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【导读】相对于传统汽车可采用逆向开发的模式，电动汽车由于各总成系统的紧密关联性，要想开发出高品质和具有核心竞争力的电动汽车，产品设计必须采用正向开发模式。必须进行顶层设计，首先站在整车性能的全局角度，对整车进行全面系统的功能理解，制定能清晰定位产品功能及性能的整车电控系统解决方案，以VCU设计为主的系统设计，并通过充分依托VCU及整车控制系统整体解决方案，对包括BMS、MCU、ABS、PDU、BCM、TCU 等控制器在内的整体动力系统及各大执行总成系统进行选型设计。 电控是电动汽车三大核心零部件之一，包括整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）。电动汽车整车控制器（VCU，Vehicle Control Unit）是电动汽车（混合动力汽车、纯电动汽车）动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，具有提高车辆的动力性能、安全性能和经济性等作用。 1、技术 VCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元，在传统汽车上需求很小。整车控制器的开发包括软、硬件设计。核心软件一般由整车厂研发，硬件和底层驱动软件可选择由汽车零部件厂商提供。 VCU采集电机控制系统信号、加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，根据驾驶员的驾驶意图综合分析并作出响应判断后，监控下层的各部件控制器的动作，对汽车的正常行驶、电池能量的制动回馈、网络管理、故障诊断与处理、车辆状态监控等功能起着关键作用。 图表 1 整车控制器工作原理及结构图 整车控制系统能够实现对汽车动力、舒适度、安全性以及能耗等多方面进行调整优化，配合大数据让电动汽车拥有更好的操作性和可靠性，具体来讲整车控制器对电动汽车主要有以下功能： 1）数据交互管理：整车控制器要实时采集驾驶员的操作信息和其他各个部件的工作状态信息，这是实现整车控制器其他功能的基础和前提。该层接受CAN总线的信息，对直接馈入整车控制器的物理层进行采样处理，并且通过CAB发送控制命令，通过I/O、D／A和PWM提供对显示单元、继电器等的驱动信号。 2）安全故障管理层：实车运行中，任何部件都可能产生差错，从而可能导致器件损坏甚至危及车辆安全。电动汽车控制器要能对汽车各种可能的故障进行分析处理，这是保证汽车行驶安全的必备条件。对车辆而言，故障可能出现在任何地方，但对整车控制器而言，故障只体现在第一层中继承的数据中。对继承的数据进行分析判断将是该层的主要工作之一。在检测出错误后，该层会做出相应的处理，在保证车辆足够安全的条件下，给各部件提供可使用的工作范围，以便尽可能地满足驾驶员的驾驶意图。 3）驾驶员意图层：驾驶员的所有与驱动驾驶相关的操作信号都直接进入整车控制器，整车控制器对采集的驾驶员操作信息进行正确的分析处理，计算出驱动系统的目标转矩和车辆的需求功率来实现驾驶员的意图。 4）能量流管理层：该层的主要工作是电动汽车控制器在多个能量源之间进行需求功率分配，这是提高燃料电池及电动汽车经济性的必要途径。 在整车控制技术方面，日本及欧美企业走在全球前列，国外大部分汽车企业在电动汽车领域积累充足，控制策略成熟度高，整车节油效果良好，控制器产品通过市场检验证实了其可靠性。 国内整车控制企业能够完成整车控制器硬件结构设计，但由于我国芯片集成力量相对比较薄弱，制造能力较差，可靠性和稳定性仍有很大的提升空间。总体来讲，我国整车控制器硬件水平与国外存在一定差距。大部分企业推出量产电动汽车产品时更倾向于选择国外整车控制器硬件供应商。前几年，控制器基础硬件、开发工具等基本依赖进口。目前，随着我国新能源汽车运行量逐渐增多，整车控制技术已完成了前期的积累阶段，国内整车企业及汽车电子企业开始掌握核心技术，对相关硬件的进口依赖逐渐减少，产业化能力已得到较大地提升。 目前整车控制器的标准化已引起相关企业的关注。由全球汽车制造商、部件供应商及电子、半导体和软件系统公司，联合建立了汽车开放系统架构联盟，形成了AUTOSAR（汽车开放系统架构）标准，简化了开发流程并使ECU软件具有复用性，是控制器开发的一个趋势。 2、市场 整车控制系统技术含量高，具有较高的进入壁垒，国内汽车零部件企业、整车企业及科研机构也进行了技术积累及产业布局。我国在上世纪就有相关规划及技术储备，“863”计划中我国整车控制器主要是以高校为依托进行研究，如清华大学、同济大学、北京理工大学等，上世纪主要停留在技术探索和积累阶段。目前已掌握了整车控制器的软、硬件开发能力。产品功能较为完备，可以满足电动汽车需求，目前已经大量应用到电动汽车产品上。 目前各主流厂家基本掌握整车控制器开发技术，但不同企业技术积累存在差异，水平参差不齐。一般大型品牌车企业均有自己的整车控制核心技术，同时也实现产品的更新换代，不断提升性能满足电动汽车的需求。 国内电动汽车企业在整车控制器研发及重视程度上也存在差异。一部分汽车主机厂商对电动汽车开发的理念和思路仍然停留在以传统汽车开发为理解基础，在电动汽车补贴的“诱惑”下，为了赚取的国家补贴，导致部分主机厂仍然采取各大总成模块“快速”拼接的逆向开发模式，整车控制器技术的更新跟不上市场快速发展的需求。一部分整车企业重视核心技术的积累与掌握，与国外公司进行合作，吸收国外相关技术和经验，增强自主开发能力。 从趋势来看，随着电动汽车市场逐渐繁荣与成熟，整车控制器市场格局也将出现分化。部分拥有核心技术的车企将自己研发生产整车控制器，而不具备研发实力的企业将不得不通过外购的形式解决。由此车企的将会因为核心零部件的差异存在明显的梯队竞争格局。 另一方面，动力电池、电控、整车企业之间的联系将越来越紧密，整车企业、动力电池企业对电控系统的渗透将越来越深。新能源汽车供应链企业之间加强协作是未来发展方向，整车控制器企业将与动力电池、电机、整车等企业协同发展，深入研究动力电池、电动汽车应用过程中的工作特性，在动力电池、动力系统和整车之间寻求最佳方案。整车控制系统将逐渐发展成为方案提供商，硬件部分将逐渐趋于专业化，由专门的汽车电子企业研发生产。 3、企业 从全球格局来看，各汽车电子零部件巨头，如德尔福、大陆、博世集团都纷纷进行整车控制器研发和生产。部分汽车设计公司也为整车厂提供整车控制器技术方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在电动汽车整车控制器领域也有不少成功的案例。 国内整车控制器生产企业主要分为以下几类：整车厂、电机电控企业、汽车电子企业。作为电动汽车核心零部件，车企大多自己研发生产整车控制器及系统设计，国内诸如比亚迪、长安、上汽、宇通、金龙等企业均为自己配套，只有部分产品及零部件通过外购。电机电控企业也进入该领域，如大洋电机、方正电机、汇川技术等。 图表 2 国内整车控制器第三方生产企业及车企配套 注：表中只统计部分整车控制器第三方生产企业，不包括整车、芯片等元器件企业。 资料来源：一览众咨询 |
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