ECU的定義

ECU原來指的是engine control unit，即發動機控制單元，特指電噴發動機的電子控制系統。但是隨著汽車電子的迅速發展，ECU的定義也發生了巨大的變化，變成了electronic control unit即電子控制單元，泛指汽車上所有電子控制系統，可以是轉向ECU，也可以是調速ECU，空調ECU等，而原來的發動機ECU有很多的公司稱之為EMS，engine management system。隨著汽車電子自動化程度的越來越高，汽車零部件中也出現了越來越多的ECU參與其中，線路之間復雜程度也急劇增加。為了使電路簡單化，精細化，小型化，汽車電子中引進了CAN總線來解決這個問題。因為CAN總線能將車輛上多個ECU之間的信息傳遞形成一個局域網絡。有效的解決線路信息傳遞所帶來的復雜化問題。

ECU的出現

在1967年之前，汽油機的供給系統是由化油器來供油的，這與今天的電噴發動機原理完全不同，化油器利用節氣門前后的壓力差吸油，不僅無法精準地控制燃油補給量，更制約了汽車動力性、環保性能的提升。一批企業因此開發了電子燃油噴射系統，最早的電噴系統是D-Jetronic，后期發展出了K-Jetronic和L-Jetronic，在電子技術介入后，開發了多套電子化管理的燃油噴射系統，其中KE-Jetronic就是今天被廣泛采用的電噴技術，雖然各家企業的商品名不盡相同，但在構造上大同小異。

電噴系統的工作特性在于“定量、定時”噴射燃油，發動機需要多少燃油，在什么時刻噴入，這與發動機的轉速、空氣流量等有著直接的關系，此外還牽涉到水溫、機油壓力等各種各樣的參數，這么多參數如何進行處理，并向噴射系統發出噴油指令呢？這就需要發動機控制單元的介入了，ECU應運而生。

ECU的基本組成

簡單地說，ECU由微機和外圍電路組成。而微機就是在一塊芯片上集成了微處理器（CPU），存儲器和輸入/輸出接口的單元。ECU的主要部分是微機，而核心部件是CPU。輸入電路接受傳感器和其它裝置輸入的信號，對信號進行過濾處理和放大，然后轉換成一定伏特的輸入電平。從傳感器送到ECU輸入電路的信號既有模擬信號也有數字信號，輸入電路中的模/數轉換器可以將模擬信號轉換為數字信號，然后傳遞給微機。微機將上述已經預處理過的信號進行運算處理，并將處理數據送至輸出電路。輸出電路將數字信息的功率放大，有些還要還原為模擬信號，使其驅動被控的調節伺服元件工作。，例如繼電器和開關等。因此，ECU實際上是一個“電子控制單元”（Electronic Control Unit），它是由輸入處理電路、微處理器（單片機）、輸出處理電路、系統通信電路及電源電路組成，的結構如圖1所示。

圖1

詳細的來說，ECU一般由MCU，擴展內存，擴展IO口，CAN/LIN總線收發控制器，A/D D/A轉換口（有時集成在CPU中），PWM脈寬調制，PID控制，電壓控制，看門狗，散熱片，和其他一些電子元器件組成，特定功能的ECU還帶有諸如紅外線收發器、傳感器、DSP數字信號處理器，脈沖發生器，脈沖分配器，電機驅動單元，放大單元，強弱電隔離等元器件。整塊電路板設計安裝與一個鋁質盒內，通過卡扣或者螺釘方便安裝于車身鈑金上。ECU一般采用通用且功能集成，開發容易的MCU;軟件一般用C語言來編寫，并且提供了豐富的驅動程序庫和函數庫，有編程器，仿真器，仿真軟件，還有用于calibration的軟件。下面的圖2是使用較普遍的一種結構類型。

圖2

ECU的基本機構體系

汽車電子控制系統包括硬件和軟件兩部分，硬件有電子控制單元（Electronic Control Unite）及其接口、傳感器、執行機構、顯示機構等;軟件存儲在ECU中支配電子控制系統完成實時測控功能。汽車上的大部分電子控制系統中的ECU電路結構大同小異，其控制功能的變化主要依賴于軟件及輸入、輸出模塊的功能變化，隨控制系統所要完成的任務不同而不同， 而ECU的基本結構體系包括輸入處理電路、微處理器、輸出處理電路、電源電路。

在輸入處理電路中，ECU的輸入信號主要有三種形式，模擬信號、數字信號（包括開關信號）、脈沖信號。模擬信號通過A/D轉換為數字信號提供給微處理器。控制系統要求模數信號轉換具有較高的分辨率和精度（》10位）。為了保證測控系統的實時性，采樣間隔一般要求小于4ms。數字信號需要通過電平轉換，得到計算機接受的信號。對超過電源電壓、電壓在正負之間變化、帶有較高的振蕩或噪聲、帶有波動電壓等輸入信號，輸入電路也對其進行轉換處理。

而微處理器首先完成傳感器信號的A/D轉換、周期脈沖信號測量和其它有關汽車行駛狀態信號的輸入處理，然后計算并控制所需的輸出值，按要求適時地向執行機構發送控制信號。過去微處理器多數是8位和l 6位的，也有少數采用32位的。現在多用16位和32位機。

在輸出電路中，微處理器輸出的信號往往用作控制電磁閥、指示燈、步進電機等執行件。微處理器輸出信號功率小，使用+5v的電壓，汽車上執行機構的電源大多數是蓄電池，需要將微處理器的控制信號通過輸出處理電路處理后再驅動執行機構。電源電路中，傳統車的ECU一般帶有電池和內置電源電路，以保證微處理器及其接口電路工作在+5v的電壓下。即使在發動機啟動工況等使汽車蓄電池電壓有較大波動時，也能提供+5v的穩定電壓，從而保證系統的正常工作，而電動汽車一般由蓄電池供電。

在軟件方面，ECU的控制程序有以下幾個方面：計算、控制、監測與診斷、管理、監控。執行如圖3的控制模式：

圖3

傳統汽車ECU與電動汽車ECU的異同點

傳統汽車ECU主要用于以下的方面：

1.發動機控制，點火，氣門正時調節，節氣門調節，啟動電機調節，啟動離合調節，噴油調節等2.無極變速器控制，皮帶位置調節，轉速調節3.自動變速箱控制，繼電器或電磁換向閥控制4.主動懸架，空氣彈簧剛性和阻尼孔大小調節5.驅動力以及防滑控制，包括：ABS 防抱死制動系統、EBD電子制動力分配、EBA緊急制動輔助裝置、ESP 電控行駛平穩系統、TCS循跡控制系統、MSR發動機阻力矩控制、EDS電子差速鎖、OBD車載自動診斷系統、DSC動態穩定控制系統6.車身控制BCM，包括車窗升降（包括力傳感-用于安全），天窗折疊、滑動，座椅升降調制，雨刮，除霜器等。7.空調，采暖，通風控制，包括壓縮機、冷凝器、蒸發器風扇，膨脹閥等控制8.電子開關和照明，包括大燈、尾燈、顯示背光，加減速，電臺，CD等9.ACC電子主動巡航控制10.安全氣囊自診斷和點爆控制11.主動式安全帶自診斷和點爆控制，回拉式安全帶點爆控制12.EPS轉向控制，HPS轉向控制13.TPC胎壓控制14.汽車儀表15.防盜報警16.車尾高度平衡系統17.智能傳感器，即帶ECU的傳感器

電動汽車的ECU控制與傳統相比有以下不同：

1.去除了發動機控制，添加進了電機及其控制系統2.電池及其管理系統3.車載充電機4.車身低速總線控制系統5.車載記錄儀及運行分析系統6.故障診斷及安全管理系統7.車輛安全運行監控系統8.車倆動力綜合控制系統9.應用于AMT的TCU控制

ECU的未來發展

我們不妨掰著手指頭數數，到底有多少個系統需要控制系統。自動變速箱、ABS系統、車載娛樂影音系統、四輪驅動扭矩分配系統、主動懸掛系統、安全氣囊+安全帶系統等等 這么多系統，都有自己的傳感器和處理器，進行單獨的運算，井水不犯河水肯定不行。像AMT與電機之間是需要配合的，換擋過程需要VCU的配合，大腳油門時需要變速箱的降擋等等多種狀態下，二者是需要共享一大堆數據的，例如電機的轉速控制，自動變速箱重新建立一套傳感器會造成成本浪費，而且也是不切實際的。最好的辦法就是變速箱與發動機ECU共享數據，這就催生了ECU之間的信息網絡系統——CAN數據總線。同樣的CAN數據總線也在底盤電子設備上采用，例如ABS共享了底盤的諸多傳感器參數。

圖4

由圖4可以知道，隨著汽車電子的高度電子化，自動化，集成化，會有越來越多的ECU系統構建成一個汽車電子的局域網絡CAN總線。集中綜合控制、總線技術、汽車智能控制是未來汽車電子控制技術重點發展方向。集中綜合控制指的是單片機的類型將會啟用更高位數的，各系統ECU向綜合一體發展，互聯網技術將可能切入，車載PC融入等等。其中總線技術指的是各個ECU通過局域網技術實現車內互聯，各ECU間信息共享。汽車智能控制指的是傳感技術，圖像識別技術，導航技術，將使汽車智能控制得到發展。CAN數據總線的發展必然將所有的控制系統集為一體。未來的ECU將會是強大的電腦系統，將整合電機及控制系統、自動變速箱、ABS系統、車載娛樂影音系統、四輪驅動扭矩分配系統、主動懸掛系統、安全氣囊+安全帶系統等等所有需要管理的部件，我們可以享受汽車影音系統，可以玩PC-Game，可以接受GPS信號，甚至連一個杯架都會處于ECU的管理之中。所以說ECU是汽車電子控制系統的核心技術。

最后說說ECU中的各種MCU

8位MCU：主要應用于車體的各個次系統，包括風扇控制、空調控制、雨刷、天窗、車窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等較低階的控制功能。

16位MCU：主要應用為動力傳動系統，如引擎控制、齒輪與離合器控制，和電子式渦輪系統等;也適合用于底盤機構上，如懸吊系統、電子式動力方向盤、扭力分散控制，和電子幫浦、電子剎車等。

32位MCU：主要應用包括儀表板控制、車身控制、多媒體信息系統（TelemaTIcs）、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統及動力系統，如預碰撞（Pre- crash）、自適應巡航控制（ACC）、駕駛輔助系統、電子穩定程序等安全功能，以及復雜的X-by-wire等傳動功能。

審核編輯 ：李倩