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纯电动汽车整车控制器远程升级方法研究

2021-10-02 10:01:27·  来源：电动学堂  作者：陆婉利等  
　
文章来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心0引言汽车的电动化、智能化、网联化已经成为了汽车工业 发展不可扭转的趋势，给汽车的电子电气架构带来了一次
文章来源：上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心

0引言
汽车的电动化、智能化、网联化已经成为了汽车工业 发展不可扭转的趋势，给汽车的电子电气架构带来了一次 大的变革。整车控制器（Vehicle control unit，简称 VCU）是 新能源汽车的核心控制单元，既直接控制着汽车动力系统 的输出，又掌控着电机、电池和电动附件的状态，所以整车 控制器的性能优劣直接影响着整车的性能。在整车控制器 的整个生命周期中，经常会遇到改善潜在问题和导入全新 功能的需求，传统的线下刷写升级方法已经不能满足控制 器开发和售后服务的需要，因此，对消费者和汽车厂双方 都受益的固件空中远程升级（firmware over-the-air，简称 FOTA） 解决方案已经成为整车控制器软件升级方法的主 流方向。

FOTA 概述
FOTA 即固件空中下载技术，就是云端通过车载终端 对整车电控系统中的控制器进行远程程序更新的过程。2014 年特斯拉首次面向中国推出 V5.9 版车载系统，使用 FOTA 可进行多功能更新；2016 年，丰田汽车宣布采用 FOTA 技术更新 ECU；2017 年，大众公司宣布使用 FOTA 进行软件升级；2020 年 12 月起至 2021 年 2 月，上汽通用汽车对别克、雪佛兰和凯迪拉克旗下 17 个车系进行 FOTA 远程升级。FOTA 这种远程升级技术已经逐渐被 行业认可并被普遍采用。

FOTA 系统组成
整车控制器 FOTA 系统包括云端服务器、车载通信终端、整车控制器。
2.1 云端服务器
云端服务器是 FOTA 的起点，完成升级文件的升级和 下发任务，可以实现升级车辆管理、软件管理、升级日志目 录管理升级实时监控和报告、升级软件包升级等。云端系 统由各个主机厂直接负责，存储控制器升级的相关数据， 有很高的保密性要求。
2.2 车载通信终端
车载通信终端是车辆客户端 FOTA 主节点。车载通讯 终端连接新能源汽车内所有的总线，是车辆内封闭网络和 车辆外开放网络通讯的唯一通道，也是车辆内网络通信的 枢纽，同时具有报文路由功能、防火墙功能和诊断功能，适 合作为远程升级的主要节点。
2.3 整车控制器
整车控制器的功能实现由硬件和软件完成，硬件部分完成信号的采集、处理、诊断并根据需要发出控制信号，软件部分完成各种功能及控制策略的实现。（图 1）

3 整车控制器 FOTA 流程（图 2）

整车控制器的升级软件需要工程师先进性线下测试， 修改成规定的格式和名称，确认无误后上传至云端FOTA 系统。FOTA 服务器会生成软件差分包或全量包并进行签 名、加密，如图 3，添加升级策略、升级标识等信息，这样可 以确保 FOTA 升级文件从云服务器端下载到车载通讯终 端过程的安全性。服务器管理人员在服务器端选择升级车 辆范围、升级时间，完成升级软件在云端的部署和升级任 务的建立。

在升级任务时间段内，车载通讯终端通过无线网络与 云端建立连接，云端服务器对整车控制器软件版本进行收 集，与云端任务软件版本进行比较，若存在新版本，云端会将升级软件下发到车端。
升级文件下载到本地后，车载通信终端会对升级程序 的版本、完整性进行校验，并判断车辆条件是否满足 FOTA 升级条件，如果车辆状态不满足会终止升级流程。并且在升级过程中，也需要网关维持车辆状态直至整车控 制器刷写完成。（表 1）

若均满足条件且得到授权，便通过 CAN 总线向整车 控制器发送升级请求。车载通讯终端会将待升级的软件存 储到预先设置的内存里，并定时发送升级请求报文。如果 整车控制器响应了升级请求，会先判断当前是否满足升级 条件，判断满足条件后整车控制器会重启并响应 FOTA 升 级。整车控制器会将过渡区 FLASH 擦除，然后接受车载通 讯终端的升级数据，校验数据无误后将升级数据写入过渡区FLASH。整车控制器再对接收到的程序进行校核，升级 程序校核通过后，就会擦除存放实际程序地址的FLASH， 将过渡区 FLASH 写入到现有应用程序地址的 FLASH。最 后整车控制器再次重启，完成软件版本的更新。待整车控 制器升级完成后，车载通讯终端会收集升级日志信息，并 将其上传至云端服务器端。

4结语
目前中国已经成全球最大的新能源汽车市场，整车控 制器在不断缩短产品开发周期的同时，市场需求量却在急 速上升。整车控制器远程升级可以让汽车企业远程管理车 辆控制器上的嵌入式软件，不仅能在车辆上市后通过软件 更新来优化和新增整车控制器的功能，解决软件漏洞、延 长整车控制器产品生命周期，还能让用户在不用去维修 店、不更新硬件的情况下，优化车辆性能，提高客户粘度。相信随着汽车智能网联化趋势的发展，整车控制器远程升 级的方法必将发挥更大的功能，迎来更广阔的市场。
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