簡談整車控制器VCU

本文主要介紹了整車控制器VCU發展過程、行業分析、未來趨勢、技術指標、合作模式等相關內容。
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2023-02-15 11:07:52

圖/新能源車系統架構

整車控制器VCU(Vehicle control unit)作為新能源車控制單元，是整個控制系統的。VCU采集電機及電池狀態，采集加速踏板信號、制動踏板信號、執行器及傳感器信號，根據駕駛員的意圖綜合分析做出相應判定后，監控下層的各部件控制器的動作，它負責汽車的正常行駛、制動能量回饋、整車發動機及動力電池的能量管理、網絡管理、故障診斷及處理、車輛狀態監控等，從而保證整車在較好的動力性、較高經濟性及可靠性狀態下正常穩定的工作。可以說整車控制器性能的好壞直接決定了新能源汽車整車性能的好壞，起到了中流砥柱的作用。

發展過程

圖-傳統汽車E/E架構

圖-混合動力E/E架構

整車控制器可謂是起源于傳統汽車，落地于新能源汽車。傳統汽車包含發動機控制器、變速箱控制器、車身控制器、底盤控制器等，各控制器是由不同的Tier1提供，為解決各自零部件的功能及性能指標而定制設計。比如EMS是解決發動機燃油經濟性、排放法規及熱處理等。變速箱是解決操作桿與齒輪動作的相互協調及切換。各控制器控制車輛某一部件，無法總體考慮整車功能及性能需求。因此部分OEM為了實現整車定制功能及個性化設計，擺脫國外Tier1高昂的開發費及開發周期，有了整車控制器初的概念設想。由于國內電控技術起步晚，OEM對國外Tier1的控制力不足，直到新能汽車快速發展，混合動力迫切需要解決燃油動力系統與電池動力系統之間的有效協調，純電動車需要解決整車動力管理，因此明確了整車控制器的概念及功能定義，奠定了VCU獲得的高速發展的基礎。

行業分析

新能源起步階段，大概在12到15年誕生了代VCU產品。技術來源于傳統汽車電控ECU，以發動機控制器及車身控制器為主要技術來源。行業典型產品有德爾福的HCU-2、聯電的VCU、大陸的H300及普華代VCU-1。VCU-1是普華軟件與國內OEM合作開發，采用主從MCU的硬件解決方案， AUTOSAR3.1.5軟件平臺，是國內早自主AUTOSAR軟硬一體化的VCU解決方案。從這些廠家不難看出，前身都是做發動機及車身控制器為主的零部件供應商，只有普華軟件是國內的汽車電控基礎軟件及軟硬件一體解決方案提供商，開創了國內分工合作的先例。

隨著行業應用及發展，整車控制器功能定義及安全要求逐步明確，有了行業針對新能源車的系統解決方案，比如符合功能安全的MCU及芯片。第二代產品起步階段是16年到19年。目前行業解決方案主要產品，聯電的VCU8、德爾福的HCU-5、大陸H500及普華ORIENTAIS_HCU-6，二代產品受制于補貼滑坡及車輛安全事件影響，因此出現了符合功能安全和不符合功能安全要求的兩種產品。但從長遠發展來看VCU的功能安全及AUTOSAR軟硬件平臺是勢在必行。HCU-6硬件滿足ASIL-C要求，軟件符合AUTOSAR4.2.X及功能全AISL-D，實現國內OEM多車型小批量及批量裝車。

未來趨勢

圖/汽車發展

如果說汽車未來發展趨勢是電動化、智能化（甚至是軟件定義汽車），那么整車控制器未來發展必將是高度集成及安全可靠。無論汽車發展到什么階段，安全、舒適與經濟性永遠是發展的硬性指標。開放合作、分工合作是未來OEM、Tier1及Tier2主流合作模式。

隨著行業安全標準ISO 26262《道路車輛功能安全》不斷完善，功能安全設計議題在汽車領域已被高度重視。從產品的整個生命周期（發、生產、管理、運營、服務及報廢，并在這些生命周期階段中提供必要的支持。該標準涵蓋功能性安全方面的整改開發過程，包含需求規劃，系統設計、軟件設計、硬件設計、實施、集成、驗證、確認和配置。整個設計開發過程提出了嚴格的要求，來保證安全相關的電子產品的功能性失效不會造成危險的發生。無論是FMEA（Failure Mode and Effects Analysis失效模式與影響分析），還是FMEDA（Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis失效模式、影響及其診斷分析），從安全分析落地到軟硬件安全策略的建立，都需要不斷提出應對方案，然后投入大量的驗證策略，*終實現安全機制的覆蓋。硬件主要解決單點失效、潛藏失效及診斷覆蓋率等。

技術指標

結合國內外眾多產品的分析及行業多年產品設計，未來整車控制器滿足行業需求，一般需滿足如下技術指標及服務能力。