倪㊀俊㊀(上汽大众汽车有限公司ꎬ上海２０１８０５)
ʌ摘要ɔ㊀现代汽车电子电器功能越来越多ꎬ电子控制器的软件复杂程度越来越高ꎬ因此软件缺陷类型和数量大量增加ꎮ软件版本迭代更新频繁ꎬ需要对整车级别的电子控制器进行软件版本集成管理ꎮ文章介绍了一种行之有效的方法ꎬ确保批量整车电子电器功能安全可靠且符合中国用户使用需求ꎮ
ʌＡｂｓｔｒａｃｔɔ㊀Ｉｎｔｈｅｍｏｄｅｒｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅꎬｔｈｅｒｅａｒｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｕｎｃ￣ｔｉｏｎｓꎬａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅＥＣＵ(ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ)ｂｅｃｏｍｅｓｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒꎬｓｏｔｈａｔｔｈｅｔｙｐｅａｎｄｎｕｍｂｅｒｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｆｅｃｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ.ＳｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｐｄａｔｅｄｔｏｆｉｘｂｕｇｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙꎬａｎｄｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｏｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆａｌｌＥＣＵｓｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅｖｅ￣ｈｉｃｌｅ.ＩｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅꎬａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｓｅｒｉｅｓａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｒｅｓａｆｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅꎬａｎｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅｃｕｓｔｏｍｅｒｓ.
ʌ关键词ɔ㊀电子控制器㊀整车软件㊀集成管理㊀功能性评价试验
ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ.１００７￣４５５４.２０２０.０２.０９
０㊀引言
现代汽车的电子电器功能越来越繁多ꎬ业内已开始 用软件定义汽车 ꎬ以满足用户对汽车 好用好玩 的新需求ꎮ整车上的电子控制器(ＥＣＵ)随之增多ꎬ构成的电控系统变得更庞大ꎬ软件复杂程度也越来越高ꎮ在传统的汽车供应链中ꎬ整车厂高度依赖一级供应商提供的ＥＣＵꎮ但不同的
ＥＣＵ来自不同的一级供应商ꎬ使用了不同的嵌入式软件和底层代码ꎬ整车层面的软件复杂度已远超Ｌｉｎｕｘ内核和Ａｎｄｒｏｉｄꎮ尽管这种分布式电子电器架构对于现代汽车的软件开发非常不利ꎬ但是整车厂必须确保用户的行车安全ꎬ提升用户体验ꎬ故需汇总不同ＥＣＵ供应商提供的软件ꎬ组织整车级别的集成测试ꎮ
相对于ＥＣＵ硬件的稳定性ꎬ软件缺陷类型和数量大量增加ꎬ如：系统逻辑设定㊁性能参数匹配㊁
ＥＣＵ之间的通信故障㊁电控系统之间的信号融合和兼容性冲突等ꎮ所以ꎬ整车厂会把整车所有的ＥＣＵ软件视为一个整体进行集成管理ꎬ修正系统故障ꎬ避免车辆的行驶问题ꎬ保障人身安全ꎬ以提高用户体验度ꎮ整车厂完成对电控系统故障的预分析后ꎬ督促责任供应商及时更正优化并完成后续验证ꎬ软件版本的更新频率可达到每周１－２次ꎮ技术人员确保聚焦分析和解决ＥＣＵ最新状态下的故障ꎬ否则试验部门反馈旧状态ＥＣＵ的系统故障ꎬ不仅得不到技术人员重视ꎬ而且会增加双方分析和沟通的时间成本ꎮ时间对于整车的软件开发是第一影响要素ꎬ会直接影响整个车型项目的投产节点ꎬ因此整车厂必须及时将整车所有ＥＣＵ的软件版本维护至最新状态ꎮ
收稿日期:２０１９－１１－０４
本文将针对分布式电子电器架构的汽车ꎬ阐述一种整车软件版本集成管理方法ꎬ以确保整车级别集成测试的及时性和有效性ꎬ为用户提供安全可靠㊁符合其使用需求的汽车软件产品ꎮ
１㊀管理对象
目前主流汽车的电子电器架构采用分布式架构ꎬ其基本构成单元是电子控制器ＥＣＵꎬ若干个ＥＣＵ组成一个总线系统ꎮ中央网关实现不同总线之间重要数据信号的交互ꎬ如图１所示
ꎮ
图１㊀分布式电子电器架构图
通常用以下５个信息描述一个ＥＣＵ的状态：零件名称(Ｎａｍｅ)㊁零件号(ＨａｒｄｗａｒｅＮｕｍｂｅｒ)㊁硬件编号(ＨＷＶｅｒｓｉｏｎ)㊁软件编号(ＳＷＶｅｒｓｉｏｎ)㊁参数＆编码(ＺＤＣＶｅｒｓｉｏｎ)ꎮ 整车软件版本集成管理 不仅要管控前３个信息ꎬ更要特别关注软件编号和参数＆编码ꎮ
这里所指的软件是根据汽车产品设计任务书为ＥＣＵ编写的计算机程序ꎬ用以实现各种功能ꎮ供应商无需更改硬件设计ꎬ只需通过优化软件即可修复功能缺陷ꎬ随即生成不同的软件编号ꎮ
软件由若干子程序组成ꎮ有些是基础子程序ꎬ实现控制器的基本功能ꎻ有些则是可选子程序ꎬ满足不同地区法规要求ꎬ符合不同销售市场对产品的定义ꎬ实现随车电器装备的选装ꎮ通过输入编码ꎬ即可选择性地激活子程序ꎮ软件程序也会为技术人员预留参数写入接口ꎬ提升电控系统的性能表现ꎮ参数＆编码都被写入特别格式的数据文件中(简称ＺＤＣ文件)ꎮ 整车软件版本集成管理 的实质是定期对比
实车与目标ＥＣＵ的状态信息ꎬ据此获取目标软硬件和参数＆编码ꎬ最后维护到车上ꎮ强调运用系统工具ꎬ提高维护正确性ꎬ且在车辆批量生产之前ꎬ整车的ＥＣＵ应被周而复始地迭代测试ꎮ
１.１㊀整车ＥＣＵ的目标状态
通过内部在线系统ꎬ职能部门负责定期汇总各专业科室申报的ＥＣＵ的５个目标信息和进度节点信息ꎬ为开发阶段的测试车辆生成 研发部门的整车电器装车规范表 ꎬ简称ＴＥ￣Ａ表ꎮ研发部门应以ＴＥ￣Ａ表作为维护试验车辆的主要依据ꎮ零部件和整车试验部门应向专业科室反馈发现的故障ꎬ由其生成风险更低㊁性能更优㊁系统更稳定的硬件㊁软件和参数＆编码ꎬ这些状态信息又会被登记并汇总更新到ＴＥ￣Ａ表ꎮ虽然ＴＥ￣Ａ表每周都在汇总ＥＣＵ最新的状态信息ꎬ并通过在线系统提醒试验人员及时更新测试车辆ꎬ但只有当ＥＣＵ通过了整车级别的软件版本集成测试后才可投放生产ꎮ职能部门根据试验部门反馈的信息ꎬ从ＴＥ￣Ａ表中筛选出功能稳定㊁性能最优的ＥＣＵ清单ꎬ继而生成用于生产的
整车电器装车规范表 ꎬ简称Ｐ￣Ｂ表ꎮ
１.２㊀实车ＥＣＵ当前状态的管理
试验部门使用集团ＶＡＳ诊断工具连接ＯＢＤ诊断口ꎬ读取ＥＣＵ当前状态信息ꎬ生成诊断文档(亦称电检报告)ꎬ该工具也支持升级软件和写入参数＆编码ꎮ然后采集每台车的诊断文档ꎬ上传至自主研发的 控制器诊断文档管理系统 ꎬ如图
２所示ꎮ系统后台根据预先设置的管理策略智能分类故障代码ＤＴＣꎮ试验人员可以使用各种筛选条件为同一类故障代码添加预分析结果和故障处理意见ꎬ并用不同颜方块表示故障跟踪情况ꎮ最后由试验部门汇总后发送给专业科室进行分析ꎬ并做跟踪ꎮ
系统提供所有车型项目的试验ＥＣＵ最新状态和单车历史维护记录ꎮ后台自动比对ＴＥ￣Ａ表ꎬ可以知悉当前控制器是否需要进行升级维护ꎮ通过交叉对比发现异常项ꎬ自动标注版本错误的可能性ꎬ提醒技术人员进一步核实ꎮ
１.３㊀参数＆编码的管理因为参数＆编码涉及大量二进制数据和ＥＣＵ
图２㊀控制器诊断文档管理系统的操作界面
内部具体物理地址的定义ꎬ使用人工输入的方式会造成巨大的工作量ꎬ且输入质量无法得到保证ꎮ目前的解决方法是将参数＆编码保存在ＺＤＣ文件中ꎬ使用自主研发的ＦＴＡＢ在线工具ꎬ通过服务器同步不同车型的ＺＤＣ文件ꎮ利用ＦＴＡＢ工具解析
ＺＤＣ文件内的数据ꎬ根据ＩＳＯ１４２２９诊断协议标准编写的计算机程序将解析结果加载到ＶＡＳ诊断工具中ꎬ可为车辆所有ＥＣＵ批量写入正确的参数＆编码ꎮ
１.４㊀软件和参数＆编码文件的获取
使用内部在线系统ꎬ作为获取最新的零件号㊁硬件编号㊁软件编号和参数＆编码信息的官方渠道ꎮ专业科室工程师只需在该系统中提交ＥＣＵ状态信息ꎬ并添加必要技术注释ꎮ职能部门的集成管理负责人一旦完成检查和批准ꎬ即可分别向研发部门和生产部门发布ＴＥ￣Ａ表和Ｐ￣Ｂ表ꎬ而所有研发试验部门都可从该系统下载符合条件的ＳＷ和ＺＤＣ文件ꎮ
２㊀集成测试汽车之家论坛打不开
整车软件版本集成管理过程中使用内部在线系统提供的ＴＥ￣Ａ表㊁控制器诊断文档管理系统㊁ＶＡＳ诊断工具和ＦＴ
ＡＢ工具ꎬ确保整车软件版本(包括软硬件编号和参数＆编码版本)的维护质量ꎮ但试验部门在向职能部门推荐整车投产所需的各ＥＣＵ软件版本之前ꎬ必须组织整车级别的集成测试ꎬ如快检 黄金车 基本功能㊁长周期的 功能性评价试验 等ꎬ如图３所示
ꎮ
图３㊀整车软件版本集成管理流程图
２.１㊀定义 黄金车
理论上根据ＴＥ￣Ａ表ꎬ从内部在线系统下载的ＥＣＵ状态信息能为整车换装正确的硬件㊁升级正确的软件和写入正确的参数＆编码提供指导ꎮ但实际操作中还是存在各种技术原因导致升级刷新工作失败ꎬ如:ＥＣＵ之间的兼容性ꎻ控制器升级先后顺序ꎻ线束原理图在不同节点阶段㊁不同车型上存在不同定义ꎮ因此ꎬ选定一台 黄金车 作为验证对象ꎬ刷新后根据设计任务书完成基本功能的快速检测ꎬ用时约２－３天ꎮ一旦通过ꎬ则允许大批量试验车执行升级维护ꎮ此外ꎬ还根据重要和紧急程度规定不同试验类型车辆的顺序ꎬ确保所有试验车辆得到有序且及时的更新ꎮ
２.２㊀功能性评价试验
基于德系汽车联盟推行的ＡＳＰＩＣＥ(面向汽车行业的软件过程评估和改进模型)ꎬ整车厂需要通过整车试验对电控系统进行测试ꎬ证明测试结果满足设计任务书ꎬ性能可靠ꎬ符合用户需求ꎮ负责单个ＥＣＵ的研发人员需要试验部门反馈整车电控系统功能的集成测试评价结果ꎬ协助其及时生成缺陷风险更低㊁性能更优㊁系统更稳定的软硬件和参数＆编码ꎮ短时间内可以完成基础功能的快速检测ꎬ但不足以完成所有功能的测试ꎮ需模拟用
户在公共道路驾驶车辆的习惯ꎬ根据设计任务书逐条测试电控系统的全功能ꎮ控制器一旦迭代升级ꎬ试验进度必须清零重新开始ꎮ
因此ꎬ通过大胆创新并论证ꎬ基于用户工况和场景验证了整车级电子电器功能的试验方法[１]ꎬ健全了评价体系ꎬ如 电器全功能评价试验 ㊁ 全国重点城市新能源汽车功能试验 和 典型气候带的功能评价试验 ꎬ制定了详尽的功能测试条目ꎬ包括充电测试㊁ＲＴＭ全场景测试㊁动力电池性能测试㊁功率电子与电机在不同模式下切换测试㊁ＡＤＡＳ驾驶辅助全功能测试等ꎮ举例说明：动力电池控制器(ＢＭＳ)释放新软件后ꎬ在不同ＳＯＣ条件下ꎬ进行不同充电模式的充放电测试ꎻ进行不同气候环境㊁不同道路工况下输出功率的极限性能评价测试ꎬ用以完整考核新版本ＢＭＳ软件表现ꎻ类比燃油质量对发动机的影响ꎬ测试不同品牌充电桩对新能源汽车的充电机㊁充电控制器和ＢＭＳ的影响ꎮ通过测试全国市场上现有的２８个充电品牌㊁３０００余根充电桩ꎬ模拟苛刻用户的多种充电习惯及充电相关应用场景ꎬ发现并解决车端与充电设施端的兼容性问题㊁预约空调等缺陷问题ꎮ在功能性评价试验过程中ꎬ根据内部在线系统的软件版本升级提醒ꎬ试验车辆被及时维护ꎬ即整车所有的ＥＣＵ被迭代升级ꎮ
一旦通过此类功能性评价试验ꎬ整车部门会向专业科室推荐释放适用于生产的软硬件和参数＆编码ꎬ即生成Ｐ￣Ｂ表ꎬ最终提供适合的电控系统ꎮ
３㊀未来ＯＴＡ技术
当下整车厂为售后市场用户升级电控系统ꎬ需要通过４Ｓ店召回车辆ꎬ服务人员可能更换硬件ꎬ也可能通过ＯＢＤ诊断接
口刷写软件ꎮ如果继续使用这一模式升级软件ꎬ一旦出现大批量召回ꎬ成本支出和品牌形象受损将会是一个令人头疼的事情ꎮＯＴＡ(ＯｖｅｒｔｈｅＡｉｒ)软件在线升级技术提供了车辆连入互联网升级整车控制器的可能ꎬ但主流的分布式电子电器架构目前仅支持信息娱乐系统应用ＯＴＡ技术ꎬ进行地图升级㊁车辆健康度在线诊断等移动互联增值服务ꎬ其后台需要有中心监控管理平台ꎬ所有用户车辆的信息都被录入到该管理平台ꎬ授权技术人员远程访问中心平台[２]ꎮ该平台应包含类似 控制器诊断文档管理系统 和 内部在线系统 ꎬ提供数据库查询功能ꎮ智能对
比用户车辆状态并制定升级计划ꎬ自动向用户推送升级目标信息ꎬ支持ＥＣＵ从异常中断中恢复或回滚至上一次版本[３]ꎮ
信息娱乐系统可以随时随地进行升级ꎬ但动力㊁高压和驾驶辅助系统涉及行车安全ꎬ必须严格定义升级流程ꎮ当前的分布式架构难以实现这些电控系统的软件版本在线升级ꎬ故国内外车企着眼于新一代集成式电子电器架构的开发ꎬ采用中央控制器对不同地域控制器和ＥＣＵ进行统一管理ꎮ如特斯拉通过ＯＴＡ技术实现了９次软件系统的大更新ꎬ包括自动驾驶辅助和电池管理等功能ꎬ极大地提升了产品的附加值ꎬ赢得了用户好感ꎮ集成式架构的现代汽车在后台同样采取了整车软件版本的集成管理ꎮ
４㊀结语
整车厂在研发体系中应该加强整车软件版本集成管理的理念ꎬ使用系统工具及时更新正确的控制器状态ꎬ包括软硬件编号和参数＆编码ꎬ才能确保试验有效ꎮ通过快速检查 黄金车 和组织侧重评价整车全功能的长周期试验ꎬ反馈集成测试结果ꎬ协助技术人员生成缺陷风险更低㊁性能更优㊁系统更稳定的软硬件和参数＆编码ꎬ最终提供安全可靠㊁适合中国市场的汽
车产品ꎮ该管理方法适用于分布式电子电器架构的汽车ꎬ对于信息娱乐系统实施软件在线升级技术具有借鉴意义ꎮ
参考文献
[１]㊀左宗强.基于场景模拟的道路耐久试验方法研究[Ｊ].上海汽车ꎬ２０１７(２):５３￣５６.
[２]㊀王文扬ꎬ陈正ꎬ陈祥威.新能源汽车远程监控终端的设计[Ｊ].汽车电器ꎬ２０１５(６):５￣９.
[３]㊀施庆国ꎬ尚海立ꎬ马婕ꎬ等.智能网联汽车的ＯＴＡ升级方案[Ｃ].北京：北京理工大学出版社ꎬ２０１８.
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