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什么是监测和控制汽车的VCU?基于外部信号控制各种设备的核心单元
  2024-07-01      34

文章来源:松下电器机电

什么是监测和控制

汽车的VCU?

基于外部信号

控制设备的核心单元

背景

VCU是车辆控制单元之一,其所起的作用是监测和控制车辆的工作和功能。具体的功能是,对安装在车辆上的电子系统和组件进行集成和管理,根据驾驶员和其他ECU发来的指令发出适当的指令。我们将在本消息中就VCU的功能和系统构成进行解说,同时对构成VCU的电子零部件进行介绍。

PART 01

什么是VCU?

VCU(Vehicle Control Unit)是车辆控制系统的核心控制单元之一。具有集中控制汽车的电源设备、驱动设备、车身设备等的作用。具体来说,VCU根据各种传感器发来的信号,发出各种设备的操作命令。车内ECU的管理方法包括域型和区域型两种,域型使用域控制器,区域型使用Zone-ECU,分别与VCU同义,将ECU集中于车身的各个关键部位。

  

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图1 VCU的作用

PART 02

关于市场和设备的趋势

目前生产的车辆的自动驾驶水平大部分在Lv2以下,但预计今后具有水平3的自动驾驶功能的车辆将不断增加。此外,随着自动驾驶水平的提高,各种功能被追加上去,由于高功能化,预计集中控制设备的VCU的数量也会增加。

而且,随着行车相关设备的电动化,藉由ECU的控制也将得到进一步发展。控制的集成化/高功能化的结果,设备的“处理量增加”、“功率增加”、“通信高速化”将成为一个课题。因此,构成VCU的电子零部件也必须应对这些变化。

PART 03

关于VCU的电路构成

总体构成

  • 收发器:用来与外部进行通信的元器件或者电路

  • SoC、MCU(微机):除了数据等的处理/判断外,还进行设备的控制

  • 存储器(DDR):作为数据处理时的缓存使用

  • DC/DC转换器:将电池提供的电压转换为每个电子零部件或电路所需的电压

  • 马达驱动:驱动小型马达或电磁线圈等外部执行元件


  

image.png

图2 VCU的总体构成

PART 04

  个别电路及构成零件    

1

DC/DC转换器

DC/DC转换器主要由FET、线圈、电容器构成。为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑,通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器,为了进行电压转换,通常使用车载用功率电感器,为了进行电压测量,通常使用芯片电阻器(高精度芯片电阻器)。

使用部件

噪声去除、开关/平滑

导电性聚合物混合铝电解电容器

❶ 藉由大电容、低ESR和高纹波性能,为电路的小型化和高功率化(低电压和大电流)做出贡献。

❷ 藉由支持高频容量特性,为去除电路的高频开关化所产生的宽带和高频率噪声做出贡献。

电压转换

车载用功率电感器

❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能,为电路的小型化和大功率化(低电压和大电流)做出贡献。

❷ 藉由损耗特性的高频化(低ACR),为在电路的高频开关化中抑制损耗做出贡献。

电压测量

贴片电阻器

(高精度贴片电阻器)

❶ 藉由薄膜结构的电阻值公差、低TCR性能,为电路输出特性的高精度控制化做出贡献。

  

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图3 在DC/DC转换器上使用的零部件

2

收发器I/F

在收发器 I/F电路中,使用两根线与外部设备(CAN、Ethernet等)进行通信。此时,如果噪声或静电混入通信线路,则可能会导致收发器IC故障。因此,收发器电路中作为静电预防措施通常将片式压敏电阻器和ESD抑制器予以组合。

使用部件

静电预防措施 片式压敏电阻器ESD抑制器

❶ 藉由具有广泛容量特性的产品阵容,在保持电路通信品质的同时,为抑制静电(ESD)噪声做出贡献

❷ 片式压敏电阻器藉由其8~250pF的容量特性,支持从低速到高速的通信速度

❸ ESD抑制器藉由其0.1pF的容量特性,支持高速的通信速度

  

image.png

图4 在通信I/F上使用的零部件

3

马达驱动

在马达驱动电路中,通过多个开关元件来进行电压的转换。由于开关时的输入电压变动会导致噪声,所以使用线圈和电容器来构成噪声滤波器。通过令开关元件On/Off来执行转换操作,但由于元件On/Off时会产生噪声,因此在栅极端子上配置电阻器来抑制驱动噪声。

使用部件

噪声去除/平滑

导电性聚合物

混合铝电解电容器

❶ 藉由大容量、低ESR和高纹波性能,为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献。

❷ 藉由支持高频容量特性,为去除电路的高频开关化所产生的宽带和高频率噪声做出贡献。

噪声去除/平滑

车载用功率电感器

❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能,为电路的小型化/大功率化(低电压和大电流)做出贡献。

❷ 藉由损耗特性的高频化(低ACR),为抑制电路的高频开关化损耗做出贡献。

开关元件栅极驱动噪声抑制

贴片电阻器 

(小型高功率贴片电阻器)

❶ 藉由独特的电阻器图案、电极结构等实现小型高功率化,为电路的小型化做出贡献。

  

image.png

图5 在马达驱动电路中使用的零部件

小结

VCU根据来自外部的信号,发出各种设备(电源设备、驱动设备、车身设备)的操作命令。今后,随着自动驾驶水平的提高,各种功能将被追加上去,并使得设备高功能化,因此预计VCU的安装数量也将随之增加。而且,随着行车相关设备的电动化,藉由ECU的控制也将得到进一步发展。随着与此相伴的控制的集成化/高功能化,设备处理量增加、功率增加、通信高速化将成为一个课题。为了应对这些变化,构成VCU的电子零部件也必须具备“大电流”、“低损耗”、“小型化”、“高频化”、“高精度化(电压)”等特性。松下机电株式会社备有面向VCU的广泛的产品阵容。

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