基于LogiCAD多功能车身控制器的设计

郭鹏，张静，韩庆福，秦延隆，曹鲁明，刘召洋

（中国重汽技术发展中心汽车电子设计部，山东济南 250002）

基于LogiCAD多功能车身控制器的设计

郭鹏，张静，韩庆福，秦延隆，曹鲁明，刘召洋

（中国重汽技术发展中心汽车电子设计部，山东济南 250002）

介绍一种适用于重型汽车的多功能车身控制器，其实现了对危险报警闪光、转向灯、刮水、雾灯、排气制动及熄火、空调电源、昼间行车灯等功能的控制。从可移植及逻辑功能模块可以重复使用的角度，基于LogiCAD软件图形化编程技术，设计了车身控制器相关功能的应用层软件。大大缩短了控制器的开发周期，降低了开发成本。

车身控制器；多功能；逻辑功能模块；平台化

近年来，随着汽车行业的发展，对汽车的操控性、舒适性和安全性提出了越来越高的要求，使汽车的车身控制系统越来越复杂，单纯用开关、继电器等分离控制模块导致的布线复杂、成本增加、信息交互性差、智能化程度低、操控复杂等问题亟待解决。同时，随着电子技术、计算机技术和信息技术在汽车行业中的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，汽车电子化程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。因此随着汽车电子化的发展和当前的市场情况，功能强大的车身控制器替代离散控制单元成为一种趋势。

在车身控制器开发过程中，往往存在着大量的代码重写、开发周期长、开发效率不高等情况，如何提高开发效率、缩短开发周期、尽快开发出满足功能需求且可靠的车身控制器软件，成为各个汽车电子开发商在竞争中夺取优势的关键。针对这种情况，基于德国大陆集团公司提供的KIBES-32平台产品，运用LogiCAD软件图形化编程技术，设计了车身控制器相关功能的应用层软件。结合模块化设计理念，提出了一种车身控制器的平台化实施方案，通过配置及调整其应用层软件模块即实现扩展车身控制器的功能。同时，平台化的实现大大缩短了车身控制器开发周期，降低了开发成本。

1 LogiCAD软件介绍

1.1 基本概况

LogiCAD软件是一种面向对象的编程软件，采用了KIBES-32基于IEC-61131-3的高度图形化的软件，用来开发车身控制器的PLC电气应用层程序。产品开发人员可根据所需功能直接进行编程，无需更改硬件的源程序，可以进行系统集成。在KIBES-32平台上可建立CAN网关功能，通过修改应用层的PLC程序，实现系统功能的扩展，满足客户的客制化需求，同时可对系统所有的接口进行灵活配置。软件操作界面如图1所示。

软件应用支持IEC-61131-3语言的FBD、SFC、LD和ST编程方法，完全支持图形化的离线仿真和在线测试；自动生成可执行的和可下载的代码；程序版本管理集成；内部文档管理集成。参数配置界面如图2所示。

1.2 IEC 61131-3 PLC标准软件模型［1］

车身控制器PLC程序具有实时性质，程序能在CPU中运行，是由分配程序的任务来解决的，一个程序能分配给若干个任务，亦即这若干个程序的背景是在不同的实时性质下生成。程序中的一个是主程序被分配给PLC外部设备、全局变量和访问路径。

图1 LogiCAD编程界面

图2 参数配置界面

IEC 61131-3应用标准功能和功能块来标准化典型PLC的功能。这一标准库是统一的，不依赖于制造商的PLC系统编程的重要基础。功能块（FBD）可以比作集成电路，它包括一定的控制功能，它们用来设置输入／输出和内部变量，功能块的状态要求被保留从一个周期到另一个周期，只有功能的输入和输出变量能被请求的程序寻址。一个功能块能被另一个功能块调用。与功能块不同，功能没有内部变量的缓冲区。这样，功能不能使用全局变量访问功能的组织单元和直接说明地址变量。所有功能具有一个共同点，如果功能的输入参数是相同的，则它们将提供相同的输出参数。

2 车身控制器软件平台层次结构设计

由于层次化、模块化的设计使程序结构更加清晰，易于升级维护，具有更好的移植性，因此车身控制器软件平台采用层次化、模块化的设计。

2.1 系统架构组成

在整车电器系统架构（图3）中，车身控制器作为带CAN通信功能的控制单元，连接到PCAN网络，其主要功能如下。

图3 分布式车身控制系统架构图

1）输入／输出量处理。开关或状态信号的数字量输入；电源模拟量输入；灯、继电器、电磁阀等功率负载输出。

2）接收、处理来自车辆总线上的其它控制单元的CAN信息，供本系统使用。

3）发送必要的信息，提供给其它控制单元使用。

4）存储连接到本系统的故障信息，通过专用的诊断工具可以读取到相关的故障信息。

2.2 系统优势

采用这种模式后，系统很简洁，线束也很简单，布线方便，总线的优势得到充分发挥。车身控制器的功能由少量的几个模块分担，每个模块都可以有很强的功能，介绍如下。

1）对大电感性负载，如刮水、鼓风机、风扇等，为了降低对系统电源的冲击，同时保护用电设备，可采用PWM方式实施软启动。

2）对用电设备进行短路保护，当有短路故障发生时，及时切断供电回路，避免线路着火等事故的发生。

3）对短路故障实施二次上电，进一步提高系统抗干扰能力。

4）对设备故障进行诊断、故障报警、信息记录等。

5）复杂功能则由各模块协同完成。

最后，实现信息共享，便于新设备的使用和开发。在该系统中，几乎所有信息都按照协议在总线上传递，并采用广播的方式发布，所以车辆信息可以很方便地被新设备获得。因此，基于CAN总线的行车记录仪、故障诊断仪只需按照协议从总线把所需信号读取即可，使产品开发变得很容易，成本也很低。

2.3 软件设计

基于LogiCAD软件图形化编程技术，进行多功能车身控制器电气应用层软件的开发。其硬件基础是由德国大陆集团根据重汽提供的车身控制器要求开发的KIBES-32平台产品，该平台的特点如下：①平台可提供一些基本的如逻辑与、逻辑或、上升沿、下降沿及数据类型转换等模块；②平台可提供较完善的配置管理界面，通过该界面编程人员可查找到所有平台运行所需的系统变量，并且可自定义引脚定义、CAN信息、EEPROM变量名及其默认数值等。

基于车身控制器的硬件及底层软件，开发了一种多功能车身控制器的电气应用层程序，涉及危险报警闪光、转向灯、刮水、雾灯、排气制动及熄火、空调电源、昼间行车灯等控制功能。此多功能控制器抗干扰抗电冲击能力强，支持热插拔，并且能够通过应用层软件实现智能识别负载状况和蓄电池电压等工作环境。当负载出现短路等严重故障时，能够瞬间及时截断负载电流，终止该路输出以保护本产品和相关负载电路。当负载恢复正常时（更换零部件或维修后），多功能控制器能够实时发现并自动恢复该路功能。

车身控制器应用层软件各功能模块设计包括系统管理模块（图4）、输入处理模块（图5）、I／O逻辑模块（图6）、诊断模块（图7）4大部分。

图4 系统管理模块

图5 输入处理模块

图6 I／O逻辑模块

图7 诊断模块

多功能车身控制器的相关功能：危险报警闪光及转向灯控制模块用于接收来自车身翘板开关及转向组合开关的信号，控制转向灯的亮灭，并且具有短路及断路保护功能［2］；刮水控制模块用于接收刮水组合开关的信号，控制刮刷及喷淋电机实现喷淋、刮刷高低速、间歇等功能；雾灯控制模块用于接收车身翘板开关的信号，实现雾灯的控制；空调电源控制模块用于监测发动机工作状态，实现空调电源的状态控制；排气制动及熄火控制模块用于接收车身翘板开关、变速器挡位CAN信息、离合器开关CAN信息等信号，用于控制发动机排气制动工作状态；昼间行车灯控制模块用于接收发动机转速CAN信号，实现昼间行车灯的控制；另外还可扩展其它功能。车身控制器外观图如图8所示。

图8 车身控制器外观图

3 功能实例介绍

以雾灯控制为例［3］，其应用层控制逻辑如下。

车身控制器应用层的雾灯控制模块用于接收来自翘板开关的前雾灯开关和后雾灯开关信号，控制前雾灯和后雾灯的亮灭，并且输出具有短路保护功能。具体的雾灯应用层控制逻辑如图9所示。

图9 雾灯应用层控制逻辑

前雾灯工作逻辑：前雾灯开关为自复位的点动开关，接通点火钥匙开关，当仪表发送的CAN信息位置灯工作状态为01b时，如检测到前雾灯开关的上升沿，则车身控制器应立即驱动前雾灯继电器输出；当前述输入条件满足时，车身控制器应将CAN信息的前雾灯工作状态置为01b。

当驱动前雾灯继电器输出时，如前雾灯继电器输出脚对搭铁短路（图10）、位置灯CAN信息状态非01b、钥匙开关断开或检测到前雾灯开关的上升沿，则车身控制器应立即停止驱动前雾灯继电器输出。同时车身控制器应将CAN信息的前雾灯工作状态置为00b。

后雾灯工作逻辑：后雾灯开关为自复位的点动开关，接通点火钥匙开关，当仪表发送的CAN报文信息中的近光灯或远光灯的状态位为01b时，或钥匙开关接通且车身控制器发送的CAN信息中前雾灯的状态位为01b时，如检测到后雾灯开关上升沿，则车身控制器立即驱动后雾灯输出。当前述输入条件满足时，车身控制器应将CAN信息的后雾灯工作状态置为01b。

当驱动后雾灯输出时，如后雾灯输出脚对搭铁短路（图10）、位置灯CAN信息状态非01b、钥匙开关断开或检测到后雾灯开关的上升沿，则车身控制器应立即停止驱动后雾灯输出。同时车身控制器应将CAN信息的后雾灯工作状态置为00b。

图10 前雾灯继电器输出脚及后雾灯输出脚对搭铁短路诊断模块

4 总结

基于LogiCAD软件的PLC编程语言是基于IEC61131-3的标准，其编程思想采用模块模型化设计，从可移植及逻辑功能模块可以重复使用的角度看，该软件设计机制可提高编程技术，提高软件品质，降低维护工作并且提高开发效率。通过对车身控制器的实验室台架测试及实车测试，该控制器性能稳定、可靠，且功能可扩展性强。该车身控制器已在2015年6月上市的HOWO、A7、T7、T5等相关车型上正式装车，市场反应很好。

［1］彭瑜，何衍庆.IEC 61131-3编程语言及应用基础［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］许婷婷，周远辉.基于车身控制模块的转向灯控制策略［J］.汽车电器，2015（12）：9-11.

［3］GB 4785—2007.汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定［S］.

（编辑 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

郭鹏（1983-），男，工程师，主要从事汽车电器的设计、开发、调试和应用工作。