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簡談整車控制器VCU

2019-07-09 來源:普華


圖/新能源車系統架構

整車控制器VCU(Vehicle control unit)作爲新能源車中央控制單元,是整個控制系統的核心。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。可以说整車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。

發展過程

圖-傳統汽車E/E架構

圖-混合動力E/E架構

整車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,爲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。變速箱是解決操作杆與齒輪動作的相互協調及切換。各控制器獨立控制車輛某一部件,無法總體考慮整車功能及性能需求。因此部分OEM爲了實現整車定制功能及個性化設計,擺脫國外Tier1高昂的开发费及开发周期,有了整車控制器最初的概念设想。由于国内电控技术起步晚,OEM對國外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統与电池动力系統之间的有效协调,纯电动车需要解决整车动力管理,因此明确了整車控制器的概念及功能定义,奠定了VCU獲得的高速發展的基礎。

行業分析

新能源起步階段,大概在1215年誕生了第一代VCU産品。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爲主要技術來源。行業典型産品有德爾福的HCU-2、聯電的VCU、大陸的H300及普華第一代VCU-1VCU-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軟件平台,是國內最早自主AUTOSAR軟硬一體化的VCU解決方案。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決方案提供商,开创了国内分工合作的先例。

随着行业应用及发展,整車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統解決方案,比如符合功能安全的MCU及外圍芯片。第二代産品起步階段是16年到19年。目前行业解決方案主要产品,联电的VCU8、德爾福的HCU-5、大陸H500及普華ORIENTAIS_HCU-6,二代産品受制于補貼滑坡及車輛安全事件影響,因此出現了符合功能安全和不符合功能安全要求的兩種産品。但從長遠發展來看VCU的功能安全及AUTOSAR軟硬件平台是勢在必行。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

圖/汽車發展

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),那么整車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OEMTier1Tier2主流合作模式。

隨著行業安全標准ISO 26262《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。從産品的整個生命周期(發、生産、管理、運營、服務及報廢,並在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標准涵蓋功能性安全方面的整改開發過程,包含需求規劃,系統設計、軟件設計、硬件設計、實施、集成、驗證、確認和配置。整個設計開發過程提出了嚴格的要求,來保證安全相關的電子産品的功能性失效不會造成危險的發生。無論是FMEAFailure Mode and Effects Analysis失效模式與影響分析),還是FMEDAFailure 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,然後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

结合国内外众多产品的分析及行业多年产品设计,未来整車控制器满足行业需求,一般需满足如下技術指標及服务能力。


圖/HCU-6應用領域


  • ·         滿足車規12V/24V系統;
  • ·         基于车规级32MCU(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ETHFlexRayCAN/ CANFD,LIN
  • ·         符合AUTOSAR 4.2.X基础软件平台;
  • ·         系統平台符合国6法規要求;
  • ·         快速响应的软硬件现场服务及离岸支持;
  • ·         专业的行業分析及立足未来的平台产品;
  • ·         满足EVHEV及傳統車平台化應用;
  • ·         开放的平台化软硬件合作模式。


合作模式

圖/合作模式

整車控制器作为OEM定制化車型、整車性能及安全的載體,需要OEMTier1Tier2各方深入分工與合作,做各自最專業的部分。比如應用軟件作爲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Tier2前瞻性平台解決方案或Tier1成熟産品。最終實現軟硬件剝離,産品快速導入,降低開發時間風險,節省開發費用,提升整車品質及市場認可度。

 


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