在汽車電子系統(tǒng)不斷發(fā)展的當(dāng)下，采用智能手段控制車內(nèi)外照明愈發(fā)關(guān)鍵。同時(shí)，緊湊的車身控制模塊集成的功能持續(xù)增多，這一趨勢也帶來了諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。其中，汽車照明系統(tǒng)對電子元器件的要求日益嚴(yán)苛，而智能復(fù)用器在解決 PWM 通道、診斷功能和系統(tǒng)可靠性問題等方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。本文將詳細(xì)闡述如何利用智能復(fù)用器對車用上橋臂驅(qū)動器進(jìn)行升級。

車用上橋臂驅(qū)動器的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

車身控制模塊(BCM)作為汽車電子系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，承擔(dān)著控制、診斷、車內(nèi)外照明失效管理以及子模塊電源分配等多種功能，還具備網(wǎng)關(guān)功能，連接車內(nèi)不同通信網(wǎng)絡(luò)。為降低成本與重量，并強(qiáng)化診斷功能，固態(tài)開關(guān)即上橋臂驅(qū)動器逐步取代機(jī)電式繼電器，成為執(zhí)行器的發(fā)展方向。

上橋臂驅(qū)動器的 PWM 控制需求

為應(yīng)對汽車電瓶電壓變化引發(fā)的瞬變，維持 LED 燈和普通白熾燈亮度穩(wěn)定，系統(tǒng)需借助脈寬調(diào)制(PWM)信號對這些驅(qū)動器加以控制。當(dāng)汽車電瓶電壓過高時(shí)，該控制功能可防止白熾燈絲快速熔斷或 LED 燈過熱。

上橋臂驅(qū)動器的診斷功能要求

上橋臂驅(qū)動器會提供與負(fù)載電流成正比的數(shù)字狀態(tài)或電流檢測信號?；谶@些信息，系統(tǒng)必須能夠可靠識別并報(bào)告多種失效情況，如超載、對地短路、對電瓶短路、過熱、通態(tài)開路、斷態(tài)開路等。

平臺解決方案的通用性難題

車身控制模塊不僅要控制特定車型的多種設(shè)備，還需滿足不同市場的特殊需求，且多款車型常共用同一車身控制模塊。在傳統(tǒng)汽車中，通常配備三個(gè)車身控制模塊，而現(xiàn)代汽車已將這些模塊的功能整合到兩個(gè)甚至一個(gè)模塊內(nèi)。例如，客車車身控制模塊的上橋臂驅(qū)動器一般有 40 多條通道，貨車則通常有 80 多條通道。在 PWM 通道間實(shí)現(xiàn)移相控制，有助于防止燈泡浪涌電流同時(shí)發(fā)生而導(dǎo)致的巨大電壓降，提升系統(tǒng)電磁兼容性。此外，還需定期監(jiān)測和 PWM 控制每個(gè)已激活負(fù)載的輸出電流，避免因冷白熾燈絲高浪涌電流引發(fā)的錯(cuò)誤超載檢測等，同時(shí)診斷功能要能濾除由 ISO 脈沖等引起的亂真失效條件。但具有移相功能的 PWM 信號發(fā)生器與大量通道的同步診斷功能相結(jié)合，往往會加重微控制器的負(fù)荷。

為符合 ISO26262 (ASIL B) 的功能性安全要求，上橋臂驅(qū)動器的電源電壓一般分為 2 - 4 個(gè)電壓軌。有時(shí)，一個(gè)多通道上橋臂驅(qū)動器無法控制多個(gè)安全負(fù)載(如近光燈、剎車燈、示寬燈等)。并且，根據(jù)負(fù)載特性對功率級大小的優(yōu)化以及汽車平臺內(nèi)的變化，可能形成由單通道和雙通道上橋臂驅(qū)動器組成的驅(qū)動區(qū)。所以，我們急需一種內(nèi)部集成度低、可靈活伸縮的上橋臂驅(qū)動器解決方案，以實(shí)現(xiàn)同步診斷和 PWM 控制功能。

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)性以及抗特殊負(fù)載條件的穩(wěn)健性愈發(fā)重要。特別是上橋臂驅(qū)動器輸出對地短路時(shí)，不能導(dǎo)致失效輸出燒毀。雖然標(biāo)準(zhǔn)上橋臂驅(qū)動器內(nèi)置保護(hù)機(jī)制，但在熱機(jī)械應(yīng)力和電子遷移現(xiàn)象引發(fā)的短路情況下，仍可能被燒毀。濾波時(shí)間越長，被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)越高。當(dāng)前，若診斷功能由微控制器直接負(fù)責(zé)，對上橋臂驅(qū)動器電流檢測或數(shù)字狀態(tài)的采樣時(shí)間在 10ms 到 100ms 之間。而且，必須設(shè)置濾波功能，防止在驗(yàn)證失效條件前，因瞬變騷擾產(chǎn)生錯(cuò)誤的失效報(bào)告。

智能復(fù)用器的選擇 —— 以 L99PD08 為例

L99PD08，也被稱為 AMICO(先進(jìn)復(fù)用器和集成化協(xié)處理器)，是一款出色的智能型多路復(fù)用器，能夠?qū)?8 條上橋臂驅(qū)動器通道進(jìn)行控制和診斷。它可與意法半導(dǎo)體 VIPOWER M0 - 5、M0 - 5E 和 M0 - 5T 系列中的任意一款上橋臂驅(qū)動器產(chǎn)品協(xié)同工作，不受器件導(dǎo)通電阻 Rdson 數(shù)值、診斷類型及通道數(shù)量的限制，是連接微控制器與上橋臂驅(qū)動器的理想接口。

該復(fù)用器通過 SPI 總線接口與微控制器通信，以 16 通道上橋臂驅(qū)動器為例，可將所需微控制器的引腳數(shù)量從 32 支大幅減少至 11 支。其 8 位分辨率 PWM 信號的時(shí)鐘源自兩個(gè)外部時(shí)鐘源。為防止燈泡浪涌電流同時(shí)出現(xiàn)造成巨大電壓降，提升系統(tǒng)電磁兼容性，L99PD08 在每條 PWM 通道中引入移相控制功能。同時(shí)，它能同時(shí)監(jiān)測上橋臂驅(qū)動器的 8 個(gè)通道，每隔 32μs 對每個(gè)診斷信號進(jìn)行一次采樣。在通態(tài)或斷態(tài)過程中，實(shí)時(shí)診斷功能會始終考量采樣是否完成。當(dāng)施加 PWM 信號時(shí)，最終的同步過程可有效避免錯(cuò)誤診斷的發(fā)生。

當(dāng)上橋臂驅(qū)動器發(fā)生短路時(shí)，L99PD08 的反應(yīng)時(shí)間在 64 到 100μs 之間，能夠?yàn)V除快速 ISO 瞬變事件帶來的潛在危險(xiǎn)。其關(guān)斷鎖保護(hù)功能可極大地增強(qiáng)上橋臂驅(qū)動器在短路時(shí)的穩(wěn)健性，且無需微控制器干預(yù)。在 AECQ100 - 012 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試條件下，對 L99PD08 進(jìn)行性能評估發(fā)現(xiàn)，在 - 40°C 下的長脈沖測試(關(guān)斷前反應(yīng)時(shí)間 300ms)中，L99PD08 的穩(wěn)健性改進(jìn)因子是微控制器直接診斷上橋臂驅(qū)動器架構(gòu)的 300 倍。

使用智能復(fù)用器升級車用上橋臂驅(qū)動器的步驟

升級前的準(zhǔn)備工作

硬件檢查與準(zhǔn)備：仔細(xì)檢查車輛的電氣系統(tǒng)，確保電池電量充足且無漏電等問題。準(zhǔn)備好適配的 L99PD08 智能復(fù)用器、所需的上橋臂驅(qū)動器(如 VIPOWER M0 - 5 等系列產(chǎn)品)、SPI 總線連接線纜、焊接工具、螺絲刀等必要工具。同時(shí)，根據(jù)車輛電氣布局，規(guī)劃好智能復(fù)用器和相關(guān)器件的安裝位置，確保安裝空間充足且通風(fēng)良好，遠(yuǎn)離熱源和干擾源。

軟件準(zhǔn)備：獲取與 L99PD08 智能復(fù)用器和車輛微控制器相匹配的驅(qū)動程序和控制軟件。對軟件進(jìn)行備份，并確保軟件版本為最新，以保證兼容性和功能完整性。此外，準(zhǔn)備好用于燒錄軟件的設(shè)備，如編程器等。

具體升級操作流程

拆卸原有部分：在確保車輛電源關(guān)閉且處于安全狀態(tài)下，小心拆卸原車上橋臂驅(qū)動器周邊的相關(guān)部件，如保護(hù)罩等，露出上橋臂驅(qū)動器的安裝位置。使用合適工具拆除原上橋臂驅(qū)動器與電路的連接線纜和固定螺絲，妥善保管拆下的部件。

安裝智能復(fù)用器與新驅(qū)動器：將 L99PD08 智能復(fù)用器安裝在預(yù)先規(guī)劃好的位置，使用螺絲或固定夾牢固固定。按照 SPI 總線接口規(guī)范，使用連接線纜將 L99PD08 與車輛微控制器正確連接，確保連接穩(wěn)固且線纜無扭曲、破損。接著，安裝新的上橋臂驅(qū)動器，將其與 L99PD08 的對應(yīng)通道連接，注意連接極性和接口匹配，確保連接可靠。

電氣連接與布線：仔細(xì)檢查所有連接線纜，確保無松動、短路或斷路情況。根據(jù)車輛電氣布線要求，對連接線纜進(jìn)行合理布線，使用線束固定夾將線纜固定在車輛框架上，避免線纜在車輛行駛過程中晃動或與其他部件摩擦。同時(shí)，確保電源線纜連接正確，為智能復(fù)用器和上橋臂驅(qū)動器提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。

軟件燒錄與配置：將編程器與車輛微控制器和電腦連接，打開燒錄軟件。按照軟件操作指南，將 L99PD08 的驅(qū)動程序和相關(guān)控制軟件燒錄到微控制器中。燒錄完成后，根據(jù)車輛的具體照明需求和功能設(shè)定，在軟件中對 L99PD08 進(jìn)行參數(shù)配置，如 PWM 通道的移相設(shè)置、診斷功能的靈敏度設(shè)置等。

升級后的調(diào)試與測試

初步通電檢查：在完成所有硬件安裝和軟件燒錄配置后，進(jìn)行初步通電檢查。緩慢接通車輛電源，觀察 L99PD08 智能復(fù)用器和上橋臂驅(qū)動器的指示燈狀態(tài)，確保設(shè)備正常啟動，無異常閃爍或熄滅情況。同時(shí)，使用萬用表等工具測量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓和電流，檢查是否在正常范圍內(nèi)。

功能測試：對車輛的照明系統(tǒng)等相關(guān)功能進(jìn)行全面測試。依次打開和關(guān)閉不同的車燈，觀察燈光的亮度調(diào)節(jié)是否正常，是否能夠通過 PWM 控制實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)光。檢查診斷功能是否正常工作，人為模擬一些常見的失效情況，如燈泡短路、開路等，觀察 L99PD08 是否能及時(shí)準(zhǔn)確地檢測到并通過診斷信號反饋給微控制器，微控制器是否能做出相應(yīng)的報(bào)警或保護(hù)動作。

穩(wěn)定性測試：進(jìn)行一段時(shí)間的車輛行駛測試，模擬實(shí)際使用場景。在行駛過程中，持續(xù)監(jiān)測上橋臂驅(qū)動器和智能復(fù)用器的工作狀態(tài)，觀察是否有過熱、異常噪音或功能不穩(wěn)定等問題。同時(shí)，檢查車輛在不同工況下(如加速、減速、顛簸路面行駛等)，照明系統(tǒng)和相關(guān)功能是否能穩(wěn)定運(yùn)行。

總結(jié)

通過使用如 L99PD08 這樣的智能復(fù)用器對車用上橋臂驅(qū)動器進(jìn)行升級，能夠有效解決當(dāng)前汽車照明系統(tǒng)及車身控制模塊面臨的諸多問題。不僅可以減輕微控制器的負(fù)荷，提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性和可靠性，還能滿足日益嚴(yán)格的汽車電子系統(tǒng)功能需求和安全性標(biāo)準(zhǔn)。在升級過程中，嚴(yán)格按照上述步驟進(jìn)行操作，做好升級前的準(zhǔn)備、精準(zhǔn)實(shí)施升級操作以及全面細(xì)致地進(jìn)行升級后的調(diào)試測試，是確保升級成功，提升車輛電子系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。這一升級方案對于汽車電子系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展具有重要意義，有望在未來的汽車制造和改裝領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。