發(fā)射車底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)實(shí)踐

劉培文、蘇娟、許進(jìn)亮、劉云秋、黃輝 /北京航天發(fā)射技術(shù)研究所

目前，北京航天發(fā)射技術(shù)研究所在研的多個(gè)戰(zhàn)略型號(hào)導(dǎo)彈發(fā)射車上，實(shí)現(xiàn)底盤(pán)控制功能的核心系統(tǒng)——底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)在不同型號(hào)間存在差異，由于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)不同，加上底盤(pán)控制系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的研制要求，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)接口、控制策略、軟件架構(gòu)等差異較大，技術(shù)狀態(tài)多，管理困難，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)工作量大。隨著武器系統(tǒng)發(fā)展越來(lái)越快，型號(hào)研制周期越來(lái)越短，當(dāng)前研制模式已不能解決型號(hào)研制周期短與人力有限、系統(tǒng)可靠性要求高之間的矛盾。因此，開(kāi)展底盤(pán)控制系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)工作勢(shì)在必行。

一、工作與實(shí)踐

統(tǒng)型設(shè)計(jì)的目標(biāo)是對(duì)正在研制的3 個(gè)型號(hào)統(tǒng)一技術(shù)狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，對(duì)后續(xù)新研型號(hào)研制過(guò)程起到指導(dǎo)作用。底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)型的關(guān)鍵是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)型，通過(guò)桌面聯(lián)試、實(shí)車聯(lián)試試驗(yàn)對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)程狀態(tài)進(jìn)行把關(guān)，驗(yàn)證統(tǒng)型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和可靠性，并將設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過(guò)程固化到文件中，以保證系統(tǒng)狀態(tài)明確，圖文物一致。

表1 底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能

1.實(shí)踐對(duì)象

底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)由控制器、智能人機(jī)交互控制器、傳感器、控制系統(tǒng)線纜網(wǎng)、控制軟件等組成，通過(guò)采集傳感器信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制軟件執(zhí)行相應(yīng)的控制策略，主要實(shí)現(xiàn)表1 中所列控制功能、報(bào)警功能、顯示功能，要求通信采用CAN 總線通信，基于SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

2.實(shí)踐內(nèi)容

基于3 個(gè)型號(hào)底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)使用需求開(kāi)展統(tǒng)型設(shè)計(jì)工作，通過(guò)合理策劃并執(zhí)行系統(tǒng)研制流程及技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)可控、產(chǎn)品交付質(zhì)量提升、系統(tǒng)研制效率提升，增加競(jìng)標(biāo)型號(hào)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；實(shí)現(xiàn)部分控制策略、接口、軟件通用化設(shè)計(jì)，形成底盤(pán)通用研制框架；實(shí)現(xiàn)形成底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)研制要求，指導(dǎo)后續(xù)型號(hào)控制系統(tǒng)研制等目標(biāo)。

（1）統(tǒng)型項(xiàng)目管理

結(jié)合底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)使用環(huán)境惡劣、控制功能多、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)統(tǒng)型項(xiàng)目研制工作制定了覆蓋型號(hào)全生命周期的項(xiàng)目管理模型。從項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理、技術(shù)狀態(tài)控制、產(chǎn)品評(píng)審及驗(yàn)收、保障條件建設(shè)、持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)5 個(gè)方面對(duì)統(tǒng)型項(xiàng)目管理流程及方法進(jìn)行了策劃、實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證及總結(jié)，統(tǒng)型項(xiàng)目管理流程如圖1 所示。

（2）方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)統(tǒng)型的關(guān)鍵是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的統(tǒng)型，通過(guò)梳理型號(hào)控制要求，參照“三化”設(shè)計(jì)理念，制定滿足3 個(gè)型號(hào)使用的底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)方案，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2 所示。

首先，根據(jù)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，研究總線通信負(fù)載率和實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)。采用分網(wǎng)設(shè)計(jì)，分為車身控制CAN 總線（CAN1）和 動(dòng) 力CAN 總 線（CAN2）2 條，通信速率均為250kbps，通信協(xié)議依據(jù) SAE J939 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

其次，將智能人機(jī)交互控制器（HMI）、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變矩器ECU 設(shè)計(jì)在CAN2 網(wǎng)段，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變矩器ECU 屬于動(dòng)力系統(tǒng)，與HMI 通信滿足SAE J1939 要求，該網(wǎng)段主要實(shí)現(xiàn)在HMI 顯示發(fā)動(dòng)機(jī)信息、變矩器信息顯示功能，供駕駛員獲取動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)。

圖1 統(tǒng)型項(xiàng)目管理流程

再次，依據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，統(tǒng)一考慮控制器選型、控制器端口資源、控制功能劃分，以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)模塊化、控制功能通用化，并將控制器規(guī)劃為綜合控制器、通用控制器、懸架控制器。

懸架控制器主要實(shí)現(xiàn)功能是采集懸架角度傳感器、壓力、懸架調(diào)高翹板開(kāi)關(guān)等信號(hào)，控制電磁閥、比例閥等按照控制策略動(dòng)作實(shí)現(xiàn)懸架調(diào)高控制功能?？刂乒δ塥?dú)立，控制需求資源與控制器端口資源相當(dāng)，可作為獨(dú)立的模塊實(shí)現(xiàn)。

綜合控制器主要實(shí)現(xiàn)功能是采集分動(dòng)箱檔位翹板開(kāi)關(guān)信號(hào)、分動(dòng)箱檔位指示信號(hào)等，控制電磁閥等按照控制策略動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)分動(dòng)箱檔位控制功能，實(shí)現(xiàn)表1 中序號(hào)1-28 控制功能。

圖2 底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

表2 底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)軟件列表

通用控制器主要實(shí)現(xiàn)功能是作為綜合控制器端口資源的擴(kuò)展，通過(guò)其自身硬件I/O 接口，完成原始信號(hào)采集并通過(guò)CAN網(wǎng)發(fā)送給綜合控制器。同時(shí)，按綜合控制器發(fā)送的CAN 報(bào)文控制指令控制DO、PWM 端口輸出。因后續(xù)型號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在擴(kuò)展性，當(dāng)一個(gè)通用控制器資源不能滿足綜合控制功能時(shí)，可擴(kuò)展多個(gè)通用控制器。

最后，將綜合控制器、通用控制器、懸架控制器、另一路CAN 通信（HMI）設(shè)計(jì)在CAN1網(wǎng)段，主要實(shí)現(xiàn)表1 中序號(hào)1-29的控制功能。

按照方案設(shè)計(jì)，底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)需設(shè)計(jì)的控制軟件及所屬模塊劃分見(jiàn)表2。

（3）硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件選型?？刂葡到y(tǒng)硬件由單機(jī)、傳感器、插頭、線纜網(wǎng)組成，控制系統(tǒng)硬件選型、接插件點(diǎn)位定義、線纜網(wǎng)設(shè)計(jì)直接影響控制系統(tǒng)的狀態(tài)，接插件點(diǎn)位定義的確定為控制軟件的統(tǒng)型設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

系統(tǒng)單機(jī)選型。因系統(tǒng)存在可靠性、維修性、單機(jī)端口資源利用情況、環(huán)境使用要求等，綜合控制器、通用控制器、懸架控制器均選用成熟度為4 級(jí)的產(chǎn)品化單機(jī)GC30A 控制器，可減少系統(tǒng)備件種類，統(tǒng)一軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，為控制軟件架構(gòu)統(tǒng)型及縮短控制軟件周期奠定基礎(chǔ)。

傳感器選型。在滿足系統(tǒng)使用精度、測(cè)量量程、性能要求的情況下，選用同一型號(hào)傳感器，便于系統(tǒng)電氣接口統(tǒng)一和軟件設(shè)計(jì)統(tǒng)一，同時(shí)在型號(hào)應(yīng)用過(guò)程中，隨著傳感器使用量的增加，可進(jìn)一步驗(yàn)證傳感器與系統(tǒng)的匹配性。

線纜選型。由于不同型號(hào)上底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)使用環(huán)境和性能要求接近，為便于配套和狀態(tài)管理，需要統(tǒng)一線纜選型，線纜主要有CAN 總線通信電纜和信號(hào)電纜，根據(jù)線纜使用環(huán)境要求和通電載流等要求，達(dá)到系列化線纜型號(hào)。

接插件選型統(tǒng)型。對(duì)于具有相同的電氣接口要求的被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或傳感器等部件，選用同一種接插件，盡量減少接插件種類，如比例閥和電磁閥插頭屬于不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電氣接口需滿足DIN43650-A 要求，設(shè)計(jì)時(shí)選用隆寶 VAD 1F-4-3/226/2m 4A 24VDC 型號(hào)插頭，而油濾傳感器和油溫傳感器電氣接口要求均為M12X1/4 標(biāo)準(zhǔn)插頭，因信號(hào)點(diǎn)定義不同，設(shè)計(jì)時(shí)均選用科瑞CWF4-M12S-100 US T 插頭。

接插件點(diǎn)位定義。接插件分為傳感器（轉(zhuǎn)角傳感器、溫度傳感器、油濾傳感器等）、執(zhí)行器（如電磁閥、比例閥等）和控制器接插件等，在統(tǒng)一傳感器選型后，傳感器接插件統(tǒng)一，傳感器接插件信號(hào)的點(diǎn)位定義統(tǒng)一，執(zhí)行器多為比例閥和電磁閥，在使用過(guò)程中對(duì)方形插頭的點(diǎn)位定義不作要求，統(tǒng)型設(shè)計(jì)時(shí)為明確接插件點(diǎn)位定義，其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)按此要求明確。

線纜網(wǎng)設(shè)計(jì)。完成控制器插頭點(diǎn)位、傳感器插頭點(diǎn)位、執(zhí)行器接插件點(diǎn)位規(guī)劃定義設(shè)計(jì)后，基于整車三維模型布置線纜網(wǎng)三維模型，根據(jù)線束在整車底盤(pán)走向、布局，確定線束分網(wǎng)設(shè)計(jì)、分叉方向、分支長(zhǎng)度等，指導(dǎo)線束圖紙出圖工作。通過(guò)線束分網(wǎng)設(shè)計(jì)，可規(guī)劃出通用電纜和特制用電纜，通用電纜在不同型號(hào)間通用，專用電纜為型號(hào)定制。該過(guò)程可合理確定線纜長(zhǎng)度，避免線束預(yù)留太長(zhǎng)，降低了線束制作成本；通用電纜的規(guī)劃，可有效減少不同型號(hào)線纜網(wǎng)圖紙出圖工作，從而提升系統(tǒng)研制效率。

（4）數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)流向設(shè)計(jì)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流明確數(shù)據(jù)流向，各控制器在通過(guò)自身DI/AD 等端口采集、DO/PWM 輸出信號(hào)外，通過(guò)CAN 總線與系統(tǒng)其它控制器通信，以盡量減少數(shù)據(jù)耦合的原則，按照模塊劃分設(shè)計(jì)子模塊數(shù)據(jù)流，包括綜合控制模塊數(shù)據(jù)流、懸架調(diào)高控制模塊數(shù)據(jù)流、動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)流。

圖3 綜合控制模塊數(shù)據(jù)流

綜合控制模塊數(shù)據(jù)流（見(jiàn)圖3）。綜合控制器采集開(kāi)關(guān)量傳感器信號(hào)、模擬量傳感器信號(hào)，通過(guò)CAN 總線接收通用控制器發(fā)送的開(kāi)關(guān)量模擬量狀態(tài)報(bào)文，并通過(guò)綜合控制軟件執(zhí)行控制策略后，控制功率輸出端口、PWM 輸出端口輸出，向通用控制器發(fā)送控制指令，控制通用功率輸出端口、PWM 輸出端口輸出，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。綜合控制器通過(guò)CAN1 總線向HMI發(fā)送狀態(tài)報(bào)文和報(bào)警報(bào)文，HMI顯示后提示駕駛員。例如，分動(dòng)箱檔位控制功能，綜合控制器采集分動(dòng)箱高低檔切換開(kāi)關(guān)、分動(dòng)箱低檔開(kāi)關(guān)、分動(dòng)箱高檔指示傳感器信號(hào)、分動(dòng)箱低檔指示傳感器信號(hào)、分動(dòng)箱空檔指示傳感器信號(hào)，通過(guò)綜合控制軟件執(zhí)行分動(dòng)箱檔位控制策略后，控制分動(dòng)箱高檔電磁閥、分動(dòng)箱低檔電磁閥、分動(dòng)箱空檔電磁閥端口輸出，并向通用控制器發(fā)送功率端口輸出控制指令，控制通用控制器分動(dòng)箱高檔電磁閥（備）、分動(dòng)箱低檔電磁閥（備）、分動(dòng)箱空檔電磁閥（備）端口輸出，實(shí)現(xiàn)分動(dòng)箱檔位控制功能。

圖4 PDU數(shù)據(jù)幀格式

懸架調(diào)高控制模塊數(shù)據(jù)流。懸架調(diào)高控制模塊通過(guò)HMI 人機(jī)交互界面操作，將單步調(diào)高、空載公路模式自動(dòng)調(diào)高、滿載公路模式自動(dòng)調(diào)高、鐵路模式自動(dòng)調(diào)高控制等懸架調(diào)高控制指令通過(guò)CAN1 總線下發(fā)到懸架控制器，懸架控制器接收控制指令，并采集傳感器信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)等，通過(guò)懸架調(diào)高控制軟件執(zhí)行調(diào)高控制策略，使用功率輸出端口控制電磁閥，并將調(diào)高控制狀態(tài)信息和報(bào)警信息通過(guò)CAN1總線發(fā)送到HMI 顯示，實(shí)現(xiàn)懸架調(diào)高控制功能。

表3 標(biāo)識(shí)符ID說(shuō)明

動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)流。動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)顯示主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力CAN 總線上發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)摩托小時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力等）和變速器狀態(tài)（變矩器溫度、變矩器）顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變矩器ECU 按照SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口將狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息發(fā)送到HMI，HMI 接收后進(jìn)行顯示。

數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)。明確數(shù)據(jù)流向后，不同節(jié)點(diǎn)間通信格式按照SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，圖4為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）格式，ID 唯一標(biāo)志通信報(bào)文，ID 的組成見(jiàn)表3，報(bào)文優(yōu)先級(jí)按照表中分 配，PDU 中PGN 碼 對(duì) 應(yīng) 數(shù)據(jù)段唯一一組數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容類型確定報(bào)文優(yōu)先級(jí)P，SA 為控制器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)SA、PGN 碼、優(yōu)先級(jí)P 確定后，報(bào)文ID 便確定了，報(bào)文內(nèi)容隨之確定。

節(jié)點(diǎn)號(hào)SA 定義。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和變矩器ECU 節(jié)點(diǎn)號(hào)在SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)中公路設(shè)備行業(yè)組里定義了首選地址，綜合控制器、通用控制器、懸架控制器、HMI節(jié)點(diǎn)號(hào)需用戶自定義，參照SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)分配系統(tǒng)各控制器默認(rèn)節(jié)點(diǎn)號(hào)（見(jiàn)表4），并分配14個(gè)通用控制器節(jié)點(diǎn)號(hào)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展多個(gè)通用控制器；若系統(tǒng)需要改變控制器節(jié)點(diǎn)號(hào)時(shí)，可通過(guò)軟件配置功能進(jìn)行靈活更改。

PGN 碼分配。動(dòng)力總線上發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變矩器ECU 發(fā)送的報(bào)文中，PGN 碼使用SAE J1939 標(biāo)準(zhǔn)定義的格式，HMI 按照固定格式解析。綜合控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)中的PGN 碼使用J1939 標(biāo)準(zhǔn)中用戶自定義區(qū)格式，各控制器使用PGN 碼分配(見(jiàn)表5)。

PGN 碼對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)格式定義。明確各控制器PGN 碼使用范圍后，定義各PGN 碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，如PGN 碼0XFF96 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為左前懸架高度值、右前懸架高度值、左后懸架高度值、右后懸架高度值，并規(guī)定PGN 碼0XFF96 對(duì)應(yīng)的發(fā)送周期為默認(rèn)值500ms，可通過(guò)軟件配置為所需的值，來(lái)滿足不同系統(tǒng)對(duì)發(fā)送周期的要求，根據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容確定該報(bào)文為狀態(tài)報(bào)文，優(yōu)先級(jí)定義為6。按照該方式定義綜合控制器、通用控制器、懸架控制器、HMI中PGN 碼對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，可達(dá)到不同型號(hào)間，同的數(shù)據(jù)由相同的協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)統(tǒng)一。

（5）軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

底盤(pán)控制系統(tǒng)軟件統(tǒng)型設(shè)計(jì)原則為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、編譯環(huán)境以及軟件運(yùn)行環(huán)境統(tǒng)一；統(tǒng)型控制軟件以軟件配置項(xiàng)為最小單元可以兼容由于軟硬件接口及控制策略不同帶來(lái)的差異；組成控制軟件的中間件（DSP、CSP、COP 層）通過(guò)庫(kù)文件的方式提供給應(yīng)用層集成使用；控制軟件基于狀態(tài)機(jī)分層設(shè)計(jì)架構(gòu)，軟硬件接口的改變不會(huì)引起流程控制模塊改變；可以通過(guò)CAN 總線配置查詢方式實(shí)現(xiàn)接口、控制功能、單機(jī)運(yùn)行參數(shù)、流程運(yùn)行參數(shù)、軟件工作模式與系統(tǒng)使用場(chǎng)景的匹配。

表4 控制器節(jié)點(diǎn)定義

表5 各控制器PGN碼分配

圖5 軟件結(jié)構(gòu)圖

嵌入式控制軟件框架設(shè)計(jì)。首先按照嵌入式控制軟件分層設(shè)計(jì)思路規(guī)劃項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，具體分為硬件支持層軟件（BSP）、驅(qū)動(dòng)層軟件（DSP、CSP、ESP）、協(xié)議層軟件（COP）及應(yīng)用層軟件，如5 所示。

圖6 軟件功能模塊調(diào)用關(guān)系圖

圖7 控制流程狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

軟件硬件支持層、驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層軟件均為獨(dú)立的庫(kù)文件，文件中集成了應(yīng)用層使用所需要的硬件及CAN 總線采集和輸出標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)，應(yīng)用層軟件只需在項(xiàng)目中集成時(shí)選用控制器適配的庫(kù)文件，并對(duì)CAN 總線波特率等參數(shù)進(jìn)行配置即可實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層的集成，避免了由于型號(hào)使用需求造成硬件運(yùn)行平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)的更換帶來(lái)的軟件更改及維護(hù)的工作量。

統(tǒng)一應(yīng)用層軟件框架，將應(yīng)用層軟件功能分為初始化、CAN 數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)計(jì)時(shí)、設(shè)備采集、工作處理、周期處理功能。各功能模塊在主循環(huán)中順序調(diào)用，完成功能及調(diào)用關(guān)系，如圖6 所示。

流程控制功能在工作處理模塊中實(shí)現(xiàn)。采用有限狀態(tài)機(jī)的方式時(shí)，將各功能模塊的功能進(jìn)行一定粒度的劃分，提升軟件運(yùn)行效率，即劃分出來(lái)的工作片段占用毫秒級(jí)（不超過(guò)1ms）及以下的處理時(shí)間，多個(gè)工作片段共同完成該功能，并且每個(gè)工作片段完成后能夠回到主循環(huán)，不影響其他功能模塊工作的實(shí)時(shí)性。有限狀態(tài)機(jī)以“事件驅(qū)動(dòng)”方式工作，在確定轉(zhuǎn)移條件發(fā)生時(shí)作出相應(yīng)動(dòng)作，變更工作狀態(tài)，以流程控制為例的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，如圖7 所示。

嵌入式軟件外部接口設(shè)計(jì)。在軟件統(tǒng)型設(shè)計(jì)中采用總線配置的方式實(shí)現(xiàn)CAN 總線數(shù)據(jù)處理映射地址及控制器端口資源索引號(hào)的動(dòng)態(tài)可配，解決由于各個(gè)型號(hào)系統(tǒng)控制器端口資源分配不同，導(dǎo)致CAN 總線發(fā)送接收數(shù)據(jù)映射、控制對(duì)象、采集對(duì)象對(duì)應(yīng)的硬件連接點(diǎn)號(hào)不同的問(wèn)題。用戶可通過(guò)CAN 總線進(jìn)行節(jié)點(diǎn)號(hào)及資源索引號(hào)的配置，實(shí)現(xiàn)同一軟件僅修改配置參數(shù)即可滿足各型號(hào)使用需求的目的。

表6 復(fù)用設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)清單

軟件整個(gè)資源定義分為內(nèi)部資源和外部資源。內(nèi)部資源只供功能流程使用，外部資源為通過(guò)CAN 總線或硬件處理實(shí)現(xiàn)的輸入輸出。內(nèi)部資源和外部資源之間經(jīng)過(guò)映射層和解析層進(jìn)行設(shè)計(jì)。外部資源讀取配置好的控制器端口定義映射入原始數(shù)據(jù)資源表；再經(jīng)過(guò)公式解析層將原始數(shù)據(jù)資源解析成功能流程可以直接使用的資源變量后經(jīng)過(guò)錄入進(jìn)入內(nèi)部資源輸入表。反之，經(jīng)過(guò)功能流程模塊處理后的控制量錄入內(nèi)部資源輸出表，經(jīng)過(guò)公式解析層解析后，通過(guò)映射層分別映射到不同的外部資源模塊。

在該軟件框架下，外部資源的變化不會(huì)影響到功能模塊的更改?？赏ㄟ^(guò)CAN 總線配置資源索引號(hào)，以適應(yīng)增加和減少相應(yīng)外部資源、相同類型外部資源的調(diào)換、外部資源物理參數(shù)發(fā)生改變等外部資源的變化。

嵌入式軟件復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)方案提出的軟件設(shè)計(jì)需求，控制軟件驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層均通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化配置接口及函數(shù)封裝實(shí)現(xiàn)中間件層完全復(fù)用，應(yīng)用層的初始化、CAN 數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)計(jì)時(shí)、設(shè)備采集、工作處理、周期處理功能中除設(shè)備采集、工作處理、周期處理模塊均實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件級(jí)完全復(fù)用。設(shè)備采集、工作處理、周期處理模塊通過(guò)分層及標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了函數(shù)級(jí)完全復(fù)用。復(fù)用設(shè)計(jì)清單及關(guān)鍵技術(shù)（見(jiàn)表6）。流程控制模塊通過(guò)統(tǒng)一設(shè)計(jì)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了流程控制函數(shù)部分復(fù)用。

軟件流程控制模塊通用設(shè)計(jì)框架如圖8 所示。

（6）系統(tǒng)調(diào)試

統(tǒng)型系統(tǒng)研制過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量把關(guān)，并從系統(tǒng)研制全生命周期提高研制效率，在系統(tǒng)研制過(guò)程進(jìn)行聯(lián)試試驗(yàn)。

軟件桌面聯(lián)試。軟件設(shè)計(jì)完成后，系統(tǒng)人員組織設(shè)計(jì)人員在建立的軟件聯(lián)試平臺(tái)上進(jìn)行軟件桌面聯(lián)調(diào)工作，重點(diǎn)調(diào)試軟件功能項(xiàng)實(shí)現(xiàn)正確性、數(shù)據(jù)流傳遞過(guò)程中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的正確性，根據(jù)調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題迭代完善軟件。

系統(tǒng)桌面聯(lián)試。線纜網(wǎng)生產(chǎn)完成后，搭建控制器、線纜網(wǎng)聯(lián)試環(huán)境，利用系統(tǒng)研制過(guò)程設(shè)計(jì)的狀態(tài)監(jiān)控軟件，通過(guò)單設(shè)備操作功能及狀態(tài)顯示功能，系統(tǒng)人員組織完成系統(tǒng)桌面聯(lián)試，重點(diǎn)調(diào)試系統(tǒng)線纜之間信號(hào)傳遞設(shè)計(jì)的正確性及接口匹配性，在系統(tǒng)裝車調(diào)試前完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)驗(yàn)證，為后續(xù)整車總裝調(diào)試節(jié)省時(shí)間，提高型號(hào)研制效率。

圖8 流程控制模塊設(shè)計(jì)流程

實(shí)車聯(lián)試。實(shí)車聯(lián)試主要是與液壓系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等外系統(tǒng)間完成系統(tǒng)匹配調(diào)試，并在實(shí)車上彎沉系統(tǒng)驗(yàn)證。

二、實(shí)踐效果及后續(xù)思路

目前，研究所已完成3 個(gè)型號(hào)統(tǒng)型設(shè)計(jì)，并完成系統(tǒng)實(shí)車驗(yàn)證，3 個(gè)型號(hào)上控制系統(tǒng)工作正常，問(wèn)題發(fā)生概率較以前大大減小，提升了系統(tǒng)質(zhì)量。

這次統(tǒng)型實(shí)踐統(tǒng)一了3 個(gè)型號(hào)發(fā)射車底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，為后續(xù)系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)完善奠定基礎(chǔ)。發(fā)射車底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)將控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量由3 個(gè)型號(hào)研制壓縮至1 個(gè)型號(hào)研制。統(tǒng)一的硬件選型有效縮減了產(chǎn)品種類，降低采購(gòu)和生產(chǎn)成本。采用統(tǒng)型設(shè)計(jì)方案可縮減研制和生產(chǎn)周期，提升型號(hào)研制效率和可靠性，在后續(xù)競(jìng)標(biāo)的型號(hào)研制中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速集成，提升型號(hào)競(jìng)爭(zhēng)力。

統(tǒng)型工作探索并實(shí)踐了在同類控制系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一控制軟硬件開(kāi)發(fā)及運(yùn)行平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)流及軟硬件接口、統(tǒng)一軟件設(shè)計(jì)框架，將軟件復(fù)用領(lǐng)域由傳統(tǒng)的通信層、驅(qū)動(dòng)層擴(kuò)展至數(shù)據(jù)處理層、流程控制層；將軟件復(fù)用模式由傳統(tǒng)的集成源代碼及修改宏定義形式復(fù)用轉(zhuǎn)變?yōu)榧蓭?kù)函數(shù)、修改裝訂參數(shù)形式，促進(jìn)了軟件技術(shù)狀態(tài)可控，形成了控制軟件產(chǎn)品化工作成果2 項(xiàng)，為后續(xù)控制軟件系統(tǒng)快速集成的目標(biāo)提供了可參考的方法。

通過(guò)該輪統(tǒng)型工作的開(kāi)展，梳理形成了通用底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)研制流程及規(guī)范模版，并提煉總結(jié)出4 個(gè)通用軟件配置項(xiàng)、52 個(gè)中間件及復(fù)用模塊，軟件復(fù)用率高達(dá)85%，為后續(xù)發(fā)射車控制系統(tǒng)統(tǒng)型工作的開(kāi)展提供了指導(dǎo)。

后續(xù)，研究所將開(kāi)展統(tǒng)型工作設(shè)計(jì)要求、要點(diǎn)、流程、規(guī)范優(yōu)化工作，形成底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境及模版指南，約束和指導(dǎo)后續(xù)底盤(pán)電氣控制系統(tǒng)研制，并為其他控制系統(tǒng)統(tǒng)型設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。開(kāi)展正向設(shè)計(jì)工作，迭代完善統(tǒng)型控制系統(tǒng)，提升控制系統(tǒng)可靠性和成熟度，并將統(tǒng)型后底盤(pán)電氣控制統(tǒng)型的子模塊（綜合控制模塊、懸架控制模塊）推廣到新研型號(hào)應(yīng)用。