新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > 車身模塊中新的失效保護方法

車身模塊中新的失效保護方法

作者: 時間:2012-02-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

在今天的車身控制模塊(BCM)設(shè)計中,有見識的工程師機都盡可能不再使用機電式繼電器。他們的下一個發(fā)展方向是停用熔斷器。但是,停用熔斷器是一個非常必要的解決方案嗎?是一個用更加復(fù)雜的解決方案取代一個簡單而且高效的元器件嗎?

今天的 BCM由大量的固態(tài)開關(guān)和熔斷器組成。某些 BCM有多達8-12個蓄電池饋路,為60-80個負載提供電源,每個電池饋路都裝有熔斷器,這就是說,BCM負載(車燈、門鎖等)是由驅(qū)動器組驅(qū)動的,每個驅(qū)動器都有一個熔斷器。為了安全起見,或只是因為負載電流太大,無法均衡分配,有些負載需要單獨配備熔斷器。據(jù)說,還有些 BCM只有一個或兩個熔斷器。萬一輸出失效時,這些模塊依靠固態(tài)開關(guān)提供“熔斷”保護功能。


圖 1. 福特BCM

熔斷器101

熔斷器從克魯馬努人時代開始流傳下來。與半導(dǎo)體元器件相比,熔斷器非常簡單,幾乎不需要什么制造工藝,而且成本低廉……正是因為簡單,熔斷器被設(shè)計成線束保險裝置,以防短路時線束變成烤箱電纜。
  

圖2:一個早期汽車熔斷器應(yīng)用實例 (Gary Larson畫)

熔斷器的工作原則是一個簡單的I2R與時間的關(guān)系。電流越大,熔斷或開路時間越短。熔斷器的功耗與通過熔斷器的電流的平方成正比。當功耗過高時,熔斷器熔斷。這個特性同樣適用于受熔斷器保護的線束。當熔斷器的“熔斷”特性與所保護的線束相似,只是處理電流能力略低時,熔斷器是一個理想的選擇。


  

圖3:I2-t 特性比較


安裝位置

關(guān)于熔斷器從BCM模塊凸出來的問題,有點像房地業(yè)的三條規(guī)則:位置、位置,還是位置。如果模塊有凸出來的熔斷器,模塊就必需放在車主能夠檢修的位置。線束布線和模塊方向,以及熔斷器必須放在模塊的什么地方,是令人頭疼的問題。所有這些限制和保護功能增加了模塊的成本和制造難題。下圖所示的福特BCM在CEM3上安裝一個靈活的電路板后,才能把熔斷器置于模塊的“邊緣”。


  

圖4:在福特BCM內(nèi)部的熔斷器連接端口陣列

汽車制造商在給這些BCM模塊/熔斷器單元尋找位置方面具有相當高的創(chuàng)新力。我曾在儀表板和發(fā)動機蓋下和踏腳板內(nèi)(前車門鉸接區(qū)的右側(cè))看見過BCM模塊,甚至還在后座下面看見過BCM模塊(我的車子就是這樣)。某些BCM裝有鉸鏈,可以從儀表板下面拉出來,檢修比較方便。有些BCM則裝在擋板后面,只有查看用戶手冊(如果有)才能找到。我不只一次趴在駕駛座椅上,腳壓在的靠背上,頭鉆到儀表板下,尋找那個失效的熔斷器。

這還不算完,你還要解開哪一個熔斷器號對哪一個功能的啞謎……熔斷器面板除提供幾行編號外,沒有任何標記。真地像猜謎比賽,除了分值之外,你不能告訴選手任何信息。如果再沒有用戶手冊,BCM就像一個食品柜,里面裝滿了撕去標簽的罐頭……你只能分類排查,別無它法。你只能不斷地猜測,直到找到失效的熔斷器號為止。

固態(tài)熔斷器可解決很多問題

熔斷器可能會因為沒有明顯原因而熔斷,熔斷器的容錯能力非常差,哪怕是最輕微的短路都會熔斷(你曾經(jīng)把硬幣掉到點煙器插座/電源插座嗎?)。當你最后發(fā)現(xiàn)硬幣并將其取出時,熔斷器不會復(fù)位。

如果BCM模塊上沒有熔斷器,安裝位置就不是這樣問題了。把BCM模塊安裝在后座下面,不必鉆到儀表板下檢修BCM模塊,這對我來說就不再是一個太大的問題。因為熔斷器有這么多的麻煩,難怪汽車廠商關(guān)注無熔斷器或熔斷器較少的BCM解決方案。

不讓汽車自燃或提供更多保修故障的解決方案

因此,這種解決方案必須可靠,在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)性能優(yōu)異,幾乎沒有任何成本。

今天的固態(tài)開關(guān)因為保護形式簡單,有一點以自我為中心。這就是說,它們更加關(guān)注自我保護,而不是保護外圍元器件。固態(tài)開關(guān)有過熱和超負載保護電路,當因輸出短路而限制負載電流時,這種元器件是最佳的選擇。因此,用固態(tài)開關(guān)替代熔斷器有時候并不是最佳的選擇。

像硬短路一樣的短路事件比較容易保護,例如,受驅(qū)動器限制的負載電流。在這種情況下,功耗不是I2R的結(jié)果,而是驅(qū)動器上的電壓降與相應(yīng)的限流的結(jié)果。這是一個高功耗事件,大部分功耗發(fā)生在智能開關(guān)上而不是線束上。因此,開關(guān)的溫度迅速升高,激活過熱關(guān)斷功能,從而保護相關(guān)的線束。

中的大多數(shù)負載是燈泡。燈泡有一個很難處理的特性:涌流,我們了解并喜歡這個特性。涌流要求強迫固態(tài)開關(guān)的限流值遠遠高于穩(wěn)定狀態(tài)開關(guān)操作所需的限流值。我所說的一切都是為了說明:當沒有發(fā)生嚴重的硬短路事件時,這些高涌流的元器件準許異常高的穩(wěn)態(tài)電流在線束內(nèi)流動,這就是固態(tài)開關(guān)保護自我而不保護所在系統(tǒng)的情況。這時,電流強度還不足以激活開關(guān)限流功能,但是足以燒毀線束或電路板。



   

在圖5的示例中有一個點,智能開關(guān) (VN5010)將繼續(xù)前行,而電線將開始自毀(紅線在藍色虛線上方)。如果這種情況是真實的,甚至連電路板都可能會自毀?,F(xiàn)在考慮到涌流要求很可能更加嚴格,我們開始意識到有必要開發(fā)一個能夠仿真熔斷器特性的保護算法。


上一頁 1 2 下一頁

關(guān)鍵詞: 車身模塊 失效保護方法

評論


技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉