簡(jiǎn)談?wù)?chē)控制器VCU

普華軟件汽車(chē)電子事業(yè)部, 新能源產(chǎn)品總監/ 西安研發(fā)中心經(jīng)理 李文龍

李文龍,擁有十多年汽車(chē)電控軟硬件設計開(kāi)發(fā)經(jīng)驗,先后在國內外知名汽車(chē)零部件公司就任工程師、設計主管、測試經(jīng)理及開(kāi)發(fā)總監等。主要從事汽車(chē)電控 ECU ( EMS、BCM、HCU、VCU、電 機 控制 MCU、TCU、DCU、ADAS 等  )系統搭建、設計開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及測試工作。

概述

整車(chē)控制器 VCU(Vehicle control unit)作為新能源車(chē)中央控制單元,是整個(gè)控制系統的核心。VCU 采集電機及電池狀態(tài)、加速踏板信號、制動(dòng)踏板信號及其它執行器傳感器控制器信號,根據駕駛員的駕駛意圖綜合分析并做出相應判定后,監控下層的各部件控制器的動(dòng)作,它負責汽車(chē)的正常行駛、制動(dòng)能量回饋、整車(chē)發(fā)動(dòng)機及動(dòng)力電池的能量管理、網(wǎng)絡(luò )管理、故障診斷及處理、車(chē)輛狀態(tài)監控等,從而保證整車(chē)在較好的動(dòng)力性、較高經(jīng)濟性及可靠性狀態(tài)下正常穩定的工作?？梢哉f(shuō)整車(chē)控制器性能的優(yōu)劣直接決定了新能源汽車(chē)整車(chē)性能的好壞,起到了中流砥柱的作用。

發(fā)展過(guò)程

整車(chē)控制器可謂是起源于傳統汽車(chē),落地于新能源汽車(chē)。傳統汽車(chē)包含發(fā)動(dòng)機控制器、變速箱控制器、車(chē)身控制器、底盤(pán)控制器等,各控制器是由不同的 Tier1 提供,為解決各自零部件的功能及性能指標而定制設計。比如 EMS 是解決發(fā)動(dòng)機燃油經(jīng)濟性、排放法規及熱處理等。變速箱是解決操作桿與齒輪動(dòng)作的  相互協(xié)調及切換。各自獨立控制車(chē)輛某一部分,無(wú)法總體考慮整  車(chē)性能與功能需求。因此部分OEM 為了實(shí)現整車(chē)定制功能、個(gè)性化設計、擺脫國外 Tier1 高昂的開(kāi)發(fā)費及開(kāi)發(fā)周期,有了整車(chē)控制器最初的概念設想。由于國內電控技術(shù)起步晚,OEM 對國外 Tier1 的控制力不足,直到新能汽車(chē)快速發(fā)展,混合動(dòng)力迫切需要解決燃油動(dòng)力系統與電池動(dòng)力系統之間的有效協(xié)調,純電動(dòng)車(chē)需要解決整車(chē)動(dòng)力管理,因此明確了整車(chē)控制器的概念及  功能定義,奠定了 VCU 獲得的高速發(fā)展的基礎。

混合動(dòng)力 E/E 架構

傳統汽車(chē) E/E 架構

行業(yè)分析

新能源起步階段,大概在 2012-2015年誕生了第一代 VCU產(chǎn)品。技術(shù)來(lái)源于傳統汽車(chē)電控 ECU,以發(fā)動(dòng)機控制器及車(chē)身控制器為主要技術(shù)來(lái)源。行業(yè)典型產(chǎn)品有德?tīng)柛５腍CU-2、聯(lián)電的VCU、大陸的H300及普華第一代VCU-1。VCU-1 是普華軟件與國內知名 OEM 合作開(kāi)發(fā),采用主從 MCU 的硬件解決方案,AUTOSAR3.1.5軟件平臺,是國內最早自主 AUTOSAR 軟硬一體化的 VCU 解決方案。從這些廠(chǎng)家不難看出,前身都是做發(fā)動(dòng)機及車(chē)身控制器為主的零部件供應商,只有普華軟件是國內唯一的汽車(chē)電控基礎軟件及軟硬件一體解決方案提供商,開(kāi)創(chuàng )了國內分工合作的先例。

隨著(zhù)行業(yè)應用及發(fā)展,整車(chē)控制器功能定義及安全要求逐步明確,有了行業(yè)針對新能源車(chē)的系統解決方案,比如符合功能安全的 MCU及外圍芯片。第二代產(chǎn)品起步階段是2016-2019年。目前行業(yè)解決方案主要產(chǎn)品,聯(lián)電的VCU8、德?tīng)柛５腍CU-5、大陸 H500及普華ORIENTAIS_HCU-6,二代產(chǎn)品受制于補貼滑坡及車(chē)輛安全事件的影響,因此出現了符合功能安全和不符合功能安全要求的兩種產(chǎn)品。但從長(cháng)遠發(fā)展來(lái)看VCU的功能安全和 AUTOSAR軟硬件平臺是勢在必行。HCU-6硬件滿(mǎn)足ASIL-C要求,軟件符合AUTOSAR4.2.X及功能全AISL-D,實(shí)現國內知名OEM 多車(chē)型小批量及批量裝車(chē)。

未來(lái)趨勢

如果說(shuō)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展趨勢是電動(dòng)化及智能化,那么整車(chē)控制器未來(lái)發(fā)展必將是高度集成化及安全化。無(wú)論汽車(chē)發(fā)展到什么階段,安全、舒適與經(jīng)濟性永遠是發(fā)展的硬性指標。開(kāi)放合作、分工合作是未來(lái) OEM、Tier1 及Tier2主流合作模式。

行業(yè)安全標準ISO26262《道路車(chē)輛功能安全》不斷完善,功能安全設計議題在汽車(chē)領(lǐng)域已被高度重視。該標準從產(chǎn)品的整個(gè)生命周期進(jìn)行評估,從需求開(kāi)始,到概念設計、軟件設計、硬件設計,包括最終的生產(chǎn)、報廢等,整個(gè)生命周期都提出了嚴格的要求,來(lái)保證安全相關(guān)的電子產(chǎn)品的功能性失效不會(huì )造成危險的發(fā)生。無(wú)論是 FMEA(Failure Mode and Effects Analysis 失效模式與影響分析),還是 FMEDA(Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis 失效模式、影響及其診斷分析),從安全分析落地到軟硬件安全策略的建立,都需要不斷提出應對方案,然后投入大量的驗證策略,最終實(shí)現安全機制的覆蓋。硬件主要解決單點(diǎn)失效、潛藏失效及診斷覆蓋率等。

技術(shù)指標

結合國內外眾多產(chǎn)品的分析及行業(yè)多年產(chǎn)品設計,未來(lái)整車(chē)控制器滿(mǎn)足行業(yè)需求,一般需滿(mǎn)足如下技術(shù)指標及服務(wù)能力。

滿(mǎn)足車(chē)規 12V/24V 系統電源輸入;

基于車(chē)規級 32 位MCU(三核)符合 ASILC 以上;

軟硬件功能安全ASILC 以上;

滿(mǎn)足整車(chē)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展需求,比如車(chē)載 ETH、FlexRay、CAN/ CANFD、LIN ;

符合AUTOSAR 4.2.X 基礎軟件平臺;

系統平臺符合國 6 法規要求;

快速響應的軟硬件現場(chǎng)服務(wù)及離岸支持;

專(zhuān)業(yè)的行業(yè)分析及立足未來(lái)的平臺產(chǎn)品;

滿(mǎn)足EV MPV HEV 及傳統車(chē)平臺化應用;

開(kāi)放的平臺化軟硬件合作模式。

合作模式

整車(chē)控制器作為OEM定制化車(chē)型、整車(chē)性能及安全的載體,需要 OEM、Tier1 及 Tier2 各方開(kāi)發(fā)深入合作,各自分工,做各自最專(zhuān)業(yè)的部分。比如應用軟件作為 OEM 的核心,自己來(lái)搭建或尋求專(zhuān)業(yè)第三方公司,基礎軟件尋找專(zhuān)業(yè)的國內外軟件Tier2,硬件采用行業(yè)開(kāi)發(fā)平臺或專(zhuān)業(yè)的 Tier1。最終解決成熟產(chǎn)品,軟硬件剝離,快速導入,降低開(kāi)發(fā)時(shí)間風(fēng)險,節省開(kāi)發(fā)費用。