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純電動汽車整車控制器遠程升級方法研究

2021-10-02 10:01:27·  來源：電動學(xué)堂  作者：陸婉利等  
　
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心0引言汽車的電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化已經(jīng)成為了汽車工業(yè) 發(fā)展不可扭轉(zhuǎn)的趨勢，給汽車的電子電氣架構(gòu)帶來了一次
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心

0引言
汽車的電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化已經(jīng)成為了汽車工業(yè) 發(fā)展不可扭轉(zhuǎn)的趨勢，給汽車的電子電氣架構(gòu)帶來了一次 大的變革。整車控制器（Vehicle control unit，簡稱 VCU）是 新能源汽車的核心控制單元，既直接控制著汽車動力系統(tǒng) 的輸出，又掌控著電機、電池和電動附件的狀態(tài)，所以整車 控制器的性能優(yōu)劣直接影響著整車的性能。在整車控制器 的整個生命周期中，經(jīng)常會遇到改善潛在問題和導(dǎo)入全新 功能的需求，傳統(tǒng)的線下刷寫升級方法已經(jīng)不能滿足控制 器開發(fā)和售后服務(wù)的需要，因此，對消費者和汽車廠雙方 都受益的固件空中遠程升級（firmware over-the-air，簡稱 FOTA） 解決方案已經(jīng)成為整車控制器軟件升級方法的主 流方向。

FOTA 概述
FOTA 即固件空中下載技術(shù)，就是云端通過車載終端 對整車電控系統(tǒng)中的控制器進行遠程程序更新的過程。2014 年特斯拉首次面向中國推出 V5.9 版車載系統(tǒng)，使用 FOTA 可進行多功能更新；2016 年，豐田汽車宣布采用 FOTA 技術(shù)更新 ECU；2017 年，大眾公司宣布使用 FOTA 進行軟件升級；2020 年 12 月起至 2021 年 2 月，上汽通用汽車對別克、雪佛蘭和凱迪拉克旗下 17 個車系進行 FOTA 遠程升級。FOTA 這種遠程升級技術(shù)已經(jīng)逐漸被 行業(yè)認(rèn)可并被普遍采用。

FOTA 系統(tǒng)組成
整車控制器 FOTA 系統(tǒng)包括云端服務(wù)器、車載通信終端、整車控制器。
2.1 云端服務(wù)器
云端服務(wù)器是 FOTA 的起點，完成升級文件的升級和 下發(fā)任務(wù)，可以實現(xiàn)升級車輛管理、軟件管理、升級日志目 錄管理升級實時監(jiān)控和報告、升級軟件包升級等。云端系 統(tǒng)由各個主機廠直接負(fù)責(zé)，存儲控制器升級的相關(guān)數(shù)據(jù)， 有很高的保密性要求。
2.2 車載通信終端
車載通信終端是車輛客戶端 FOTA 主節(jié)點。車載通訊 終端連接新能源汽車內(nèi)所有的總線，是車輛內(nèi)封閉網(wǎng)絡(luò)和 車輛外開放網(wǎng)絡(luò)通訊的唯一通道，也是車輛內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的 樞紐，同時具有報文路由功能、防火墻功能和診斷功能，適 合作為遠程升級的主要節(jié)點。
2.3 整車控制器
整車控制器的功能實現(xiàn)由硬件和軟件完成，硬件部分完成信號的采集、處理、診斷并根據(jù)需要發(fā)出控制信號，軟件部分完成各種功能及控制策略的實現(xiàn)。（圖 1）

3 整車控制器 FOTA 流程（圖 2）

整車控制器的升級軟件需要工程師先進性線下測試， 修改成規(guī)定的格式和名稱，確認(rèn)無誤后上傳至云端FOTA 系統(tǒng)。FOTA 服務(wù)器會生成軟件差分包或全量包并進行簽 名、加密，如圖 3，添加升級策略、升級標(biāo)識等信息，這樣可 以確保 FOTA 升級文件從云服務(wù)器端下載到車載通訊終 端過程的安全性。服務(wù)器管理人員在服務(wù)器端選擇升級車 輛范圍、升級時間，完成升級軟件在云端的部署和升級任 務(wù)的建立。

在升級任務(wù)時間段內(nèi)，車載通訊終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與 云端建立連接，云端服務(wù)器對整車控制器軟件版本進行收 集，與云端任務(wù)軟件版本進行比較，若存在新版本，云端會將升級軟件下發(fā)到車端。
升級文件下載到本地后，車載通信終端會對升級程序 的版本、完整性進行校驗，并判斷車輛條件是否滿足 FOTA 升級條件，如果車輛狀態(tài)不滿足會終止升級流程。并且在升級過程中，也需要網(wǎng)關(guān)維持車輛狀態(tài)直至整車控 制器刷寫完成。（表 1）

若均滿足條件且得到授權(quán)，便通過 CAN 總線向整車 控制器發(fā)送升級請求。車載通訊終端會將待升級的軟件存 儲到預(yù)先設(shè)置的內(nèi)存里，并定時發(fā)送升級請求報文。如果 整車控制器響應(yīng)了升級請求，會先判斷當(dāng)前是否滿足升級 條件，判斷滿足條件后整車控制器會重啟并響應(yīng) FOTA 升 級。整車控制器會將過渡區(qū) FLASH 擦除，然后接受車載通 訊終端的升級數(shù)據(jù)，校驗數(shù)據(jù)無誤后將升級數(shù)據(jù)寫入過渡區(qū)FLASH。整車控制器再對接收到的程序進行校核，升級 程序校核通過后，就會擦除存放實際程序地址的FLASH， 將過渡區(qū) FLASH 寫入到現(xiàn)有應(yīng)用程序地址的 FLASH。最 后整車控制器再次重啟，完成軟件版本的更新。待整車控 制器升級完成后，車載通訊終端會收集升級日志信息，并 將其上傳至云端服務(wù)器端。

4結(jié)語
目前中國已經(jīng)成全球最大的新能源汽車市場，整車控 制器在不斷縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的同時，市場需求量卻在急 速上升。整車控制器遠程升級可以讓汽車企業(yè)遠程管理車 輛控制器上的嵌入式軟件，不僅能在車輛上市后通過軟件 更新來優(yōu)化和新增整車控制器的功能，解決軟件漏洞、延 長整車控制器產(chǎn)品生命周期，還能讓用戶在不用去維修 店、不更新硬件的情況下，優(yōu)化車輛性能，提高客戶粘度。相信隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)化趨勢的發(fā)展，整車控制器遠程升 級的方法必將發(fā)揮更大的功能，迎來更廣闊的市場。
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