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

李文龍,擁有十多年汽車電控軟硬件設計開發(fā)經(jīng)驗,先后在國內(nèi)外知名汽車零部件公司就任工程師、設計主管、測試經(jīng)理及開發(fā)總監(jiān)等。主要從事汽車電控 ECU ( EMS、BCM、HCU、VCU、電 機 控制 MCU、TCU、DCU、ADAS 等  )系統(tǒng)搭建、設計開發(fā)、生產(chǎn)及測試工作。

概述

整車控制器VCU(Vehicle control unit)作為新能源車中央控制單元,是整個控制系統(tǒng)的核心。VCU采集電機及電池狀態(tài)、加速踏板信號、制動踏板信號及其它執(zhí)行器傳感器控制器信號,根據(jù)駕駛員的駕駛意圖綜合分析并做出相應判定后,監(jiān)控下層的各部件控制器的動作,它負責汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發(fā)動機及動力電池的能量管理、網(wǎng)絡管理、故障診斷及處理、車輛狀態(tài)監(jiān)控等,從而保證整車在較好的動力性、較高經(jīng)濟性及可靠性狀態(tài)下正常穩(wěn)定的工作。可以說整車控制器性能的優(yōu)劣直接決定了新能源汽車整車性能的好壞,起到了中流砥柱的作用。

發(fā)展過程

整車控制器可謂是起源于傳統(tǒng)汽車,落地于新能源汽車。傳統(tǒng)汽車包含發(fā)動機控制器、變速箱控制器、車身控制器、底盤控制器等,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)動機燃油經(jīng)濟性、排放法規(guī)及熱處理等。變速箱是解決操作桿與齒輪動作的  相互協(xié)調(diào)及切換。各自獨立控制車輛某一部分,無法總體考慮整  車性能與功能需求。因此部分OEM 為了實現(xiàn)整車定制功能、個性化設計、擺脫國外 Tier1 高昂的開發(fā)費及開發(fā)周期,有了整車控制器最初的概念設想。由于國內(nèi)電控技術起步晚,OEM 對國外 Tier1 的控制力不足,直到新能汽車快速發(fā)展,混合動力迫切需要解決燃油動力系統(tǒng)與電池動力系統(tǒng)之間的有效協(xié)調(diào),純電動車需要解決整車動力管理,因此明確了整車控制器的概念及  功能定義,奠定了 VCU 獲得的高速發(fā)展的基礎。

混合動力 E/E 架構

傳統(tǒng)汽車 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。技術來源于傳統(tǒng)汽車電控 ECU,以發(fā)動機控制器及車身控制器為主要技術來源。行業(yè)典型產(chǎn)品有德爾福的HCU-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(nèi)知名 OEM 合作開發(fā),采用主從 MCU 的硬件解決方案,AUTOSAR3.1.5軟件平臺,是國內(nèi)最早自主 AUTOSAR 軟硬一體化的 VCU 解決方案。從這些廠家不難看出,前身都是做發(fā)動機及車身控制器為主的零部件供應商,只有普華軟件是國內(nèi)唯一的汽車電控基礎軟件及軟硬件一體解決方案提供商,開創(chuàng)了國內(nèi)分工合作的先例。

隨著行業(yè)應用及發(fā)展,整車控制器功能定義及安全要求逐步明確,有了行業(yè)針對新能源車的系統(tǒng)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、德爾福的HCU-5、大陸 H500及普華ORIENTAIS_HCU-6,二代產(chǎn)品受制于補貼滑坡及車輛安全事件的影響,因此出現(xiàn)了符合功能安全和不符合功能安全要求的兩種產(chǎn)品。但從長遠發(fā)展來看VCU的功能安全和 AUTOSAR軟硬件平臺是勢在必行。HCU-6硬件滿足ASIL-C要求,軟件符合AUTOSAR4.2.X及功能全AISL-D,實現(xiàn)國內(nèi)知名OEM 多車型小批量及批量裝車。

未來趨勢

如果說汽車未來發(fā)展趨勢是電動化及智能化,那么整車控制器未來發(fā)展必將是高度集成化及安全化。無論汽車發(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。開放合作、分工合作是未來 OEM、Tier1 及Tier2主流合作模式。

行業(yè)安全標準ISO26262《道路車輛功能安全》不斷完善,功能安全設計議題在汽車領域已被高度重視。該標準從產(chǎn)品的整個生命周期進行評估,從需求開始,到概念設計、軟件設計、硬件設計,包括最終的生產(chǎn)、報廢等,整個生命周期都提出了嚴格的要求,來保證安全相關的電子產(chǎn)品的功能性失效不會造成危險的發(fā)生。無論是 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,最終實現(xiàn)安全機制的覆蓋。硬件主要解決單點失效、潛藏失效及診斷覆蓋率等。

技術指標

結合國內(nèi)外眾多產(chǎn)品的分析及行業(yè)多年產(chǎn)品設計,未來整車控制器滿足行業(yè)需求,一般需滿足如下技術指標及服務能力。

滿足車規(guī) 12V/24V 系統(tǒng)電源輸入;

基于車規(guī)級 32 位MCU(三核)符合 ASILC 以上;

軟硬件功能安全ASILC 以上;

滿足整車網(wǎng)絡發(fā)展需求,比如車載 ETH、FlexRay、CAN/ CANFD、LIN ;

符合AUTOSAR 4.2.X 基礎軟件平臺;

系統(tǒng)平臺符合國 6 法規(guī)要求;

快速響應的軟硬件現(xiàn)場服務及離岸支持;

專業(yè)的行業(yè)分析及立足未來的平臺產(chǎn)品;

滿足EV MPV HEV 及傳統(tǒng)車平臺化應用;

開放的平臺化軟硬件合作模式。

合作模式

整車控制器作為OEM定制化車型、整車性能及安全的載體,需要 OEM、Tier1 及 Tier2 各方開發(fā)深入合作,各自分工,做各自最專業(yè)的部分。比如應用軟件作為 OEM 的核心,自己來搭建或?qū)で髮I(yè)第三方公司,基礎軟件尋找專業(yè)的國內(nèi)外軟件Tier2,硬件采用行業(yè)開發(fā)平臺或?qū)I(yè)的 Tier1。最終解決成熟產(chǎn)品,軟硬件剝離,快速導入,降低開發(fā)時間風險,節(jié)省開發(fā)費用。

關鍵詞： VCU 控制器