毫秒級的安全設計：電裝如何用軟件守護汽車運行

在日常駕駛中，車輛的安全保護機制往往在駕駛者難以察覺的時間內(nèi)完成。例如，在一些關鍵控制場景中，系統(tǒng)需要在毫秒級的時間尺度內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理與控制決策。對于駕駛者而言，這些過程幾乎難以察覺，但正是這些“看不見的時間”設計，影響著車輛的舒適性、可靠性與安全性。

在這樣的時間維度下，如何確保數(shù)據(jù)始終準確、系統(tǒng)始終穩(wěn)定，成為汽車電子系統(tǒng)開發(fā)中的重要課題。圍繞這一問題，電裝工程師介紹了車載ECU軟件開發(fā)中的相關技術實踐——通過軟件對數(shù)據(jù)進行持續(xù)監(jiān)測與驗證，為車輛運行提供可靠保障。

電動化車輛的“大腦”：HEV ECU如何協(xié)同控制動力系統(tǒng)

以混合動力汽車（HEV）為例，動力系統(tǒng)的控制依賴于復雜的軟件協(xié)同。HEV通過電機與發(fā)動機的配合，實現(xiàn)動力性能與能源利用效率之間的平衡。在串并聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機和電機可以同時作為驅(qū)動來源，這在提升整車效率的同時，也使系統(tǒng)控制邏輯和軟件架構更加復雜。

在這一系統(tǒng)中，HEV ECU承擔著核心控制作用。系統(tǒng)會接收來自車輛多種傳感器的輸入，例如加速踏板位置等信號，并通過實時運算生成對電機（MG/逆變器）的扭矩指令以及對發(fā)動機的動力指令，從而實現(xiàn)整車動力的協(xié)同控制。

與此同時，電池管理系統(tǒng)（BMS）會持續(xù)監(jiān)測電池狀態(tài)，例如電池的荷電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（SOH），并將相關信息傳遞給HEV ECU。通過多個ECU之間的協(xié)同控制，系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛需求與車輛狀態(tài)，在發(fā)動機與電機之間進行動力分配。

在這一過程中，HEV ECU需要同時滿足多個基本要求：

• 準確響應駕駛者操作，實現(xiàn)順暢自然的加速、減速與操控體驗 

• 通過系統(tǒng)協(xié)同提升能源利用效率 

• 確保各部件在溫度、電壓、電流以及壽命等設計范圍內(nèi)運行

為了實現(xiàn)這些目標，系統(tǒng)需要通過功能安全監(jiān)測與通信數(shù)據(jù)保障等技術來確保穩(wěn)定運行。

多層監(jiān)控機制保障系統(tǒng)安全

在車輛電子系統(tǒng)中，安全設計的核心思路，是通過多種措施降低潛在風險，使系統(tǒng)在出現(xiàn)異常時仍能夠保持可控狀態(tài)。

電裝工程師介紹，在車載ECU設計中，通常會從流程與規(guī)則、硬件以及軟件等多個層面建立監(jiān)控機制。一旦系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)異常，相關機制能夠及時檢測并采取措施，使系統(tǒng)進入安全狀態(tài)，從而避免問題進一步擴大。

以“時間”為核心的安全設計：FTTI

在功能安全設計中，時間是一個重要因素。

當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，從異常能夠被檢測到的時刻開始，到系統(tǒng)采取措施并使車輛進入安全狀態(tài)之間，存在一個允許的時間區(qū)間。這一概念被稱為 FTTI（Fault Tolerant Time Interval，安全狀態(tài)移行時間）。

不同系統(tǒng)對時間的敏感程度不同，因此安全設計需要根據(jù)控制對象設定相應的時間粒度，并在FTTI范圍內(nèi)完成異常檢測與處理。

例如，加速踏板信號屬于關鍵輸入信號，通常會采用雙通道結構，并以約1ms的周期進行檢測。在系統(tǒng)運行過程中，還會設置多個監(jiān)測節(jié)點。一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)可以在規(guī)定時間內(nèi)采取措施，使車輛進入安全狀態(tài)。

監(jiān)測機制通常包括兩個層面：

• 檢測功能本身是否發(fā)生故障，例如傳感器斷線 

• 確認系統(tǒng)功能是否按照預期運行

通過多層監(jiān)測機制，可以在異常擴大之前進行處理。

軟件層面的可靠性保障：RRFI監(jiān)測

在軟件層面，系統(tǒng)需要考慮各種可能的故障模式，并通過監(jiān)測機制進行應對。為此，電裝在軟件設計中采用了 RRFI（ROM、RAM、Flow、Instruction） 的監(jiān)測框架。

這一機制主要包括以下幾個方面：

• ROM檢查：通過校驗等方式確認程序內(nèi)容是否發(fā)生損壞 

• RAM檢查：通過讀寫測試以及ECC等方式確認內(nèi)存狀態(tài) 

• Flow檢查：確認程序執(zhí)行流程是否按照預期周期運行 

• Instruction檢查：對指令執(zhí)行結果進行驗證，并結合硬件機制進行檢測

這些監(jiān)測機制會根據(jù)系統(tǒng)的時間要求進行配置，從而使異常能夠在合適的時間節(jié)點被檢測并處理。

確保通信數(shù)據(jù)的準確傳遞

在車輛電子系統(tǒng)中，各個ECU之間需要通過車載網(wǎng)絡進行通信。目前較為常見的通信方式包括 CAN（Controller Area Network）以及CAN FD（CAN with Flexible Data Rate）

這些通信協(xié)議本身具備數(shù)據(jù)錯誤檢測機制，例如 CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗），能夠在數(shù)據(jù)傳輸過程中檢測異常。

但在數(shù)據(jù)被ECU接收之后，仍需要進一步確認其完整性與一致性。例如，在某些控制場景中，系統(tǒng)會對通信數(shù)據(jù)進行持續(xù)監(jiān)測。如果檢測到數(shù)據(jù)順序異�；騼�(nèi)容不符合預期，相關數(shù)據(jù)將被處理，以避免其對車輛控制產(chǎn)生影響。

其中一種常見方法是使用序列計數(shù)器（Sequence Counter）。通過在數(shù)據(jù)中加入連續(xù)變化的計數(shù)值，系統(tǒng)可以檢測數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)重復、缺失或順序異常。一旦發(fā)現(xiàn)異常，該數(shù)據(jù)將被丟棄，從而避免錯誤數(shù)據(jù)影響系統(tǒng)控制。

通過對通信數(shù)據(jù)進行多層確認，可以進一步提升系統(tǒng)整體的可靠性。

車載軟件的發(fā)展趨勢

隨著汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，車載ECU和軟件架構也在持續(xù)演進。未來，車輛控制系統(tǒng)將逐漸從多個獨立ECU之間的協(xié)同，向更加集約化的電子架構發(fā)展。通過整合更多功能，系統(tǒng)之間的協(xié)同程度將進一步提升，同時也有助于提高軟件開發(fā)效率與系統(tǒng)質(zhì)量。

與此同時，車輛軟件與用戶之間的連接也在不斷加強。通過與整車廠的協(xié)作，車輛在實際使用過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以被有效利用，并結合OTA等技術，使軟件功能持續(xù)優(yōu)化。隨著軟件在汽車中的作用不斷提升，車載ECU軟件的重要性也將持續(xù)增加。

持續(xù)創(chuàng)造價值的工程實踐

在汽車電子系統(tǒng)不斷發(fā)展的背景下，軟件工程師的工作不僅是編寫程序，更是通過系統(tǒng)設計、驗證與持續(xù)優(yōu)化，使復雜系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。

從技術構想到實際應用于車輛，是一個不斷驗證與完善的過程。當這些技術真正服務于用戶、提升駕駛體驗時，也成為推動技術持續(xù)進步的重要動力。

隨著電動化與智能化的發(fā)展，車載軟件在汽車中的作用將進一步擴大。圍繞數(shù)據(jù)可靠性與系統(tǒng)安全性的技術探索，也將繼續(xù)為未來移動出行提供重要支撐。

電裝公司簡介

電裝是世界先進的汽車零部件生產(chǎn)廠家之一。在美國《財富》雜志發(fā)布的2025年世界500強企業(yè)中排名第325名。一直以來電裝都專注于電動化、組合輔助駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等技術創(chuàng)新、致力于解決汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和社會課題。目前在全球廣泛應用的二維碼就是電裝在1994年發(fā)明并無償公開的。

在中國，電裝于1994年在煙臺成立了第一家合資生產(chǎn)企業(yè)。作為在中國的統(tǒng)括公司——電裝（中國）投資有限公司，成立于2003年，目前在國內(nèi)設有生產(chǎn)公司、銷售公司以及軟件開發(fā)公司等共計30多家關聯(lián)企業(yè)。