【導(dǎo)讀】相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)可采用逆向開(kāi)發(fā)的模式，電動(dòng)汽車(chē)由于各總成系統(tǒng)的緊密關(guān)聯(lián)性，要想開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)和具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的電動(dòng)汽車(chē)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須采用正向開(kāi)發(fā)模式。必須進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，首先站在整車(chē)性能的全局角度，對(duì)整車(chē)進(jìn)行全面系統(tǒng)的功能理解，制定能清晰定位產(chǎn)品功能及性能的整車(chē)電控系統(tǒng)解決方案，以VCU設(shè)計(jì)為主的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過(guò)充分依托VCU及整車(chē)控制系統(tǒng)整體解決方案，對(duì)包括BMS、MCU、ABS、PDU、BCM、TCU 等控制器在內(nèi)的整體動(dòng)力系統(tǒng)及各大執(zhí)行總成系統(tǒng)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

電控是電動(dòng)汽車(chē)三大核心零部件之一，包括整車(chē)控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）和電池管理系統(tǒng)（BMS）。電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器（VCU，Vehicle Control Unit）是電動(dòng)汽車(chē)（混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)）動(dòng)力系統(tǒng)的總成控制器，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、動(dòng)力電池等各部件的工作，具有提高車(chē)輛的動(dòng)力性能、安全性能和經(jīng)濟(jì)性等作用。

1、技術(shù)

VCU是實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制決策的核心電子控制單元，在傳統(tǒng)汽車(chē)上需求很小。整車(chē)控制器的開(kāi)發(fā)包括軟、硬件設(shè)計(jì)。核心軟件一般由整車(chē)廠研發(fā)，硬件和底層驅(qū)動(dòng)軟件可選擇由汽車(chē)零部件廠商提供。

VCU采集電機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)、加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)及其他部件信號(hào)，根據(jù)駕駛員的駕駛意圖綜合分析并作出響應(yīng)判斷后，監(jiān)控下層的各部件控制器的動(dòng)作，對(duì)汽車(chē)的正常行駛、電池能量的制動(dòng)回饋、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷與處理、車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)控等功能起著關(guān)鍵作用。

圖表 1 整車(chē)控制器工作原理及結(jié)構(gòu)圖

整車(chē)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車(chē)動(dòng)力、舒適度、安全性以及能耗等多方面進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，配合大數(shù)據(jù)讓電動(dòng)汽車(chē)擁有更好的操作性和可靠性，具體來(lái)講整車(chē)控制器對(duì)電動(dòng)汽車(chē)主要有以下功能：

1）數(shù)據(jù)交互管理：整車(chē)控制器要實(shí)時(shí)采集駕駛員的操作信息和其他各個(gè)部件的工作狀態(tài)信息，這是實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制器其他功能的基礎(chǔ)和前提。該層接受CAN總線的信息，對(duì)直接饋入整車(chē)控制器的物理層進(jìn)行采樣處理，并且通過(guò)CAB發(fā)送控制命令，通過(guò)I/O、D／A和PWM提供對(duì)顯示單元、繼電器等的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

2）安全故障管理層：實(shí)車(chē)運(yùn)行中，任何部件都可能產(chǎn)生差錯(cuò)，從而可能導(dǎo)致器件損壞甚至危及車(chē)輛安全。電動(dòng)汽車(chē)控制器要能對(duì)汽車(chē)各種可能的故障進(jìn)行分析處理，這是保證汽車(chē)行駛安全的必備條件。對(duì)車(chē)輛而言，故障可能出現(xiàn)在任何地方，但對(duì)整車(chē)控制器而言，故障只體現(xiàn)在第一層中繼承的數(shù)據(jù)中。對(duì)繼承的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷將是該層的主要工作之一。在檢測(cè)出錯(cuò)誤后，該層會(huì)做出相應(yīng)的處理，在保證車(chē)輛足夠安全的條件下，給各部件提供可使用的工作范圍，以便盡可能地滿足駕駛員的駕駛意圖。

3）駕駛員意圖層：駕駛員的所有與驅(qū)動(dòng)駕駛相關(guān)的操作信號(hào)都直接進(jìn)入整車(chē)控制器，整車(chē)控制器對(duì)采集的駕駛員操作信息進(jìn)行正確的分析處理，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和車(chē)輛的需求功率來(lái)實(shí)現(xiàn)駕駛員的意圖。

4）能量流管理層：該層的主要工作是電動(dòng)汽車(chē)控制器在多個(gè)能量源之間進(jìn)行需求功率分配，這是提高燃料電池及電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性的必要途徑。

在整車(chē)控制技術(shù)方面，日本及歐美企業(yè)走在全球前列，國(guó)外大部分汽車(chē)企業(yè)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域積累充足，控制策略成熟度高，整車(chē)節(jié)油效果良好，控制器產(chǎn)品通過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。

國(guó)內(nèi)整車(chē)控制企業(yè)能夠完成整車(chē)控制器硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但由于我國(guó)芯片集成力量相對(duì)比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間?？傮w來(lái)講，我國(guó)整車(chē)控制器硬件水平與國(guó)外存在一定差距。大部分企業(yè)推出量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品時(shí)更傾向于選擇國(guó)外整車(chē)控制器硬件供應(yīng)商。前幾年，控制器基礎(chǔ)硬件、開(kāi)發(fā)工具等基本依賴(lài)進(jìn)口。目前，隨著我國(guó)新能源汽車(chē)運(yùn)行量逐漸增多，整車(chē)控制技術(shù)已完成了前期的積累階段，國(guó)內(nèi)整車(chē)企業(yè)及汽車(chē)電子企業(yè)開(kāi)始掌握核心技術(shù)，對(duì)相關(guān)硬件的進(jìn)口依賴(lài)逐漸減少，產(chǎn)業(yè)化能力已得到較大地提升。

目前整車(chē)控制器的標(biāo)準(zhǔn)化已引起相關(guān)企業(yè)的關(guān)注。由全球汽車(chē)制造商、部件供應(yīng)商及電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司，聯(lián)合建立了汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)聯(lián)盟，形成了AUTOSAR（汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)）標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程并使ECU軟件具有復(fù)用性，是控制器開(kāi)發(fā)的一個(gè)趨勢(shì)。

2、市場(chǎng)

整車(chē)控制系統(tǒng)技術(shù)含量高，具有較高的進(jìn)入壁壘，國(guó)內(nèi)汽車(chē)零部件企業(yè)、整車(chē)企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了技術(shù)積累及產(chǎn)業(yè)布局。我國(guó)在上世紀(jì)就有相關(guān)規(guī)劃及技術(shù)儲(chǔ)備，“863”計(jì)劃中我國(guó)整車(chē)控制器主要是以高校為依托進(jìn)行研究，如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)等，上世紀(jì)主要停留在技術(shù)探索和積累階段。目前已掌握了整車(chē)控制器的軟、硬件開(kāi)發(fā)能力。產(chǎn)品功能較為完備，可以滿足電動(dòng)汽車(chē)需求，目前已經(jīng)大量應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品上。

目前各主流廠家基本掌握整車(chē)控制器開(kāi)發(fā)技術(shù)，但不同企業(yè)技術(shù)積累存在差異，水平參差不齊。一般大型品牌車(chē)企業(yè)均有自己的整車(chē)控制核心技術(shù)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，不斷提升性能滿足電動(dòng)汽車(chē)的需求。

國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)在整車(chē)控制器研發(fā)及重視程度上也存在差異。一部分汽車(chē)主機(jī)廠商對(duì)電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的理念和思路仍然停留在以傳統(tǒng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)為理解基礎(chǔ)，在電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)貼的“誘惑”下，為了賺取的國(guó)家補(bǔ)貼，導(dǎo)致部分主機(jī)廠仍然采取各大總成模塊“快速”拼接的逆向開(kāi)發(fā)模式，整車(chē)控制器技術(shù)的更新跟不上市場(chǎng)快速發(fā)展的需求。一部分整車(chē)企業(yè)重視核心技術(shù)的積累與掌握，與國(guó)外公司進(jìn)行合作，吸收國(guó)外相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)能力。

從趨勢(shì)來(lái)看，隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)逐漸繁榮與成熟，整車(chē)控制器市場(chǎng)格局也將出現(xiàn)分化。部分擁有核心技術(shù)的車(chē)企將自己研發(fā)生產(chǎn)整車(chē)控制器，而不具備研發(fā)實(shí)力的企業(yè)將不得不通過(guò)外購(gòu)的形式解決。由此車(chē)企的將會(huì)因?yàn)楹诵牧悴考牟町惔嬖诿黠@的梯隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)格局。

另一方面，動(dòng)力電池、電控、整車(chē)企業(yè)之間的聯(lián)系將越來(lái)越緊密，整車(chē)企業(yè)、動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)電控系統(tǒng)的滲透將越來(lái)越深。新能源汽車(chē)供應(yīng)鏈企業(yè)之間加強(qiáng)協(xié)作是未來(lái)發(fā)展方向，整車(chē)控制器企業(yè)將與動(dòng)力電池、電機(jī)、整車(chē)等企業(yè)協(xié)同發(fā)展，深入研究動(dòng)力電池、電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用過(guò)程中的工作特性，在動(dòng)力電池、動(dòng)力系統(tǒng)和整車(chē)之間尋求最佳方案。整車(chē)控制系統(tǒng)將逐漸發(fā)展成為方案提供商，硬件部分將逐漸趨于專(zhuān)業(yè)化，由專(zhuān)門(mén)的汽車(chē)電子企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)。

3、企業(yè)

從全球格局來(lái)看，各汽車(chē)電子零部件巨頭，如德?tīng)柛！⒋箨?、博世集團(tuán)都紛紛進(jìn)行整車(chē)控制器研發(fā)和生產(chǎn)。部分汽車(chē)設(shè)計(jì)公司也為整車(chē)廠提供整車(chē)控制器技術(shù)方案，如AVL、FEV、RICARDO等，在電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器領(lǐng)域也有不少成功的案例。

國(guó)內(nèi)整車(chē)控制器生產(chǎn)企業(yè)主要分為以下幾類(lèi)：整車(chē)廠、電機(jī)電控企業(yè)、汽車(chē)電子企業(yè)。作為電動(dòng)汽車(chē)核心零部件，車(chē)企大多自己研發(fā)生產(chǎn)整車(chē)控制器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)諸如比亞迪、長(zhǎng)安、上汽、宇通、金龍等企業(yè)均為自己配套，只有部分產(chǎn)品及零部件通過(guò)外購(gòu)。電機(jī)電控企業(yè)也進(jìn)入該領(lǐng)域，如大洋電機(jī)、方正電機(jī)、匯川技術(shù)等。

圖表 2 國(guó)內(nèi)整車(chē)控制器第三方生產(chǎn)企業(yè)及車(chē)企配套

注：表中只統(tǒng)計(jì)部分整車(chē)控制器第三方生產(chǎn)企業(yè)，不包括整車(chē)、芯片等元器件企業(yè)。