電動汽車整車控制器(VCU)市場及企業分析|一覽眾車

概述

電動汽車依靠動力電池組提供的電能作為動力源驅動電動機轉動,以此為整車提供動力。純電動汽車結構主要包括電機驅動系統、能源管理系統、整車控制單元、充電控制單元、電源變換裝置DC/DC及儀表顯示系統等。

圖表 1 電動汽車整車基本結構圖

 

電動汽車整車控制器(VCU)市場及企業分析報告|一覽眾車

 

 

整車控制器(Vehicle Control Unit VCU),也稱為整車控制單元,是實現整車控制決策的核心電子控制單元,現被廣泛應用于純電動車和混合動力汽車。VCU相當于整車的大腦,起著各功能和各系統之間調度的重要作用,其功能安全的實現與否對整車安全起著至關重要的作用。

VCU基本功能

 

VCU是實現整車控制決策的核心電子控制單元,在傳統汽車上需求很小。整車控制器的開發包括軟、硬件設計。核心軟件一般由整車廠研發,硬件和底層驅動軟件可選擇由汽車零部件廠商提供。

VCU采集電機控制系統信號、加速踏板信號、制動踏板信號及其他部件信號,根據駕駛員的駕駛意圖綜合分析并作出響應判斷后,監控下層的各部件控制器的動作,對汽車的正常行駛、電池能量的制動回饋、網絡管理、故障診斷與處理、車輛狀態監控等功能起著關鍵作用。

圖表 2 整車控制CAN通信網絡

 

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整車控制系統能夠實現對汽車動力、舒適度、安全性以及能耗等多方面進行調整優化,配合大數據讓電動汽車擁有更好的操作性和可靠性,具體來講整車控制器對電動汽車主要有以下功能:

1)數據交互管理:整車控制器要實時采集駕駛員的操作信息和其他各個部件的工作狀態信息,這是實現整車控制器其他功能的基礎和前提。該層接受CAN總線的信息,對直接饋入整車控制器的物理層進行采樣處理,并且通過CAB發送控制命令,通過I/O、D/A和PWM提供對顯示單元、繼電器等的驅動信號。

2)安全故障管理層:實車運行中,任何部件都可能產生差錯,從而可能導致器件損壞甚至危及車輛安全。電動汽車控制器要能對汽車各種可能的故障進行分析處理,這是保證汽車行駛安全的必備條件。對車輛而言,故障可能出現在任何地方,但對整車控制器而言,故障只體現在第一層中繼承的數據中。對繼承的數據進行分析判斷將是該層的主要工作之一。在檢測出錯誤后,該層會做出相應的處理,在保證車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:駕駛員的所有與驅動駕駛相關的操作信號都直接進入整車控制器,整車控制器對采集的駕駛員操作信息進行正確的分析處理,計算出驅動系統的目標轉矩和車輛的需求功率來實現駕駛員的意圖。

4)能量流管理層:該層的主要工作是電動汽車控制器在多個能量源之間進行需求功率分配,這是提高燃料電池及電動汽車經濟性的必要途徑。

在整車控制技術方面,日本及歐美企業走在全球前列,國外大部分汽車企業在電動汽車領域積累充足,控制策略成熟度高,整車節油效果良好,控制器產品通過市場檢驗證實了其可靠性。

國內整車控制企業能夠完成整車控制器硬件結構設計,但由于我國芯片集成力量相對比較薄弱,制造能力較差,可靠性和穩定性仍有很大的提升空間??傮w來講,我國整車控制器硬件水平與國外存在一定差距。大部分企業推出量產電動汽車產品時更傾向于選擇國外整車控制器硬件供應商。前幾年,控制器基礎硬件、開發工具等基本依賴進口。

隨著我國新能源汽車運行量逐漸增多,整車控制技術已完成了前期的積累階段,國內整車企業及汽車電子企業開始掌握核心技術,對相關硬件的進口依賴逐漸減少,產業化能力已得到較大地提升。

目前整車控制器的標準化已引起相關企業的關注。由全球汽車制造商、部件供應商及電子、半導體和軟件系統公司,聯合建立了汽車開放系統架構聯盟,形成了AUTOSAR(汽車開放系統架構)標準,簡化了開發流程并使ECU軟件具有復用性,是控制器開發的一個趨勢。

市場基本格局

 

目前國內外各主流廠家基本掌握整車控制器開發技術,但不同企業技術積累存在差異,水平參差不齊。一般大型品牌車企業均有自己的整車控制核心技術,同時也實現產品的更新換代,不斷提升性能滿足電動汽車的需求。

國內電動汽車企業在整車控制器研發及重視程度上也存在差異。前幾年,部分汽車主機廠商對電動汽車開發的理念和思路仍然停留在以傳統汽車開發為理解基礎,在電動汽車補貼的“誘惑”下,為了賺取的國家補貼,導致部分主機廠仍然采取各大總成模塊“快速”拼接的逆向開發模式,整車控制器技術的更新跟不上市場快速發展的需求。一部分整車企業重視核心技術的積累與掌握,與國外公司進行合作,吸收國外相關技術和經驗,增強自主開發能力。

從市場規模來看,整車控制器市場規模與新能源汽車產量相關,一覽眾咨詢預計到2023年,中國新能源汽車整車控制器的市場規模將達到112.1億元。(市場分析詳見一覽眾咨詢撰寫的《2019-2025年新能源汽車VCU市場及企業調研報告》)

企業方面:整車控制系統技術含量高,具有較高的進入壁壘,國內汽車零部件企業、整車企業及科研機構也進行了技術及產業布局。我國在上世紀就有相關規劃及技術儲備,“863”計劃中我國整車控制器主要是以高校為依托進行研究,目前已掌握了整車控制器的軟、硬件開發能力。產品功能較為完備,可以滿足電動汽車需求,已經大量應用到電動汽車產品上。

從全球格局來看,整車控制器的主要生產企業集中為美國的通用、福特;日本的豐田、日產、日立;歐洲的博世、大陸、德爾福、法雷奧、沃爾沃等企業,各大汽車電子零部件企業及設計公司也都在積極開展整車控制器研發和生產制造,部分汽車設計公司也為整車廠提供整車控制器技術方案,如AVL、FEV、RICARDO等。

國內市場方面,參與整車VCU供應體系主要有三類企業:主機廠、硬件及底層軟件提供商、第三方供應商等。作為電動汽車核心零部件,車企大多自己研發生產整車控制器及系統設計,國內諸如比亞迪、長安、上汽、宇通、金龍等企業均為自己配套,只有部分產品及零部件通過外購。電機電控企業也進入該領域,如大洋電機、方正電機、匯川技術等。

圖表 3 中國新能源汽車VCU企業類型

 

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資料來源:一覽眾咨詢

整車控制器涉及到整車的控制策略,一般來講都是整車廠直接參與方案設計。從整車控制器配套數量來看,主機廠自供的比例占據絕大的市場份額,目前配套比例超過50%,尤其是在客車及專用車領域,基本上都是由車企自己配套;其次為第三方供應商,而第三方供應商部分企業也由車企持股或者戰略合作。而由傳統汽車零部件巨頭直接供應車企的比例較少,一般都是車企購買其硬件及相關方案,車企或者第三方再進行加工配套。

圖表 4 中國新能源汽車VCU不同類型企業配套占比

 

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數據來源:一覽眾咨詢

從趨勢來看,隨著電動汽車市場逐漸繁榮與成熟,整車控制器市場格局也將出現分化。部分擁有核心技術的車企將自己研發生產整車控制器,而不具備研發實力的企業將不得不通過外購的形式解決。由此車企的將會因為核心零部件的差異存在明顯的梯隊競爭格局。

另外,動力電池、電控、整車企業之間的聯系將越來越緊密,整車企業、動力電池企業對電控系統的滲透將越來越深。新能源汽車供應鏈企業之間加強協作是未來發展方向,整車控制器企業將與動力電池、電機、整車等企業協同發展,深入研究動力電池、電動汽車應用過程中的工作特性,在動力電池、動力系統和整車之間尋求最佳方案。整車控制系統將逐漸發展成為方案提供商,硬件部分將逐漸趨于專業化,由專門的汽車電子企業研發生產。

研究報告

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月度報告

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2020年2月14日 10:01
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