"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～"

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～

2023-11-22

  1. 什么是VCU？
    1. VCU的概要
  2. 关于市场和设备的趋势
  3. 关于VCU的电路构成
    1. 总体构成
  4. 个别电路及构成零部件
    1. DC/DC转换器
    2. 收发器 I/F
    3. 马达驱动
  5. 小结
  6. 相关产品信息
  7. 相关信息
  8. 与本文相关的标签

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。

什么是VCU？

VCU的概要

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。

图1　VCU的作用
图1　VCU的作用

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。

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
图2 VCU的总体构成
图2 VCU的总体构成

个别电路及构成零部件

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）。

噪声去除、开关/平滑　――　导电性聚合物混合铝电解电容器

POINT
  1. 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
  2. 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

POINT
  1. 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
  2. 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

电压测量　――　贴片电阻器（高精度贴片电阻器）

POINT
  1. 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
图3　在DC/DC转换器上使用的零部件
图3　在DC/DC转换器上使用的零部件

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。

【要使用的零部件】

静电预防措施　――　片式压敏电阻器、ESD抑制器

POINT
  1. 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
  2. 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
  3. ❸ ESD抑制器藉由其0.1pF的容量特性，支持高速的通信速度
图4　在收发器 I/F上使用的零部件
图4　在收发器 I/F上使用的零部件

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。

【要使用的零部件】

噪声去除/平滑　――　导电性聚合物混合铝电解电容器

POINT
  1. 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
  2. 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

POINT
  1. 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
  2. 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）

POINT
  1. 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
图5　在马达驱动电路中使用的零部件
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（表1）。

表1　产品阵容和特点一览
零部件 特点 大电流 低损耗 小型化 高频 高精度
导电性聚合物混合铝电解电容器 低ESR
高可靠性		 ✔ ✔ ✔ ✔
车载用功率电感器 大电流、低损耗
高可靠性		 ✔ ✔ ✔ ✔
高精度、高耐热 ✔ ✔ ✔
片式压敏电阻器 小型化/轻量化 ✔
ESD抑制器 低静电容量
超高速数据 I/F		 ✔ ✔

相关产品信息

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