總線式車身控制系統(tǒng)的規(guī)則化建模方法
加入技術(shù)交流群
汽車車身上安裝的電子器件和設(shè)備不斷增多，例如：電動(dòng)座椅、電動(dòng)門窗、可開(kāi)式車頂、可調(diào)式轉(zhuǎn)向盤、空調(diào)系統(tǒng)等；還有各種車燈、雨刮器、電動(dòng)門鎖、除霜器、后視鏡、喇叭、各種指示燈及各種數(shù)字式儀表（轉(zhuǎn)速表、車速表、水溫表、油量表）等。車用電子控制系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電線的數(shù)量也不斷增加。汽車車身控制系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)車身上各種器件方便靈活地綜合控制。
在傳統(tǒng)的車身控制系統(tǒng)中，采用線束通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)各種電子器件之間的相互連接和對(duì)其進(jìn)行直接控制。但是隨著器件的增加，使汽車內(nèi)部的線束日益復(fù)雜、車內(nèi)可利用空間變得越來(lái)越小，且由于線路復(fù)雜、故障率增加，造成汽車的制造成本提高，設(shè)計(jì)和維護(hù)難度也不斷增加，可靠性卻大大降低。如何對(duì)車身控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，解決上述遇到的問(wèn)題，受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外汽車業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。
二、總線式車身控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)的車身控制系統(tǒng)中的線束不僅用來(lái)傳遞信號(hào)，而且借助于線束及繼電器和開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種器件之間的控制邏輯。由于各種器件分散在車身的各個(gè)部位，因此車身控制系統(tǒng)更適合采用分布式控制系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建。
新型的車身控制系統(tǒng)采用1根總線來(lái)代替繁雜的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線束，引入軟硬件相結(jié)合的智能控制節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建車身控制系統(tǒng)。其方法是把各種器件連接到分布于車身中的多個(gè)智能控制節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)智能控制節(jié)點(diǎn)都是擁有一定計(jì)算和存儲(chǔ)資源的嵌入式處理單元。智能控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線連接在一起，通過(guò)智能控制節(jié)點(diǎn)中的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種器件的綜合控制，也即用軟件邏輯取代傳統(tǒng)車身控制系統(tǒng)中的硬件邏輯，具有更好的靈活性和易維護(hù)性。
CAN是被廣泛應(yīng)用于汽車中的一種總線技術(shù)，采用CAN總線技術(shù)構(gòu)建車身控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以串行結(jié)構(gòu)的總線代替并行結(jié)構(gòu)的線束，實(shí)現(xiàn)分布式多路傳輸，可方便地實(shí)現(xiàn)各部件之間的信息交互和共享；同時(shí)集成實(shí)時(shí)診斷、測(cè)試和故障報(bào)警等多種功能；并能通過(guò)信息屏直接給出故障位置，便于維護(hù)；任意增減功能而不會(huì)影響其它部分的工作。采用CAN總線技術(shù)構(gòu)建車身控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是未來(lái)的發(fā)展方向。
但如何設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)車身控制系統(tǒng)軟件，建立便于使用的、規(guī)范化的建模和設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
三、自動(dòng)機(jī)模型建模分析
車身控制系統(tǒng)的狀態(tài)體現(xiàn)為各種器件的狀態(tài)，器件狀態(tài)的改變是由用戶操作、傳感器檢測(cè)等觸發(fā)的離散事件驅(qū)動(dòng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)演化。車身控制系統(tǒng)是個(gè)典型的離散事件控制系統(tǒng)，通常采用有限自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行建模。典型的有限自動(dòng)機(jī)表示為一個(gè)五元組
A=（S，E，η，y0，Sm）（1）
式中S為狀態(tài)集，E為事件集，η為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，y0為初始狀態(tài)，Sm為終止?fàn)顟B(tài)集。
S是個(gè)非空集合，y0∈S，SmAS，并且η：S×E→S。其含義是：若e∈E，s1∈S，s2∈S，當(dāng)事件e發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)由s1轉(zhuǎn)變?yōu)閟2，η將S與E的乘積映射到S。
用有限自動(dòng)機(jī)模型對(duì)車身控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，首先要確定系統(tǒng)的S，其次要給出系統(tǒng)的η。車身控制系統(tǒng)中涉及的器件多，并且器件的狀態(tài)數(shù)目也較多，如果直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模，系統(tǒng)的狀態(tài)空間S將會(huì)很龐大。
假設(shè)器件個(gè)數(shù)為20，每個(gè)器件的狀態(tài)數(shù)為3，車身控制系統(tǒng)的狀態(tài)由所有器件的狀態(tài)決定，則系統(tǒng)的狀態(tài)為所有器件狀態(tài)的組合，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)數(shù)為320，狀態(tài)空間非常龐大。再考慮η可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的形式表示，三者具有等價(jià)性，可互相轉(zhuǎn)換。以狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為例，用行表示狀態(tài)機(jī)所處的當(dāng)前狀態(tài)，列表示將要到達(dá)的下一個(gè)狀態(tài)，行列交叉處表示觸發(fā)事件，則得到的是320×320的矩陣，狀態(tài)空間更加龐大。
評(píng)論