模块化车身控制器的开发

2014-12-04董庆大吴明瞭

北京汽车 2014年5期

黎新，陈晖，董庆大，吴明瞭，李良，李敏，姜凯，张皓

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

（东风汽车股份有限公司商品研发院，湖北武汉 430057）

随着车身上的执行器越来越多，将各种灯具、门锁、刮雨器等整合起来集中控制比单独控制具有相当大的优越性，因此车身控制器逐渐成为汽车的标准配置。虽然车身控制器的控制逻辑并不复杂，但是由于车型不同配置不同，因此车身控制的功能需求也不同，往往需要针对具体车型重新开发配套的车身控制器，不仅开发周期长，而且容易出现软、硬件设计错误，因此需要开发一种通用的可根据需求增减功能的车身控制器。

1 车身控制器开发目标

软、硬件平台化、模块化设计，各种功能可相对独立配置，可按用户需求增减，满足客户不同配置车型。车身控制器的主要功能是采集各种输入信号（包括高有效/低有效开关、模拟量、脉冲信号、CAN/LIN总线报文等），对各种灯具（包括转向灯、室内灯、位置灯、前后雾灯、远近光灯、超车灯、制动灯等）、遥控电动门锁、刮雨器、车窗等车体控制单元进行控制和检测。

实现上述目标的方案是：针对各个被控对象设计相应的输入、输出接口电路和驱动程序，根据具体车型实际配置的被控对象，选择相应的输入、输出接口电路；根据被控对象的具体需求，建立相应的应用层模型。

2 硬件设计

为了能够适应不同配置车型对车身控制的不同功能需求，硬件平台要针对全部功能模块进行单元电路设计，预留足够的接口。若无需某功能，不焊接该单元电路，适当用飞线连接即可。例如，自动上锁功能和安全带未系报警功能要根据车速信号来判断，车速既可以通过采集脉冲推算出来，也可以通过CAN总线接收。这两种方案在不同车型上都有应用，因此控制器 PCB板上预留了脉冲输入电路和CAN收发电路。完整的硬件平台结构如图1所示，电路原理如图2～图10所示。

硬件平台主要包括以下模块：

1）单片机最小系统，由48脚MC9S08DZ60为核心的主控芯片、4MHz晶振和若干电容构成；

2）以TLE4275为核心的电源电路为整机提供5V直流工作电压，由二极管、三极管、电阻、电容等分立器件组成防反接、防浪涌模块；

3）开关信号输入，包括高有效开关和低有效开关单元电路。由于开关信号较多，为了节约单片机I/O口资源，开关信号通过74HC165并转串芯片输入主控芯片；

4）模拟信号输入；

5）脉冲信号整形输入；

6）灯丝检测电路，包括转向灯灯丝开路检测，制动灯、位置灯、后雾灯灯丝开路或短路检测；

7）开关信号输出及功率放大，由于开关信号较多，为了节约单片机I/O口资源，开关信号由主控芯片串行输出，通过74HC595串转并芯片和由BSP75、ULN2803A、VND5E025MK组成的驱动电路控制负载；

8）蜂鸣器及驱动电路，以不同频率和持续时间鸣叫，提醒司乘人员；

9）总线通信电路，包括CAN总线和LIN总线接口电路，既便于车身控制器的调试和标定，又能与其他控制器通信。

3 软件设计

软件架构借鉴AUTOSAR的分层思想，自底向上依次分为驱动层、接口层和应用层。驱动层的作用是：1）完成微控制器内部系统时钟、I/O、CAN/LIN等模块的初始化；2）读写各模块寄存器获取输入信号、输出控制信号；3）提供中断服务。接口层的作用是隐藏操作硬件的细节，屏蔽不同硬件的具体差异，为应用层代码提供统一的调用接口。应用层实现具体的控制逻辑，通过接口层获取各种输入信号，经过计算得出控制信号，再通过接口层间接调用驱动层控制被控对象。

由于硬件平台已经确定，驱动层和接口层基本上不会再有大的变化，可以采用手写代码实现；而应用层正好相反，会因为不同车型配置的不同需求而频繁修改，传统的手写代码的开发方式很难胜任。Matlab软件的Simulink和Stateflow能够以非常直观易懂的图形方式即模型来表达复杂的控制逻辑，并且能在Matlab环境下测试控制逻辑的正确性，还能自动将模型转化为等价C语言代码，因此应用层采用Matlab进行基于模型的开发。每个功能模块封装为一个子系统，如不需要某个功能模块，可将其对应的子系统注释掉，生成的C代码就不包含该模块。

模型搭建测试完毕后生成C代码，与底层、接口层C代码一起添加到CodeWarrior项目中编译为S19文件。通过Freescale专用仿真器可以将S19文件从上位机下载到微控制器芯片里，还可以实现上位机与车身控制器双机联合调试。

4 应用案例

东风A08客车车身控制对象有灯、锁、刮雨器、车窗等。该车门锁要求能够用遥控钥匙开启或关闭，而上述硬件平台不含遥控接收电路，但预留了与专用遥控接收电路板对接的接口，因此上述硬件平台能够满足该车车身控制的需求，不需要重新开发硬件。

该车车身控制逻辑如下。

4.1 灯具控制

4.1.1 转向灯控制

采集转向灯开关和危险警报开关的信号，转向开关接通后，相应方向的转向灯闪烁。危险警报开关按下后，所有转向灯同时闪烁。

4.1.2 室内灯控制

采集门开关信号，任一车门打开，当IGN信号有效时，室内灯常亮；当IGN信号无效时，最多延时5 min自动熄灭。遥控开锁时，当IGN信号无效时，最多延时5 s自动熄灭。全部车门关闭，室内灯熄灭。

4.1.3 位置灯控制

位置灯开关闭合，位置灯开启；位置灯开关断开，位置灯关闭。

4.1.4 雾灯控制

IGN信号和位置灯开启情况下，按下前雾灯开关，控制前雾灯继电器吸合，开启前雾灯；无IGN信号、位置灯关闭或再次按下前雾灯开关，控制前雾灯继电器断开，关闭前雾灯。采集 IGN信号、位置灯信号、前雾灯开关信号和后雾灯开关信号，如果这 4个信号都能检测到，开启后雾灯，否则关闭后雾灯。

其他灯具，如近光灯、远光灯、超车灯、制动灯控制策略类似，都是通过检测IGN信号和相应开关的状态来控制灯具开启或关闭。

4.2 门锁控制

所有门锁电机并联控制，开锁闭锁有遥控、电动和手动3种方式。遥控开锁后30 s未开门，自动闭锁。车速大于15km/h，自动上锁。当钥匙插入点火锁打到ACC档或ON档时或者门未关，遥控功能无效。当车速小于15km/h时，电动开闭锁功能有效。当左前门处于开锁状态时，按电动中控门锁开关，信号持续100 ms及以上，门闭锁；当左前门处于闭锁状态时，按电动中控门锁开关，信号持续100 ms及以上，门开锁。操纵驾驶员侧门栓，其他门跟随驾驶员侧门上锁或开锁。任一车门未关好上锁时，所有转向灯闪烁30s，门锁电机不工作。

4.3 刮雨器和洗涤系统控制

ACC或IGN信号接通时，若刮雨器低速开关闭合，则刮雨器电机低速运转；若刮雨器高速开关闭合，则刮雨器电机高速运转；若刮雨器间歇开关闭合，则刮雨器电机间歇运转，间歇开关为无级变速，间隔时间为1～12 s。若ACC或IGN信号消失或刮雨器开关断开，则刮雨器电机在刮水片到达起始位置时停止运转。ACC或IGN信号接通时，若洗涤开关闭合，刮雨器电机低速运转；洗涤开关断开，刮雨器电机刮刷2次。