純電動汽車整車控制器遠端升級方法研究

引言

汽車的電動化、智慧化、網聯化已經成為了汽車工業 發展不可扭轉的趨勢，給汽車的電子電氣架構帶來了一次 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 的輸出，又掌控著電機、電池和電動附件的狀態，所以整車 控制器的效能優劣直接影響著整車的效能。在整車控制器 的整個生命週期中，經常會遇到改善潛在問題和匯入全新 功能的需求，傳統的線下刷寫升級方法已經不能滿足控制 器開發和售後服務的需要，因此，對消費者和汽車廠雙方 都受益的韌體空中遠端升級（firmware over-the-air，簡稱 FOTA） 解決方案已經成為整車控制器軟體升級方法的主 流方向。

FOTA 概述

FOTA 即韌體空中下載技術，就是雲端透過車載終端 對整車電控系統中的控制器進行遠端程式更新的過程。2014 年特斯拉首次面向中國推出 V5.9 版車載系統，使用 FOTA 可進行多功能更新；2016 年，豐田汽車宣佈採用 FOTA 技術更新 ECU；2017 年，大眾公司宣佈使用 FOTA 進行軟體升級；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 遠端升級。FOTA 這種遠端升級技術已經逐漸被 行業認可並被普遍採用。

FOTA 系統組成

整車控制器 FOTA 系統包括雲端伺服器、車載通訊終端、整車控制器。

2.1 雲端伺服器

雲端伺服器是 FOTA 的起點，完成升級檔案的升級和 下發任務，可以實現升級車輛管理、軟體管理、升級日誌目 錄管理升級實時監控和報告、升級軟體包升級等。雲端系 統由各個主機廠直接負責，儲存控制器升級的相關資料， 有很高的保密性要求。

2.2 車載通訊終端

車載通訊終端是車輛客戶端 FOTA 主節點。車載通訊 終端連線新能源汽車內所有的匯流排，是車輛內封閉網路和 車輛外開放網路通訊的唯一通道，也是車輛內網路通訊的 樞紐，同時具有報文路由功能、防火牆功能和診斷功能，適 合作為遠端升級的主要節點。

2.3 整車控制器

整車控制器的功能實現由硬體和軟體完成，硬體部分完成訊號的採集、處理、診斷並根據需要發出控制訊號，軟體部分完成各種功能及控制策略的實現。（圖 1）

3 整車控制器 FOTA 流程（圖 2）

整車控制器的升級軟體需要工程師先進性線下測試， 修改成規定的格式和名稱，確認無誤後上傳至雲端FOTA 系統。FOTA 伺服器會生成軟體差分包或全量包並進行籤 名、加密，如圖 3，添加升級策略、升級標識等資訊，這樣可 以確保 FOTA 升級檔案從雲伺服器端下載到車載通訊終 端過程的安全性。伺服器管理人員在伺服器端選擇升級車 輛範圍、升級時間，完成升級軟體在雲端的部署和升級任 務的建立。

在升級任務時間段內，車載通訊終端透過無線網路與 雲端建立連線，雲端伺服器對整車控制器軟體版本進行收 集，與雲端任務軟體版本進行比較，若存在新版本，雲端會將升級軟體下發到車端。

升級檔案下載到本地後，車載通訊終端會對升級程式 的版本、完整性進行校驗，並判斷車輛條件是否滿足 FOTA 升級條件，如果車輛狀態不滿足會終止升級流程。並且在升級過程中，也需要閘道器維持車輛狀態直至整車控 制器刷寫完成。（表 1）

若均滿足條件且得到授權，便透過 CAN 匯流排向整車 控制器傳送升級請求。車載通訊終端會將待升級的軟體存 儲到預先設定的記憶體裡，並定時傳送升級請求報文。如果 整車控制器響應了升級請求，會先判斷當前是否滿足升級 條件，判斷滿足條件後整車控制器會重啟並響應 FOTA 升 級。整車控制器會將過渡區 FLASH 擦除，然後接受車載通 訊終端的升級資料，校驗資料無誤後將升級資料寫入過渡區FLASH。整車控制器再對接收到的程式進行校核，升級 程式校核通過後，就會擦除存放實際程式地址的FLASH， 將過渡區 FLASH 寫入到現有應用程式地址的 FLASH。最 後整車控制器再次重啟，完成軟體版本的更新。待整車控 制器升級完成後，車載通訊終端會收集升級日誌資訊，並 將其上傳至雲端伺服器端。

4結語

目前中國已經成全球最大的新能源汽車市場，整車控 制器在不斷縮短產品開發週期的同時，市場需求量卻在急 速上升。整車控制器遠端升級可以讓汽車企業遠端管理車 輛控制器上的嵌入式軟體，不僅能在車輛上市後透過軟體 更新來最佳化和新增整車控制器的功能，解決軟體漏洞、延 長整車控制器產品生命週期，還能讓使用者在不用去維修 店、不更新硬體的情況下，最佳化車輛效能，提高客戶粘度。相信隨著汽車智慧網聯化趨勢的發展，整車控制器遠端升 級的方法必將發揮更大的功能，迎來更廣闊的市場。

文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心