[科普中国]-汽车电子控制单元

汽车电子控制单元是指由集成电路组成的用于实现对数据的分析处理发送等一系列功能的控制装置。在汽车上广泛应用，并且集成度越来越高。

组成汽车电子控制单元主要由输入电路、A/D（模/数）转换器、微型计算机和输出电路4部分组成。

1)输入电路

输入电路的主要功能是对传感器输入信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可以接受的信号。因为输入信号有两类，模拟信号和数字信号，所以分别由相应的输入电路对之进行处理。

2)A/D转换器

A/D转换器的功用是将模拟信号转变为数字信号，如空气流量传感器、水温传感器、进气温度传感器、线性输出式常气门位置传感器等向汽车电子控制单元输出的是模拟信号（即连续变化的信号）。它们经输入电路处理后，都已变成具有一定幅值的模拟电压信号，但微型计算机不能肖接处理它，还须用A/D转换器转换成数字信号。

3)微型计算机

微型计算机包括CPU、存储器、输入输出接口（I/O接口）、总线等。信号通过输入接口进入CPU，经过数据处理后，把运算结果送至输出接口，使执行器工作。

4)输出电路

输出电路是微型计算机与执行器之间建立联系的一个装置。它的功能是将微型计算机发出的指令信号转变成控制信号，以驱动执行器工作。1

主要功能汽车电子控制单元是电子控制系统的核心部件，主要有如下功能：

(1)接受传感器或其他装置的输入信号，并将输入信号处理成电脑能够接受的信号，如将模拟信号转换成数字信号。

(2)为传感器提供参考电压：如2V、5V、9V或12V。

(3)存储、计算、分析处理信息，存储运行信息和故障信息，分析输入信息，分析输入信息并进行相应的计算处理。

(4)输出执行命令，把信号变为强信号的执行命令。

(5)输出故障信息。

(6)完成多种控制功能。如在发动机控制中，电脑可完成点火控制、燃油喷射控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制等多种功能。2

工作流程汽车电子控制单元的工作过程复杂而有序、工作速度快捷而有条不紊。下面以发动机电控单元为例，简要介绍电控单元的工作过程。

发动机启动时，电子控制器ECU进入工作状态，某些运行程序或操作指令从存储器ROM中调入中央处理单元CPU。这些程序可以控制燃油喷射、点火时刻、怠速转速等等。在CPU的控制下，一个个指令按照预先编制的程序有条不紊地进行循环。在程序运行过程中所需要的发动机工况信息由各种传感器提供。

当曲轴位置传感器CPS检测的发动机转速与转角信号(脉冲信号)、进气歧管压力传感器MAP检测的负荷信号（模拟信号）()和冷却液温度传感器CTS检测的温度信号(模拟信号)等输入ECU后，首先通过输入回路进行信号处理。如果是数字信号，就根据CPU的安排经缓冲器和I/O接口电路直接进入CPU。如果是模拟信号，则首先经过模/数（A/D）转换器转换成数字信号，以便数字式单片机处理，然后才能经I/O接口电路输入CPU。大多数信息暂时存储在RAM中，根据控制指令再从RAM传送到CPU。

下一步是将预先存储在ROM中的最佳试验数据引入CPU，将传感器输入的信息与其进行比较。CPU将来自传感器的各种信息依次取样，与最佳试验数据进行逻辑运算，通过比较作出判定结果并发出指令信号，经I/O接口电路、输出回路控制执行器动作。如果是喷油器驱动信号，就控制喷油开始时刻、喷油持续时间，完成控制喷油功能；如果是点火器驱动信号，就控制点火导通角和点火时刻，完成控制点火功能。如果执行器需要线性电流量驱动，单片机就控制占空比来控制输出回路导通与截止，使流过执行器电磁线圈的平均电流线性增大或减小。

发动机工作时，微机运行速度相当快，如点火时刻控制，每秒钟可以修正上百次，因此控制精度很高，点火时刻十分准确。3

设计原则⑴适应ECU的具体工作环境，采用可靠性设计；

⑵电路采用模块化设计方法；

⑶采用低功耗高性能的元器件、简化电路、降低功耗、提高控制精度；

⑷采用车上低压电池供电，选用先进的开关电源；

(5)系统具有较好的抗振和抗电磁干扰能力，能在各种环境温度下可靠工作；

(6)ECU硬件系统安装调试方便，便于维修，质量轻；

(7)采用标准化开放式设计方法，便于系统的扩展、移植和修改；

(8)在软件设计中，采用层状结构体系和模块化技术便于修改和扩展。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所