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ECU--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
图1
详细的来说，ECU一般由CPU，扩展内存，扩展IO口，CAN/LIN总线收发
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
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、监控。执行如图3的控制模式：
图3
四、传统汽车ECU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），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 12.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，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