深度解析車身控制模塊BCM設(shè)計(jì)與開發(fā)方法

隨著汽車智能化的發(fā)展，車身控制也變得越來越智能化。

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BCM的概述

BCM（Body Control Module）車身控制模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)控制汽車車身用電器，比如整車燈具、雨刮、洗滌、門鎖、電動(dòng)窗、天窗、電動(dòng)后視鏡、遙控等。該系統(tǒng)還具有電源管理功能，高低電壓保護(hù)，延時(shí)斷電，系統(tǒng)休眠等功能。是汽車設(shè)計(jì)中不可或缺的重要組成部分。

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BCM設(shè)計(jì)開發(fā)的目的

車身電子控制系統(tǒng)主要是用于增強(qiáng)汽車的安全、舒適和方便性的。還有用于和車外聯(lián)結(jié)，以及協(xié)調(diào)整車各部分的電子控制功能，將大量計(jì)算機(jī)、傳感器與交通管理服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起的綜合顯示系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)等。

在未來，各電子設(shè)備的功能越來越多，各種功能都需要通BCM來實(shí)現(xiàn)，使得BCM功能更加強(qiáng)大；各電子設(shè)備之間的信息共享越來越多，一個(gè)信息可同時(shí)供許多部件使用，要求BCM的數(shù)據(jù)通信功能越來越強(qiáng)；單一集中式BCM很難完成越來越龐大的功能，使得總線式、網(wǎng)絡(luò)化BCM成為發(fā)展趨勢。

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BCM的系統(tǒng)組成

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BCM的安裝位置

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BCM產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

一、模塊外觀

1.金屬件表面應(yīng)有良好的防護(hù)層，表面清潔，無銹蝕，無損傷；

2.塑料件表面平整、清潔、無劃痕、無飛邊、無縮孔、無塌坑、無變形、無裂紋等缺陷；

3.?模塊外觀和安裝尺寸為模塊配合功能方面特殊性要求。

二、功能

1.?電動(dòng)窗的功能

（1）點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)，允許電動(dòng)窗工作。點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后，經(jīng)過1分鐘電動(dòng)窗的手動(dòng)上升/下降功能被禁止。

（2）手動(dòng)上升：當(dāng)按電動(dòng)窗開關(guān)的上升鍵，則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行上升動(dòng)作，松開上升鍵，則停止。

（3）手動(dòng)下降：當(dāng)按電動(dòng)窗開關(guān)的下降鍵，則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行下降動(dòng)作，松開下降鍵，則停止。

（4）司機(jī)門、副駕駛門、左后門、右后門、電動(dòng)窗自動(dòng)下降：按下電動(dòng)窗玻璃開關(guān)下降鍵（按下時(shí)間<300ms），則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行自動(dòng)下降動(dòng)作，電動(dòng)窗玻璃一直下降到底。

2.電動(dòng)窗的保護(hù)功能

為了防止電機(jī)受損，四個(gè)電動(dòng)窗玻璃升降器輸出具有過電流保護(hù)及連續(xù)輸出6S保護(hù)功能。

3.電動(dòng)窗的遙控關(guān)窗功能

當(dāng)按下遙控器閉鎖鍵時(shí)間小于3S，只執(zhí)行中控鎖閉鎖，沒有自動(dòng)升窗動(dòng)作；當(dāng)按下遙控器閉鎖鍵時(shí)間大于3S，執(zhí)行中控鎖閉鎖和自動(dòng)升窗動(dòng)作；升窗順序：首先左前升窗，左前窗到頂后升右前升窗，其次是左后升窗、右后升窗；遙控關(guān)窗時(shí)只允許一個(gè)玻璃升降器工作。如自動(dòng)升窗期間按下開鎖鍵，則自動(dòng)升窗停止。

4.中控門鎖控制

（1）自動(dòng)落鎖/開鎖功能

a.?點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)，允許電動(dòng)窗工作。點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后，經(jīng)過1分鐘電動(dòng)窗的手動(dòng)上升/下降功能被禁止。

b.?手動(dòng)上升：當(dāng)按電動(dòng)窗開關(guān)的上升鍵，則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行上升動(dòng)作，松開上升鍵，則停止。

c.?手動(dòng)下降：當(dāng)按電動(dòng)窗開關(guān)的下降鍵，則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行下降動(dòng)作，松開下降鍵，則停止。

d.?司機(jī)門、副駕駛門、左后門、右后門、電動(dòng)窗自動(dòng)下降：按下電動(dòng)窗玻璃開關(guān)下降鍵（按下時(shí)間<300ms），則電動(dòng)窗玻璃執(zhí)行自動(dòng)下降動(dòng)作，電動(dòng)窗玻璃一直下降到底。

（2）開鎖／閉鎖按鍵控制功能

a.?操作駕駛“閉鎖/開鎖”按鈕，如在閉鎖狀態(tài)下按開鎖鍵，四個(gè)門鎖進(jìn)入開鎖狀態(tài)；在開鎖狀態(tài)下按閉鎖鍵，四個(gè)車門進(jìn)入閉鎖狀態(tài)。中控門開閉鎖是300ms的輸出。

b.?當(dāng)按下閉鎖開關(guān)按鍵后，四個(gè)車門進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，同時(shí)后背箱開啟開關(guān)按鍵禁止。當(dāng)按下開鎖開關(guān)按鍵后，四個(gè)車門進(jìn)入開鎖狀態(tài)，同時(shí)后背箱開啟開關(guān)按鍵有效。當(dāng)按下遙控器閉鎖按鍵后，四個(gè)車門進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，同時(shí)后背箱開啟開關(guān)按鍵禁止。當(dāng)按下遙控器開鎖按鍵后，四個(gè)車門進(jìn)入開鎖狀態(tài)，同時(shí)后背箱開啟開關(guān)按鍵有效。

（3）中控鎖保護(hù)功能

在10S內(nèi)中央門鎖連續(xù)開鎖/閉鎖超過8次，則中央門鎖禁止動(dòng)作15S，以保護(hù)中央門鎖。中控門鎖和電動(dòng)窗玻璃升降器不得同時(shí)動(dòng)作。兩者發(fā)生沖突時(shí)，中央門鎖優(yōu)先動(dòng)作，而電動(dòng)窗玻璃升降器停止工作；待中央門鎖動(dòng)作結(jié)束，電動(dòng)窗玻璃升降器繼續(xù)前一個(gè)狀態(tài)工作。

5.后備箱控制

（1）在解防的條件下：按下后背箱開啟開關(guān)按鍵后，后背箱自動(dòng)執(zhí)行開鎖動(dòng)作一次。同時(shí)后背箱指示燈亮，關(guān)閉后背箱后，指示燈熄滅。背門鎖開鎖是300ms的輸出。

（2）在設(shè)防的條件下：按下遙控器上的后背箱按鍵后，執(zhí)行轉(zhuǎn)向燈閃爍二次，并且BCM模塊處于解防模式。

（3）鑰匙插入后，遙控器上的開鎖鍵、閉鎖鍵、后背箱按鍵失效。

6.遙控器解防和設(shè)防

（1）遙控器設(shè)防模式

a. 設(shè)防失?。寒?dāng)任一車門、后備箱打開時(shí)，且點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，按下遙控器閉鎖，方向燈閃三下，同時(shí)報(bào)警喇叭叫三次。（報(bào)警喇叭周期是響50ms，停100ms）

b. 設(shè)防成功：所有車門、后備箱關(guān)閉，且點(diǎn)火鑰匙未插入時(shí)，按遙控器閉鎖鍵，關(guān)中控鎖，同時(shí)轉(zhuǎn)向燈閃爍一次。

如果在設(shè)防狀態(tài)下系統(tǒng)被觸發(fā)過（包括有：非法打開車門、后備門），則在遙控器開鎖時(shí)系統(tǒng)退出設(shè)防狀態(tài)，方向燈閃四下，同時(shí)報(bào)警喇叭叫四次。

（2）遙控器解防模式

a.?解防成功：在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，按下遙控器開鎖鍵，開中控鎖，同時(shí)轉(zhuǎn)向燈閃爍二次。

b.?按下遙控器開鎖鍵，開中控鎖；如果點(diǎn)火開關(guān)、任一車門、后備箱信號(hào)沒有被觸發(fā)，在60秒內(nèi)一直處于這種狀態(tài)，則60秒后中控鎖自動(dòng)閉鎖一次，并且系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)。

c.?當(dāng)BCM設(shè)防后，按下遙控器后背箱按鈕，只執(zhí)行轉(zhuǎn)向燈閃爍2次，并且BCM模塊處于解防模式。

d.?按下遙控器開鎖鍵，開中控鎖；在60S內(nèi)，后背箱開啟開關(guān)按鍵有效。

（3）遙控器報(bào)警模式

a.?按下遙控閉鎖鍵，系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)；如存在非法打開任一車門、后備門操作，控制器都會(huì)發(fā)出30秒的警報(bào)，同時(shí)左右轉(zhuǎn)向燈閃爍30秒。

b.?解除報(bào)警條件

如果報(bào)警信號(hào)未消失，按下遙控器開鎖鍵，停止報(bào)警，中控鎖解鎖，進(jìn)入解防模式。如果報(bào)警信號(hào)未消失，當(dāng)鑰匙插入后，停止報(bào)警，進(jìn)入解防模式。

7.燈光控制功能

（1）室內(nèi)燈控制

將任意車門打開，車內(nèi)頂燈、門狀態(tài)指示燈就會(huì)亮起，車門關(guān)閉頂燈、門狀態(tài)指示燈熄滅。

（2）點(diǎn)火鎖孔照明功能

a.?點(diǎn)火開關(guān)IGN為“OFF”時(shí)，打開（正）駕駛室的門，則點(diǎn)火鎖孔照明燈亮。關(guān)上（正）駕駛室的門，點(diǎn)火鎖孔照明燈延時(shí)10s后熄滅。

b.?當(dāng)點(diǎn)火鎖孔照明燈延時(shí)10s過程中，如果打開點(diǎn)火開關(guān)ON或者進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)，點(diǎn)火鎖孔照明燈立即熄滅。

（3）后霧燈控制

a.?點(diǎn)火開關(guān)打到ON檔，后霧燈只有在小燈開關(guān)打開時(shí)的情況下才能打開，后霧燈能獨(dú)立關(guān)閉。后霧燈開關(guān)按一次，后霧燈點(diǎn)亮，再按一次，后霧燈滅。

b.?后霧燈亮?xí)r，關(guān)閉小燈開關(guān)，后霧燈熄滅。關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)IGN后，后霧燈熄滅。

（4）后備箱燈

后備箱打開，后備箱燈點(diǎn)亮，后備箱關(guān)閉后燈滅。

8）除霜功能

點(diǎn)火鑰匙在ON檔有效，除霜開關(guān)按下后，立即執(zhí)行除霜?jiǎng)幼?，?5分鐘后除霜自動(dòng)關(guān)閉。如在15分鐘內(nèi)再次按下除霜按鈕，則取消除霜功能。

9.蜂鳴器報(bào)警功能

（1）點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉之后，如果小燈處在開啟狀態(tài)，則蜂鳴器響（周期1秒占空比50%），直到小燈開關(guān)關(guān)閉后，則停止報(bào)警。在鑰匙未插入時(shí)，如果小燈打開，則蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)鑰匙插入后，停止報(bào)警。

（2）當(dāng)正駕駛室的門打開時(shí)，如果鑰匙插在點(diǎn)火鎖孔上，蜂鳴器就連續(xù)報(bào)警（周期：1秒占空比：為50%），持續(xù)10秒鐘后停止。當(dāng)正駕駛室的門關(guān)上或拔除鑰匙時(shí)，蜂鳴器停止報(bào)警。

（3）點(diǎn)火打開且駕駛室門關(guān)閉時(shí)，如果駕駛?cè)藛T沒有系安全帶，則蜂鳴器發(fā)出報(bào)警音，同時(shí)安全帶報(bào)警燈閃爍，時(shí)間長度為6s（報(bào)警音與報(bào)警燈閃爍周期為0.6S，占空比為50%）。

（4）剎車開關(guān)打開時(shí)，如果車速超過10km/h的時(shí)間超過2s，則蜂鳴器發(fā)出報(bào)警音（0.3s響，0.3s停的報(bào)警音）。直到車速為00k/m（車輛停止）后，則停止報(bào)警。

10.遙控器

（1）遙控器采用無線遙控技術(shù)，接收和發(fā)送無方向性，使用方便，遙控距離15米；可實(shí)現(xiàn)遙控關(guān)窗，遙控防盜的功能。當(dāng)模塊斷電后，會(huì)自動(dòng)保存斷電前設(shè)防/解防的狀態(tài)，再上電后模塊處于設(shè)防/解防的狀態(tài)。

（2）遙控開鎖解防。

（3）在無點(diǎn)火，四個(gè)門關(guān)好時(shí)，遙控閉鎖進(jìn)行設(shè)防。

（4）當(dāng)遙控器有3個(gè)按鍵，對(duì)背門鎖進(jìn)行開鎖控制。

11.洗滌和雨刮控制功能

（1）前洗滌功能

當(dāng)打開洗滌開關(guān)后，如果此時(shí)雨刮處在關(guān)閉位置，則延時(shí)125，BCM控制雨刮低速運(yùn)轉(zhuǎn)2次，同時(shí)BCM發(fā)送LIN信號(hào)到雨量傳感器，通知其當(dāng)前正在洗滌狀態(tài)。避免雨刮開關(guān)在自動(dòng)檔位時(shí)，雨量傳感器發(fā)送刮水信號(hào)。

（2）前刮水功能

雨刮開關(guān)有關(guān)閉、自動(dòng)、低速和高速4個(gè)檔位。在自動(dòng)檔位時(shí)，雨量傳感器通過LN線與車身控制器連接通訊，實(shí)現(xiàn)雨量信號(hào)的傳遞。

雨量傳感器有3個(gè)敏感度等級(jí)，每次點(diǎn)火開關(guān)打開后，第一次激活自動(dòng)雨刮開關(guān)，則雨量傳感器設(shè)置為低靈敏度。之后每關(guān)閉打開一次自動(dòng)雨刮，敏感度增加一個(gè)等級(jí)。到最高等級(jí)后，重新回到最低等級(jí)。當(dāng)下一次打開點(diǎn)火開關(guān)后按照最低敏感度工作。

當(dāng)組合開關(guān)（雨刮或燈光）至于ATUO檔，RLS判斷雨量大小和光照強(qiáng)度，發(fā)送雨刮單次刮刷、高速刮刷、低速刮刷、停止刮刷、小燈點(diǎn)亮、大燈點(diǎn)亮、小燈熄滅、大燈熄滅信號(hào)給BCM，BCM控制外圍器件進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)作。

12.喇叭控制

當(dāng)按下喇叭開關(guān)時(shí)，BCM不在控制喇叭繼電器工作。只有在尋車和防夾時(shí)BCM才會(huì)控制喇叭鳴叫。

三、技術(shù)要求

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BCM應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

一、BCM控制原理圖

汽車BCM的輸入信號(hào)有開關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)，開關(guān)信號(hào)的有效值有高低之分，為保證輸入信號(hào)的狀態(tài)穩(wěn)定有效，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行正確的電路處理。下面是幾種推薦的處理電路：

二、輸入信號(hào)處理電路圖

1.有效值為低電平的開關(guān)信號(hào)經(jīng)二極管、上拉電阻、限流電阻、濾波電容處理后接入微處理器MCU，如下圖a所示。

2.有效值為高電平的開關(guān)信號(hào)經(jīng)分壓電路、穩(wěn)壓管、限流電阻、濾波電容處理后接入MCU，如下圖b所示。

3.一些模擬信號(hào)如AD采樣電壓信號(hào)，檢測電阻檢測到的電平信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓、限流電阻、濾波電容處理后接入MCU，如下圖c所示。

三、輸入口擴(kuò)展電路圖

汽車上的開關(guān)信號(hào)線數(shù)量繁多，這對(duì)于MCU來說，IO口的資源顯得尤為寶貴，一定情況下必須對(duì)IO口進(jìn)行擴(kuò)展才能滿足實(shí)際的需要。下圖為模擬開關(guān)CD4067的應(yīng)用電路圖，4路控制信號(hào)控制A、B、C、D的高低電平來選擇IO0～I(xiàn)O15某個(gè)通道，IO0～I(xiàn)O15接處理過的輸入信號(hào)，然后MCU檢測共用端COM口的高低電平，根據(jù)該通道所接開關(guān)的高低電平有效值來判斷開關(guān)是否按下，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)開關(guān)的檢測。實(shí)際中使用2片CD4067來獲取更多的IO資源。

四、輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路

汽車BCM的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致可分為電動(dòng)機(jī)類、燈光類，電動(dòng)機(jī)也可分為正反向電動(dòng)機(jī)、單方向電動(dòng)機(jī)。正反向電動(dòng)機(jī)如：中控鎖電動(dòng)機(jī)、玻璃升降電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)后視鏡電動(dòng)機(jī)；單方向電動(dòng)機(jī)如：前刮水電動(dòng)機(jī)、后刮水電動(dòng)機(jī)、洗滌電動(dòng)機(jī)。

通常情況下電動(dòng)機(jī)類執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用繼電器來控制，正反向電動(dòng)機(jī)采用一雙胞胎繼電器來實(shí)現(xiàn)全橋控制；單方向電動(dòng)機(jī)采用一路繼電器來實(shí)現(xiàn)半橋控制?？捎靡豢点~絲電阻串到電動(dòng)機(jī)回路中來檢測電動(dòng)機(jī)的電流，根據(jù)電流的大小來判斷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況。繼電器驅(qū)動(dòng)采用安森美的NCV1413，如需節(jié)省IO口，也可采用英飛凌的TLE7232G，該芯片支持SPI驅(qū)動(dòng)，僅需CS、SI、SO、CLK四個(gè)IO口即可，采用帶SPI模塊的飛思卡爾MC9S08DZ60單片機(jī)，更能支持多個(gè)SPI驅(qū)動(dòng)器件，從而實(shí)現(xiàn)IO輸出口的擴(kuò)展。

下圖是NCV1413和雙胞胎繼電器的應(yīng)用電路（如果是單路繼電器，電動(dòng)機(jī)的正極由繼電器控制，電動(dòng)機(jī)的負(fù)極接一檢測電阻，這個(gè)檢測電阻焊裝在PCB上）。

五、電源處理電路

汽車BCM的電源部分包括12V/DC和5V/DC兩種電源。12V電源由汽車上的電源供給，它給PCB繼電器、繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、高低端開關(guān)等智能功率器件供電。在電源的輸入端加上共模扼流圈以防止汽車電源交流突變帶來的干擾，抑制交流雜波進(jìn)入12V電源。12V電源經(jīng)過英飛凌的電壓轉(zhuǎn)換芯片TLE4264生成5V電源，它給MCU和信號(hào)處理電路供電。為使TLE4264在理想的情況下工作，在其12V輸入端增加了瞬態(tài)電壓抑制器和高低頻濾波電容，同時(shí)為確保5V電源的穩(wěn)定，在其5V輸出端增加了高低頻濾波電容。下圖是TLE4264的應(yīng)用電路。

六、智能功率器件的應(yīng)用

汽車BCM的燈光類執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，筆者采用意法半導(dǎo)體的VND5025、VNQ5050、VNQ830、VND920等系列智能高端開關(guān)，這些功率器件有著極低的電流消耗，同時(shí)具有過載、短路、過熱、過電壓保護(hù)能力，并且具有電流檢測能力，可根據(jù)電流的大小來判斷燈光的運(yùn)行狀況。該系列芯片為汽車專用級(jí)，外圍應(yīng)用電路簡單，下圖是VND5025的應(yīng)用電路。該系列芯片的應(yīng)用要注意其PCB上的封裝是否適合散熱和焊裝

七、MCU喚醒電路

為節(jié)省汽車上寶貴的電平電量，汽車BCM在汽車靜態(tài)無輸出狀況下應(yīng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時(shí)汽車BCM的電路和MCU進(jìn)入極低的功耗狀態(tài)，MCU也處于停止模式。同時(shí)當(dāng)用戶要起動(dòng)汽車時(shí)，一些外部開關(guān)信息應(yīng)能喚醒MCU，使得BCM進(jìn)入正常模式。這些能喚醒MCU的外部開關(guān)信息接到與門電路MC14082的通道IN上，MC14082的輸出端OUT接到MCU的外部中斷IRQ上，一旦有一路喚醒開關(guān)信息有效，則IRQ產(chǎn)生中斷，從而喚醒MCU。下圖是MC14082的應(yīng)用電路。

八、CAN收發(fā)電路

汽車BCM在整車CAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)里本身就是一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，它要與汽車上的其它電控單元交換信息，達(dá)到資源共享的目的。BCM上需要設(shè)計(jì)CAN節(jié)點(diǎn)收發(fā)電路，采用飛利浦的高速CAN轉(zhuǎn)換芯片TJA1040T，該芯片支持的最高速率為1MBaud，至少可連接110個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，在等待模式下有較低的電流消耗，同時(shí)可被總線喚醒，喚醒時(shí)RXCAN上會(huì)產(chǎn)生一低電平，這個(gè)低電平也可喚醒MCU，芯片有較好的電磁兼容性能。

下圖為TJA1040T的應(yīng)用電路圖。TXCAN、RXCAN接MCU的CAN控制器，STB1接MCU的IO口，CANH、CANL即為2條CAN線，工作時(shí)STB1為高電平，由MCU來控制。

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結(jié)語

電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多，各電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來越多，同時(shí)這些分離模塊的大量使用，在提高車輛舒適性的同時(shí)也帶來了成本增加、故障率上升、布線復(fù)雜等問題。需要設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的控制模塊，實(shí)現(xiàn)這些離散的控制器功能，對(duì)眾多用電器進(jìn)行控制，所以這對(duì)BCM的設(shè)計(jì)、開發(fā)、驗(yàn)證等的要求也越來越高。尤其現(xiàn)在對(duì)車聯(lián)網(wǎng)、人車“通訊”等的功能要求越來越高，這些都無形中增加了BCM開發(fā)的難度，可見BCM的設(shè)計(jì)在整車級(jí)控制器的設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。
編輯：黃飛