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简谈整车控制器VCU
2019-07-31 10:47:16分享到:
导读: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,采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号,根据驾驶员的意图综合分析做出相应判定后,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好坏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。

文章摘自《智驾电子》

作者:李文龙,为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。



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,采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号,根据驾驶员的意图综合分析做出相应判定后,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好坏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。

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图/新能源车系统架构



发展过程

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图-传统汽车E/E架构

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图-混合动力E/E架构


    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。各控制器独立控制车辆某一部件,无法总体考虑整车功能及性能需求。因此部分OEM为了实现整车定制功能及个性化设计,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。


行业分析

    新能源起步阶段,大概在12到15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16年到19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的功能安全及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

  

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    如果说汽车未来发展趋势是电动化、智能化(甚至是软件定义汽车),那么整车控制器未来发展必将是高度集成及安全可靠。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。

    随着行业安全标准ISO 26262《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。从产品的整个生命周期(发、生产、管理、运营、服务及报废,并在这些生命周期阶段中提供必要的支持。该标准涵盖功能性安全方面的整改开发过程,包含需求规划,系统设计、软件设计、硬件设计、实施、集成、验证、确认和配置。整个设计开发过程提出了严格的要求,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。

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图/HCU-6应用领域


满足车规12V/24V系统电源输入;

基于车规级32位MCU(三核)符合ASIL C以上;

软硬件功能安全ASIL C 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

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图/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各方深入分工与合作,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Tier2前瞻性平台解决方案或Tier1成熟产品。最终实现软硬件剥离,产品快速导入,降低开发时间风险,节省开发费用,提升整车品质及市场认可度。



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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。