李洪雷，王梓

（華晨汽車工程研究院電氣部，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著家用轎車在國內(nèi)的不斷普及，汽車電子集成程度也越來越高，對于汽車自身而言，不斷增加的電子控制器模塊之間的通訊已經(jīng)不能通過簡單的物理硬線連接實現(xiàn)，基于此背景，汽車 CAN總線技術得以深入發(fā)展和廣泛應用。單獨的汽車網(wǎng)關控制器，功能單一，但是開發(fā)成本并不低，而且網(wǎng)關的功能必不可少，所以從節(jié)約成本的角度出發(fā)，考慮將此功能集成到其它功能相對簡單，控制器利用率不高的控制單元上成為了一種必然的趨勢。

為了滿足人們對方便性和舒適性要求的不斷提升，各種電動控制功能便應運而生，如電動車窗控制功能、智能雨刮控制功能、電動座椅通風和加熱功能等[1]。這些功能的控制邏輯并不復雜，但是卻是直接與乘客和駕駛員的感觀體驗相關，任何不適當?shù)牟僮鬟壿嫸伎赡茉斐深櫩蛯ζ嚨牟涣荚u價，長遠角度看，可能影響汽車在市場中的地位[2]。與此同時，不同的車廠的車身控制器的控制邏輯不同，即便是同一廠家，不同平臺控制邏輯也不盡相同，為了滿足開發(fā)需要，車廠只能不斷反復開發(fā)，直接導致開發(fā)時間長，研發(fā)成本高，且存在編程錯誤的風險。

綜上所述，首先將網(wǎng)關功能和車身控制器功能集成到一個控制器上，統(tǒng)稱為車身控制器，然后，將基于模型的開發(fā)技術應用到車身控制器的開發(fā)上，解決反復開發(fā)的問題，同時利用基于模型開發(fā)技術還可以增加對軟件質(zhì)量的把控能力，加快開發(fā)流程，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強自身市場競爭力。

1 汽車CAN總線介紹

電子技術的不斷進步，導致汽車能力提升的需求不斷加大，這一電氣集成化的必然趨勢，使原有硬線通訊技術無法適應汽車技術發(fā)展的方向，因此20世紀 80 年代末，德國博世公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據(jù)交換而開發(fā)了一種串行通信協(xié)議CAN，并使其成為國際標準(ISO11898)[3]。 CAN總線技術的出現(xiàn)最終導致了車身控制網(wǎng)絡的智能化[4]。與傳統(tǒng)硬線不同，CAN總線技術可靠性高、易于維護，同時極大的降低線束的數(shù)量和線束的容積，對整車輕量化有很大幫助[5]。除此之外，最大的優(yōu)點還在于系統(tǒng)的靈活性，功能的更改不需要通過硬線連接來實現(xiàn)，而是通過軟件實現(xiàn)[6]。

2 dSPACE快速原型產(chǎn)品介紹

快速原型產(chǎn)品選用的是 dSPACE的 MicroAutoBoxII 。此硬件系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢在于它將強大的性能、全面的汽車I/O 接口、極其緊湊而穩(wěn)健的設計（符合 ISO 16750-3：2007極端沖擊與振動測試）以及合理的價格集于一身[7]。這些特點是選擇此快速原型產(chǎn)品的依據(jù)，同時快速原型產(chǎn)品在汽車行業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的應用，能夠優(yōu)化開發(fā)流程，規(guī)范程序設計語言的使用，通過良好的硬件系統(tǒng)免除硬件開發(fā)的時間成本和風險成本，極大的提高產(chǎn)品開發(fā)速度，具有良好的先期驗證功能同時滿足后期頻繁更改的要求。

3 車身控制器總體設計方案

3.1 車身控制器開發(fā)平臺設計

車身控制器的開發(fā)平臺用到的資料、算法開發(fā)軟件、集成測試硬件以及測試系統(tǒng)之間相互關系如圖1所示。其中功能規(guī)范的作用是對控制器所要實現(xiàn)的功能進行定義，是開發(fā)的起始點。不同車型功能規(guī)范會有所不同，但是區(qū)別不會特別大。算法開發(fā)采用的是Simulink和dSPACE的RTI，采用模塊化的設計思路，更改程序會相當方便，算法開發(fā)完成后，直接下載到快速原型的硬件新產(chǎn)品進行臺架和整車測試，使用的測試工具為CANoe。如此一來，各模塊之間組成了一個有機的統(tǒng)一體，一旦平臺測試通過，后續(xù)再次開發(fā)時，只需按照功能規(guī)范的要求進行少量算法調(diào)整即可，具有很好的實用價值。

圖1 車身控制器開發(fā)平臺原理圖

3.2 車身控制器系統(tǒng)設計

圖2是集成網(wǎng)關功能的車身控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本文中設計控制的網(wǎng)關功能模塊包含高速CAN和低速CAN。其中高速CAN為汽車動力CAN，掛載對事關安全，對通訊速度要求高的控制器。主要有發(fā)動機控制系統(tǒng)（EMS）、安全氣囊控制系統(tǒng)（ABAG）、剎車防抱死系統(tǒng)（ABS）、車身動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)（ESC）、巡航速度控制系統(tǒng)（STE）。低速CAN為汽車車身CAN，掛載對速度要求不高的，事關車身舒適性的控制器，電控單元主要有組合儀表控制系統(tǒng)（IPC），空調(diào)控制器（CCU），多媒體控制系統(tǒng)（MHU）。

車身控制功能主要是對各種輸入信號（包括數(shù)字開關量、模擬量、脈沖信號等），以及各種燈具（包括轉(zhuǎn)向燈、位置燈、室內(nèi)燈、遠近光燈、超車燈、前后霧燈、制動燈等）信號的采集、遙控電動門鎖、雨刮器、車窗等控制信號的采集。在各種信號采集成功后，通過功能規(guī)范設計的控制邏輯做出判斷后，輸出控制信號到功率放大模塊，進而驅(qū)動繼電器、蜂鳴器、燈具、電機等。

圖2 車身控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 控制算法設計

根據(jù)上一節(jié)CAN網(wǎng)絡設計，本節(jié)利用Matlab的simulink和stateflow模塊以及dSPACE的RTI模塊進行車身控制器的控制算法開發(fā)。

圖3為車身控制器算法模型，總體分為兩部分，Message Center部分負責網(wǎng)關功能，BodyControlLogic部分負責車身控制邏輯算法部分。

圖3 車身控制器算法模型

圖4為車身CAN發(fā)送模塊內(nèi)部部分程序截圖，實現(xiàn)安全氣囊相關信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。

圖4 車身CAN發(fā)送模塊部分程序截圖

4 實驗驗證

程序設計完成之后，由測試人員和開發(fā)人員共同進行試驗和驗證，共分三步進行：第一步由程序開發(fā)人員利用simulink 的調(diào)試功能進行調(diào)試，然后利用 ControlDesk測試系統(tǒng)基本的通信功能。這一階段是白盒測試的范疇。第二步為臺架測試，測試組人員根據(jù)功能規(guī)范編寫測試用例，然后在臺架上進行整體測試，其它相關控制器均為實際控制器，模擬車輛各種工況進行循環(huán)測試。此階段測試屬于黑盒測試的范疇。測試臺架如圖5所示。第三步為實車測試，此時，控制器的功能基本已經(jīng)實現(xiàn)，接入實車進行測試和修正，最終通過此測試的程序便可以下發(fā)給零部件廠商進行批量生產(chǎn)。

圖5 測試臺架

5 總結(jié)

本文開發(fā)的整車控制器集成了網(wǎng)關功能，同時利用快速原型產(chǎn)品進行開發(fā)，一方面相當于兩個控制器同時開發(fā)，一方面開發(fā)過程標準化，既節(jié)約了開發(fā)成本，同時又加快了后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)過程。本文開發(fā)產(chǎn)品最終經(jīng)過了三重測試，實現(xiàn)了最初功能規(guī)范的相關要求，驗證了程序?qū)嵱眯浴?/p>

[1] 張麗.汽車車身控制器的設計與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程,2016,11(24)： 250.

[2] 張麗梅.模型及代碼自動生成技術在車身控制器中的應用[J].電腦知識與技術,2011,7(3)： 673-674.

[3] 邱遠紅,王俊紅,譚福倫.淺析基于 CAN總線的客車車身控制系統(tǒng)[J].汽車電器,2018,卷缺失(2)：12-14.

[4] 李越,吳震云.汽車車身控制器輸入電路的設計與分析[J].汽車實用技術,2017,1(2)： 26-28.

[5] 向勁松,蔣豪,鄧晨輝,等. 集成胎壓監(jiān)測的車身控制器設計[J].儀表技術與傳感器, 2017, 3(3)： 49-53.

[6] 王斌.基于 CAN總線的車身中央控制系統(tǒng)的設計[J].汽車實用技術, 2010, 10(4)： 24-27.

[7] 張文斌,曹魯明,秦延隆,等.一種重型汽車電子電氣平臺架構(gòu)的自主開發(fā)及應用[J].汽車電器, 2017, 20(10)： 14-18.