新能源汽车VCU诊断软件系统开发

新能源汽车VCU诊断软件系统开发

张凯明,韩培禄

中汽数据（天津）有限公司  天津市   300000

【摘要】新能源汽车不断发展，逐渐改变了汽车电子领域，汽车电子系统也越来越复杂，日益增加了电控元器件。改革创新汽车电子之后，逐渐实现汽车软件开发平台化和标准化。通过开发汽车VCU（整车控制器），需要诊断监控更多的电子控制单元，提高车辆运行过程的舒适性和安全性。本文主要研究了新能源汽车VCU诊断软件系统，深入研究了汽车诊断功能软件和平台化软件开放式架构等。

关键词：新能源汽车；VCU；功能安全；诊断

我国不断发展智能化新能源汽车技术，显著改变了汽车电子领域，在汽车电子系统中开始广泛利用各种电控元器件。为了降低开发成本，开发整车控制器软件平台化的过程中，需要遵循标准化的体系结构。很多电控元器件的总线负载率比较高，而且会增大功能安全失效性。在汽车行业发展过程中，逐渐提高了整车功能安全需求。在汽车系统中，整车控制器发挥着重要的作用，需要遵循相关规范设计诊断系统，避免发生车辆失效问题，保障工作功能的安全性和可靠性。

一、分析新能源汽车整车控制系统

（一）整车控制系统的结构组成

对比传统的汽车，新能源汽车整车控制系统结构相对复杂，可以规避传统汽车的不足，同时可以发挥出较多的优势。新能源汽车整车控制系统是汽车整车控制系统核心开发的电控结构，可以保障汽车各项功能，同时对比传统汽车，新能源汽车整车控制系统改变了传统动力来源，利用动力电池组替换原本的发动机，同时增设了电力控制和电源系统，可以控制废气排放，因此可以保护环境，新能源汽车整车控制系统包括整车控制器和控制器具有网络以及信息显示系统等，通过相互配合和协调各个系统和构件，可以实现整车驱动和制动，同时可以回收能量【1】。

（二）新能源汽车整车控制系统的实现目标

近些年不断扩大私家车保有量之后，因为停车设施建设具有滞后性，所以停车难度也越来越严重，再加上传统的石化能量和电池供电等，引发严重汽车废气问题。针对这种问题，通过开发研究新能源汽车整车控制系统可以有效规避，不仅可以提高新能源汽车的灵活性，而且符合环保理念。

通过研究新能源汽车整车控制系统，可以控制不同角度的轮毂电机放置方向，也可以明确控制泊车车辆速度。在正常操作背景下可以降低速度。完善新能源汽车整车控制系统，通过配置CAN端口，全面监控各项控制参数。通过积分计算电池和电动机的车辆信息，科学的分配电动机电力，并且可以优化控制驱动能量和车辆制动能量。此外还可以发挥出蓝牙通信和北斗导航定位以及紧急救援等功能【2】。

（三）新能源汽车整车控制策略

1. 整车驱动控制策略

在汽车行业发展过程中，也在不断发展新能源汽车和整车驱动技术，因此突出了新能源汽车整车控制系统研究的重要性，在新能源汽车整车控制过程中主要是利用CAN总线监控通信网络，高效的调度相关信息，同时可以根据采集的数据量和模拟量，精准性地判断汽车当前状态，而且在液晶显示屏中展示车辆状态信息，再通过车载标准CAN端口传呼控制控制参数，落实数据匹配标定和功能配置等功能，最终发出指令综合控制新能源汽车整车控制系统，保障汽车运行的安全性。

2. 能源系统控制策略

新能源汽车型号和能源结构具有较大的差异性，因此配置不同的能源管理系统，可以作为新能源汽车的能源转换设备，有利于合理控制新能源汽车的动力系统，满足汽车动力需求，并且可以控制汽车车速，提高能量利用率。同时综合电池和电机信息，结合计算结果向各个系统分配电机功率，控制车辆的驱动和制动能量，根据配置参数强制性的回收能量【3】。

（四）安全保障控制策略

近些年在汽车行业发展过程中，新能源汽车发挥着重要的作用，但是也存在安全隐患，通过新能源汽车整车控制系统可以判断整车系统性能和安全等级，保障新能源汽车使用质量。利用新能源汽车整车控制系统可以有效控制电机三种角度的放置方向，在正常行驶状态中通过减少电机转速，可以优化汽车减速控制效果，在坡道环境中可以发挥出电子刹车控制功能，在坡道起步时可以发挥出默认功能，避免因为坡度引发安全问题，优化新能源汽车的安全性。

二、研究分析新能源汽车整车控制器

整车控制器在新能源汽车整车控制系统中发挥着重要作用，主要负责协调控制各个子系统的功能和任务。为了保障整车系统的稳定性和舒适性，首先需要建立智能化的人机和整车交互的网络接口。其次需要紧密的协作各个子系统，优化整车功能匹配。最后，当前整车子系统实现协同运行控制的最佳途径是基于总线的整车分布式控制和交互式网络【4】。

（一）新能源汽车整车控制器的功能

1.车辆驾驶控制

新能源汽车整车控制器可以结合司机的驾驶意图和动力电池状态等，经过分析处理协调不同系统的工作状态和电机功率等，优化整体驾驶工况，保障车辆行驶的正常性。

2.整车网络化管理

利用新能源汽车整车控制器控制车辆驾驶，利用CAN总线交换各种电子控制单元的数据，可以实现信息组织和传输，还可以监控网络状态，此外可以管理网络节点，优化诊断和处理网络故障。

3.整车能量优化管理

综合制动踏板和加速踏板信息以及车辆行驶状态信息等，判断制动模式的正常性，合理计算分配制动力矩，并且诶想电机控制器发出制动指令，通过优化原车制动性能，根据汽车行驶状态和电池状态等实现能量回收【5】。

4.故障诊断和保护

通过连续性的监视整车电控系统，精确性地的诊断故障，并且可以及时落实安全保护处理措施，有效存储和回调故障码。而且可以利用故障指示灯将故障类别和部分故障码指示出来。结合故障内容及时落实安全保护处理工作。

（二）新能源汽车整车控制器的功能安全分析

针对制动系统异常问题，需要利用新能源汽车整车控制器避免行车减速中的异常问题。通过制定真空传感器安全监控机制。利用新能源汽车整车控制器及时、准确的采集真空泵压力信号。如果发现异常问题，需要记录故障码，利用仪表报警提示，并且上报整车故障等级。

利用新能源汽车整车控制器应该避免车辆行驶过程中突然转向被锁死，针对EPS系统设计安全目标，制定扭矩转角传感器，同时需要完善车速传感器安全监控机制，保障新能源汽车整车控制器及时准确的采集扭矩转角传感器和车速传感器的信息【6】。

在充电过程中，利用新能源汽车整车控制器规避电池起火或者爆炸等问题，制定电池单体电压和充电电流安全监控机制，保障BMS系统数据的准确性。

三、新能源汽车VCU诊断软件系统开发

（一）功能安全

当前行业内部主要是利用ISO26262功能安全标准，ISO26262功能安全标准全面覆盖产品整个开发生命周期，全面定义了系统和硬件和软件等开发周期过程。整车控制器负责指挥整车，因此整车控制器的软件开发过程中需要遵循功能安全需求。根据安全风险，ISO26262功能安全标准划分系统为不同的安全要求等级，提高安全风险等级之后，也由此提高了系统软硬件开发流程的要求。

在整车控制器软件开发过程中需要遵循“V”流程，可以划分整个软件系统开发流程为：系统需求、系统架构、子系统需求、子系统算法设计、基于模型设计开发、子系统软件代码生成、软件系统基础测试。在不同的开发流程中具有不同的测试验证，有利于保障各个子系统的有效性，提高整体开发流程的科学性【7】。

划分软件系统开发的功能安全风险等级需要遵循以下原则：1.根据系统成本架构提出功能安全要求。2.下级系统和上级系统的安全要求和安全等级需要保持统一。3.同一要素和上级系统之间属于从属关系，应该选择最高安全等级的系统级别。4.合理处理电子电器安全措施接口，避免产生系统安全空白，也不能过度设计某个点。在整车控制器功能安全设计过程中，首先需要分析系统运行中可能会发生的功能故障，在实际分析过程中可以利用HAZOP和FMEA等分析方法。如果一些故障没有被识别出来，需要逐个更新故障和安全需求。分析各子系统功能安全的时候，需要考虑具体的场景和已知风险以及环境状况，例如需要结合路面状况和车辆行驶状态以及人员用车情况等，这都属于危害事件的范畴，确定危害事件之后，可以科学的评估危害事件等级。下表是三个因子的分类表。

严重度、暴露率、可控性分类

（二）汽车开放系统架构AUTOSAR

开发新能源整车控制器软件的过程中，需要遵循开放式系统架构，当前汽车嵌入式软件相对复杂，需要分别开发应用层软件和数据交互层以及底层软件层，集成之后形成完整的汽车控制系统软件。针对通用架构，在开发整车控制器软件的时候需要利用平台化的开发结构，而且可以利用可移植性的代码。

在开发开放式系统架构软件的过程中，需要遵循以下原则：1.根据模型开发应用层软件，独立开发系统的各个子系统。2.针底层软件，需要开发CAN总线和诊断动作，同时可以发挥出任务调度等作用。3.RTE层进行接口调度，主要是调度总线CAN信号输入输出值和引脚信号输入输出值，同时可以落实诊断算法处理工作，突出应用层算法和底层任务执行的实时性。

（三）电动汽车诊断系统应用层软件设计

针对电动汽车诊断系统应用层软件开发架构，首先需要遵循开放式系统架构，划分电动汽车模型为不同的子系统模块，实现分别开发。其次针对高压和行车以及制动等模块，可以结合高压安全和行车安全以及换挡控制等判断故障行为，如果符合故障条件，故障状态管理过程中使用RTE交接口，触发故障动作。针对模块输出值，可以计算安全监测层的算法，保持输出值在安全范围内，安全监控层模块具有独立的RTE接口，利用安全算法过滤这些输出值【8】。

结束语：

当前在汽车行业发展过程中，在汽车开发阶段更加重视舒适性和多样性等目标，也因此增加了汽车电子结构的复杂性，不断增多电子元器件，因此突出汽车软件开发平台化和标准化的重要性。通过开发新能源汽车VCU诊断软件系统，可以保障车辆的安全性和舒适性，因此需要提高研究力度。

参考文献：

[1]沈凯,刘卫东,吴方义,王爱春,黄少堂.氢燃料电池电动卡车VCU硬件在环测试系统设计与研究[J].汽车电器,2022(03):7-9+13.

[2]高进,姚胜华,胡红顶.电动汽车VCU和BMS集成控制器硬件设计[J].湖北汽车工业学院学报,202,35(04):31-37.

[3]陈志铭,李丽,高福建.一种新型电动汽车整车控制器快速检测方案[J].汽车电器,2021(01):5-8.

[4]孙振保,冯泽,冯婉京.电动汽车整车控制系统(VCU)的安全性能研究分析[J].时代汽车,2020(23):10-11.

[5]徐希,童晓辉.纯电动客车VCU下线检测仪控制策略设计[J].客车技术与研究,2020,42(01):38-40.

[6]冯泽,孙振保,蒙雪敏.电动汽车整车电子控制器（VCU系统）自动泊车系统路径规划与控制算法研究[J].科技创新与应用,2020(05):77-78+80.

[7]冯泽,蒙雪敏,孙振保,陈良,邓春雷,张克智,吴鸿飞.电动汽车整车电子控制器（VCU系统）智能横向泊车服务系统的设计探究[J].科技创新与应用,2019(35):79-80.

[8]潘志前.基于AUTOSAR架构的电动汽车VCU软件功能设计[J].国防制造技术,2019(01):36-39.