简谈整车控制器 VCU

文/李文龙，新能源产品总监/西安研发中心经理，普华软件汽车电子事业部

李文龙在汽车电子控制软硬件的设计和开发方面拥有十多年的经验。先后在国内外知名汽车零部件公司担任工程师、设计主管、测试经理、开发总监。主要从事汽车电子控制ECU（EMS、BCM、HCU、VCU、电机控制MCU、TCU、DCU、ADAS等）系统的建设、设计开发、生产和测试。

概述：车辆控制单元（VCU）作为新能源汽车的中央控制单元，是整个控制系统的核心。VCU收集电机和蓄电池状态、加速踏板信号、制动踏板信号和其他执行器传感器控制器信号。基于驾驶员的驾驶意图，综合分析并做出相应判断，并监控下层各组件控制器的动作。负责车辆的正常行驶、制动能量反馈、整个发动机和动力电池的能量管理、网络管理、故障诊断和处理以及车辆状态监测，确保整车在良好的动力、高经济性和可靠性条件下正常稳定运行。可以说，车辆控制器的性能直接决定了新能源汽车的性能，发挥着举足轻重的作用。车辆控制器的发展过程可以描述为起源于传统汽车，并登陆新能源汽车。传统汽车包括发动机控制器、变速器控制器、车身控制模块、底盘控制器等。每个控制器由不同的Tier1提供，并进行定制以解决其部件的功能和性能指标。例如，EMS涉及发动机燃油经济性、排放法规和热处理。齿轮箱用于协调和切换操作杆和齿轮的动作。每个人独立控制车辆的某个部分，不能考虑车辆的整体性能和功能要求。因此，一些原始设备制造商开发了车辆控制器的初始概念，以实现车辆定制功能、个性化设计，并克服国外Tier1的高开发成本和周期。由于国内电子控制技术起步较晚，原始设备制造商对国外Tier1缺乏控制。直到新能源汽车的快速发展，混合动力迫切需要解决燃料和电池动力系统之间的有效协调，纯电动汽车需要解决车辆动力管理问题。因此，明确了车辆控制器的概念和功能定义，为VCU的快速发展奠定了基础。

混合E/E体系结构

对传统汽车E/E架构的行业分析表明，在新能源发展初期，第一代VCU产品诞生于2012-2015年左右。该技术来源于传统的汽车电子控制ECU，以发动机控制器和车身控制模块为主要技术来源。该行业的典型产品包括德尔福的HCU-2、联电的VCU、大陆H300和普华永道的第一代VCU-1。VCU-1是普华永道软件公司与国内知名原始设备制造商的合作开发，使用主从式MCU硬件解决方案和AUTOSAR 3.1.5软件平台。它是中国最早的独立AUTOSAR软硬件集成VCU解决方案。从这些制造商身上不难看出，他们的前身都是主要从事发动机和车身控制模块的零部件供应商。只有普华永道软件是国内唯一的汽车电子控制基础软件和集成软硬件解决方案提供商，开创了中国分工合作的先例。随着行业的应用和发展，车辆控制器的功能定义和安全要求逐渐明确，行业内出现了满足功能安全要求的MCU和外围芯片等新能源汽车系统解决方案。第二代产品的初始阶段是从2016年到2019年。目前，主要的行业解决方案产品包括联电的VCU8、德尔福的HCU-5、的H500和ORIE……

第二代产品PwC_HCU-6的AIS受到补贴滑坡和车辆安全事件的影响，导致两类产品符合功能安全要求，另一类产品不符合功能安全需求。然而，从长远来看，VCU和AUTOSAR软硬件平台的功能安全是必不可少的。HCU-6硬件满足ASIL-C要求，软件满足AUTOSAR4.2要求。X和功能齐全的AISL-D，实现了中国知名OEM车型的小批量装载。如果汽车的未来趋势是电动化和智能化，那么汽车控制器的未来发展将是高度集成和安全的。无论汽车发展到哪个阶段，安全性、舒适性和经济性始终是衡量汽车发展的硬指标。开放合作和分工合作是未来OEM、Tier1和Tier2的主流合作模式。行业安全标准ISO26262《道路车辆的功能安全》不断完善，功能安全设计问题在汽车领域受到高度重视。本标准评估了产品的整个生命周期，从需求到概念设计、软件设计、硬件设计，包括最终生产、报废等，并在整个生命周期中制定了严格的要求，以确保安全相关电子产品的功能故障不会造成危险。无论是FMEA（故障模式和影响分析）还是FMEDA（故障模式影响和诊断分析），从安全分析的落地到软硬件安全策略的制定，都需要不断提出对策，然后投入大量的验证策略，最终实现安全机制的覆盖。硬件主要解决单点故障、隐藏故障和诊断覆盖率问题。基于对国内外众多产品的分析和行业多年产品的设计，未来的车辆控制器将满足行业需求，总体上满足以下技术指标和服务能力。满足车辆12V/24V系统电源输入要求；基于符合ASILC或以上标准的车辆规范级32位MCU（三核）；软件和硬件功能安全ASILC或以上；满足车载ETH、FlexRay、CAN/CANFD、LIN等车载网络的发展需求；符合AUTOSAR 4.2。X基础软件平台；系统平台符合国家6项法规的要求；快速响应软件和硬件现场服务以及海上支持；基于未来的专业行业分析和平台产品；满足EV MPV HEV和传统汽车的平台应用；一种基于开放平台的软硬件合作模式。作为OEM定制车型、车辆性能和安全的载体，合作模式的车辆控制器需要OEM、Tier1和Tier2三方之间的深入合作，各自分工完成最专业的零部件。例如，作为代工的核心，应用软件应该由自己构建或寻求专业的第三方公司。基础软件应寻求专业的国内外软件Tier2，硬件应使用行业开发平台或专业Tier1。最终，通过软硬件分离、快速导入、降低开发时间风险和节省开发成本来解决成熟产品。

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