車(chē)身控制模塊中的失效保護方法

在今天的車(chē)身控制模塊（BCM）設計中，有見(jiàn)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(gè)發(fā)展方向是停用熔斷器。但是，停用熔斷器是一個(gè)非常必要的解決方案嗎？是一個(gè)用更加復雜的解決方案取代一個(gè)簡(jiǎn)單而且高效的元器件嗎？

今天的 BCM由大量的固態(tài)開(kāi)關(guān)和熔斷器組成。某些 BCM有多達8-12個(gè)蓄電池饋路，為60-80個(gè)負載提供電源，每個(gè)電池饋路都裝有熔斷器，這就是說(shuō)，BCM負載(車(chē)燈、門(mén)鎖等)是由驅動(dòng)器組驅動(dòng)的，每個(gè)驅動(dòng)器都有一個(gè)熔斷器。為了安全起見(jiàn)，或只是因為負載電流太大，無(wú)法均衡分配，有些負載需要單獨配備熔斷器。據說(shuō)，還有些 BCM只有一個(gè)或兩個(gè)熔斷器。萬(wàn)一輸出失效時(shí)，這些模塊依靠固態(tài)開(kāi)關(guān)提供“熔斷”保護功能。

圖 1. 福特BCM

熔斷器

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

圖2：一個(gè)早期汽車(chē)熔斷器應用實(shí)例 (Gary Larson畫(huà))

熔斷器的工作原則是一個(gè)簡(jiǎn)單的I2R與時(shí)間的關(guān)系。電流越大，熔斷或開(kāi)路時(shí)間越短。熔斷器的功耗與通過(guò)熔斷器的電流的平方成正比。當功耗過(guò)高時(shí)，熔斷器熔斷。這個(gè)特性同樣適用于受熔斷器保護的線(xiàn)束。當熔斷器的“熔斷”特性與所保護的線(xiàn)束相似，只是處理電流能力略低時(shí)，熔斷器是一個(gè)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(lái)的問(wèn)題，有點(diǎn)像房地業(yè)的三條規則：位置、位置，還是位置。如果模塊有凸出來(lái)的熔斷器，模塊就必需放在車(chē)主能夠檢修的位置。線(xiàn)束布線(xiàn)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(wèn)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(gè)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內部的熔斷器連接端口陣列

汽車(chē)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(dòng)機蓋下和踏腳板內（前車(chē)門(mén)鉸接區的右側）看見(jiàn)過(guò)BCM模塊，甚至還在后座下面看見(jiàn)過(guò)BCM模塊（我的車(chē)子就是這樣）。某些BCM裝有鉸鏈，可以從儀表板下面拉出來(lái)，檢修比較方便。有些BCM則裝在擋板后面，只有查看用戶(hù)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(gè)失效的熔斷器。

這還不算完，你還要解開(kāi)哪一個(gè)熔斷器號對哪一個(gè)功能的啞謎……熔斷器面板除提供幾行編號外，沒(méi)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(méi)有用戶(hù)手冊，BCM就像一個(gè)食品柜，里面裝滿(mǎn)了撕去標簽的罐頭……你只能分類(lèi)排查，別無(wú)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(wèn)題

熔斷器可能會(huì )因為沒(méi)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(huì )熔斷（你曾經(jīng)把硬幣掉到點(diǎn)煙器插座/電源插座嗎？）。當你最后發(fā)現硬幣并將其取出時(shí)，熔斷器不會(huì )復位。

如果BCM模塊上沒(méi)有熔斷器，安裝位置就不是這樣問(wèn)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(lái)說(shuō)就不再是一個(gè)太大的問(wèn)題。因為熔斷器有這么多的麻煩，難怪汽車(chē)廠(chǎng)商關(guān)注無(wú)熔斷器或熔斷器較少的BCM解決方案。

不讓汽車(chē)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，在應用系統內性能優(yōu)異，幾乎沒(méi)有任何成本。

今天的固態(tài)開(kāi)關(guān)因為保護形式簡(jiǎn)單，有一點(diǎn)以自我為中心。這就是說(shuō)，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(kāi)關(guān)有過(guò)熱和超負載保護電路，當因輸出短路而限制負載電流時(shí)，這種元器件是最佳的選擇。因此，用固態(tài)開(kāi)關(guān)替代熔斷器有時(shí)候并不是最佳的選擇。


圖5：智能上橋臂開(kāi)關(guān)與熔斷器性能比較