基于LogiCAD多功能車身控制器的設計

郭鵬，張靜，韓慶福，秦延隆，曹魯明，劉召洋

（中國重汽技術發展中心汽車電子設計部，山東濟南 250002）

基于LogiCAD多功能車身控制器的設計

郭鵬，張靜，韓慶福，秦延隆，曹魯明，劉召洋

（中國重汽技術發展中心汽車電子設計部，山東濟南 250002）

介紹一種適用于重型汽車的多功能車身控制器，其實現了對危險報警閃光、轉向燈、刮水、霧燈、排氣制動及熄火、空調電源、晝間行車燈等功能的控制。從可移植及邏輯功能模塊可以重復使用的角度，基于LogiCAD軟件圖形化編程技術，設計了車身控制器相關功能的應用層軟件。大大縮短了控制器的開發周期，降低了開發成本。

車身控制器；多功能；邏輯功能模塊；平臺化

近年來，隨著汽車行業的發展，對汽車的操控性、舒適性和安全性提出了越來越高的要求，使汽車的車身控制系統越來越復雜，單純用開關、繼電器等分離控制模塊導致的布線復雜、成本增加、信息交互性差、智能化程度低、操控復雜等問題亟待解決。同時，隨著電子技術、計算機技術和信息技術在汽車行業中的應用，汽車電子控制技術得到了迅猛的發展，汽車電子化程度被看作是衡量現代汽車水平的重要標志，是用來開發新車型、改進汽車性能最重要的技術措施。因此隨著汽車電子化的發展和當前的市場情況，功能強大的車身控制器替代離散控制單元成為一種趨勢。

在車身控制器開發過程中，往往存在著大量的代碼重寫、開發周期長、開發效率不高等情況，如何提高開發效率、縮短開發周期、盡快開發出滿足功能需求且可靠的車身控制器軟件，成為各個汽車電子開發商在競爭中奪取優勢的關鍵。針對這種情況，基于德國大陸集團公司提供的KIBES-32平臺產品，運用LogiCAD軟件圖形化編程技術，設計了車身控制器相關功能的應用層軟件。結合模塊化設計理念，提出了一種車身控制器的平臺化實施方案，通過配置及調整其應用層軟件模塊即實現擴展車身控制器的功能。同時，平臺化的實現大大縮短了車身控制器開發周期，降低了開發成本。

1 LogiCAD軟件介紹

1.1 基本概況

LogiCAD軟件是一種面向對象的編程軟件，采用了KIBES-32基于IEC-61131-3的高度圖形化的軟件，用來開發車身控制器的PLC電氣應用層程序。產品開發人員可根據所需功能直接進行編程，無需更改硬件的源程序，可以進行系統集成。在KIBES-32平臺上可建立CAN網關功能，通過修改應用層的PLC程序，實現系統功能的擴展，滿足客戶的客制化需求，同時可對系統所有的接口進行靈活配置。軟件操作界面如圖1所示。

軟件應用支持IEC-61131-3語言的FBD、SFC、LD和ST編程方法，完全支持圖形化的離線仿真和在線測試；自動生成可執行的和可下載的代碼；程序版本管理集成；內部文檔管理集成。參數配置界面如圖2所示。

1.2 IEC 61131-3 PLC標準軟件模型［1］

車身控制器PLC程序具有實時性質，程序能在CPU中運行，是由分配程序的任務來解決的，一個程序能分配給若干個任務，亦即這若干個程序的背景是在不同的實時性質下生成。程序中的一個是主程序被分配給PLC外部設備、全局變量和訪問路徑。

圖1 LogiCAD編程界面

圖2 參數配置界面

IEC 61131-3應用標準功能和功能塊來標準化典型PLC的功能。這一標準庫是統一的，不依賴于制造商的PLC系統編程的重要基礎。功能塊（FBD）可以比作集成電路，它包括一定的控制功能，它們用來設置輸入／輸出和內部變量，功能塊的狀態要求被保留從一個周期到另一個周期，只有功能的輸入和輸出變量能被請求的程序尋址。一個功能塊能被另一個功能塊調用。與功能塊不同，功能沒有內部變量的緩沖區。這樣，功能不能使用全局變量訪問功能的組織單元和直接說明地址變量。所有功能具有一個共同點，如果功能的輸入參數是相同的，則它們將提供相同的輸出參數。

2 車身控制器軟件平臺層次結構設計

由于層次化、模塊化的設計使程序結構更加清晰，易于升級維護，具有更好的移植性，因此車身控制器軟件平臺采用層次化、模塊化的設計。

2.1 系統架構組成

在整車電器系統架構（圖3）中，車身控制器作為帶CAN通信功能的控制單元，連接到PCAN網絡，其主要功能如下。

圖3 分布式車身控制系統架構圖

1）輸入／輸出量處理。開關或狀態信號的數字量輸入；電源模擬量輸入；燈、繼電器、電磁閥等功率負載輸出。

2）接收、處理來自車輛總線上的其它控制單元的CAN信息，供本系統使用。

3）發送必要的信息，提供給其它控制單元使用。

4）存儲連接到本系統的故障信息，通過專用的診斷工具可以讀取到相關的故障信息。

2.2 系統優勢

采用這種模式后，系統很簡潔，線束也很簡單，布線方便，總線的優勢得到充分發揮。車身控制器的功能由少量的幾個模塊分擔，每個模塊都可以有很強的功能，介紹如下。

1）對大電感性負載，如刮水、鼓風機、風扇等，為了降低對系統電源的沖擊，同時保護用電設備，可采用PWM方式實施軟啟動。

2）對用電設備進行短路保護，當有短路故障發生時，及時切斷供電回路，避免線路著火等事故的發生。

3）對短路故障實施二次上電，進一步提高系統抗干擾能力。

4）對設備故障進行診斷、故障報警、信息記錄等。

5）復雜功能則由各模塊協同完成。

最后，實現信息共享，便于新設備的使用和開發。在該系統中，幾乎所有信息都按照協議在總線上傳遞，并采用廣播的方式發布，所以車輛信息可以很方便地被新設備獲得。因此，基于CAN總線的行車記錄儀、故障診斷儀只需按照協議從總線把所需信號讀取即可，使產品開發變得很容易，成本也很低。

2.3 軟件設計

基于LogiCAD軟件圖形化編程技術，進行多功能車身控制器電氣應用層軟件的開發。其硬件基礎是由德國大陸集團根據重汽提供的車身控制器要求開發的KIBES-32平臺產品，該平臺的特點如下：①平臺可提供一些基本的如邏輯與、邏輯或、上升沿、下降沿及數據類型轉換等模塊；②平臺可提供較完善的配置管理界面，通過該界面編程人員可查找到所有平臺運行所需的系統變量，并且可自定義引腳定義、CAN信息、EEPROM變量名及其默認數值等。

基于車身控制器的硬件及底層軟件，開發了一種多功能車身控制器的電氣應用層程序，涉及危險報警閃光、轉向燈、刮水、霧燈、排氣制動及熄火、空調電源、晝間行車燈等控制功能。此多功能控制器抗干擾抗電沖擊能力強，支持熱插拔，并且能夠通過應用層軟件實現智能識別負載狀況和蓄電池電壓等工作環境。當負載出現短路等嚴重故障時，能夠瞬間及時截斷負載電流，終止該路輸出以保護本產品和相關負載電路。當負載恢復正常時（更換零部件或維修后），多功能控制器能夠實時發現并自動恢復該路功能。

車身控制器應用層軟件各功能模塊設計包括系統管理模塊（圖4）、輸入處理模塊（圖5）、I／O邏輯模塊（圖6）、診斷模塊（圖7）4大部分。

圖4 系統管理模塊

圖5 輸入處理模塊

圖6 I／O邏輯模塊

圖7 診斷模塊

多功能車身控制器的相關功能：危險報警閃光及轉向燈控制模塊用于接收來自車身翹板開關及轉向組合開關的信號，控制轉向燈的亮滅，并且具有短路及斷路保護功能［2］；刮水控制模塊用于接收刮水組合開關的信號，控制刮刷及噴淋電機實現噴淋、刮刷高低速、間歇等功能；霧燈控制模塊用于接收車身翹板開關的信號，實現霧燈的控制；空調電源控制模塊用于監測發動機工作狀態，實現空調電源的狀態控制；排氣制動及熄火控制模塊用于接收車身翹板開關、變速器擋位CAN信息、離合器開關CAN信息等信號，用于控制發動機排氣制動工作狀態；晝間行車燈控制模塊用于接收發動機轉速CAN信號，實現晝間行車燈的控制；另外還可擴展其它功能。車身控制器外觀圖如圖8所示。

圖8 車身控制器外觀圖

3 功能實例介紹

以霧燈控制為例［3］，其應用層控制邏輯如下。

車身控制器應用層的霧燈控制模塊用于接收來自翹板開關的前霧燈開關和后霧燈開關信號，控制前霧燈和后霧燈的亮滅，并且輸出具有短路保護功能。具體的霧燈應用層控制邏輯如圖9所示。

圖9 霧燈應用層控制邏輯

前霧燈工作邏輯：前霧燈開關為自復位的點動開關，接通點火鑰匙開關，當儀表發送的CAN信息位置燈工作狀態為01b時，如檢測到前霧燈開關的上升沿，則車身控制器應立即驅動前霧燈繼電器輸出；當前述輸入條件滿足時，車身控制器應將CAN信息的前霧燈工作狀態置為01b。

當驅動前霧燈繼電器輸出時，如前霧燈繼電器輸出腳對搭鐵短路（圖10）、位置燈CAN信息狀態非01b、鑰匙開關斷開或檢測到前霧燈開關的上升沿，則車身控制器應立即停止驅動前霧燈繼電器輸出。同時車身控制器應將CAN信息的前霧燈工作狀態置為00b。

后霧燈工作邏輯：后霧燈開關為自復位的點動開關，接通點火鑰匙開關，當儀表發送的CAN報文信息中的近光燈或遠光燈的狀態位為01b時，或鑰匙開關接通且車身控制器發送的CAN信息中前霧燈的狀態位為01b時，如檢測到后霧燈開關上升沿，則車身控制器立即驅動后霧燈輸出。當前述輸入條件滿足時，車身控制器應將CAN信息的后霧燈工作狀態置為01b。

當驅動后霧燈輸出時，如后霧燈輸出腳對搭鐵短路（圖10）、位置燈CAN信息狀態非01b、鑰匙開關斷開或檢測到后霧燈開關的上升沿，則車身控制器應立即停止驅動后霧燈輸出。同時車身控制器應將CAN信息的后霧燈工作狀態置為00b。

圖10 前霧燈繼電器輸出腳及后霧燈輸出腳對搭鐵短路診斷模塊

4 總結

基于LogiCAD軟件的PLC編程語言是基于IEC61131-3的標準，其編程思想采用模塊模型化設計，從可移植及邏輯功能模塊可以重復使用的角度看，該軟件設計機制可提高編程技術，提高軟件品質，降低維護工作并且提高開發效率。通過對車身控制器的實驗室臺架測試及實車測試，該控制器性能穩定、可靠，且功能可擴展性強。該車身控制器已在2015年6月上市的HOWO、A7、T7、T5等相關車型上正式裝車，市場反應很好。

［1］彭瑜，何衍慶.IEC 61131-3編程語言及應用基礎［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［2］許婷婷，周遠輝.基于車身控制模塊的轉向燈控制策略［J］.汽車電器，2015（12）：9-11.

［3］GB 4785—2007.汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定［S］.

（編輯 心翔）

Design of M ulti-function Body Control M odule Based on LogiCAD

GUO Peng，ZHANG Jing，HAN Qing-fu，QIN Yan-long，CAO Lu-ming，LIU Zhao-yang
（China National Heavy Duty Truck Group Co.，Ltd.，Ji’nan 250002，China）

In this paper，a suitable for heavy duty truck multi-function control module is introduced，which realizes control on emergency alarm，lights，wiper，fog lamps，exhaust brake，stall，air conditioning power，daytime running lights，and other functions.From the perspective of portability and reusability of logic function module，based on the LogiCAD graphical programming technology，the body control module related application software is designed，which significantly shortens the development cycle of the module and reduces the cost.

body control module；multi-function；logic function module；platform

U463.6

A

1003－8639（2016）08－0018－05

2016-01-27；

2016-02-26

郭鵬（1983-），男，工程師，主要從事汽車電器的設計、開發、調試和應用工作。