基于無鑰匙系統(tǒng)電源分配模塊自動代碼研究

牛繼高，李晨旭，徐春華，李 彬

（中原工學院，河南 鄭州 450007）

汽車無鑰匙進入和一鍵啟動（PEPS，Passive Entry and Passive Start）系統(tǒng)因其安全性和便捷性逐步得到了市場的認可，已經成為中高端車型的標配[1]。由于現在汽車電子設備的增加和更新?lián)Q代周期的加快，要求產品提高可靠性并縮短研發(fā)周期[2]。與此同時，自動代碼生成技術可將底層驅動和控制算法直接生成標準的C代碼，和手工編程相比，極大降低了軟件編寫和調試的勞動強度，保障了系統(tǒng)的工作質量，提高了系統(tǒng)更新的效率[3-4]。因此，本文基于Stateflow開發(fā)工具對PDM系統(tǒng)的控制算法進行了建模分析，利用Targetlink軟件和codewarrior開發(fā)環(huán)境中的PE模式生成了自動代碼；最后，在飛思卡爾MC9S12G128電控單元上進行了試驗驗證。

1 控制算法設計

1.1 功能設計

當駕駛員進入車輛，按下一鍵啟動按鍵，控制器通過ATA5279驅動室內天線向外界發(fā)送125 kHz的低頻定位信號。汽車鑰匙接收到定位信號后，檢測鑰匙ID是否和要求的一致。如果鑰匙ID正確，汽車鑰匙將被激活，并且通過443.92 MHz的高頻信號返回鑰匙相汽車的位置。若鑰匙在車內，則車內天線向外界發(fā)送125 kHz的認證信號，汽車鑰匙被激活后，將通過高頻信號把加密后的響應返回給PEPS主機。若其解密成功，則鑰匙合法，PEPS認證過程如圖1所示。

圖1 一鍵啟動認證過程

鑰匙完成鑒權后，PEPS控制器讀取當前車速和離合器狀態(tài)等信號，通過SPI通信控制驅動芯片對相應繼電器進行開關控制，從而實現對車輛電源模式的重新分配。手動檔汽車的電源分配方式，如表1所示。即：攜帶合法智能鑰匙的駕駛員進入車內，車輛電源處于OFF檔；不踩離合的情況下，連續(xù)按一鍵啟動按鍵，電源模式在ACC-ON-OFF-ACC…之間循環(huán)切換，同時儀表盤顯示此時的電源模式；當踩下離合時，在OFF、ACC、ON任意一個狀態(tài)下，按一鍵啟動按鍵都可以直接切換到啟動狀態(tài)；當車輛的速度大于5 km/h時，駕駛員長按一鍵啟動按鍵3 s，汽車進入緊急熄火狀態(tài)，電源模式從ON檔切換至OFF檔。

表1 手動檔汽車的電源分配方式

1.2 模型設計與離線仿真

如圖2所示，采用Simulink/Stateflow建立電源分配模塊頂層模型。其中，“system”為基于Stateflow的電源模式切換算法，通過此控制算法輸出將要切換的電源狀態(tài)“PDM_state”及一鍵啟動按鍵按下的時間“PDM_counter”。打開模型資源管理器（ModelExplorer），配置Stateflow模型中所用變量的I/O類別、數據范圍和類型。拖入常數模塊和開關模塊組成開關按鍵，按照對應變量一致原則與Stateflow模型中輸入端口連接。運行模型，任意切換按鍵狀態(tài)，對比“PDM_state”與期望電源狀態(tài)完全一致。通過離線仿真，驗證了電源模式切換算法的可行性，為軟件開發(fā)打下了理論基礎。

圖2 電源分配模塊頂層模型

2 自動代碼生成

2.1 控制算法自動代碼

將上述Stateflow模型中輸入輸出端口替換為Targetlink模塊庫中相應模塊，并在屬性管理器中對各變量的變量名、取值范圍及數據類型等屬性，進行統(tǒng)一修改。為了與底層驅動代碼對接，將這些變量聲明為外部全局變量，并在模型中添加“Addfile”模塊，以便在自動代碼中包含底層驅動代碼的宏定義頭文件。修改后的Targetlink頂層模型如圖3所示。

圖3 Targetlink頂層模型

2.2 底層驅動自動代碼

PEPS系統(tǒng)的主控芯片為飛思卡爾公司的MC9S-12G128，其集成開發(fā)環(huán)境支持專家（PE，ProcessorExpert）模式。在PE模式下，只需修改少量參數，即可生成 CPU、Capture中斷、SPI通信、CAN 通信，EEPROM等模塊的底層驅動代碼，從而減少了翻閱DATASHEET的時間和配置繁雜寄存器的精力。

以PDM中按鍵時長計時所用的RTI定時中斷為例，生成底層驅動代碼的步驟如圖4所示。首先打開PE模式；然后在組件庫（Components Library）中找到Init-RTI模塊；之后打開組件，配置時鐘總線和預分頻器，自動計算出定時周期；接下來使能定時中斷，選擇優(yōu)先級，并命名中斷服務函數名稱；最后，選擇初始化，點擊代碼生成按鈕，去除屏蔽即可。為了與控制算法自動代碼對接，還需將底層驅動代碼中的相應變量定義為全局變量。

圖4 生成底層驅動代碼步驟

2.3 代碼融合

在PE模式下生成的底層驅動代碼，會自動更新到Generated Code文件夾中，故只需再將Targetlink生成的控制算法代碼添加到工程文件下，通過編譯即可。其步驟如圖5所示，首先將Targetlink生成的TLProj文件夾下的c文件和h文件加載到PEPS工程中；其次新建PDMhongcode頭文件，并對相應變量進行宏定義；然后，在主程序文件中加入TLProj文件夾下h文件；最后在需要用到電源模式切換的地方調用Subsystem_TL（）函數即可。

圖5 代碼融合步驟

3 硬件在環(huán)驗證

當PDM設計已經結束，并且做成了真實的控制器，需要對其功能進行詳細的閉環(huán)測試。選用Dspace公司的DS1006平臺，建立車輛測試模型，編譯之后將其下載到Ecoline中，并對測試的總線解析，通過ControlDesk開發(fā)出測試界面，如圖6所示，對測試功能的效果進行圖形化的顯示。測試表明，PDM模塊滿足PEPS系統(tǒng)預期功能求。

圖6 PEPS功能測試圖

4 結論

本文基于MATLAB/Simulink仿真平臺，對PEPS系統(tǒng)中電源分配模塊的控制功能進行了分析設計。通過離線仿真，驗證了算法的可靠性。利用Targetlink工具生成控制算法模型的C代碼，利用PE功能生成底層驅動代碼，并將其融合下載到控制器中，提高了軟件的開發(fā)效率。最后，建立了測試模型對真實PEPS控制系統(tǒng)進行了測試驗證，試驗結果表明，軟件設計方案能夠滿系統(tǒng)的功能要求。同時自動代碼開發(fā)技術的應用，規(guī)范了PEPS系統(tǒng)的開發(fā)流程，并使其后期的更新和升級更加高效。

[1]張曉杰.汽車PEPS無鑰匙系統(tǒng)的設計與實現[D].上海：上海交通大學，2014.

[2]王迅佳.汽車電子ECU測試系統(tǒng)的構建[J].信息技術，2012，36（11）：111-113.

[3]王曉雷，尹太元，嚴 攀.基于Matlab自動代碼生成的SVG研究[J].電力電子技術，2015，49（07）：47-49，58.

[4]董世駿，王 瑋，孫丙香，等.基于TargetLink的電池SOC估算軟件開發(fā)方法[J].電力建設，2015，36（07）：181-186.