普華軟件汽車電子事業部, 新能源產品總監/ 西安研發中心經理 李文龍

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

概述

整車控制器VCU(Vehicle control unit)作為新能源車中央控制單元,是整個控制系統的核心。VCU采集電機及電池狀態、加速踏板信號、制動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作,它負責汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發動機及動力電池的能量管理、網絡管理、故障診斷及處理、車輛狀態監控等,從而保證整車在較好的動力性、較高經濟性及可靠性狀態下正常穩定的工作。可以說整車控制器性能的優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。

發展過程

整車控制器可謂是起源于傳統汽車,落地于新能源汽車。傳統汽車包含發動機控制器、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 是解決發動機燃油經濟性、排放法規及熱處理等。變速箱是解決操作桿與齒輪動作的  相互協調及切換。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 為了實現整車定制功能、個性化設計、擺脫國外 Tier1 高昂的開發費及開發周期,有了整車控制器最初的概念設想。由于國內電控技術起步晚,OEM 對國外 Tier1 的控制力不足,直到新能汽車快速發展,混合動力迫切需要解決燃油動力系統與電池動力系統之間的有效協調,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 獲得的高速發展的基礎。

混合動力 E/E 架構

傳統汽車 E/E 架構

行業分析

新能源起步階段,大概在 2012-2015年誕生了第一代 VCU產品。技術來源于傳統汽車電控 ECU,以發動機控制器及車身控制器為主要技術來源。行業典型產品有德爾福的HCU-2、聯電的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 合作開發,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。從這些廠家不難看出,前身都是做發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,開創了國內分工合作的先例。

隨著行業應用及發展,整車控制器功能定義及安全要求逐步明確,有了行業針對新能源車的系統解決方案,比如符合功能安全的 MCU及外圍芯片。第二代產品起步階段是2016-2019年。目前行業解決方案主要產品,聯電的VCU8、德爾福的HCU-5、大陸 H500及普華ORIENTAIS_HCU-6,二代產品受制于補貼滑坡及車輛安全事件的影響,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品。但從長遠發展來看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,實現國內知名OEM 多車型小批量及批量裝車。

未來趨勢

如果說汽車未來發展趨勢是電動化及智能化,那么整車控制器未來發展必將是高度集成化及安全化。無論汽車發展到什么階段,安全、舒適與經濟性永遠是發展的硬性指標。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、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品的功能性失效不會造成危險的發生。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

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

滿足車規 12V/24V 系統電源輸入;

基于車規級 32 位MCU(三核)符合 ASILC 以上;

軟硬件功能安全ASILC 以上;

滿足整車網絡發展需求,比如車載 ETH、FlexRay、CAN/ CANFD、LIN ;

符合AUTOSAR 4.2.X 基礎軟件平臺;

系統平臺符合國 6 法規要求;

快速響應的軟硬件現場服務及離岸支持;

專業的行業分析及立足未來的平臺產品;

滿足EV MPV HEV 及傳統車平臺化應用;

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 各方開發深入合作,各自分工,做各自最專業的部分。比如應用軟件作為 OEM 的核心,自己來搭建或尋求專業第三方公司,基礎軟件尋找專業的國內外軟件Tier2,硬件采用行業開發平臺或專業的 Tier1。最終解決成熟產品,軟硬件剝離,快速導入,降低開發時間風險,節省開發費用。

關鍵詞： VCU 控制器