一、ECU的定義

ECU原來(lái)指的是enginecontrolunit，即發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，特指電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)。但是隨著汽車電子的迅速發(fā)展，ECU的定義也發(fā)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(tǒng)，可以是轉(zhuǎn)向ECU，也可以是調(diào)速ECU，空調(diào)ECU等，而原來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU有很多的公司稱之為EMS，engine

management system。隨著汽車電子自動(dòng)化程度的越來(lái)越高，汽車零部件中也出現(xiàn)了越來(lái)越多的ECU參與其中，線路之間復(fù)雜程度也急劇增加。為了使電路簡(jiǎn)單化，精細(xì)化，小型化，汽車電子中引進(jìn)了CAN總線來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)镃AN總線能將車輛上多個(gè)ECU之間的信息傳遞形成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。有效的解決線路信息傳遞所帶來(lái)的復(fù)雜化問(wèn)題。

二、ECU的基本組成

簡(jiǎn)單地說(shuō)，ECU由微機(jī)和外圍電路組成。而微機(jī)就是在一塊芯片上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口的單元。ECU的主要部分是微機(jī)，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(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾處理和放大，然后轉(zhuǎn)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(hào)既有模擬信號(hào)也有數(shù)字信號(hào)，輸入電路中的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后傳遞給微機(jī)。微機(jī)將上述已經(jīng)預(yù)處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，并將處理數(shù)據(jù)送至輸出電路。輸出電路將數(shù)字信息的功率放大，有些還要還原為模擬信號(hào)，使其驅(qū)動(dòng)被控的調(diào)節(jié)伺服元件工作。，例如繼電器和開關(guān)等。因此，ECU實(shí)際上是一個(gè)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(jī)）、輸出處理電路、系統(tǒng)通信電路及電源電路組成的結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)的來(lái)說(shuō)，ECU一般由CPU，擴(kuò)展內(nèi)存，擴(kuò)展IO口，CAN/LIN總線收發(fā)控制器，A/D D/A轉(zhuǎn)換口（有時(shí)集成在CPU中），PWM脈寬調(diào)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(fā)器、傳感器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器，脈沖發(fā)生器，脈沖分配器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，放大單元，強(qiáng)弱電隔離等元器件。整塊電路板設(shè)計(jì)安裝與一個(gè)鋁質(zhì)盒內(nèi)，通過(guò)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(fā)容易的CPU；軟件一般用C語(yǔ)言來(lái)編寫，并且提供了豐富的驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)和函數(shù)庫(kù)，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(jié)構(gòu)類型。

三、ECU的基本機(jī)構(gòu)體系

汽車電子控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，硬件有電子控制單元（Electronic Control Unit）及其接口、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示機(jī)構(gòu)等；軟件存儲(chǔ)在ECU中支配電子控制系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)測(cè)控功能。汽車上的大部分電子控制系統(tǒng)中的ECU電路結(jié)構(gòu)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(tǒng)所要完成的任務(wù)不同而不同，而ECU的基本結(jié)構(gòu)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(hào)主要有三種形式，模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)(包括開關(guān)信號(hào))、脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)提供給微處理器?？刂葡到y(tǒng)要求模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換具有較高的分辨率和精度(>10位)。為了保證測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采樣間隔一般要求小于4ms。數(shù)字信號(hào)需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換，得到計(jì)算機(jī)接受的信號(hào)。對(duì)超過(guò)電源電壓、電壓在正負(fù)之間變化、帶有較高的振蕩或噪聲、帶有波動(dòng)電壓等輸入信號(hào)，輸入電路也對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。而微處理器首先完成傳感器信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、周期脈沖信號(hào)測(cè)量和其它有關(guān)汽車行駛狀態(tài)信號(hào)的輸入處理，然后計(jì)算并控制所需的輸出值，按要求適時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)。過(guò)去微處理器多數(shù)是8位和l6位的，也有少數(shù)采用32位的。現(xiàn)在多用16位和32位機(jī)。

在輸出電路中，微處理器輸出的信號(hào)往往用作控制電磁閥、指示燈、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行件。微處理器輸出信號(hào)功率小，使用+5v的電壓，汽車上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源大多數(shù)是蓄電池，需要將微處理器的控制信號(hào)通過(guò)輸出處理電路處理后再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電源電路中，傳統(tǒng)車的ECU一般帶有電池和內(nèi)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(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工況等使汽車蓄電池電壓有較大波動(dòng)時(shí)，也能提供+5v的穩(wěn)定電壓，從而保證系統(tǒng)的正常工作，而電動(dòng)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(gè)方面：計(jì)算、控制、監(jiān)測(cè)與診斷、管理、監(jiān)控。

四、傳統(tǒng)汽車與電動(dòng)汽車ECU的異同點(diǎn)

傳統(tǒng)汽車ECU主要用于以下的方面：

1.發(fā)動(dòng)機(jī)控制，點(diǎn)火，氣門正時(shí)調(diào)節(jié)，節(jié)氣門調(diào)節(jié)，啟動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)，啟動(dòng)離合調(diào)節(jié)，噴油調(diào)節(jié)等

2.無(wú)極變速器控制，皮帶位置調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

3.自動(dòng)變速箱控制，繼電器或電磁換向閥控制

4.主動(dòng)懸架，空氣彈簧剛性和阻尼孔大小調(diào)節(jié)

5.驅(qū)動(dòng)力以及防滑控制，包括：ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、EBD電子制動(dòng)力分配、EBA緊急制動(dòng)輔助裝置、ESP電控行駛平穩(wěn)系統(tǒng)、TCS循跡控制系統(tǒng)、MSR發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩控制、EDS電子差速鎖、OBD車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)、DSC動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)

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(dòng)，座椅升降調(diào)制，雨刮，除霜器等。

7.空調(diào)，采暖，通風(fēng)控制，包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器風(fēng)扇，膨脹閥等控制

8.電子開關(guān)和照明，包括大燈、尾燈、顯示背光，加減速，電臺(tái)，CD等

9.ACC電子主動(dòng)巡航控制

10.安全氣囊自診斷和點(diǎn)爆控制

11.主動(dòng)式安全帶自診斷和點(diǎn)爆控制，回拉式安全帶點(diǎn)爆控制

12.EPS轉(zhuǎn)向控制，HPS轉(zhuǎn)向控制

13.TPC胎壓控制

14.汽車儀表

15.防盜報(bào)警

16.車尾高度平衡系統(tǒng)

17.智能傳感器，即帶ECU的傳感器

電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有著廣泛前景的新能源車型。電動(dòng)汽車的ECU控制與傳統(tǒng)相比有以下不同：

1、去除了發(fā)動(dòng)機(jī)控制，添加進(jìn)了電機(jī)及其控制系統(tǒng)

2、電池及其管理系統(tǒng)

3、車載充電機(jī)

4、車身低速總線控制系統(tǒng)

5、車載記錄儀及運(yùn)行分析系統(tǒng)

6、故障診斷及安全管理系統(tǒng)

7、車輛安全運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

8、車倆動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)

9、應(yīng)用于AMT的TCU控制

五、未來(lái)ECU的發(fā)展

過(guò)去十多年的汽車智能化和信息化發(fā)展產(chǎn)生了一個(gè)顯著結(jié)果就是ECU芯片使用量越來(lái)越多。從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)；再到智能儀表、娛樂(lè)影音系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)；還有電動(dòng)汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等等。

傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的，汽車?yán)锏母鱾€(gè)ECU都是通過(guò)CAN和LIN總線連接在一起，現(xiàn)代汽車?yán)锏腅CU總數(shù)已經(jīng)迅速增加到了幾十個(gè)甚至上百個(gè)之多，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越大，幾近上限。在今天軟件定義汽車和汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢(shì)下，這種基于ECU的分布式EEA也日益暴露諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

為了解決分布式EEA的這些問(wèn)題，人們開始逐漸把很多功能相似、分離的ECU功能集成整合到一個(gè)比ECU性能更強(qiáng)的處理器硬件平臺(tái)上，這就是汽車“域控制器（Domain Control Unit，DCU）”。域控制器的出現(xiàn)是汽車EE架構(gòu)從ECU分布式EE架構(gòu)演進(jìn)到域集中式EE架構(gòu)的一個(gè)重要標(biāo)志。

域控制器是汽車每一個(gè)功能域的核心，它主要由域主控處理器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件及算法等三部分組成。平臺(tái)化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心設(shè)計(jì)思想。依托高性能的域主控處理器、豐富的硬件接口資源以及強(qiáng)大的軟件功能特性，域控制器能將原本需要很多顆ECU實(shí)現(xiàn)的核心功能集成到進(jìn)來(lái)，極大提高系統(tǒng)功能集成度，再加上數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此能極大降低這部分的開發(fā)和制造成本。

對(duì)于功能域的具體劃分，各汽車主機(jī)廠家會(huì)根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個(gè)不同的域。比如BOSCH劃分為5個(gè)域：動(dòng)力域（Power Train）、底盤域（Chassis）、車身域（Body/Comfort）、座艙域（Cockpit/Infotainment）、自動(dòng)駕駛域（ADAS）。這也就是最經(jīng)典的五域集中式EEA，如下圖2-2所示。也有的廠家則在五域集中式架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步融合，把原本的動(dòng)力域、底盤域和車身域融合為整車控制域，從而形成了三域集中式EEA，也即：車控域控制器（VDC，Vehicle Domain Controller）、智能駕駛域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能座艙域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。大眾的MEB平臺(tái)以及華為的CC架構(gòu)都屬于這種三域集中式EEA。