基于ECU軟件無線刷新的整車產(chǎn)線應(yīng)用研究

侯煒

摘要：針對(duì)目前軟件刷新在產(chǎn)線應(yīng)用上存在的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)，提出了一種數(shù)字化的軟件在線刷新技術(shù)。創(chuàng)新性地采用無線刷新的方式，極大提升了產(chǎn)線的刷新效率和工位利用率。通過遠(yuǎn)程控制刷新進(jìn)程，解決了線邊空間干涉和裝配工藝的干擾，確保了產(chǎn)線刷新的合格率。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；刷新系統(tǒng)；無線刷新終端；遠(yuǎn)程控制

隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，整車軟件的復(fù)雜性和多樣性需求增加，ECU的軟件升級(jí)功能愈加重要。軟件的更新在智能化車輛的開發(fā)及生產(chǎn)過程中是不可避免的，通過軟件更新快速滿足配置功能的升級(jí)，是問題修復(fù)最有效的方法。

技術(shù)概述

1. 軟件定義汽車對(duì)產(chǎn)線制造的需求

伴隨智能及數(shù)字化的浪潮，軟件的加持為汽車行業(yè)和用戶帶來了更多的功能和應(yīng)用。立足軟件定義汽車的智能原點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)制造過程的軟件快速迭代，提出了智能化的產(chǎn)線應(yīng)對(duì)方案。

相比傳統(tǒng)軟件版本升級(jí)方式，現(xiàn)今愈加智能化的車輛軟件基線升級(jí)方式具有“多模塊同時(shí)升級(jí)”“基于整車同一功能基線的新版軟件測(cè)試斷點(diǎn)”和“軟件更新頻次高”的特點(diǎn)，因而對(duì)供應(yīng)鏈以及制造端都提出了更高的要求。對(duì)于供應(yīng)鏈而言，ECU軟件升級(jí)頻次和數(shù)量的增加，要求供應(yīng)鏈能夠高效實(shí)現(xiàn)基于整車基線的軟件多模塊切換并敏捷迅速斷點(diǎn)；而制造端則需要應(yīng)對(duì)產(chǎn)線刷新深度和刷新數(shù)據(jù)量的增加，提高產(chǎn)線的刷新能力。傳統(tǒng)的刷新方式即主機(jī)廠僅刷新ECU模塊標(biāo)定數(shù)據(jù)層，已無法滿足汽車智能化對(duì)產(chǎn)線制造刷新深度的要求，因而，突破標(biāo)定數(shù)據(jù)層刷新并且完成應(yīng)用層軟件的刷新，是實(shí)現(xiàn)軟件在產(chǎn)線上的快速迭代技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2. 業(yè)內(nèi)常規(guī)解決方案對(duì)比

針對(duì)目前智能車輛的軟件升級(jí)，行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠均采用了軟件版本基于基線工廠刷新的模式，軟件版本工廠在線基線拉齊，多模塊會(huì)基于基線同時(shí)升級(jí)，以支持軟件版本的快速斷點(diǎn)。如圖1所示， 主機(jī)廠A、B、C采用在線刷新模式，在主線新建專用刷新區(qū)域于整車裝配后進(jìn)行刷新，通過診斷儀OBD刷新（約30min刷新量）+線下返修刷新的模式完成軟件的升級(jí)，該模式刷新時(shí)間有限且線體工位設(shè)備占用長、代價(jià)大；主機(jī)廠D支持模塊空殼進(jìn)場(chǎng)，在產(chǎn)線邊灌裝行車電腦（Car-PC），待Car-PC裝配完成后，其車機(jī)自動(dòng)刷新下級(jí)控制器，該模式支持全線灌裝但是對(duì)汽車電器架構(gòu)提出了高度集中的更高要求。綜上所述，目前業(yè)內(nèi)刷新技術(shù)受限于刷新量不足、刷新工藝占用線體空間大，面對(duì)不斷增加的刷新數(shù)據(jù)量和刷新深度，目前的軟件刷新產(chǎn)線應(yīng)用落地還面臨著不少挑戰(zhàn)。

3.技術(shù)難點(diǎn)

ECU數(shù)量的大幅增長對(duì)傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)，越來越向集中式靠攏，因而汽車域控制器應(yīng)運(yùn)而生。域控制器因其高集成度的特點(diǎn)，內(nèi)含微控制器單元系統(tǒng)等多個(gè)刷新目標(biāo)，刷新數(shù)據(jù)量顯著增加。相較傳統(tǒng)車輛軟件刷新，智能車輛軟件基線刷新數(shù)據(jù)量大，持續(xù)工時(shí)長，無法確保刷新合格率。為攻克此難點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最大的刷新效率為核心業(yè)務(wù)需求，對(duì)刷新系統(tǒng)中各組件提出了新的設(shè)計(jì)要求，盡最大能力提升刷新速率，并擴(kuò)展產(chǎn)線刷新能力，提出一種基于產(chǎn)線工藝布局的多模式刷新組合方案，有效解決產(chǎn)線刷新的工時(shí)瓶頸。

此外，受工廠產(chǎn)線周邊空間物理干涉影響，無法布置移動(dòng)式供電終端和手持刷新儀以及車間混線生產(chǎn)部分特殊工藝與刷新工藝，還存在著空間限制和工藝干涉等難點(diǎn)，因此論文提出了一種新穎的軟件在線刷新方法。即采用無線OBD和設(shè)備之間的遠(yuǎn)程控制，靈活布置工位，攻克空間限制問題，規(guī)避特殊工藝干涉，為汽車軟件刷新技術(shù)的應(yīng)用研究提供了新的思路。

產(chǎn)線無線刷新系統(tǒng)搭建

1.刷新系統(tǒng)介紹

產(chǎn)線基于擴(kuò)建刷新區(qū)域的現(xiàn)狀，提出了針對(duì)性的在線刷新系統(tǒng)的構(gòu)建。如圖2所示，其核心組件包括數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、刷新控制系統(tǒng)及刷新設(shè)備。數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)刷新程序腳本的開發(fā)與維護(hù)并將車輛數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)結(jié)果儲(chǔ)存在本地服務(wù)器中；刷新控制系統(tǒng)可以提供Runtime系統(tǒng)虛擬運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行刷新程序并實(shí)時(shí)顯示刷新進(jìn)程；刷新設(shè)備終端可通過無線OBD接口高速WiFi傳輸刷新報(bào)文并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，保證刷新進(jìn)程的精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。

2.數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)

面對(duì)刷新數(shù)據(jù)量的增加，為解決產(chǎn)線刷新的工時(shí)瓶頸，新的數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)基于DOIP車載以太網(wǎng)，IT布置車間無線（WiFi6）網(wǎng)絡(luò)，采用5GHz頻段，抗干擾性強(qiáng)，傳輸效率高，達(dá)到了6.25MB/s，大幅度有效改善產(chǎn)線的刷新效率。此外，數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)將TCE下發(fā)的車輛數(shù)據(jù)和刷新文件同步至系統(tǒng)中，在系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)開發(fā)并維護(hù)刷新程序腳本，再同步到Runtime系統(tǒng)中，推動(dòng)刷新進(jìn)程的進(jìn)行。

3. 多模式刷新解決方案

隨著車輛電器智駕、智艙功能增加， MPU刷新數(shù)據(jù)量較原方案的12G增加至22.3G，整車軟件數(shù)據(jù)刷新時(shí)間較規(guī)劃階段也顯著增加。因此軟件基線拉齊的刷新量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前的刷新能力，需改造擴(kuò)建產(chǎn)線刷新區(qū)域，在原方案的基礎(chǔ)上提出了新的產(chǎn)線刷新策略。各控制器模塊優(yōu)先采用在線刷新模式，超出在線刷新能力且迭代頻率高的控制器模塊采用物料區(qū)離線刷新模式，S級(jí)零件或迭代頻率低的控制器模塊采用供應(yīng)商控制版本模式。

如圖3所示，產(chǎn)線刷寫新方案的整體布局，在主線擴(kuò)展四個(gè)刷新區(qū)域72個(gè)在線刷新工位；在物流區(qū)新建1個(gè)離線刷新臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)量大、升級(jí)頻次高的智駕IPD模塊進(jìn)行刷寫；除此之外，由集成商對(duì)升級(jí)頻次較低的集成儀表總成、智能座艙模塊的軟件版本進(jìn)行控制，滿足產(chǎn)線項(xiàng)目刷新數(shù)據(jù)量的需求。

4.刷新設(shè)備終端

通過無線刷新終端，高效傳輸刷新數(shù)據(jù)，滿足下一代千兆整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的同時(shí)適應(yīng)日益增加的刷新數(shù)據(jù)量。刷新設(shè)備終端通過HDT觸發(fā)裝置，觸發(fā)刷新起始或終止，刷新進(jìn)程精準(zhǔn)控制，與Plug自動(dòng)快速配對(duì)，Plug和runtime靈活分配綁定，可以應(yīng)用于各種車型。刷新設(shè)備終端如圖4所示，設(shè)備組成輕便，布置場(chǎng)景靈活，有效解決產(chǎn)線空間限制問題，規(guī)避特殊工藝干涉，擴(kuò)展更多刷新工位，刷新工藝高效協(xié)同，完美融入原工藝，適應(yīng)模塊裝配流程，極大促進(jìn)了產(chǎn)能指標(biāo)的提高。此外，刷新終端虛擬集中，刷新控制虛擬運(yùn)行在云端便于軟件集中處理，進(jìn)程高效管理，滿足產(chǎn)線智能化的需求，對(duì)軟件刷新在產(chǎn)線上的應(yīng)用有較大的價(jià)值。

刷新系統(tǒng)數(shù)字化管理

1. 刷新狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示

針對(duì)單車狀態(tài)，刷新系統(tǒng)會(huì)記錄各線體所刷控制器模塊的刷新進(jìn)程，如圖5所示的VPF2工位單車刷新狀態(tài)展示。點(diǎn)擊VIN號(hào)選擇就可以看到該車詳細(xì)的刷新狀態(tài)。車體中ECU顏色與進(jìn)度匹配，可以迅速直觀地獲取到當(dāng)前車輛各ECU的刷新進(jìn)度。單車所含的各個(gè)ECU及其對(duì)應(yīng)的進(jìn)度標(biāo)識(shí)與完成率也會(huì)動(dòng)態(tài)變化的展示在數(shù)字化大屏上，并以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的能量圖、餅圖等形式顯示單車刷新進(jìn)程、完成度及合格狀態(tài)。

此外，在進(jìn)程顯示屏主界面上會(huì)顯示全局實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)狀態(tài)以及總體刷新數(shù)量統(tǒng)計(jì)。產(chǎn)線刷新的質(zhì)量狀態(tài)也會(huì)以餅圖的形式反映總體合格率及不合格的故障類TOP問題展示，方便產(chǎn)線快速定位問題從而采取相應(yīng)策略。

2 故障智能提示

由于產(chǎn)線刷新過程中某個(gè)ECU模塊刷新數(shù)據(jù)量大，可能需要橫跨多個(gè)工位，存在著諸如環(huán)境、人員因素等潛在的影響刷新進(jìn)程的干擾。因此，為滿足刷新進(jìn)程的質(zhì)量管控達(dá)標(biāo)，提出了刷新系統(tǒng)具備故障自診斷的功能。刷新系統(tǒng)可對(duì)各區(qū)域刷新狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)定位報(bào)錯(cuò)車輛并對(duì)其故障信息如通信中斷、刷新否定應(yīng)答、車輛斷電等準(zhǔn)確識(shí)別，然后報(bào)警系統(tǒng)介入，通過可視化的聲光報(bào)警的方式，QCOS接入并進(jìn)行控線，最后通過人工干預(yù)補(bǔ)刷的方式解決故障，保證產(chǎn)線流程的順利進(jìn)行。

結(jié)語

硬件趨同、軟件定義及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)已成為智能網(wǎng)聯(lián)化汽車的發(fā)展趨勢(shì)，通過軟件在線刷新的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能并達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)。

從在線刷新角度看，首用車型通過離線刷新+在線刷新融合方式，拓展產(chǎn)線70+刷新工位實(shí)現(xiàn)ECU零件裝配同步刷新。在線可用刷新時(shí)間最大68min，實(shí)現(xiàn)40+ECU在線刷新，覆蓋整車90%范圍。通過移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)汽車ECU軟件的遠(yuǎn)程在線刷寫。本文的場(chǎng)景，有效地滿足車輛智能化的軟件快速迭代需求，更好地提升ECU的功能。

伴隨著汽車網(wǎng)聯(lián)化和智能化的發(fā)展，整車電器架構(gòu)必將迎來千兆網(wǎng)關(guān)的時(shí)代。隨著整車功能的不斷增加以及功能集成度進(jìn)一步提升，未來整車軟件迭代速度將會(huì)大大加快，這對(duì)于產(chǎn)線整車刷寫的設(shè)備功能的設(shè)計(jì)、響應(yīng)和穩(wěn)定性都帶來了更大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

隨著整車刷新產(chǎn)線覆蓋范圍和刷新合格率的提升，可實(shí)現(xiàn)整車軟硬件解耦。供應(yīng)商交樣僅需提供ECU模塊總成硬件及標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)軟件，產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)各車型的差異化軟件刷新，進(jìn)一步降低零件成本，提高供應(yīng)鏈敏捷斷點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖玉，殷方雷，于興林，等.基于5G VXLAN技術(shù)的車輛軟件遠(yuǎn)程群刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].時(shí)代汽車，2022，394（22）：126-128，198.

[2] 張震，尤偉強(qiáng)，肖利華，等.基于CANFD的智能汽車域控制器軟件升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，43（4）：321-326，334.

[3] 付年.整車靜態(tài)氣密性試驗(yàn)的分析及應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011，313（19）：12-14.

[3] 吳進(jìn)軍，方繼根，王西峰，等.基于CAN總線的新能源汽車ECU控制器程序刷寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2018，31（2）：1-3，7.

[4] 譚密，黃兵峰.汽車電池傳感器樣件多路刷寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017，252（21）：60-62.

[5] 耿琦，葛亮，高東明等.基于OTA技術(shù)的車輛遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)刷寫研究及應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2017，373（15）：74-75，82.

[6] 喻尚，楊艷.基于車聯(lián)網(wǎng)的控制器遠(yuǎn)程診斷與刷寫[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2016，228（9）：183-185.