模塊化車身控制器的開發

黎 新，陳 暉，董慶大，吳明瞭，李 良，李 敏，姜 凱，張 皓

Li Xin，Chen Hui，Dong Qingda，Wu Mingliao，Li Liang，Li Min，Jiang Kai，Zhang Hao

（東風汽車股份有限公司商品研發院，湖北 武漢 430057）

隨著車身上的執行器越來越多，將各種燈具、門鎖、刮雨器等整合起來集中控制比單獨控制具有相當大的優越性，因此車身控制器逐漸成為汽車的標準配置。雖然車身控制器的控制邏輯并不復雜，但是由于車型不同配置不同，因此車身控制的功能需求也不同，往往需要針對具體車型重新開發配套的車身控制器，不僅開發周期長，而且容易出現軟、硬件設計錯誤，因此需要開發一種通用的可根據需求增減功能的車身控制器。

1 車身控制器開發目標

軟、硬件平臺化、模塊化設計，各種功能可相對獨立配置，可按用戶需求增減，滿足客戶不同配置車型。車身控制器的主要功能是采集各種輸入信號（包括高有效/低有效開關、模擬量、脈沖信號、CAN/LIN總線報文等），對各種燈具（包括轉向燈、室內燈、位置燈、前后霧燈、遠近光燈、超車燈、制動燈等）、遙控電動門鎖、刮雨器、車窗等車體控制單元進行控制和檢測。

實現上述目標的方案是：針對各個被控對象設計相應的輸入、輸出接口電路和驅動程序，根據具體車型實際配置的被控對象，選擇相應的輸入、輸出接口電路；根據被控對象的具體需求，建立相應的應用層模型。

2 硬件設計

為了能夠適應不同配置車型對車身控制的不同功能需求，硬件平臺要針對全部功能模塊進行單元電路設計，預留足夠的接口。若無需某功能，不焊接該單元電路，適當用飛線連接即可。例如，自動上鎖功能和安全帶未系報警功能要根據車速信號來判斷，車速既可以通過采集脈沖推算出來，也可以通過CAN總線接收。這兩種方案在不同車型上都有應用，因此控制器 PCB板上預留了脈沖輸入電路和CAN收發電路。完整的硬件平臺結構如圖1所示，電路原理如圖2～圖10所示。

硬件平臺主要包括以下模塊：

1）單片機最小系統，由48腳MC9S08DZ60為核心的主控芯片、4MHz晶振和若干電容構成；

2）以TLE4275為核心的電源電路為整機提供5V直流工作電壓，由二極管、三極管、電阻、電容等分立器件組成防反接、防浪涌模塊；

3）開關信號輸入，包括高有效開關和低有效開關單元電路。由于開關信號較多，為了節約單片機I/O口資源，開關信號通過74HC165并轉串芯片輸入主控芯片；

4）模擬信號輸入；

5）脈沖信號整形輸入；

6）燈絲檢測電路，包括轉向燈燈絲開路檢測，制動燈、位置燈、后霧燈燈絲開路或短路檢測；

7）開關信號輸出及功率放大，由于開關信號較多，為了節約單片機I/O口資源，開關信號由主控芯片串行輸出，通過74HC595串轉并芯片和由BSP75、ULN2803A、VND5E025MK組成的驅動電路控制負載；

8）蜂鳴器及驅動電路，以不同頻率和持續時間鳴叫，提醒司乘人員；

9）總線通信電路，包括CAN總線和LIN總線接口電路，既便于車身控制器的調試和標定，又能與其他控制器通信。

3 軟件設計

軟件架構借鑒AUTOSAR的分層思想，自底向上依次分為驅動層、接口層和應用層。驅動層的作用是：1）完成微控制器內部系統時鐘、I/O、CAN/LIN等模塊的初始化；2）讀寫各模塊寄存器獲取輸入信號、輸出控制信號；3）提供中斷服務。接口層的作用是隱藏操作硬件的細節，屏蔽不同硬件的具體差異，為應用層代碼提供統一的調用接口。應用層實現具體的控制邏輯，通過接口層獲取各種輸入信號，經過計算得出控制信號，再通過接口層間接調用驅動層控制被控對象。

由于硬件平臺已經確定，驅動層和接口層基本上不會再有大的變化，可以采用手寫代碼實現；而應用層正好相反，會因為不同車型配置的不同需求而頻繁修改，傳統的手寫代碼的開發方式很難勝任。Matlab軟件的Simulink和Stateflow能夠以非常直觀易懂的圖形方式即模型來表達復雜的控制邏輯，并且能在Matlab環境下測試控制邏輯的正確性，還能自動將模型轉化為等價C語言代碼，因此應用層采用Matlab進行基于模型的開發。每個功能模塊封裝為一個子系統，如不需要某個功能模塊，可將其對應的子系統注釋掉，生成的C代碼就不包含該模塊。

模型搭建測試完畢后生成C代碼，與底層、接口層C代碼一起添加到CodeWarrior項目中編譯為S19文件。通過Freescale專用仿真器可以將S19文件從上位機下載到微控制器芯片里，還可以實現上位機與車身控制器雙機聯合調試。

4 應用案例

東風A08客車車身控制對象有燈、鎖、刮雨器、車窗等。該車門鎖要求能夠用遙控鑰匙開啟或關閉，而上述硬件平臺不含遙控接收電路，但預留了與專用遙控接收電路板對接的接口，因此上述硬件平臺能夠滿足該車車身控制的需求，不需要重新開發硬件。

該車車身控制邏輯如下。

4.1 燈具控制

4.1.1 轉向燈控制

采集轉向燈開關和危險警報開關的信號，轉向開關接通后，相應方向的轉向燈閃爍。危險警報開關按下后，所有轉向燈同時閃爍。

4.1.2 室內燈控制

采集門開關信號，任一車門打開，當IGN信號有效時，室內燈常亮；當IGN信號無效時，最多延時5 min自動熄滅。遙控開鎖時，當IGN信號無效時，最多延時5 s自動熄滅。全部車門關閉，室內燈熄滅。

4.1.3 位置燈控制

位置燈開關閉合，位置燈開啟；位置燈開關斷開，位置燈關閉。

4.1.4 霧燈控制

IGN信號和位置燈開啟情況下，按下前霧燈開關，控制前霧燈繼電器吸合，開啟前霧燈；無IGN信號、位置燈關閉或再次按下前霧燈開關，控制前霧燈繼電器斷開，關閉前霧燈。采集 IGN信號、位置燈信號、前霧燈開關信號和后霧燈開關信號，如果這 4個信號都能檢測到，開啟后霧燈，否則關閉后霧燈。

其他燈具，如近光燈、遠光燈、超車燈、制動燈控制策略類似，都是通過檢測IGN信號和相應開關的狀態來控制燈具開啟或關閉。

4.2 門鎖控制

所有門鎖電機并聯控制，開鎖閉鎖有遙控、電動和手動3種方式。遙控開鎖后30 s未開門，自動閉鎖。車速大于15km/h，自動上鎖。當鑰匙插入點火鎖打到ACC檔或ON檔時或者門未關，遙控功能無效。當車速小于15km/h時，電動開閉鎖功能有效。當左前門處于開鎖狀態時，按電動中控門鎖開關，信號持續100 ms及以上，門閉鎖；當左前門處于閉鎖狀態時，按電動中控門鎖開關，信號持續100 ms及以上，門開鎖。操縱駕駛員側門栓，其他門跟隨駕駛員側門上鎖或開鎖。任一車門未關好上鎖時，所有轉向燈閃爍30s，門鎖電機不工作。

4.3 刮雨器和洗滌系統控制

ACC或IGN信號接通時，若刮雨器低速開關閉合，則刮雨器電機低速運轉；若刮雨器高速開關閉合，則刮雨器電機高速運轉；若刮雨器間歇開關閉合，則刮雨器電機間歇運轉，間歇開關為無級變速，間隔時間為1～12 s。若ACC或IGN信號消失或刮雨器開關斷開，則刮雨器電機在刮水片到達起始位置時停止運轉。ACC或IGN信號接通時，若洗滌開關閉合，刮雨器電機低速運轉；洗滌開關斷開，刮雨器電機刮刷2次。

4.4 其他輔助功能

ACC關閉情況下，車門開啟，位置燈未關，聲音報警。檢測IGN信號，車速大于15km/h時安全帶未系，聲音報警。檢測車窗按鍵，控制電機帶動車窗升降。

根據上述控制邏輯建立 Simulink模型如圖11～圖16所示。

5 結束語

通過軟、硬件模塊化設計和基于Simulink建模實現應用層控制策略來開發通用的車身控制器，根據各種不同的車身控制需求對模塊增減功能，可以避免重新開發，提高產品可靠性，加快產品上市。