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1、工程中心总成开发室1/7ECU-汽车电子控制系统的核心技术一、ECU 的定义及主要厂家ECU 原来指的是 engine control unit，即发动机控制单元，特指电喷发动机的电子控制系统。但是随着汽车电子的迅速发展，ECU 的定义也发生了巨大的变化，变成了electronic control unit 即电子控制单元，泛指汽车上所有电子控制系统，可以是转向ECU，也可以是调速 ECU，空调 ECU 等，而原来的发动机 ECU 有很多的公司称之为EMS，engine management system。随着汽车电子自动化程度的越来越高，汽车零部件中也出现了越来越多的 ECU 参与其中，线路
2、之间复杂程度也急剧增加。为了使电路简单化，精细化，小型化，汽车电子中引进了 CAN 总线来解决这个问题。因为 CAN 总线能将车辆上多个 ECU 之间的信息传递形成一个局域网络。有效的解决线路信息传递所带来的复杂化问题。目前博世，德尔福，电装，大陆的 VDO 等都是汽车 ECU 行业的领导者。二、ECU 的基本组成简单地说，ECU 由微机和外围电路组成。而微机就是在一块芯片上集成了微处理器（CPU ） ，存储器和输入输出接口的单元。ECU 的主要部分是微机，而核心部件是CPU。输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平。从传感器送到 ECU
3、输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后传递给微机。微机将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺服元件工作。 ，例如继电器和开关等。因此，ECU 实际上是一个“电子控制单元” （Electronic Control Unit） ，它是由输入处理电路、微处理器（单片机） 、输出处理电路、系统通信电路及电源电路组成，的结构如图 1 所示工程中心总成开发室2/7图 1 详细的来说，ECU 一般由 CPU，扩展内存，扩展 IO 口，CAN/LIN 总
4、线收发控制器，A/D D/A 转换口（有时集成在 CPU 中） ，PWM 脉宽调制，PID 控制，电压控制，看门狗，散热片，和其他一些电子元器件组成，特定功能的 ECU 还带有诸如红外线收发器、传感器、DSP 数字信号处理器，脉冲发生器，脉冲分配器，电机驱动单元，放大单元，强弱电隔离等元器件。整块电路板设计安装与一个铝质盒内，通过卡扣或者螺钉方便安装于车身钣金上。ECU 一般采用通用且功能集成，开发容易的 CPU；软件一般用 C 语言来编写，并且提供了丰富的驱动程序库和函数库，有编程器，仿真器，仿真软件，还有用于calibration 的软件。下面的图 2 是使用较普遍的一种结构类型。图 2工
5、程中心总成开发室3/7三、ECU 的基本机构体系汽车电子控制系统：包括硬件和软件两部分，硬件有电子控制单元（Electronic Control Unite）及其接口、传感器、执行机构、显示机构等；软件存储在 ECU 中支配电子控制系统完成实时测控功能。汽车上的大部分电子控制系统中的 ECU 电路结构大同小异，其控制功能的变化主要依赖于软件及输入、输出模块的功能变化，随控制系统所要完成的任务不同而不同， 而 ECU 的基本结构体系包括输入处理电路、微处理器、输出处理电路、电源电路。在输入处理电路中，ECU 的输入信号主要有三种形式，模拟信号、数字信号(包括开关信号) 、脉冲信号。模拟信号通过
6、A/D 转换为数字信号提供给微处理器。控制系统要求模数信号转换具有较高的分辨率和精度(10 位) 。为了保证测控系统的实时性，采样间隔一般要求小于 4ms。数字信号需要通过电平转换，得到计算机接受的信号。对超过电源电压、电压在正负之间变化、带有较高的振荡或噪声、带有波动电压等输入信号，输入电路也对其进行转换处理。而微处理器首先完成传感器信号的 A/D 转换、周期脉冲信号测量和其它有关汽车行驶状态信号的输入处理，然后计算并控制所需的输出值，按要求适时地向执行机构发送控制信号。过去微处理器多数是 8 位和 l 6 位的，也有少数采用 32 位的。现在多用 16 位和 32位机。在输出电路中，微处理
7、器输出的信号往往用作控制电磁阀、指示灯、步进电机等执行件。微处理器输出信号功率小，使用+5v 的电压，汽车上执行机构的电源大多数是蓄电池，需要将微处理器的控制信号通过输出处理电路处理后再驱动执行机构。电源电路中，传统车的 ECU 一般带有电池和内置电源电路，以保证微处理器及其接口电路工作在+5v 的电压下。即使在发动机启动工况等使汽车蓄电池电压有较大波动时，也能提供+5v 的稳定电压，从而保证系统的正常工作，而电动汽车一般由蓄电池供电。在软件方面，ECU 的控制程序有以下几个方面：计算、控制、监测与诊断、管理、监工程中心总成开发室4/7控。执行如图 3 的控制模式：图 3四、传统汽车 ECU
8、与电动汽车 ECU 的异同点传统汽车 ECU 主要用于以下的方面：1. 发动机控制，点火，气门正时调节，节气门调节，启动电机调节，启动离合调节，喷油调节等2. 无极变速器控制，皮带位置调节，转速调节3. 自动变速箱控制，继电器或电磁换向阀控制4. 主动悬架，空气弹簧刚性和阻尼孔大小调节5. 驱动力以及防滑控制，包括：ABS 防抱死制动系统、EBD 电子制动力分配、EBA紧急制动辅助装置、ESP 电控行驶平稳系统、TCS 循迹控制系统、MSR 发动机阻力矩控制、EDS 电子差速锁、OBD 车载自动诊断系统、 DSC 动态稳定控制系统6. 车身控制 BCM，包括车窗升降（包括力传感-用于安全） ，
9、天窗折叠、滑动，座椅升降调制，雨刮，除霜器等。7. 空调，采暖，通风控制，包括压缩机、冷凝器、蒸发器风扇，膨胀阀等控制8. 电子开关和照明，包括大灯、尾灯、显示背光，加减速，电台，CD 等9. ACC 电子主动巡航控制10.安全气囊自诊断和点爆控制11.主动式安全带自诊断和点爆控制，回拉式安全带点爆控制工程中心总成开发室5/712.EPS 转向控制，HPS 转向控制13.TPC 胎压控制14.汽车仪表15.防盗报警16.车尾高度平衡系统17.智能传感器，即带 ECU 的传感器电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，
10、在传统汽车的基础上进行优化设计，有着广泛前景的新能源车型。电动汽车的 ECU 控制与传统相比有以下不同：1、去除了发动机控制，添加进了电机及其控制系统2、电池及其管理系统3、车载充电机4、车身低速总线控制系统5、车载记录仪及运行分析系统6、故障诊断及安全管理系统7、车辆安全运行监控系统8、车俩动力综合控制系统9、应用于 AMT 的 TCU 控制五、 ECU 的未来发展我们不妨掰着手指头数数，到底有多少个系统需要控制系统。自动变速箱、ABS 系统、车载娱乐影音系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等等这么多系统，都有自己的传感器和处理器，进行单独的运算，井水不犯河水肯定不
11、行。像 AMT 与电机之间是需要配合的，换挡过程需要 VCU 的配合，大脚油门时需要变速箱的降挡等等多种状态下，二者是需要共享一大堆数据的，例如电机的转速控制，自动变速工程中心总成开发室6/7箱重新建立一套传感器会造成成本浪费，而且也是不切实际的。最好的办法就是变速箱与发动机 ECU 共享数据，这就催生了 ECU 之间的信息网络系统CAN 数据总线。同样的 CAN 数据总线也在底盘电子设备上采用，例如 ABS 共享了底盘的诸多传感器参数。图 4由图 4 可以知道，随着汽车电子的高度电子化，自动化，集成化，会有越来越多的ECU 系统构建成一个汽车电子的局域网络 CAN 总线。集中综合控制、总线技
12、术、汽车智能控制是未来汽车电子控制技术重点发展方向。集中综合控制指的是单片机的类型将会启用更高位数的，各系统 ECU 向综合一体发展，互联网技术将可能切入，车载 PC 融入等等。其中总线技术指的是各个 ECU 通过局域网技术实现车内互联，各 ECU 间信息共享。汽车智能控制指的是传感技术，图像识别技术，导航技术，将使汽车智能控制得到发展。CAN 数据总线的发展必然将所有的控制系统集为一体。未来的 ECU 将会是强大的电脑系统，将整合电机及控制系统、自动变速箱、ABS 系统、车载娱乐影音系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等等所有需要管理的部件，我们可以享受汽车影音系统，可以玩 PC-Game，可以接受 GPS 信号，甚至连一个杯架都会处于工程中心总成开发室7/7ECU 的管理之中。所以说 ECU 是汽车电子控制系统的核心技术。
