精品方案 | GCKontrol&TestManager在电车VCU上下电系统中的应用

概  述

电车的整车控制单元（VCU）作为车辆的核心决策中枢, 通过实时解析驾驶意图，结合车辆动态工况、电池状态及电机运行参数，动态分配动力输出，确保整车高效、安全运行。其中上下电流程作为VCU的核心功能，直接决定了车辆启动、行驶、充电及紧急断电全场景的安全性与响应效率。随着新能源汽车向高集成化、智能化方向加速发展，VCU需同时满足高实时性控制（毫秒级响应）、功能安全（ISO 26262 ASIL-D）以及多系统协同（BMS、MCU、热管理等）的严苛技术要求。针对上述挑战，世冠科技基于MBSE（基于模型的系统工程）方法论，推出GCKontrol系统设计与仿真软件及TM测试管理平台，构建了覆盖需求定义、多学科建模、自动化测试及代码生成的国产化工具链。

该方案不仅支持VCU上下电逻辑的精准设计与验证，还可通过FMI标准协同、多线程加速仿真及HIL硬件在环测试，显著提升开发效率，确保系统在全生命周期内满足功能安全与性能优化的双重目标。

前  言

作为电动汽车高压能源管理的核心中枢，整车控制单元（VCU）的上下电系统承担着高压电源启停控制、多系统状态协同与安全防护的核心职责，其通过毫秒级精准控制与多层级安全逻辑，贯穿车辆启动、行驶、充电及紧急关断全场景，成为保障驾乘安全、优化能量效率及提升用户体验的关键技术壁垒。

随着电动汽车智能化与高压化趋势加速，行业对上下电系统的安全性要求已从基础功能合规跃升至功能安全最高等级（ISO 26262 ASIL-D）。该系统需在极端工况下实现：

1. 安全启停控制：预充时序优化、浪涌电流抑制及紧急断电（<5ms响应）；

2. 能量流精准管理：高压负载动态分配、能量回收效率最大化；

3. 全系统状态同步：实时诊断BMS、MCU等子系统的健康状态，确保故障无缝隔离。

面对严苛的开发需求，VCU上下电系统已从传统的“安全开关”升级为整车安全的“智能防火墙”与能效优化的“动态调度中心”，其设计验证效率与可靠性直接决定了车辆的市场竞争力与用户信任度。

GCKontrol/TestManager软件优势

作为面向汽车电子与机器人控制领域的全栈式开发平台，GCKontrol/TM工具链实现从控制策略建模到代码生成、V流程全生命周期验证的闭环开发，关键能力如下：

模型开发与验证：

1） 支持数据字典管理、多领域建模（控制算法/电路/液压/电机系统）及仿真验证。

2） 内置预置算法库（PID等）及多学科工具箱，覆盖车辆动力学、能量管理等复杂场景。

自动化代码生成：

1) 生成符合AUTOSAR标准的C/C++代码，支持ISO 26262 ASIL-D级软件单元设计与验证要求；

2) 代码静态分析（MISRA-C合规）、模型设计报告自动生成。

测试管理（TM平台）：

1） 测试用例自动化设计、单元/集成测试执行、代码覆盖率分析（满足MC/DC要求）。

覆盖需求→设计→实现→测试→部署全生命周期：

1）左半V流程：软件架构设计、模型在环仿真（MIL）、自动代码生成；

2）右半V流程：单元测试（模型/代码级）、软件集成测试（SIL）、硬件在环测试（HIL）；

3）全流程追溯：通过TM平台实现需求-模型-代码-测试用例的端到端关联。

核心技术自主化：工具链从建模内核到代码生成器均为国产自研，规避外部技术断供风险；

行业适配性：针对中国车企需求定制开发；

生态兼容性：提供FMI接口，无缝对接既有研发体系。

VCU上下电建模

整车控制器（VCU，Vehicle Control Unit）的上下电流程是电动汽车高压系统安全运行的核心，分为高压上电和高压下电两个过程。以下为详细流程：

上下电模型在TM中的自动化测试

在TM中，对测试需求将进行用例设计，进行对上下电模型测试用例的以Excel表格形式导入，对以下6种工况进行自动化测试：

1. 整车上高压及上ready

2. 充电功能

3. 主负继电器闭合失败

4. 辅助继电器闭合失败

5. DCDC工作失败

6. 先上高压后掉高压

Excel导入支持创建多个场景，多个python形式的测试用例，方便用户处理大量用例，便于可视化、可复用以及维护。Excel模板案例如下： 

图3  Excel模板案例

针对不同工况下的自动化测试

1）整车上高压及READY，测试的重点为预充时间、继电器时序、状态机切换。设计考量为防止电流冲击，确保高压系统稳定激活

2）充电功能，测试的重点为充电与驱动的互斥逻辑、绝缘监控。设计考量为充电安全与兼容性

3）主负、辅助继电器闭合失败，测试的重点为继电器重试策略、熔断保护机制。设计考量为硬件冗余与故障快速隔离。

4）DCDC工作失败，测试的重点为低压供电切换策略、蓄电池保护。设计考量为低压系统持续供电能力

5）高压异常掉电，测试的重点为紧急下电响应时间、故障分类处理。设计考量为满足功能安全。

如下图为6种工况下在TM中的表现

图4  测试结果

通过TM测试，可在开发早期发现控制逻辑缺陷，降低后续HIL和实车测试成本。测试需覆盖功能正确性、时序精度。

总结与展望

世冠科技的GCKontrol系统设计与仿真平台为VCU上下电系统开发提供了全流程技术赋能。通过内置的控制算法库，该平台能够快速构建高可靠性的策略模型，并在模型在环（MIL）阶段实现多工况仿真验证，大幅缩短开发迭代周期。同步的TM测试管理平台，可在需求分析阶段自动生成覆盖MC/DC准则的测试用例，结合各类场景，提前拦截大部分的逻辑缺陷，显著降低后期实车调试成本。

在此基础上，未来可通过数字孪生技术打通虚拟模型与实车数据链路，动态优化预充时间、高压断电阈值等关键参数，使控制策略具备环境自适应性；同时扩展TM平台的AI融合能力，利用机器学习分析历史故障数据，构建接触器寿命预测、电池异常预判等智能诊断模型，推动开发模式从“被动修复”向“主动防护”升级。