基于快速原型集成網關功能的汽車車身控制器開發設計

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不能通過簡單的物理硬線連接實現，基于此背景，汽車 CAN總線技術得以深入發展和廣泛應用。單獨的汽車網關控制器，功能單一，但是開發成本并不低，而且網關的功能必不可少，所以從節約成本的角度出發，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，任何不適當的操作邏輯都可能造成顧客對汽車的不良評價，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，為了滿足開發需要，車廠只能不斷反復開發，直接導致開發時間長，研發成本高，且存在編程錯誤的風險。

綜上所述，首先將網關功能和車身控制器功能集成到一個控制器上，統稱為車身控制器，然后，將基于模型的開發技術應用到車身控制器的開發上，解決反復開發的問題，同時利用基于模型開發技術還可以增加對軟件質量的把控能力，加快開發流程，降低成本，提高產品質量，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展的方向，因此20世紀 80 年代末，德國博世公司為解決現代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數據交換而開發了一種串行通信協議CAN，并使其成為國際標準(ISO11898)[3]。 CAN總線技術的出現最終導致了車身控制網絡的智能化[4]。與傳統硬線不同，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，最大的優點還在于系統的靈活性，功能的更改不需要通過硬線連接來實現，而是通過軟件實現[6]。

2 dSPACE快速原型產品介紹

快速原型產品選用的是 dSPACE的 MicroAutoBoxII 。此硬件系統的獨特優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品的依據，同時快速原型產品在汽車行業中已經得到了廣泛的應用，能夠優化開發流程，規范程序設計語言的使用，通過良好的硬件系統免除硬件開發的時間成本和風險成本，極大的提高產品開發速度，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 車身控制器開發平臺設計

車身控制器的開發平臺用到的資料、算法開發軟件、集成測試硬件以及測試系統之間相互關系如圖1所示。其中功能規范的作用是對控制器所要實現的功能進行定義，是開發的起始點。不同車型功能規范會有所不同，但是區別不會特別大。算法開發采用的是Simulink和dSPACE的RTI，采用模塊化的設計思路，更改程序會相當方便，算法開發完成后，直接下載到快速原型的硬件新產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一體，一旦平臺測試通過，后續再次開發時，只需按照功能規范的要求進行少量算法調整即可，具有很好的實用價值。

圖1 車身控制器開發平臺原理圖

3.2 車身控制器系統設計

圖2是集成網關功能的車身控制器的系統結構圖。本文中設計控制的網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。主要有發動機控制系統（EMS）、安全氣囊控制系統（ABAG）、剎車防抱死系統（ABS）、車身動態穩定系統（ESC）、巡航速度控制系統（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（IPC），空調控制器（CCU），多媒體控制系統（MHU）。

車身控制功能主要是對各種輸入信號（包括數字開關量、模擬量、脈沖信號等），以及各種燈具（包括轉向燈、位置燈、室內燈、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，進而驅動繼電器、蜂鳴器、燈具、電機等。

圖2 車身控制器系統結構圖

3.3 控制算法設計

根據上一節CAN網絡設計，本節利用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。

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發送模塊內部部分程序截圖，實現安全氣囊相關信息的轉發功能。

圖4 車身CAN發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：第一步由程序開發人員利用simulink 的調試功能進行調試，然后利用 ControlDesk測試系統基本的通信功能。這一階段是白盒測試的范疇。第二步為臺架測試，測試組人員根據功能規范編寫測試用例，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實現，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給零部件廠商進行批量生產。

圖5 測試臺架

5 總結

本文開發的整車控制器集成了網關功能，同時利用快速原型產品進行開發，一方面相當于兩個控制器同時開發，一方面開發過程標準化，既節約了開發成本，同時又加快了后續產品的開發過程。本文開發產品最終經過了三重測試，實現了最初功能規范的相關要求，驗證了程序實用性。

[1] 張麗.汽車車身控制器的設計與實現[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[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的自主開發及應用[J].汽車電器, 2017, 20(10)： 14-18.