李仁明, 劉建波

(1.湖北省齊星汽車車身股份有限公司技術中心, 湖北 隨州 441300;2.江蘇旭順東明云智能科技有限公司, 江蘇 靖江 214500)

汽車電氣產品開發(fā)過程中有時會出現(xiàn)以下現(xiàn)象:某電器部件的某功能有問題,聯(lián)系供應商改進后,該問題得到解決,但原本正常的功能卻又出現(xiàn)問題。即產品的改進引發(fā)了新問題。本文針對此現(xiàn)象進行問題診斷和解決。

1 故障現(xiàn)象

近期在某雙門單排電動輕卡低壓部分(電壓為12 V)開發(fā)中,第1版車身控制器BCM按遙控時中控門鎖(中控門鎖、車窗升降控制電路均集成在車身控制器BCM[1]內)不工作。供應商將改進后的第2版BCM樣品寄來驗證時,發(fā)現(xiàn)遙控中控門鎖不工作問題已解決,但接通駕駛側門上的左側門窗玻璃升降器開關(以下簡稱“左側門開關”)時,副駕側車門(以下簡稱“右側門”)車窗玻璃有時跟著聯(lián)動,有時卻不動;接通駕駛側門上的右側門窗玻璃升降器開關(以下簡稱“駕駛側右側門開關”)時,左側門窗玻璃有時跟著右側門窗玻璃聯(lián)動,有時不動。但接通副駕側門窗玻璃升降器開關(以下簡稱“右側門開關”)時一切工作正常。駕駛室兩門車窗玻璃升降器開關的安裝位置如圖1所示。

圖1 駕駛室門上的車窗玻璃升降器開關安裝位置示意圖

然而第1版BCM左右側門窗的所有玻璃升降功能均正常。進行產品開發(fā)多年,從未遇到過這種左右側門窗玻璃升降器聯(lián)動的問題。下面對此進行分析與改進。

2 第2版BCM車窗玻璃升降器工作異常原因分析

為查清上述故障的原因,協(xié)調廠家提供第2版BCM內部與車窗玻璃升降控制相關的局部電氣原理圖,將其添加到整車電路圖后如圖2所示。通過分析該電路并結合以往經(jīng)驗,懷疑是串電引起的[2]。

圖2 第2版BCM中電動車窗部分電氣原理圖

規(guī)定UAu和UAd為BCM上駕駛側左側門開關在車窗升、降工作時圖中A點的電壓;UBu和UBd為BCM上駕駛側右側門開關在車窗升、降工作時圖中B點的電壓;UCu和UCd分別為BCM上右側門開關在車窗升、降工作時圖中C點的電壓。由圖2可知,BCM內部這3個車窗升降開關到MCU的外圍接口電路的電氣原理及元件參數(shù)完全相同,下面對車窗升、降工作時BCM電路A、B、C 3點電壓進行計算分析。該電路比較復雜,下面分3種情況詳細分析車窗玻璃升降器工作不正常的具體原因。

2.1 左側門開關接通升擋時

此時,通過左側門開關接通升擋觸點的電流來自2條電路:

1) 支路1:從BCM內VCC→R171→A點。規(guī)定其電流為I1。

2) 支路2:從BCM內VCC→R172→B點→BCM C21腳→Y507線→駕駛側右側門開關降常閉觸點(D2)→E線→左側門開關降常閉觸點(D1)→G508線→BCM C24腳→A點。規(guī)定其電流為I2。

然后這2條支路電流在BCM內的節(jié)點A匯合后,流向如下:A點→R17→BCM C23腳→R509線→左側門開關升擋常開觸點(U1)→搭鐵。規(guī)定其電流為I3。

根據(jù)電路的基爾霍夫第一定律:在任一瞬時,流向某一節(jié)點的電流之和恒等于該節(jié)點流出的電流之和[3]。下面簡單計算升擋時A點電壓UAu(因MCU主要是檢測電壓信號,其分流很小可忽略不計[4-6];導線[7]、開關觸點、插接件[8]的壓降也忽略不計),其關系式如下:

I1=(UVCC-UAu)/R171

(1)

I2=(UVCC-UB)/R172

(2)

I3=UAu/R17

(3)

I1+I2=I3

(4)

式中:UVCC表示該電路電源電壓,為5 V;R171、R172是設計的限流電阻,R17是MCU區(qū)分車窗玻璃升降開關是升或降狀態(tài)的分壓電阻,R171=R172=1 k,R17=1.2 k;UB為B點的電壓,此時B點通過駕駛側右側門開關降擋觸點和左側門開關降擋觸點、導線等與A點直接相連,因此UB=UAu。

將以上各值代入式(1)～(4),計算得到UAu=UB=3.529 V。

實際上,MCU直接檢查的是圖2中MCU管腳D、E、F處的電壓UD、UE、UF。MCU根據(jù)D、E、F點的電壓值來判斷玻璃升降器開關需求及確定后續(xù)動作。

1) 若UD<1.67 V,MCU判斷左側門開關的需求是使左側門玻璃下降。MCU會立即發(fā)出驅動信號使BCM A11、A12腳電壓變?yōu)閁A11=+12 V、UA12=0 V,左側門玻璃升降器電機旋轉,帶動玻璃升降器叉臂機構使左側門玻璃下降。

2) 若1.67 V≤UD<1.76 V, MCU立即發(fā)出驅動信號使A11、A12腳電壓變?yōu)閁A11=UA12=0 V,此時左側門玻璃升降器電機保持不動。此為設計的下降與上升指令之間的安全間隔。

3) 若1.76 V≤UD<3.92 V,MCU判斷左側門開關是要求左側門玻璃上升。MCU立即發(fā)出驅動信號使A11、A12腳電壓變?yōu)閁A11=0 V、UA12=+12 V,此時左側門玻璃升降器電機電壓反向,電機反向旋轉使左側門玻璃上升。

4) 若UD≥3.92 V,MCU判斷開關信號無效,此時MCU使BCM A11、A12腳電壓變?yōu)閁A11=UA12=0 V,這時左側門玻璃升降器電機無驅動電壓不旋轉,左側門玻璃保持不動。

由于左側門開關接通升擋時,UB=UAu=3.529 V≈UD=UE,在1.76 V≤UD<3.92 V范圍內,因此左、右側車窗玻璃就會同時上升。

圖2中R26主要起防意外沖擊、限流保護MCU作用,正常時其上壓降很小。 D點電壓與A點幾乎相同,通過分析A點電壓就可以準確分析、判斷工作需求。C13電容主要起消除靜電、防止開關抖動等作用[9]。

因R172=R173=R171=1 k,R18=R19=R17=1.2 k。其中R173是圖2中BCM右側門開關電路中設計的限流電阻,R19是MCU區(qū)分右側門開關是升或降狀態(tài)的分壓電阻;R18是MCU區(qū)分駕駛側右側門開關是升或降狀態(tài)的分壓電阻。

故B點的分析方法和工作情況與A點相同。

2.2 左側門開關接通降擋時

由于A點直接搭鐵,所以降擋時A點電壓UAd=0 V,此時流過駕駛側右側門開關的電路為:BCM內VCC→R172→B點→BCM C21腳→Y507線→駕駛側右側門開關降常閉觸點(D2)→E線→左側門開關升常閉觸點(U1)→R509線→BCM C23腳→R17→A點→BCM C24腳→G508線→左側門開關降擋常開觸點→搭鐵。此時:

UB=UVCC/(R172+R17)×R17

(5)

將各阻值代入式(5),計算得到UB=2.727 V。1.76 V

2.3 右側門開關接通升擋和降擋時

升擋時C點電壓:

UCu=UVCC/(R173+R19)×R19

(6)

將各阻值代入式(6),計算得到UCu=2.727 V。

1.76 V

此時接通降擋UCd=0 V,因此右側門開關升降正常。

由圖2可以看出,此時UA=UB≈5 V>3.92 V,MCU判斷開關信號無效,因此左側門玻璃不動,不受右側門開關工作影響。

2.4 異常原因分析

根據(jù)以上分析,左側門車窗玻璃上升或下降時右側門車窗玻璃均上升或不動的情況如下:接通左側門開關升擋或降擋時,右側門車窗玻璃均上升,直到右側門車窗玻璃升到車門最頂部被門框抵住才停止(此時右側門電機處于堵轉狀態(tài))。但當右側門開關處于升擋或降擋時,右側門玻璃可正常上升或下降。駕駛側右側門開關接通升、降擋時,左、右側車窗的工作情況與上述左側門開關的工作情況類似。但出現(xiàn)此現(xiàn)象的真正原因是左側門開關提供給BCM的C23腳升擋、C24腳降擋信號實際上最終是給了BCM內部MCU的同一D端口,MCU根據(jù)D端口信號電壓值不同來區(qū)分、判斷開關的升擋、降擋需求。因左側門開關通過左側門車窗玻璃升降開關內部連接駕駛側右側門開關的E線(如圖2所示)與BCM內部的電阻R17和R18串聯(lián)影響了D點的電壓,從而導致工作異常。駕駛側右側門開關工作時的故障原因與此完全相同。原因查出后立即通知供應商進行改進。

實際上,出現(xiàn)此故障的根本原因主要是:①產品開發(fā)前未仔細核實左側門車窗玻璃升降開關的原始圖紙。②與供應商技術部溝通不到位。③第1版BCM試制驗證時故障未暴露。常規(guī)車型BCM配的左側門車窗升降器開關是同右側門開關完全一樣的2個獨立開關[10]。最初供方也不知道本車型的左側門車窗升降器開關是一個組合開關,大家均誤認為圖2中的E線部分是在開關外部的可將左側門開關和駕駛側右側門開關相連接的導線(有故障時可將此線斷開并進行分析處理),而實際上該開關是個組合開關,E線在該開關內部已將左側門開關和駕駛側右側門開關相連接,導致電路經(jīng)開關E線與BCM內部電路串電,使裝第2版BCM的產品時出現(xiàn)了故障,且E線是印刷在該組合開關內部的PCB板上,故不便處理。

3 第3版BCM車窗玻璃升降器工作情況分析

根據(jù)第2版BCM故障查出的原因,修改BCM電氣控制原理,讓左側門開關的升擋、降擋信號分別獨立接到BCM內部MCU的2個不同的端口,以消除開關的串電影響[11]。BCM內部駕駛側右側門開關和右側門車窗玻璃升降開關的控制原理也作同樣更改。將整改后的第3版BCM內部升降開關接口局部電路原理圖繪制到整車電路圖中后如圖3所示。

圖3 第3版BCM中電動車窗開關部分電氣原理圖

第3版BCM樣件寄來后,經(jīng)裝車試驗驗證,各項功能終于正常。分析如下:

規(guī)定Ud為車窗玻璃升降開關接通降擋時MCU處降端口檢測到的電壓(如圖3中C24/C21/C25腳中相關腳電壓)、Uu為車窗玻璃升降開關接通升擋時MCU處升端口檢測到的電壓(如圖3中C23/C22/C26腳中相關腳電壓)。

左側門開關接通降擋時:Ud=UC24=0 V,此時UC23=UC21=UC22=5 V。

左側門開關接通升擋時:Uu=UC23=0 V,此時UC24=UC21=UC22=5 V。

該版各開關升擋、降擋信號分別通過獨立管腳給MCU提供信號,輸入信號均為低有效,此版設計的電壓閾值為:0 V≤Uu≤0.7 V、0 V≤Ud≤0.7 V。廠家根據(jù)此版硬件電路對MCU軟件程序進行了適當?shù)男薷摹?/p>

4 結束語

本文分析了3種版本BCM出現(xiàn)問題的根本原因,主要是產品開發(fā)前未仔細核實左側門車窗玻璃升降開關的原始圖紙,且與供應商技術部溝通不到位。故應高度重視汽車電氣產品開發(fā)過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象,與供應商技術部門仔細溝通所有細節(jié),盡量不要簡化電氣部件原理,若需簡化,不可忽略有疑問的部分。成熟電氣部件在不同車型未必通用,一定要經(jīng)過試制試驗、小批量生產驗證后再批量生產。