汽车控制单元行业研究｜梧桐论道

本篇文章选自梧桐树资本风险投资团队的《汽车控制单元行业研究报告》。从七大层面全面分析汽车控制单元行业应用及发展趋势。以下为文章目录：

一、报告结论

二、基本概念

三、应用及功能

四、现状与发展趋势

五、产业链

六、核心技术

七、商业模式

报告结论

电子控制单元的功能是利用内置程序对传感器收集到的数据进行运算、处理与判断，并输出相应指令，可以比喻为汽车的“大脑”，其主要物理结构为“单片机+外围电路”。其主要应用包括车身控制系统、转向系统、制动系统、悬架系统、整车控制器等。
传统的汽车电子电气架构都是分布式的，整个系统复杂度越来越大，几近上限。未来的发展趋势是人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上，即为域控制器（DCU）。短期来看，分布式ECU+域控制器的域混合架构在普遍存在。长期来看，多域融合将成为可能，汽车将成为一部移动的超级计算机兼数据中心。
对于自动驾驶、座舱控制器而言，芯片性能、操作系统及算法的技术要求较高，对于动力、底盘而言，功能安全验证级别技术要求高。硬件部分是实现域控制器功能的基础，核心在于芯片端，其结构形式正由 MCU 向异构式 SoC 芯片方向升级。软件部分包括操作系统、应用算法等内容，在软硬分离的趋势背景下，全栈软件系统开发能力将成为决胜未来的关键一环。
ECU的应用中，重点关注线控底盘的投资机会。其中线控制动和线控转向是线控底盘的核心技术，正处于大规模商业化前夜，近年来资本密集投入。潜在投资标的包括利氪科技、拿森、同驭、格陆博。技术层面考察点包括ECU硬件的可靠性、抗干扰性、控制算法的容错性、执行机构的速度、总线的容错性和仲裁能力等指标。商业层面考察点包括产品的成本、量产进度以及合作车企配套情况等。团队层面考察点主要关注创始团队是否具备大厂工作经验。
同时关注ECU向DCU演进中的投资机会，目前高附加值的座舱域和自驾域是国内外大多数企业布局的核心，竞争较为激烈。潜在投资标的包括环宇智行、纵目科技、宏景智驾等。硬件层面考察点包括芯片算力、利用率(真实算力/标定算力)及能耗比(算力/功耗)。软件层面的核心考察点是否完备的工具链以及软件生态等。底盘域、车身域和动力域因涉及的控制功能多，且许多控制单元被国外所垄断，目前处于起步阶段。潜在投资标的包括悠跑科技、PIX、华夏龙辉、绿传科技等。核心考察点包括算法逻辑、操作系统、量产进度、安全指标等。

基本概念

1.小结结论

电子控制单元的功能是利用内置程序对传感器收集到的数据进行运算、处理与判断，并输出相应指令，可以比喻为汽车的“大脑”，其主要物理结构为“单片机+外围电路”。电子控制单元的产品种类繁多，下游细分应用领域包括发动机、变速箱、转向装置、电动座椅、电控门窗、车锁、雨刷等。

2.定义

电子控制单元，英文简称ECU，主要由微型计算机、模/数转换器、输入输出回路等构成，其功能是利用内置程序对传感器收集到的数据进行运算、处理与判断，并输出相应指令。ECU环境适应性强、损坏概率低，并具有故障诊断与自我保护功能，主要应用在汽车制造中，可以比喻为汽车的“大脑”，因此也称为“行车电脑”，广泛应用于汽车的各种控制系统中。

ECU在汽车中可以应用在动力系统、控制系统、辅助驾驶系统、通信与娱乐系统等各个方面，产品种类繁多，细分应用领域包括发动机、变速箱、转向装置、电动座椅、电控门窗、车锁、雨刷等，执行不同的功能，例如发动机供油点火、变速控制、转向控制、紧急制动、车窗升降、车门锁止等。

3.物理结构

ECU 的主要物理结构为“单片机+外围电路”。其中，单片机是将中央处理器、存储器、输入/输出接口等集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。而外围电路则包含电容、电阻、电感等，与单片机共同集成于单个电路板之上，并最终被安装于一个铝质盒内，通过卡扣或者螺钉方便安装于车身钣金上。

4.行业政策

应用及功能

1.小结结论

ECU的主要应用包括车身控制系统、转向系统、制动系统、悬架系统、整车控制器等。

2.下游应用

1)车身控制系统

车身控制单元（BCM）适合应用于12V和24V两种电压工作环境，可用于轿车、大客车和商用车的车身控制。输入模块通过采集电路采集各路开关量和模拟量信息输入，LIN接收模块接收控制手柄单元信号（灯光、雨刮、洗涤等信号），输出模块采用功率驱动和继电器驱动实现，有很好的性价比，CAN通信模块实现与其它汽车电子模块信息交换。主要实现车身门控制包括门锁、各种灯光、前后洗涤、前后雨刮、电动车窗等控制。在软件上实现了NM（CAN）网络管理、UDS诊断、CCP标定等功能并通过DV实验。

资料来源：互联网公开资料

2)转向系统

汽车转向系统的目的是依据驾驶员意愿控制汽车的驾驶方向，保证驾驶安全。转向系统在方向盘转动时，通过万向节、转向传动轴以及齿轮齿条机构将旋转力短转变成转向机的直线运动，推动转向拉杆拉动年轮转向羊角，实现车辆的转向。

最初的车辆转向系统是纯机械结构转向(MS)，通过机械传动放大操作力矩，需要较大的转向力矩。后续随着技术的进步，陆续出现机械液压助力转向系统(HPS)、电子液压转向系统(EHPS)、电子助力转向系统(EPS)及线控转向系统(SbW)。

相比EPS，SBW的最大差异点在于方向盘和执行机构间不再有机械连接，在成本控制、底盘设计灵活性、驾驶感可调节、行车安全、占用空间上均有明显优势。SBW工作原理为，用扭矩传感器和转向角传感器检测驾驶员的转向数据，然后通过数据总线将信号传递给车上的ECU，ECU再将转向指令发送至转向电动机，从而控制车轮转向。

资料来源：国海证券

3)制动系统

制动系统由制动器和制动动力系统组成。制动器主要有盘式制动器和鼓式制动器，前者常用于乘用车，后者用于商用车。制动力动力系统有机械拉索、液压伺服制动、气压动力、电磁式等，目前主流汽车基本采用液压、气压和电机，机械拉索已逐步退出市场。

根据功能划分，制动系统分为行车制动、驻车制动、紧急制动和辅助制动系统。行车制动系统作用是令行驶中的汽车降低速度甚至停车。驻车制动系统确保已停驶的汽车驻留原地不动。应急制动系统在行车制动系统失效的情况下，确保汽车仍能实现减速或停车。辅助制动系统在行车过程中仅辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停。

制动系统直接关系到了自动驾驶汽车的安全性能，线控制动是线控底盘技术中难度最高，但也最关键的技术。传统机械制动通过机械连接，由制动踏板施加能量，经液压或气压管路传递至制动器。由于设计机构阀类元件多、制动速度慢，机械制动易产生制动滞后现象。相较于传统制动系统，线控制动无需驾驶员提供制动能量，响应速度更快，制动距离更短，安全性更高。同时由于引入更多传感器、控制器、电动化执行器，升级后的制动系统单车价值量约 2000 元，相较传统制动也将有较大提升。

4)悬架系统

汽车悬架（亦称悬挂），是连接车轮与车身的机构，对车身起支撑和减振的作用。主要用于传递作用在车轮和车架之间的力，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。

悬架可以分为被动式悬架、半主动式悬架和主动式悬架，其中半主动式悬架及主动式悬架均属于线控悬架（电控悬架）。线控悬架系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由ECU控制悬架执行机构，使悬架系统的刚度、减振器阻尼力及车身高度等参数相应改变，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性和通过性。线控悬架系统的最大优点是能够根据不同路况和行驶状态做出反应，使汽车具有更好的驾乘体验，且由电信号控制而更加智能。具体工作原理为：传感器将收集到的车身状态信号传给控制单元 ECU，控制单元依据一定的算法发出指令，1）驱动空气供给单元工作，吸入空气并通过空气滤清器去除杂质并干燥后送入储气罐，通过分配阀输送到各轮边空气弹簧，以调节悬架高度及刚度；2）改变电磁阀开度，调节线控减震器内油流速度，以调节悬架阻尼。

5)整车控制器

VCU通过采集驾驶员操控信息，车辆行使信息、发动机、电机、电池、变速箱数据及各个子系统的反馈信息，经过计算向各个子系统发送控制命令，从而实现VCU对整车的控制。整车控制器的策略是在不同工况下结合电机、电池和发动机驱动汽车，使得效率最佳。

VCU的主要功能：接收、处理驾驶员的驾驶操作指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶员期望行驶；与电机、DC/DC、镍氢蓄电池组等进行可靠通信，以及针对关键信息的模拟量进行状态的采集输入及控制指令量的输出；整车控制器提供对相应部件进行直接控制的信号通道，包括D/A转换和数字量输出等；接收处理各个零部件信息，结合能源管理单元提供当前的能源状况信息；系统故障的判断和存储，动态检测系统信息，记录出现的故障；对整车具有保护功能，视故障的类别对整车进行分级保护，紧急情况下可以关掉发电机及切断母线高压系统。

资料来源：CSDN

现状及发展趋势

1.小结结论

传统的汽车电子电气架构都是分布式的，现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多，整个系统复杂度越来越大，几近上限。下一阶段的发展趋势是人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上，即为域控制器（DCU）。麦肯锡预计汽车电子控制单元 2030 年市场规模达 1560 亿美元，其中DCU占比约43%。短期来看，分布式ECU+域控制器”的域混合架构在普遍存在。长期来看，多域融合将成为可能，汽车将成为一部移动的超级计算机兼数据中心。

2.行业现状

过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统；再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统；还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统，以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

传统的汽车电子电气架构都是分布式的，汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起，现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多，整个系统复杂度越来越大，几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下，这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

3.发展趋势

为了解决分布式EEA的这些问题，人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上，这就是汽车“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构的一个重要标志。

对于功能域的具体划分，各汽车主机厂家会根据自身的设计理念差异而划分成几个不同的域。比如BOSCH划分为5个域：动力域（Power Train）、底盘域（Chassis）、车身域（Body/Comfort）、座舱域（Cockpit/Infotainment）、自动驾驶域（ADAS）。这也就是最经典的五域集中式EEA。“域”根据功能对汽车电子控制系统进行划分，核心部件域控制器负责复杂计算和大部分控制任务。除了域控制器以外，还存在少量的 ECU。通过汽车总线（CAN， LIN，以太网等）的相连，ECU 和 DCU 之间可以实现信息共享。

座舱域控制器已经较大规模应用，未来渗透率提升最为迅速，出货量将大幅提升。自动驾驶域控制器随后续车企 L3 级以上功能的推出，在 2022 年开启加速渗透时代。据ResearchInChina的数据，2021年中国乘用车自动驾驶域控制器出货量为539,000台，渗透率为2.7%，预计到2022年将超过5%。可以想象，到2025年，年出货量将达到452.3万套，渗透率将跃升至18.7%。车身、底盘域、动力域控制器处于前期阶段，后续渗透率有望持续提升。

资料来源：佐思汽车研究

由于技术门槛、配置梯度多样化、消费习惯等因素，很难完全实现标准域架构和中心架构，因此“分布式ECU+域控制器”的域混合架构在短期内会普遍存在。长远来看，进一步提升性能，满足协同执行又减少成本，跨域融合集中化方案应运而生,即将两个或者多个集成型域控制器合并为一个域控制器。比如动力域和底盘域的合并、车身域与智能座舱域的合并，座舱域和自动驾驶域再集成至同一控制器硬件，达到部分程度的中央域控。随着高级别的自动驾驶的普及，需要更高的信号传输效率，强大的中央控制器将发挥更大的作用，车中只有一个中央计算平台，区域控制器受中央计算平台统一管理，汽车将成为一部移动的超级计算机兼数据中心。目前，汽车多域计算设计思路主要包括以下五种：

资料来源：佐思汽车研究院

2022年6月，理想发布最新车型L9，采用三域融合架构，整车分为中央控制域、自动驾驶域和智能座舱域三个域控制器。其中，中央控制域控制器融合了动力、车身以及部分底盘的功能，实现了多域融合。

4.市场规模

汽车电子控制单元 2030 年市场规模达 1560 亿美元，ECU 仍是未来十年汽车控制单元主流。根据麦肯锡数据，2020 年 ECU 及域控制单元市场规模 920 亿美元，其中ECU占比98%。预计2030年域控制器比例将从2020年的2%上升至57%（Base case）。

根据未来智库的测算，2025/2030 年全国域控制器市场空间分别为 1248/2510 亿元，其中自动驾驶域控制器空间为 698/1127 亿元，座舱域控制器空间为 417/723 亿元，车身域控制器空间为 30/151 亿元，底盘域控制器空间为 61/305 亿元，动力域控制器为 41/203 亿元。

产业链

1）上游：主要是主控芯片厂商和软件平台供应商。主控芯片是域控制器的核心组件，主要包括 SoC 类芯片与 MCU 类芯片：SoC 芯片参与企业包括国外的 mobileye、高通、英伟达以及国内的地平线、黑芝麻、华为等芯片厂商；MCU 类芯片主要参与厂商为恩智浦、英飞凌、瑞萨等传统车载 MCU 巨头。软件平台供应商包括 TTTech、未动科技、纽劢科技、中科创达、东软瑞驰以及映驰科技等企业，主要提供域控软件平台（中间层）的开发。

2）中游：控制器总成厂商，主要为国内外 T1。T1 目前国外主要参与者为伟世通、德尔福、大陆等国际 Tier 1 巨头，国内企业如德赛西威（智能座舱域控制器供奇瑞等，自动驾驶域控制器供小鹏、理想等），科博达（底盘域控制器获比亚迪定点）、华阳集团（座舱域控制器）、均胜电子（座舱域控制器）、经纬恒润（自动驾驶域控制器、车身域控制器及底盘域控制器）、宏景智驾（自动驾驶域控制器供理想等）、毫末智行（长城旗下）等。

3）下游：主机厂。下游主机厂，包括理想、小鹏等新势力车企以及上汽、大众、吉利等国内外老牌传统车企，为域控制器终端用户。