智能復(fù)用器解決汽車照明系統(tǒng)問題

采用智能手段控制車內(nèi)外照明在汽車電子系統(tǒng)中變得越來越重要;在緊湊的車身控制模塊內(nèi)集成的功能越來越多，這種發(fā)展趨勢必然帶來相應(yīng)的技術(shù)挑戰(zhàn)。汽車照明系統(tǒng)對電子元器件的要求越來越高，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鎖執(zhí)行器、刮水器、防盜功能和門禁系統(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。

現(xiàn)代車身控制模塊的發(fā)展趨勢

· 上橋臂驅(qū)動器的PWM控制功能:為節(jié)省成本和重量，強化診斷功能，固態(tài)開關(guān)(又稱上橋臂驅(qū)動器)取代機電式繼電器是執(zhí)行器的發(fā)展趨勢 。目標(biāo)應(yīng)用對這些上橋臂驅(qū)動器的要求日益嚴格。實際上，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)信號控制這些驅(qū)動器。當(dāng)汽車電瓶電壓很高時，這種控制功能還能避免白熾燈絲快速熔斷或LED燈出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

· 上橋臂驅(qū)動器的診斷功能：上橋臂驅(qū)動器提供一個與負載電流成正比的數(shù)字狀態(tài)或電流檢測信號。根據(jù)這些信息，系統(tǒng)必須以可靠的方式識別并報告不同的失效條件：超載、對地短路或?qū)﹄娖慷搪?、過熱、通態(tài)開路、斷態(tài)開路。

· 平臺解決方案的通用性: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(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)展趨勢背后的主要原因。

這些發(fā)展趨勢讓設(shè)計人員意識到，開發(fā)一個尖端車身控制模塊將會面臨很多挑戰(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)動器

傳統(tǒng)汽車原本配有三個車身控制模塊，分別位于車前、車后和外部，而現(xiàn)代汽車將這三個模塊內(nèi)的功能整合到二個甚至一個模塊內(nèi)?？蛙囓嚿砜刂颇K的上橋臂驅(qū)動器通常有40多條通道，而貨車上橋臂驅(qū)動器通常有80多條通道。在PWM通道之間實現(xiàn)的移相控制有利于防止同時發(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，需要對每個已激活負載的輸出電流進行定期監(jiān)測和PWM控制;必須避免錯誤的失效檢測，例如，冷白熾燈絲的高浪涌電流引起的超載檢測。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信號發(fā)生器配合對大量通道的同步診斷功能，可能導(dǎo)致微控制器的負荷加重。

上橋臂驅(qū)動器的伸縮性

為符合ISO26262 (ASIL B)的功能性安全要求，上橋臂驅(qū)動器的電源電壓通常分為2-4個電壓軌。有時候，一個多通道上橋臂驅(qū)動器不能控制一個以上的安全負載(近光燈、剎車燈、示寬燈…)。除這些限制外，根據(jù)負載特性對功率級大小的優(yōu)化和汽車平臺內(nèi)的變化，可能導(dǎo)致一個由單通道和雙通道上橋臂驅(qū)動器組成的驅(qū)動區(qū)?？傊覀冃枰粋€內(nèi)部集成度很低的可伸縮的上橋臂驅(qū)動器解決方案，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)，能夠濾除間歇性負載條件

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、容錯性和抗異常負載條件的穩(wěn)健性變得越來越重要。特別是，上橋臂驅(qū)動器的輸出對地短路不得導(dǎo)致失效輸出燒毀。盡管內(nèi)置保護機制，但是，在熱機械應(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)動器仍然會被燒毀。濾波時間越長，上橋臂驅(qū)動器被擊穿的風(fēng)險越高。如今，當(dāng)診斷功能交由微控制器直接負責(zé)時，對上橋臂驅(qū)動器的電流檢測或數(shù)字狀態(tài)的采樣時間達到 10ms到100ms。另外，必須實現(xiàn)一個濾波功能，以免在驗證失效條件前發(fā)生瞬變騷擾引起的錯誤的失效報告。

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

L99PD08又稱為AMICO (先進復(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)動器的8條通道 (圖1)。上橋臂驅(qū)動器可以是意法半導(dǎo)體VIPOWER M0-5、M0-5E和M0-5T系列中的任何一款產(chǎn)品，與每個器件的導(dǎo)通電阻Rdson數(shù)值、診斷類型和通道數(shù)量無關(guān)。L99PD08是微控制器與上橋臂驅(qū)動器之間的接口。該復(fù)用器通過SPI總線接口與微控制器通信，可使16通道上橋臂驅(qū)動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信號的時鐘來自兩個外部時鐘源。為防止同時發(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)引入一個移相控制功能。L99PD08同時監(jiān)測上橋臂驅(qū)動器的8個通道，每隔32µs對每個診斷信號進行一次采樣。在通態(tài)或斷態(tài)過程中，實時診斷功能總是考慮采樣是否完成。當(dāng)施加一個PWM信號時，最終的同步過程可避免錯誤的診斷發(fā)生。

當(dāng)上橋臂驅(qū)動器發(fā)生短路時，L99PD08的反應(yīng)時間從64到100µs，以濾除快速的ISO瞬變事件引起的潛在危險。L99PD08的關(guān)斷鎖保護功能可大幅提高上橋臂驅(qū)動器在短路時的穩(wěn)健性，而無需微控制器的干預(yù)或介入。在AECQ100-012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試條件下對L99PD08進行的性能評估顯示，在-40°C 下的長脈沖測試(關(guān)斷前反應(yīng)時間300ms，見圖3)過程中，L99PD08的穩(wěn)健性改進因子是微控制器對上橋臂驅(qū)動器進行直接診斷架構(gòu)的300倍。

圖3：通過自動關(guān)閉功能提高器件在短路條件下的穩(wěn)健性

結(jié)論

L99PD08有助于開發(fā)人員滿足車身控制模塊的日益嚴格的要求，內(nèi)置PWM信號發(fā)生器和同步診斷功能，在短路條件下反應(yīng)時間短，這些特性有助于減輕微控制器的負荷，提高上橋臂驅(qū)動器的穩(wěn)健性。AMICO還通過SPI接口提高M0-5、M0-5E和M0-5T系列上橋臂驅(qū)動器的性能，降低12V和24V系統(tǒng)對微控制器引腳數(shù)量的要求，同時還能降低軟件的復(fù)雜程度，這對汽車軟件的未來發(fā)展十分有益，因為隨著汽車工業(yè)引入AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，汽車軟件的復(fù)雜性是汽車工業(yè)即將面臨的一個重要課題。