中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）07-0077-04

Development of Gatewayand BodyControl Function Based on Domain Controller

Hou Danning，Zhou Yuanhao，Liu Yuchen，Liu Yuanyuan，Zhao Zhuoya，Liang Xudong（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.，Ltd.，Xi'an 71O2OO，China）

【Abstract】Taking a heavy-dutyof-road vehicle asan example，this paper designs a gatewayand body control softwarebasedondomaincontroller，andstudies thefeasibilityofdomaincontrollerintheapplicationofautomotive electronicandelectricalarchitecture.Compared with the traditional distributedautomotiveelectronicand electrical architecture，the domain controllerhastheadvantagesof centralizedandcontrollable functions，strong program compatibility and scalability，which can simplify the development process and reduce resource redundancy.

【Key words】 heavy-duty of-road vehicles；domain controllers；gateways and body control

0 引言

在汽車智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展趨勢下，傳統(tǒng)分布式汽車電子電器架構的微控制器數(shù)量激增，每個微控制器負責的功能較為單一，彼此獨立，整個系統(tǒng)缺乏兼容性和擴展性[。因此，汽車電器開發(fā)方式逐步從分布式電器架構向集中式電器架構轉變，即將多個功能相近、關聯(lián)度較高的微控制器集成到一個域控制器實現(xiàn)綜合控制。

本文以重型越野車輛的基于域控制器的網(wǎng)關及車身控制功能（簡稱車身域控功能）為例，通過一個高算力的車身域控制器端口復用、分時復用等方式，將傳統(tǒng)中央網(wǎng)關、駕駛室車身控制器、底盤車身控制器的CAN報文轉發(fā)、燈光控制、雨刮控制等功能集成，由車身域控制器實現(xiàn)全部功能邏輯，直接驅動控制器硬件端口工作或以總線命令形式向其他控制器發(fā)送使能信號。域控方式完成網(wǎng)關及車身控制功能，既提高了控制器硬件資源利用率，同時簡化整車網(wǎng)絡結構，減少控制器、線束的數(shù)量，節(jié)省開發(fā)成本[2]。

1系統(tǒng)方案

1.1 實現(xiàn)目標

車身域控功能開發(fā)以實現(xiàn)重型越野車的傳統(tǒng)中央網(wǎng)關和車身控制器的功能集中為目標，將多個微控制器集成為一個高性能可擴展的綜合車身域控制器，并結合AUTOSAR方法論，實現(xiàn)域控制器軟件的分層設計，將應用軟件和域控制器硬件隔離，提高軟件的可移植性。

重型越野車輛車身域控功能包括CAN報文轉發(fā)、車身控制功能和故障診斷功能，具體功能項如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)架構

重型越野車輛包含車身總線、動力總線、轉向總線、驅動總線、底盤總線和診斷總線6路CAN總線。車身域控制器與以上總線相連，通過CAN報文交互的形式與其他總線節(jié)點（如VCU、ECU、EPB節(jié)點）進行數(shù)據(jù)通信。同時，車身域控制器與駕駛室車身信號開關、燈光、雨刮和擋風玻璃之間采取硬線端口連接，可直接采集硬線輸入端口信號并驅動相應輸出端口工作。車身域系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖2所示。

軟件以AUTOSAR架構為框架，包括應用軟件層、基礎軟件層和硬件驅動層，采用MATLAB/Simulink+AUTOSAR的方式開發(fā)，如圖3所示。

1.3 硬件設計

根據(jù)網(wǎng)關及車身域控功能需求，所選域控制器硬件資源具備供電接口、多路模擬輸入接口，豐富的輸人/輸出驅動接口，具備短路保護機制，能夠實時反饋驅動電流和短路狀態(tài)，還具備6路CAN總線通信接口，且均支持CAN（FD），通信速率 500kb/s 或2Mb/s ；軟件滿足AUTOSAR4.2.2標準，應用軟件采用基于模型的Simulink開發(fā)方式，基礎軟件包含10個協(xié)議棧，通過BSW工具進行功能配置。車身域控制器硬件組成如圖4所示。

1.4 軟件設計

1.4.1 軟件開發(fā)方式

車身域控制器軟件設計依照AUTOSAR架構分為底層軟件和基于模型開發(fā)的應用層軟件。其中，底層包括基礎軟件層的各協(xié)議棧的配置、MCAL和CDD的配置，為應用軟件層提供必要的基礎服務，如硬件資源的抽象和封裝、基礎軟件層報文轉發(fā)功能。應用軟件層實現(xiàn)汽車電子的全部功能行為的控制算法開發(fā)，對外界僅開放統(tǒng)一的標準化接口。

應用軟件層采用MATLAB/Simulink軟件開發(fā)，基礎軟件層通過BSW底層軟件配置工具和底層MCAL配置工具進行通信協(xié)議棧、存儲協(xié)議棧、診斷協(xié)議棧等配置。軟件集成通過集成編譯軟件進行，并生成 bin 或者hex文件。程序可通過特定下載工具將程序下載到域控制器中，滿足USB和Bootloader兩種下載方式。

1.4.2 軟件功能

軟件按功能邏輯可分為CAN報文轉發(fā)、車身控制功能和故障診斷三大部分。

1.4.2.1 CAN報文轉發(fā)

車身域控制器作為整車CAN網(wǎng)絡的中心節(jié)點，可為不同總線節(jié)點控制器的通信提供報文拆分重組和轉發(fā)等服務。車身域控制器的CAN報文轉發(fā)功能按照報文類型及通信要求可分為三種：底層報文路由、COM層信號路由和應用層信號處理。

車身域控制器從動力總線接收ACU、VCU等控制器發(fā)送的控制報文，無需處理直接轉發(fā)到目標總線供其他控制系統(tǒng)接收處理，通常采用底層報文路由的方式?？刂茍笪挠傻讓覯CAL接收后不改變ID、周期等信息直接由BSW中的PduR模塊轉發(fā)到目標總線，車身域控制器不關心報文的內容，底層無需向應用層開放對應的報文名稱接口，即收即轉，簡化了報文轉發(fā)的流程，避免了配置項和代碼的冗余。

根據(jù)通信需求，VCU發(fā)送的CANFD類型報文由車身域控制器轉發(fā)到目標總線前，需要對報文進行拆包并重新配置周期、偏移量等參數(shù)，多采用COM層信號路由方式。COM層信號路由的特點是在不關注報文內容的同時，可完成周期、偏移量等信息的配置。車身域控制器接收VCU發(fā)出的CANFD長字節(jié)報文，在COM模塊中完成長字節(jié)報文的拆包和參數(shù)配置后發(fā)送至目標總線。這種方式下，車身域控制器無需解析報文內容，只針對報文參數(shù)做簡單配置，不向應用層提供報文接口，所有工作均由底層完成。

除底層直接轉發(fā)的報文外，部分報文需要由車身域控制器進行邏輯處理后，以新的報文格式填充發(fā)送至目標總線，此時車身域控制器需要解析具體報文信號，采用應用層信號處理的方式。如，車身域控制器接收ACU發(fā)送的燈光、雨刮控制報文，由應用層解析后，將控制信號與車身域控制器硬件端口采集的燈光開關和雨刮開關信號做邏輯處理后，按照命令優(yōu)先級發(fā)送相應的使能信號和狀態(tài)信號，并以新的報文形式填充并發(fā)送至目標總線。

1.4.2.2 車身控制功能

車身控制功能包括燈光控制、雨刮控制、混動開關采集、玻璃加熱、報文轉發(fā)與信息交互、發(fā)動機信息請求功能。

底層軟件采集車身域控制器硬件端口信號，通過MCAL配置工具對硬件端口參數(shù)進行配置并抽象封裝，如PWM驅動端口占空比、ADC轉換、DIO端口驅動等，以函數(shù)調用的形式為應用層提供統(tǒng)一的標準化接口，應用層無需訪問車身域控制器資源，專注于軟件功能的邏輯處理。

應用層軟件接收底層向應用層開放的硬件端口信號、反饋電流和報文等數(shù)據(jù)，并對其進行開關消抖、數(shù)據(jù)類型轉換及報文內容解析等工作，通過虛擬總線傳遞到邏輯處理模塊進行邏輯運算，再將驅動信號、CAN報文等數(shù)據(jù)反饋至底層，由底層進行端口驅動或報文轉發(fā)等工作。車身控制功能設計流程如圖5所示。

以燈光控制為例，車輛燈光類型包括小燈、前照燈、轉向燈、霧燈和倒車燈等，車身域控制器采集燈光開關信號和ACU發(fā)送的燈光控制報文，由底層通過函數(shù)調用發(fā)送給應用層，應用層通過CANUnpack模塊解析和開關信號消抖對燈光控制報文進行預處理，按照功能需求進行邏輯處理，將小燈、轉向燈燈光驅動信號再次以函數(shù)調用的形式發(fā)送至底層并直接驅動硬件端口工作，將前照燈、霧燈、倒車燈等燈光驅動信號以使能信號形式填充至報文，由底層發(fā)送至VCU所在總線，由VCU負責驅動相應端口工作。

車身域控制器通過應用層和底層的分層設計，實現(xiàn)域控制器硬件和應用層軟件的相對獨立，應用層只調用底層開放的通信接口，不關心硬件本身，因此可以實現(xiàn)應用層軟件的快速移植。同時，域控方式下的軟件可以將燈光、雨刮等功能控制邏輯集中實現(xiàn)，按照車輛布線情況直接驅動相應硬件端口工作或使能其他控制器完成端口驅動，避免功能分散，便于資源集中。

1.4.2.3 故障診斷

車身域控制器支持UDS和SAEJ1939DM1診斷，可同時發(fā)出同一故障的DTC碼和SPN碼，故障檢測類型豐富，包括供電故障、模擬電壓輸入故障、模擬電阻輸入故障、IO驅動故障和PWM驅動故障等。功能實現(xiàn)由CAN6診斷總線完成。其中，CAN6總線兼顧程序下載和故障診斷兩種功能。

CAN報文掉線檢測由底層直接完成，若底層未在規(guī)定時間內收到心跳幀報文信號，則判定此控制器掉線并把在線狀態(tài)發(fā)送至MFD顯示。IO端口開短路故障、模擬量超限故障由應用層進行故障診斷。其中，IO端口開短路故障診斷由應用層接收車身域控制器底層發(fā)送的燈光、雨刮和玻璃加熱的驅動端口反饋電流信號和短路標志位信號，進行開短路故障判斷和故障確認后，以故障標志位的形式發(fā)送給底層，底層再進行故障記錄和處理。

2 功能驗證

為保證模型開發(fā)的準確性和嚴謹性，功能驗證分為兩個階段：單元測試和臺架測試。

2.1 單元測試

單元測試以車身域控功能模型內的各個子系統(tǒng)的最小功能項為單元進行測試，保證模型開發(fā)完成后，設計功能與預期結果一致，減少后續(xù)代碼集成測試出現(xiàn)問題的概率。單元測試涉及測試內容較多，以霧燈控制和雨刮控制為例，說明單元測試的結果。

霧燈控制單元測試結果如圖6所示，雨刮控制單元測試結果如圖7所示。

霧燈控制單元和雨刮控制單元測試表明，依據(jù)測試用例針對功能項逐步進行模擬測試，仿真結果可滿足預期功能，單元測試通過。

2.2 臺架測試

將應用層軟件和底層軟件集成，通過專用的下載線或CAN下載器將固件代碼固化到域控制器的外部Flash中，開機上電后控制器從Flash引導區(qū)起始地址開始執(zhí)行代碼，通過臺架測試進一步驗證車身域控功能的可行性。

依據(jù)測試用例需求，臺架測試共包括136項測試項，經(jīng)測試驗證全部通過，說明車身域控功能的可行性。軟件功能測試項及測試結果見表1。

3結論

本文研究域控制器在汽車電控領域的應用可行性和優(yōu)越性，以網(wǎng)關及車身控制功能開發(fā)為例，介紹了基于域控制器的汽車電控軟件開發(fā)流程和軟件AUTOSAR架構設計方式，針對基于域控制器的網(wǎng)關及車身控制功能建立測試用例，依次進行單元測試及臺架測試。

測試結果表明采用基于域控制器的AUTOSAR結構下的電控系統(tǒng)能夠完成傳統(tǒng)分布式汽車電子電器架構下的多個微控制器功能的集中控制，簡化電子電器架構的復雜程度，減少資源冗余。同時，分層式架構設計方式還可以實現(xiàn)軟件和硬件、應用層和底層的相對獨立，并且統(tǒng)一的通用的通信接口的定義提高了軟件復用的能力，提高了開發(fā)效率。

參考文獻

[1]黎偉，俞曉勇，匡小軍.淺析汽車電子架構發(fā)展與典型域控制器[J].時代汽車，2021（16）：163-164.

[2]劉子銘.車輛車身域控制器開發(fā)與關鍵技術研究[D].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學，2023.

（編輯楊凱麟）