简谈整车控制器VCU

普华软件汽车电子事业部, 新能源产品总监/ 西安研发中心经理 李文龙

李文龙,拥有十多年汽车电控软硬件设计开发经验,先后在国内外知名汽车零部件公司就任工程师、设计主管、测试经理及开发总监等。主要从事汽车电控 ECU ( EMS、BCM、HCU、VCU、电 机 控制 MCU、TCU、DCU、ADAS 等  )系统搭建、设计开发、生产及测试工作。

概述

整车控制器 VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元,是整个控制系统的核心。VCU 采集电机及电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号及其它执行器传感器控制器信号,根据驾驶员的驾驶意图综合分析并做出相应判定后,监控下层的各部件控制器的动作,它负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、整车发动机及动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断及处理、车辆状态监控等,从而保证整车在较好的动力性、较高经济性及可靠性状态下正常稳定的工作。可以说整车控制器性能的优劣直接决定了新能源汽车整车性能的好坏,起到了中流砥柱的作用。

发展过程

整车控制器可谓是起源于传统汽车,落地于新能源汽车。传统汽车包含发动机控制器、变速箱控制器、车身控制器、底盘控制器等,各控制器是由不同的 Tier1 提供,为解决各自零部件的功能及性能指标而定制设计。比如 EMS 是解决发动机燃油经济性、排放法规及热处理等。变速箱是解决操作杆与齿轮动作的  相互协调及切换。各自独立控制车辆某一部分,无法总体考虑整  车性能与功能需求。因此部分OEM 为了实现整车定制功能、个性化设计、摆脱国外 Tier1 高昂的开发费及开发周期,有了整车控制器最初的概念设想。由于国内电控技术起步晚,OEM 对国外 Tier1 的控制力不足,直到新能汽车快速发展,混合动力迫切需要解决燃油动力系统与电池动力系统之间的有效协调,纯电动车需要解决整车动力管理,因此明确了整车控制器的概念及  功能定义,奠定了 VCU 获得的高速发展的基础。

混合动力 E/E 架构

传统汽车 E/E 架构

行业分析

新能源起步阶段,大概在 2012-2015年诞生了第一代 VCU产品。技术来源于传统汽车电控 ECU,以发动机控制器及车身控制器为主要技术来源。行业典型产品有德尔福的HCU-2、联电的VCU、大陆的H300及普华第一代VCU-1。VCU-1 是普华软件与国内知名 OEM 合作开发,采用主从 MCU 的硬件解决方案,AUTOSAR3.1.5软件平台,是国内最早自主 AUTOSAR 软硬一体化的 VCU 解决方案。从这些厂家不难看出,前身都是做发动机及车身控制器为主的零部件供应商,只有普华软件是国内唯一的汽车电控基础软件及软硬件一体解决方案提供商,开创了国内分工合作的先例。

随着行业应用及发展,整车控制器功能定义及安全要求逐步明确,有了行业针对新能源车的系统解决方案,比如符合功能安全的 MCU及外围芯片。第二代产品起步阶段是2016-2019年。目前行业解决方案主要产品,联电的VCU8、德尔福的HCU-5、大陆 H500及普华ORIENTAIS_HCU-6,二代产品受制于补贴滑坡及车辆安全事件的影响,因此出现了符合功能安全和不符合功能安全要求的两种产品。但从长远发展来看VCU的功能安全和 AUTOSAR软硬件平台是势在必行。HCU-6硬件满足ASIL-C要求,软件符合AUTOSAR4.2.X及功能全AISL-D,实现国内知名OEM 多车型小批量及批量装车。

未来趋势

如果说汽车未来发展趋势是电动化及智能化,那么整车控制器未来发展必将是高度集成化及安全化。无论汽车发展到什么阶段,安全、舒适与经济性永远是发展的硬性指标。开放合作、分工合作是未来 OEM、Tier1 及Tier2主流合作模式。

行业安全标准ISO26262《道路车辆功能安全》不断完善,功能安全设计议题在汽车领域已被高度重视。该标准从产品的整个生命周期进行评估,从需求开始,到概念设计、软件设计、硬件设计,包括最终的生产、报废等,整个生命周期都提出了严格的要求,来保证安全相关的电子产品的功能性失效不会造成危险的发生。无论是 FMEA(Failure Mode and Effects Analysis 失效模式与影响分析),还是 FMEDA(Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis 失效模式、影响及其诊断分析),从安全分析落地到软硬件安全策略的建立,都需要不断提出应对方案,然后投入大量的验证策略,最终实现安全机制的覆盖。硬件主要解决单点失效、潜藏失效及诊断覆盖率等。

技术指标

结合国内外众多产品的分析及行业多年产品设计,未来整车控制器满足行业需求,一般需满足如下技术指标及服务能力。

满足车规 12V/24V 系统电源输入;

基于车规级 32 位MCU(三核)符合 ASILC 以上;

软硬件功能安全ASILC 以上;

满足整车网络发展需求,比如车载 ETH、FlexRay、CAN/ CANFD、LIN ;

符合AUTOSAR 4.2.X 基础软件平台;

系统平台符合国 6 法规要求;

快速响应的软硬件现场服务及离岸支持;

专业的行业分析及立足未来的平台产品;

满足EV MPV HEV 及传统车平台化应用;

开放的平台化软硬件合作模式。

合作模式

整车控制器作为OEM定制化车型、整车性能及安全的载体,需要 OEM、Tier1 及 Tier2 各方开发深入合作,各自分工,做各自最专业的部分。比如应用软件作为 OEM 的核心,自己来搭建或寻求专业第三方公司,基础软件寻找专业的国内外软件Tier2,硬件采用行业开发平台或专业的 Tier1。最终解决成熟产品,软硬件剥离,快速导入,降低开发时间风险,节省开发费用。