基于LogiCAD多功能車身控制器的設(shè)計

郭鵬，張靜，韓慶福，秦延隆，曹魯明，劉召洋

（中國重汽技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)計部，山東濟南 250002）

基于LogiCAD多功能車身控制器的設(shè)計

郭鵬，張靜，韓慶福，秦延隆，曹魯明，劉召洋

（中國重汽技術(shù)發(fā)展中心汽車電子設(shè)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(xiàn)了對危險報警閃光、轉(zhuǎn)向燈、刮水、霧燈、排氣制動及熄火、空調(diào)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(fù)使用的角度，基于LogiCAD軟件圖形化編程技術(shù)，設(shè)計了車身控制器相關(guān)功能的應(yīng)用層軟件。大大縮短了控制器的開發(fā)周期，降低了開發(fā)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(yè)的發(fā)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(tǒng)越來越復(fù)雜，單純用開關(guān)、繼電器等分離控制模塊導(dǎo)致的布線復(fù)雜、成本增加、信息交互性差、智能化程度低、操控復(fù)雜等問題亟待解決。同時，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信息技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，汽車電子控制技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，汽車電子化程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標志，是用來開發(fā)新車型、改進汽車性能最重要的技術(shù)措施。因此隨著汽車電子化的發(fā)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(fā)過程中，往往存在著大量的代碼重寫、開發(fā)周期長、開發(fā)效率不高等情況，如何提高開發(fā)效率、縮短開發(fā)周期、盡快開發(fā)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(fā)商在競爭中奪取優(yōu)勢的關(guān)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(chǎn)品，運用LogiCAD軟件圖形化編程技術(shù)，設(shè)計了車身控制器相關(guān)功能的應(yīng)用層軟件。結(jié)合模塊化設(shè)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(diào)整其應(yīng)用層軟件模塊即實現(xiàn)擴展車身控制器的功能。同時，平臺化的實現(xiàn)大大縮短了車身控制器開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。

1 LogiCAD軟件介紹

1.1 基本概況

LogiCAD軟件是一種面向?qū)ο蟮木幊誊浖?，采用了KIBES-32基于IEC-61131-3的高度圖形化的軟件，用來開發(fā)車身控制器的PLC電氣應(yīng)用層程序。產(chǎn)品開發(fā)人員可根據(jù)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(tǒng)集成。在KIBES-32平臺上可建立CAN網(wǎng)關(guān)功能，通過修改應(yīng)用層的PLC程序，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展，滿足客戶的客制化需求，同時可對系統(tǒng)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(yīng)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(zhí)行的和可下載的代碼；程序版本管理集成；內(nèi)部文檔管理集成。參數(shù)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(zhì)，程序能在CPU中運行，是由分配程序的任務(wù)來解決的，一個程序能分配給若干個任務(wù)，亦即這若干個程序的背景是在不同的實時性質(zhì)下生成。程序中的一個是主程序被分配給PLC外部設(shè)備、全局變量和訪問路徑。

圖1 LogiCAD編程界面

圖2 參數(shù)配置界面

IEC 61131-3應(yīng)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(tǒng)一的，不依賴于制造商的PLC系統(tǒng)編程的重要基礎(chǔ)。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(shè)置輸入／輸出和內(nèi)部變量，功能塊的狀態(tài)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?qū)ぶ?。一個功能塊能被另一個功能塊調(diào)用。與功能塊不同，功能沒有內(nèi)部變量的緩沖區(qū)。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?yún)?shù)是相同的，則它們將提供相同的輸出參數(shù)。

2 車身控制器軟件平臺層次結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于層次化、模塊化的設(shè)計使程序結(jié)構(gòu)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(shè)計。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)組成

在整車電器系統(tǒng)架構(gòu)（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(wǎng)絡(luò)，其主要功能如下。

圖3 分布式車身控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

1）輸入／輸出量處理。開關(guān)或狀態(tài)信號的數(shù)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(tǒng)使用。

3）發(fā)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(tǒng)的故障信息，通過專用的診斷工具可以讀取到相關(guān)的故障信息。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

采用這種模式后，系統(tǒng)很簡潔，線束也很簡單，布線方便，總線的優(yōu)勢得到充分發(fā)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(fēng)機、風(fēng)扇等，為了降低對系統(tǒng)電源的沖擊，同時保護用電設(shè)備，可采用PWM方式實施軟啟動。

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

3）對短路故障實施二次上電，進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。

4）對設(shè)備故障進行診斷、故障報警、信息記錄等。

5）復(fù)雜功能則由各模塊協(xié)同完成。

最后，實現(xiàn)信息共享，便于新設(shè)備的使用和開發(fā)。在該系統(tǒng)中，幾乎所有信息都按照協(xié)議在總線上傳遞，并采用廣播的方式發(fā)布，所以車輛信息可以很方便地被新設(shè)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(xié)議從總線把所需信號讀取即可，使產(chǎn)品開發(fā)變得很容易，成本也很低。

2.3 軟件設(shè)計

基于LogiCAD軟件圖形化編程技術(shù)，進行多功能車身控制器電氣應(yīng)用層軟件的開發(fā)。其硬件基礎(chǔ)是由德國大陸集團根據(jù)重汽提供的車身控制器要求開發(fā)的KIBES-32平臺產(chǎn)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(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)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(tǒng)變量，并且可自定義引腳定義、CAN信息、EEPROM變量名及其默認數(shù)值等。

基于車身控制器的硬件及底層軟件，開發(fā)了一種多功能車身控制器的電氣應(yīng)用層程序，涉及危險報警閃光、轉(zhuǎn)向燈、刮水、霧燈、排氣制動及熄火、空調(diào)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(yīng)用層軟件實現(xiàn)智能識別負載狀況和蓄電池電壓等工作環(huán)境。當負載出現(xiàn)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(chǎn)品和相關(guān)負載電路。當負載恢復(fù)正常時（更換零部件或維修后），多功能控制器能夠?qū)崟r發(fā)現(xiàn)并自動恢復(fù)該路功能。

車身控制器應(yīng)用層軟件各功能模塊設(shè)計包括系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)功能：危險報警閃光及轉(zhuǎn)向燈控制模塊用于接收來自車身翹板開關(guān)及轉(zhuǎn)向組合開關(guān)的信號，控制轉(zhuǎn)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(guān)的信號，控制刮刷及噴淋電機實現(xiàn)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(guān)的信號，實現(xiàn)霧燈的控制；空調(diào)電源控制模塊用于監(jiān)測發(fā)動機工作狀態(tài)，實現(xiàn)空調(diào)電源的狀態(tài)控制；排氣制動及熄火控制模塊用于接收車身翹板開關(guān)、變速器擋位CAN信息、離合器開關(guān)CAN信息等信號，用于控制發(fā)動機排氣制動工作狀態(tài)；晝間行車燈控制模塊用于接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速CAN信號，實現(xiàn)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(yīng)用層控制邏輯如下。

車身控制器應(yīng)用層的霧燈控制模塊用于接收來自翹板開關(guān)的前霧燈開關(guān)和后霧燈開關(guān)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(yīng)用層控制邏輯如圖9所示。

圖9 霧燈應(yīng)用層控制邏輯

前霧燈工作邏輯：前霧燈開關(guān)為自復(fù)位的點動開關(guān)，接通點火鑰匙開關(guān)，當儀表發(fā)送的CAN信息位置燈工作狀態(tài)為01b時，如檢測到前霧燈開關(guān)的上升沿，則車身控制器應(yīng)立即驅(qū)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(yīng)將CAN信息的前霧燈工作狀態(tài)置為01b。

當驅(qū)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(tài)非01b、鑰匙開關(guān)斷開或檢測到前霧燈開關(guān)的上升沿，則車身控制器應(yīng)立即停止驅(qū)動前霧燈繼電器輸出。同時車身控制器應(yīng)將CAN信息的前霧燈工作狀態(tài)置為00b。

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

當驅(qū)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(tài)非01b、鑰匙開關(guān)斷開或檢測到后霧燈開關(guān)的上升沿，則車身控制器應(yīng)立即停止驅(qū)動后霧燈輸出。同時車身控制器應(yīng)將CAN信息的后霧燈工作狀態(tài)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(jié)

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(shè)計，從可移植及邏輯功能模塊可以重復(fù)使用的角度看，該軟件設(shè)計機制可提高編程技術(shù)，提高軟件品質(zhì)，降低維護工作并且提高開發(fā)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(wěn)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(guān)車型上正式裝車，市場反應(yīng)很好。

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

［2］許婷婷，周遠輝.基于車身控制模塊的轉(zhuǎn)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(guī)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(shè)計、開發(fā)、調(diào)試和應(yīng)用工作。