā)生器配合對(duì)大量通道的同步診斷功能，可能導(dǎo)致微控制器的負(fù)荷加重。

　　上橋臂驅(qū)動(dòng)器的伸縮性

　　為符合ISO26262 (ASIL B)的功能性安全要求，上橋臂驅(qū)動(dòng)器的電源電壓通常分為2-4個(gè)電壓軌。有時(shí)候，一個(gè)多通道上橋臂驅(qū)動(dòng)器不能控制一個(gè)以上的安全負(fù)載(近光燈、剎車燈、示寬燈…)。除這些限制外，根據(jù)負(fù)載特性對(duì)功率級(jí)大小的優(yōu)化和汽車平臺(tái)內(nèi)的變化，可能導(dǎo)致一個(gè)由單通道和雙通道上橋臂驅(qū)動(dòng)器組成的驅(qū)動(dòng)區(qū)。總之，我們需一個(gè)內(nèi)部集成度很低的可伸縮的上橋臂驅(qū)動(dòng)器解決方案，以執(zhí)行同步診斷和PWM控制功能。

　　優(yōu)異的抗短路穩(wěn)健性(又稱魯棒性)，能夠?yàn)V除間歇性負(fù)載條件

　　按照汽車工業(yè)的零缺陷原則，電子元器件和系統(tǒng)的安全性、容錯(cuò)性和抗異常負(fù)載條件的穩(wěn)健性變得越來(lái)越重要。特別是，上橋臂驅(qū)動(dòng)器的輸出對(duì)地短路不得導(dǎo)致失效輸出燒毀。盡管內(nèi)置保護(hù)機(jī)制，但是，在熱機(jī)械應(yīng)力和電子遷移現(xiàn)象引起的短路條件下，標(biāo)準(zhǔn)上橋臂驅(qū)動(dòng)器仍然會(huì)被燒毀。濾波時(shí)間越長(zhǎng)，上橋臂驅(qū)動(dòng)器被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)越高。如今，當(dāng)診斷功能交由微控制器直接負(fù)責(zé)時(shí)，對(duì)上橋臂驅(qū)動(dòng)器的電流檢測(cè)或數(shù)字狀態(tài)的采樣時(shí)間達(dá)到 10ms到100ms。另外，必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)濾波功能，以免在驗(yàn)證失效條件前發(fā)生瞬變騷擾引起的錯(cuò)誤的失效報(bào)告。

　　利用一個(gè)智能復(fù)用器降低微控制器的負(fù)荷，提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性

　　L99PD08又稱為AMICO (先進(jìn)復(fù)用器和集成化協(xié)處理器)，是一款智能型多路復(fù)用器，能夠控制并診斷上橋臂驅(qū)動(dòng)器的8條通道 (圖1)。上橋臂驅(qū)動(dòng)器可以是意法半導(dǎo)體VIPOWER M0-5、M0-5E和M0-5T系列中的任何一款產(chǎn)品，與每個(gè)器件的導(dǎo)通電阻Rdson數(shù)值、診斷類型和通道數(shù)量無(wú)關(guān)。L99PD08是微控制器與上橋臂驅(qū)動(dòng)器之間的接口。該復(fù)用器通過(guò)SPI總線接口與微控制器通信，可使16通道上橋臂驅(qū)動(dòng)器所需的微控制器的引腳數(shù)量從32支降至11支(如圖2所示)。

　　8位分辨率PWM信號(hào)的時(shí)鐘來(lái)自兩個(gè)外部時(shí)鐘源。為防止同時(shí)發(fā)生的燈泡浪涌電流引起的巨大的電壓降，提高系統(tǒng)電磁兼容性，L99PD08在每條PWM通道內(nèi)引入一個(gè)移相控制功能。L99PD08同時(shí)監(jiān)測(cè)上橋臂驅(qū)動(dòng)器的8個(gè)通道，每隔32µs對(duì)每個(gè)診斷信號(hào)進(jìn)行一次采樣。在通態(tài)或斷態(tài)過(guò)程中，實(shí)時(shí)診斷功能總是考慮采樣是否完成。當(dāng)施加一個(gè)PWM信號(hào)時(shí)，最終的同步過(guò)程可避免錯(cuò)誤的診斷發(fā)生。

　　　當(dāng)上橋臂驅(qū)動(dòng)器發(fā)生短路時(shí)，L99PD08的反應(yīng)時(shí)間從64到100µs，以濾除快速的ISO瞬變事件引起的潛在危險(xiǎn)。L99PD08的關(guān)斷鎖保護(hù)功能可大幅提高上橋臂驅(qū)動(dòng)器在短路時(shí)的穩(wěn)健性，而無(wú)需微控制器的干預(yù)或介入。在AECQ100-012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件下對(duì)L99PD08進(jìn)行的性能評(píng)估顯示，在-40°C 下的長(zhǎng)脈沖測(cè)試(關(guān)斷前反應(yīng)時(shí)間300ms，見(jiàn)圖3)過(guò)程中，L99PD08的穩(wěn)健性改進(jìn)因子是微控制器對(duì)上橋臂驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行直接診斷架構(gòu)的300倍。

　　圖3：通過(guò)自動(dòng)關(guān)閉功能提高器件在短路條件下的穩(wěn)健性

　　結(jié)論

　　L99PD08有助于開(kāi)發(fā)人員滿足車身控制模塊的日益嚴(yán)格的要求，內(nèi)置PWM信號(hào)發(fā)生器和同步診斷功能，在短路條件下反應(yīng)時(shí)間短，這些特性有助于減輕微控制器的負(fù)荷，提高上橋臂驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)健性。AMICO還通過(guò)SPI接口提高M(jìn)0-5、M0-5E和M0-5T系列上橋臂驅(qū)動(dòng)器的性能，降低12V和24V系統(tǒng)對(duì)微控制器引腳數(shù)量的要求，同時(shí)還能降低軟件的復(fù)雜程度，這對(duì)汽車軟件的未來(lái)發(fā)展十分有益，因?yàn)殡S著汽車工業(yè)引入AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，汽車軟件的復(fù)雜性是汽車工業(yè)即將面臨的一個(gè)重要課題。