汽车ECU控制单元

2.2 微处理器的选择
汽车ECU中微处理器经常要进行大量的I/O操 作，而要实现高精度和实时控制，能够同时进行 多种独立的控制操作。 为此，微处理器必须具有高速计算、高速实时输 入和输出、高速A/D和D/A转换、多中断响应等 持性。 综合考虑成本等因素，不应片面地追求微处理器 的高速和高位数。
2.1 汽车电子总体设计流程
整体性原则：考虑机械设计和电子设计、液压、气动设计 的特点，先进性与可靠性结合。 协调性原则：使汽车各子系统满足整车控制水平，并对各 自不同的系统进行优化设计的约束。 适应性原则：对汽车行驶的各种条件和工况能有好的适应 能力，承受各种干扰；能主动适应条件的变 化。 可靠性原则：能抵御污染物侵蚀破坏；能耐受负荷突变或 过载；能抵御电磁和环境干扰。 低成本原则：良好的性价比。
随被控对象模型的变化自动变化。 自动测量和分析输入信号及受控对 象特性，计算系统的变化情况。
计算出相应的控制或调整策略。 滑模控制 模糊控制 优化模型参数，是模型逐步完善。 神经网络控制
预测控制
在汽车主动悬架上的到应用。
2.4 ECU的控制程序
控制理论： 是一种非线性控制系统的控制方法 它根据系统的即时状态、偏差及其 导数，在不同的控制区域，以理想 开关的方式，切换控制量的大小和 方向，使系统状态在切换线附近区 域来回运动（变更运动方向），即 沿切换线上滑动。 在汽车防抱死制动系统(ABS)上应 用
用流程图给出开 发步骤，并检查确 认与系统总体设计 不存在相抵触的地 方。 按流程图编写源 代码，编译成目标 程序。
编写源程序
实际系统调试 NO
编译 NO 检查
检查
仿真调试
ECU 控制程序 开发流程
编程后进行仿真 模拟，以检验能否 正确运行。
2.3 控制程序的设计开发
开始 固化封装 NO 控制流程开始 检查 结束
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
神经网络是仿真人的神经网络，实现 人工智能的一种途径。它具有记忆经 验和识别环境的能力，并能按一定的 规律改变自己的结构或工作程序。即 具有比较强的自学习能力。它的学习 过程是由前向计算过程、误差计算和 误差反向过程组成。 在汽车四轮转向控制中应用。
在实际的电路系 统中进行硬件和软 件的综合调试。 系统调试好以 后，就把开发好的 程序固化在程序存 储器中。
编写源程序
实际系统调试 NO
编译 NO 检查
检查
仿真调试
ECU 控制程序 开发流程
2.4 ECU的控制程序
程序组成模块
计算 控制 检测与诊断 管理 监控
编程所用语言 汇编语言 ASM 高级语言 C语言、VB、
控制用高级语言 VC

多任务操作系统
2.4 ECU的控制程序
控制模式：开环控制及闭环控制
微型计算机 给定值 控制器 D/A 转换器 执行 机构 被控 被控参数 对象
反馈
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
P-比例 I-积分 D-微分 PID控制理论是经典的控制理论， 技术成熟，应用广泛，是实现连续 控制最简单的算法。 PID控制方法在汽车动力传动控制 中得到应用。
中央处 理机 CPU 步进电机 驱动电路 电磁阀 驱动电路 指示器 驱动电路 起动器 禁止器 节气门 离合器 变速器 HSA 指示器
随机存 储器 RAM 存储器 ROM 电源
ห้องสมุดไป่ตู้
起动器 继电器
1.ECU的基本结构与功能
汽车电子控制系统：硬件有电子控制单元 (ECU—Electronic Control Unit)及其接口、 执行机构、传感器等；软件存储在ECU中， 支配电控系统完成数据采集、计算处理、输 出控制、系统监控与自诊断等。 大部分ECU的电路结构大同小异，控制功能 的变化则依赖于软件及输入输出模块的变 化，随控制系统所完成任务的不同而不同。
汽车电子控制核心-ECU
1、ECU的基本结构与功能 2、汽车电子系统设计 3、 ECU的检测与评估
1.ECU的基本结构与功能
输入 模拟信号 A/D 输入 处理 ECU 微 处 理 器 输 出 处 理 输出 电磁阀 电 机 指示灯
数字信号
电
源
电源电路 ECU基本组成
1.ECU的基本结构与功能
ECU的基本体系结构
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
基于模型的控制算法，预测模型是在 对象运行过程中直接获得，只强调功 能而不强调其结构形式，所以模型的 形式可以多种类型。预测模型可以像 系统仿真时一样，任意的制定控制策 略，通过不断观察对象在不同控制策 略下输出的变化进行自动优化。 在汽车发动机怠速控制中应用。
2.1 汽车电子总体设计流程
明确设计要求 2. 建立系统需求模型 3. 建立系统结构模型和控制模型 4. 系统结构设计 5. 软件设计 6. 系统调试 7. 反馈设计信息,修改模型 8. 系统测试
1.
在进行系统设 计时，首先根 据需要完成系 统结构的综合 描述，建立详 细的系统需求 模型。
2.1 汽车电子总体设计流程
2.1 汽车电子总体设计流程
明确设计要求 2. 建立系统需求模型 3. 建立系统结构模型和控制模型 4. 系统结构设计 5. 软件设计 6. 系统调试 7. 反馈设计信息,修改模型 8. 系统测试
1.
尽可能采用集成 器件代替分离元 件，以及使用软 件功能代替硬件 功能，这样可以 使系统的可靠性 增加，成本降低 和灵活性增强。
1.1 输入处理电路
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。
2.5 ECU硬件抗干扰设计
输入系统受干扰，使模拟信号失真，数字信号 出错。 输出系统受干扰，使各输出信号混乱，不能正 常反应ECU的真实输出。 微处理器受干扰，使三总线上数字信号错乱， 程序失控、死机 抗干扰设计中，综合采用硬件和软件措施。硬 件将绝大多数干扰拒之门外，但不可避免有少数 干扰窜入ECU中，故软件抗干扰措施也是必不 可少的。
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
模糊控制是对变工况非线性控制模 式。模糊控制不依赖于系统的精确 数学模型，而对系统参数变化不敏 感，具有很强的鲁棒性。 它的控制算法是基于模糊数学若干 条控制规则，算法非常简洁。 在汽车自动离合器上应用。
明确设计要求 2. 建立系统需求模型 3. 建立系统结构模型和控制模型 4. 系统结构设计 5. 软件设计 6. 系统调试 7. 反馈设计信息,修改模型 8. 系统测试
1.
软、硬件设计平 行、交叉进行。 有的功能既可由 硬件实现，也可 由软件完成。因 此，需要分析比 较两者之间的得 失，才能最后确 定。
输入端口 特殊功能 I/O Timer/Counter A/D PWM 输出端口 Interrupt SIO
单片机典型结构框图
1.2 微处理器
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。
2.2 微处理器的选择
按功能分类
通用单片机 通用可编程DSP 专用DSP
按位处理能力分类
4位机 8位机 16位机 32位机
接口数量多； 处理高速度，能力 强； 具有A/D、D/A功 能； 有处理“死机”的能 力； 有强大的中断处理 能力。
I/O
2.3 控制程序的设计开发
开始 固化封装 NO 控制流程开始 检查 结束
微 处 理 器
喷射信号 ON 5V OFF 0V
喷射器
14V 0V
OFF ON 喷射器 电压波形
燃油喷射驱动电路
喷射器电弧 抑制电路
1.4 电源电路
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。
2.1 汽车电子总体设计流程
明确设计要求 2. 建立系统需求模型 3. 建立系统结构模型和控制模型 4. 系统结构设计 5. 软件设计 6. 系统调试 7. 反馈设计信息,修改模型 8. 系统测试
1.
进行系统硬件的 总体设计，确定 输入输出处理方 法，估计所需 ROM和RAM的 容量等;同时还 要考虑到开发时 间、费用、ECU 的结构形式和尺 寸等情况。
编写源程序
实际系统调试 NO
ECU本身没有开 发编程能力，通过 开发工具将应用系 统与开发系统联系 起来，充分发挥开 发系统的功能，对 其进行仿真；
编译 NO 检查
检查
仿真调试
ECU 控制程序 开发流程
应用时，把开发 成功的控制程序固 化在程序存储器中。
2.3 控制程序的设计开发
开始 固化封装 NO 控制流程开始 检查 结 束
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制 滑模控制 模糊控制 神经网络控制 预测控制
最优控制法是求解在约束条件 下的极值问题。 使得评价控制系统性能的二次 型目标函数为最小。 最优控制法在汽车悬架控制中 得到应用。
2.4 ECU的控制程序
控制理论：
PID控制 最优控制 自适应控制
1.2 微处理器
1.3 输出处理电路
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。 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。
1.3 输出处理电路
输出功 率驱动 信号 + B 功率放大
输入处理电路 微处理器
车速传感器 发动机转速传感器 输入轴转速传感器 加速器踏板传感器 离合器位置传感器 水温传感器 档位 选择器杆 节气门开关 加速器踏板开关 空调开关 制动开关巡航开关 照明开关 脉冲输 入电路 模拟输 入电路 接 盘 输 入 电 路 多 路 转 换 器
输出处理电路 电源电路
输入 电压 突变 正负 交替 电压
+12V 0V + 0V _ OFF
ON
5V
ON OFF
输 入
t
0V 5V 0V
处 理
t
噪声 信号
5V 0V
电 路
5V 0V 5V 0V
电涌 电压
0V -46V
输入信号的处理
电涌：微秒量级的异常大的电流脉冲
1.2 微处理器
CPU
地址总线
Clock
控制总线 Analog-数据总线 Digital模数转换单元 都是计数器，只不过在定时时 是对微机内部时钟脉冲进行计 Pulse Width Modulation，脉冲宽度 数，作计数器时是对微机外部 调制 。调整脉冲信号的占空比，从 中断，具有对外部异步事件的处理 I/O 端口 输入的脉冲进行计数 。 Serial ROM Interface I/O串行输入输出 。通信使用3根线完成：地线 、发送、 接 而控制充电电流。 RAM 能力。 收。通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收 (程序) (数据) 数据。
2.1 汽车电子总体设计流程
明确设计要求 2. 建立系统需求模型 3. 建立系统结构模型和控制模型 4. 系统结构设计 5. 软件设计 6. 系统调试 7. 反馈设计信息,修改模型 8. 系统测试
1.
包括所要具有 的功能和配 置，传感器和 执行机构等输 入输出环节， 控制结构和系 统控制电路的 操作步骤。