許健男 陳國棟 張廣軍 趙弘志 王桂洋

（1.中國第一汽車股份有限公司 研發(fā)總院，長春130013；2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室，長春130013）

主題詞：整車標定 遠程標定 控制器 油耗 排放

縮略語

ECU Engine Control Unit

CCP CAN Calibration Protocol

CAN Controller Area Network

CRO Command Reception Object

DTO Data Transfer Object

GPRS General Packet Radio Service

OTA Over-The-Air technology

TCU Transmission Control Unit

HCU Hybrid Control Unit

OBD On Board Diagnostics

IUPR In-Use Performance Ratio

RDE Real Drive Emission

GPF Gasoline Particulate Filter

0 背景

整車標定是車輛性能達成的關(guān)鍵途徑，也在整車開發(fā)過程中占據(jù)著非常核心的位置。隨著汽車產(chǎn)品迭代速度越來越快，整車標定一方面面臨著壓縮開發(fā)周期、縮減開發(fā)成本的企業(yè)要求，另一方面面臨著不斷嚴苛的油耗和排放法規(guī)，以及不斷復(fù)雜化的控制策略。以某全球大型汽車電控系統(tǒng)開發(fā)公司為例，從2011 年～2018 年，ECU 控制器的標定變量成指數(shù)增加趨勢。

圖1 ECU控制器標定變量增加趨勢

在標定工作量如此龐大的背景下，整車標定周期已經(jīng)成為整車開發(fā)的瓶頸，需要通過一些手段優(yōu)化標定方法、提升標定效率，遠程標定正是解決上述矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。

1 遠程標定實現(xiàn)技術(shù)基礎(chǔ)

現(xiàn)有傳統(tǒng)標定技術(shù)大部分是基于CCP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的[1]，CCP 協(xié)議是基于CAN 通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議，完整的CCP 通信系統(tǒng)協(xié)議棧由ISO 國際標準化組織所定義的開放式系統(tǒng)互聯(lián)的7 層模型中的3 種，即應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層構(gòu)成[2]，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CCP協(xié)議棧[2]

CCP 采用主從通道模式[3]，一個主機可以與多個子機相連，收發(fā)各使用一個ID，分別為CRO（命令接收消息），DTO（數(shù)據(jù)發(fā)送消息）。標定工程師將標定工具連入汽車CAN 網(wǎng)絡(luò)中，標定工具和ECU 之間的CRO接收指令和DTO發(fā)送指令通過彼此底層CAN通信驅(qū)動軟硬件直接進行信息交換，完成上位機對ECU內(nèi)部數(shù)據(jù)的監(jiān)控和標定[4]。基于CCP協(xié)議的ECU標定通信過程如圖3所示。

現(xiàn)在，想實現(xiàn)遠程標定功能，則需要在原有CCP協(xié)議棧的傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層增加用于無線網(wǎng)絡(luò)路由的TCP/IP協(xié)議。朱仲文博士[4]早在2009年已經(jīng)提出了無線遠程協(xié)議棧的概念，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)了無線遠程CCP系統(tǒng)在整車ECU標定層面上的應(yīng)用；適用于遠程標定的CCP 協(xié)議?？蚣苋鐖D4所示，系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖5所示。

圖3 CCP協(xié)議的ECU標定通信過程[4]

圖4 具備遠程功能的CCP協(xié)議?？蚣躘4]

圖5 遠程標定系統(tǒng)硬件構(gòu)成[4]

如圖5所示，車載信息終端與整車ECU在同一車內(nèi)并通過實體連接線連接CAN 網(wǎng)絡(luò)，負責將ECU 發(fā)送的DTO 數(shù)據(jù)進行打包、加密，交由其內(nèi)部的無線通信模塊。無線通信模塊獲取到應(yīng)用層消息后，將其封裝成TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)包后發(fā)送到GPRS 網(wǎng)絡(luò)，再通過相應(yīng)網(wǎng)關(guān)進入因特網(wǎng)，最終發(fā)送至標定平臺[5]。標定平臺運行的標定工具軟件同樣根據(jù)TCP/IP 協(xié)議提取應(yīng)用層數(shù)據(jù)包，在通過校驗、解密后，獲取ECU發(fā)送的DTO 數(shù)據(jù)。同樣原理可以實現(xiàn)標定平臺至車載ECU 的反向操作，完成遠程標定工作[6]?；贑CP 協(xié)議的遠程標定通信過程如圖6所示。

圖6 基于CCP協(xié)議的遠程標定通信過程[4]

2 遠程標定的技術(shù)優(yōu)勢

汽車控制器遠程標定是傳統(tǒng)標定向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的有效方法，就目前整車標定復(fù)雜度、工作量和標定周期急劇增加的狀況，遠程標定能夠明顯提升標定效率，保證標定質(zhì)量，配合企業(yè)快速打造成功產(chǎn)品。

2.1 提升標定效率

遠程標定支持工程師在辦公室內(nèi)對不同位置試驗車輛進行同步標定、測試，解放了工程師的生產(chǎn)力，將工程師的單一串行工作模式擴展為多線程并行工作模式，增加了標定的靈活性。該技術(shù)也為主機廠與供應(yīng)商之間、標定專業(yè)與道路試驗專業(yè)之間提供了更靈活的合作模式：遠程技術(shù)支持，能夠在開發(fā)的任一階段及時介入處理車輛發(fā)現(xiàn)的問題。

2.2 提升開發(fā)過程問題解決效率

由于市場競爭的壓力，企業(yè)在整車開發(fā)階段普遍壓縮開發(fā)周期，減少試驗樣車數(shù)量，以降低成本，因此每一個故障的發(fā)現(xiàn)、分析和解決都至關(guān)重要。相對于傳統(tǒng)的CAN總線數(shù)據(jù)記錄工具，遠程標定工具能夠記錄更多ECU內(nèi)部控制參數(shù)及診斷參數(shù)，車輛狀態(tài)得到更為全面的監(jiān)控，有效抓取車輛的偶發(fā)故障，追蹤車輛的歷史故障，同時能遠程實現(xiàn)數(shù)據(jù)修正、測試。遠程功能可以大規(guī)模節(jié)省處理問題所花費的時間成本、人力成本，進而保障各方試驗的順利開展，節(jié)約開發(fā)周期。并且，遠程標定功能不僅限于整車開發(fā)過程中的應(yīng)用，在售后市場上的問題解決上仍然能夠繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱，而目前市場上新興的OTA（Over-The-Air technology）技術(shù)就是實現(xiàn)了遠程標定的部分模塊功能，即通過遠程技術(shù)對車輛控制器進行數(shù)據(jù)刷寫，目前OTA 已經(jīng)是一種較為成熟的技術(shù)了。OTA 最早出現(xiàn)在特斯拉2012年推出的Modes S車型上，2016年豐田公司宣布采用OTA 技術(shù)更新ECU 數(shù)據(jù)，2017 年福特首次通過OTA 技術(shù)為搭載Sync 3 車載系統(tǒng)的車型新增功能。OTA 為整車廠（OEM）提供新的問題解決方案，也為OEM 節(jié)省了大量的時間、財務(wù)成本，HIS Markit 2020 年度報告中提供的數(shù)據(jù)，2014～2019 年全球召回案例當中，與軟件相關(guān)的召回次數(shù)顯著增加，每年占比均高于40%。截止2019年，中國涉及程序或軟件問題的召回213次，涉及車輛683.02萬輛，占比總體召回數(shù)量的9.0%，增加趨勢明顯。美國Warranty Week統(tǒng)計了過去一些年全球知名汽車OEM產(chǎn)品召回的成本（圖7）[5]。

由此可見，OTA 功能在軟件問題修復(fù)、升級層面具備明顯的效率優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，而它僅僅是遠程標定功能要實現(xiàn)的模塊功能之一。在未來，遠程標定功能將提供OEM 廠家更為全面、便捷的軟件問題解決方案，范圍也將從售后層面延伸到產(chǎn)品開發(fā)層面，做到全局覆蓋。

圖7 全球主要OEM產(chǎn)品召回費用占總收入比例[5]

2.3 推動標定數(shù)字化、標準化發(fā)展

遠程標定功能字面上只是打破了傳統(tǒng)標定的物理間隔，實際上搭建遠程標定平臺所帶來的邊際效應(yīng)對標定行業(yè)的影響是更為深遠和廣泛的。

2.3.1 車輛大數(shù)據(jù)整合、分析

首先，遠程標定平臺必然能夠?qū)崿F(xiàn)對多樣本試驗車輛的數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲。這在一定程度上增大了標定車輛數(shù)，為標定工程師提供了更多的測試樣本。其次，更多車輛樣本意味著能夠覆蓋更多、更加全面的駕駛工況、環(huán)境工況以及不同程度的耐久工況，這些邊界條件都是標定工程師在有限的開發(fā)周期內(nèi)無法全面覆蓋到的，而多樣本的車輛大數(shù)據(jù)能夠協(xié)助標定工程師提前暴露問題。對上述車輛數(shù)據(jù)的檢查、統(tǒng)計、分析結(jié)果是標定數(shù)據(jù)匹配程度的最有利佐證，也是評價標定數(shù)據(jù)適用性、魯棒性的核心手段。而平臺的應(yīng)用能夠?qū)⑸鲜龉ぷ鲗崟r開展、實時反饋，協(xié)助工程師做出擇優(yōu)判斷，助力標定結(jié)果逐步成熟化。車輛大數(shù)據(jù)整合、分析理念如圖8所示。

圖8 車輛大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用理念

因此，開發(fā)階段試驗車輛大數(shù)據(jù)的充分應(yīng)用，會保障后續(xù)批量產(chǎn)品具有良好的性能一致性，降低售后用戶抱怨風險。

2.3.2 標定過程可追溯

標定過程可追溯就是在強調(diào)標定數(shù)據(jù)的過程管理。當前ECU控制器包含20 000個以上的Map/Curve標定變量，區(qū)分為基礎(chǔ)標定、臺架標定、混合氣標定、起動怠速標定等十余項模塊，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，還在不斷新增功能，例如48V、GPF等。這些模塊不僅是數(shù)量繁多，而且還相互關(guān)聯(lián)、相互影響，但是最終要整合在一起，做到相互匹配、相互支撐，協(xié)同工作。遠程標定的云平臺可以方便的實現(xiàn)標定數(shù)據(jù)的在線管理，實時記錄數(shù)據(jù)的變更過程，集成不同模塊的標定結(jié)果，助力團隊協(xié)同工作，避免團隊重復(fù)工作。同時，可以根據(jù)團隊需求設(shè)定標定數(shù)據(jù)審批流程、設(shè)定團隊成員權(quán)限等等細節(jié)控制辦法，能夠?qū)崿F(xiàn)整個開發(fā)過程中標定數(shù)據(jù)的實時檢查、人人檢查，降低最終標定數(shù)據(jù)集成時數(shù)據(jù)沖突、缺項、漏項等風險?；谶h程標定平臺的標定數(shù)據(jù)管理模塊，能夠貫穿性管理標定數(shù)據(jù)的整個生命周期，在不同的標定數(shù)據(jù)成熟度時期發(fā)揮不同的作用：標定預(yù)設(shè)、標定檢查、標定集成等等。標定過程管理的應(yīng)用理念如圖9所示。

圖9 標定數(shù)據(jù)過程管理應(yīng)用理念

2.3.3 標定結(jié)果可視化

以目前車輛應(yīng)用的ECU、TCU、HCU 等控制器來講，國家法規(guī)只針對排放、OBD 等少數(shù)模塊進行了強制性規(guī)定[7]，絕大多數(shù)的標定工作沒有明確的量化指標。這種不確定性會導(dǎo)致標定質(zhì)量因人而異、因不同車型而異，也不利于標定開發(fā)經(jīng)驗的積累，給企業(yè)的產(chǎn)品帶來質(zhì)量風險。標定結(jié)果可視化就是要依托于遠程標定獲取的大數(shù)據(jù)平臺，首先以結(jié)果為導(dǎo)向設(shè)定合理的邊界條件，再批量處理多樣本的測試數(shù)據(jù)，采用其與邊界條件的對比結(jié)果作為評估標定結(jié)果的方式，逐漸脫離單車、單人、單次的主客觀驗收模式。標定結(jié)果驗收一定是嚴謹、充分的，量化的結(jié)果便于制定明確的標定驗收流程、驗收標準，形成固定報告輸出模板，有效避免人員、環(huán)境因素變動引發(fā)的偶發(fā)性和不確定性。以結(jié)果為導(dǎo)向的標定數(shù)據(jù)、驗收理念如圖10所示。

3 遠程標定的技術(shù)難點及解決方案

遠程標定技術(shù)依托于4G/5G 網(wǎng)絡(luò)搭建和普及，基于無線網(wǎng)絡(luò)打破了傳統(tǒng)標定工程、測試車輛之間的物理間隔，屬于新興的技術(shù)手段，仍需要不斷的優(yōu)化和完善。

圖10 結(jié)果導(dǎo)向的標定檢查、驗收應(yīng)用理念

3.1 信息無線傳輸穩(wěn)定性維護

無線網(wǎng)絡(luò)具有一定的不可靠性，在通訊過程中容易出現(xiàn)斷開情況，也容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，這種擁堵具有突發(fā)性，而且其原因也比較復(fù)雜。這兩種情況都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，尤其是遠程標定涉及的CRO 數(shù)據(jù)，車載信息終端要對數(shù)據(jù)包的讀寫超時情況進行準確的判定，必要時要采用安全合理的回滾策略[5]，保證車輛控制器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，同時向標定平臺實時反饋超時結(jié)果。

3.2 信息傳輸?shù)陌踩员Ｕ?/h3>

遠程標定對數(shù)據(jù)的準確性、安全性提出了更高的要求，CCP 的協(xié)議棧內(nèi)要增加多層的加密和校驗機制，采用標定平臺與車載信息終端共享相同保密Key的方式，相互校驗成功后才能繼續(xù)下一步的信息傳輸，防止非授權(quán)的信息篡改。除此之外，標定數(shù)據(jù)知識產(chǎn)權(quán)的保護對標定開發(fā)團隊也非常重要，標定平臺要設(shè)定安全的訪問機制，防止非法登錄（包括平臺提供者本身），防止數(shù)據(jù)信息泄露到他人手中。

3.3 遠程標定平臺搭建

遠程標定平臺包括遠程采集、遠程刷寫、遠程標定、4G/5G通訊、云端數(shù)據(jù)的上傳及下載、云計算、大數(shù)據(jù)、智能算法多專業(yè)和多學(xué)科融合，技術(shù)復(fù)雜度極高，遠程標定平臺可以帶來很多的邊界效應(yīng)，很多其他的標定數(shù)據(jù)過程管理、數(shù)據(jù)處理分析、報告生成等相關(guān)輔助功能都可以基于上述平臺進行搭建，基于云端的遠程標定平臺管理，包括以下3項內(nèi)容。

（1）標定數(shù)據(jù)過程管理，包括項目的變型、工作包的定義、使用標定工具（如INCA）進行標定、上傳/修改數(shù)據(jù)、審核/合并標定參數(shù)等。在此過程中，用戶可以在系統(tǒng)中進行靈活配置，將用戶的使用習(xí)慣融合到該流程中。另外一部分是支持流程，系統(tǒng)管理員可以指定項目經(jīng)理，由項目經(jīng)理去創(chuàng)建項目，定義項目的干系人，每個人員的權(quán)限、角色、工作內(nèi)容等?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)管理、檢索、對比、報告功能，軟件成熟度檢查與匹配數(shù)據(jù)智能預(yù)設(shè)，實現(xiàn)標定數(shù)據(jù)的分類、價值挖掘、質(zhì)量管控等。

（2）遠程技術(shù)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、云存儲、遠程刷新，試驗智能輔助和進程監(jiān)控。遠程技術(shù)可用于標定、耐久、售后的數(shù)據(jù)采集，用于支持IUPR、RDE、GPF、環(huán)境適應(yīng)性、駕駛性、排溫模型、爆震、早燃、增壓、OBD等各個模塊標定驗證及問題排查工作。同時可以基于云端的遠程修改ECU中的參數(shù)，結(jié)合遠程采集中的參數(shù)，可以重復(fù)標定，獲取最佳值，降低基礎(chǔ)測量門檻和地域限制，提升測量效率，提升試驗質(zhì)量和可追溯性。

（3）大數(shù)據(jù)處理及報告生成，實現(xiàn)云端海量數(shù)據(jù)特征參數(shù)分析。數(shù)據(jù)解析、清洗、計算；整車關(guān)鍵控制參數(shù)劣化預(yù)判、監(jiān)控EMS功能特征，對匹配問題、故障生成追溯列表；針對具體的匹配問題，智能調(diào)用需求變量、試驗過程指導(dǎo)、測試分析方案，形成測試排查建議和推薦結(jié)論、線上迭代排查試驗，結(jié)果可視化等，這些都可以大大提高數(shù)據(jù)魯棒性。

但由于技術(shù)產(chǎn)生時間較短，目前在標定開發(fā)中的應(yīng)用還十分有限，還需要更多時間用于基于用戶需求的功能開發(fā)，基于遠程標定平臺的標定理念如圖11所示。

圖11 基于遠程標定平臺的標定理念

4 結(jié)束語

本文從遠程標定的技術(shù)實現(xiàn)角度出發(fā)，分析了遠程標定的優(yōu)勢、難點，并提出了遠程標定平臺功能建設(shè)的打造方向。數(shù)字化、智能化的標定手段一定是未來整車標定的發(fā)展方向，打造集成了遠程采集、標定、處理分析、標定數(shù)據(jù)過程管理與一體的智能標定系統(tǒng)對于整車標定開發(fā)團隊是一項立足未來的長遠技術(shù)戰(zhàn)略。目前已經(jīng)有ETAS、聯(lián)合汽車電子具備上述功能的軟硬件開發(fā)能力，并且在國內(nèi)外的整車OEM 上進行了一定程度的應(yīng)用，但是這是一條長遠的技術(shù)發(fā)展過程，也面臨著很多實際問題。

（1）開發(fā)技術(shù)難度高

遠程標定技術(shù)涉及硬件開發(fā)、云平臺搭建、平臺功能開發(fā)、基于ECU軟件邏輯的數(shù)據(jù)處理模型開發(fā)等眾多領(lǐng)域，涉及專業(yè)范圍廣、開發(fā)周期長、任務(wù)量大。

（2）實現(xiàn)收益周期長

縮短整車標定周期、提升整車標定質(zhì)量是整車OEM最為關(guān)鍵的收益途徑，尤其是前者。標定周期的縮短需要建立在成熟的軟件平臺及高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理模型上，而ECU 的控制策略、技術(shù)的更新迭代都會導(dǎo)致模型需要實時修正、維護，因此，保證模型的計算精準度定會消耗較大的人力、物力。同樣，模型的成熟也必將經(jīng)歷緩慢的進化過程，這將對整車OEM 的收益帶來不小的挑戰(zhàn)。