一、汽车电子控制系统的分类
现代轿车和载重汽车等都是具有许多电子控制系统的综合装置。部分电子控制系统已成套地作为标准配置预装到每辆出厂的新车上,另外一些则只出现在高档轿车上。按使用范围分类,这些电子控制系统可分为以下4大类:
(1)动力与传动装置(动力装置)。
(2)安全性系统。
(3)舒适性系统。
(4)通信和多媒体系统。
按功能分类,则可分为以下5大类:
(1)传感器和开关控制信号。
(2)控制单元。
(3)执行器。
(4)各控制单元的通信与连接(网络)。
(5)电子诊断系统。
(一)传感器和开关控制信号传感器用于检测汽车工况,如发动机转速、进气温度、废气中含氧浓度等重要参数。传感器就是一种将各种非电量(物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换为便于传输和处理的另一种物理量,一般为电信号的装置。开关控制信号则用于向控制单元发送某一设备的即时状态信号,如点火开关信号等。
(二)控制单元控制单元(ECU)是按一定的数学计算方法,如调节和控制算法,处理由传感器采集的输人信息并通过控制单元的输出信号去控制各类执行器完成具体动作的一种电子装置。更进一步讲,控制单元也是连接其他控制单元和汽车故障诊断装置(TDCL)的接口。
(三)执行器
执行器将来自控制单元的输出信号转换为机械参量。下面为执行器的一些实例:(1)汽油机喷油嘴。
(2)ABS制动系统用电磁阀驱动模块。
(3)汽车燃油泵及其继电器。
(4)驱动电机(如驱动风窗玻璃的电机)。
(5)发动机散热风扇。
(四)网络
汽车电子系统数量的增多,增加了连接导线的费用。中档轿车线束的平均长度目前已达 1600m,多达 300 个插头约2000个插针,各个电子系统的网络连接可以减少导线的总长度。采用双线的公共总线,如CAN总线,可以传输大量的数据和信息。网络连接的各个电子系统可以共享这些数据和信息。按要求也可将总线分为动力与传动装置总线、舒适性系统总线和通信总线。
(五)电子诊断系统电子诊断系统的功能是不断监视汽车行驶时各系统和部件的工作状况,并将出现的所有故障,如导线短路、传感器失效等,以故障码的形式存放在控制单元的故障存储器中。在修理车间检修时,可用汽车系统诊断仪来连接控制单元的故障接口(TDCL)来读出故障码,然后通过查阅维修手册来定位故障位置。
二:汽车电子控制系统的要求
由于汽车运行在户外和道路上,面对的环境比较恶劣,因此对汽车电子控制系统有很高的要求,如极端的温差、复杂的气候、恶劣的路况和遭受侵蚀性物质的影响等。为使汽车电子控制系统能在合理的规定时间内能可靠、无故障地工作,必须满足以下的要求:
(1)耐温范围为-40~+125℃。
(2)防电磁干扰,不易受外部辐射(如移动无线电话)的影响,本身没有电磁干扰的辐射
(3)耐振。
(4)耐湿气和潮湿
(5)耐侵蚀性液体,如机油、盐雾:
(6)质量轻。
(7)生产成本低廉
(8)安装可靠。
总结如下所示:
一、 按控制功能领域分类(最常用、最直观的分类方式)
这是最主流的分类方法,直接对应汽车的各个核心功能和性能。
1. 动力总成控制系统
负责车辆的动力来源和传输,是汽车最核心的控制系统。
发动机管理系统 (EMS - Engine Management System):控制燃油喷射、点火正时、空燃比、怠速等,以优化发动机的动力性、经济性和排放。
核心子系统:电控燃油喷射(EFI)、电控点火系统(ESA)、怠速控制(ISC)、废气再循环(EGR)等。
自动变速箱控制系统 (TCU - Transmission Control Unit):根据车速、油门、发动机负荷等信号,自动控制变速箱的换挡时机和品质,实现平顺、高效的动力传递。
新能源车辆控制系统:
整车控制器 (VCU - Vehicle Control Unit):电动汽车的“大脑”,协调电机、电池、变速箱等各系统的工作。
电池管理系统 (BMS - Battery Management System):监控电池状态(电压、电流、温度)、进行充放电管理、热管理、电量估算(SOC)和均衡,保证电池包安全与寿命。
电机控制器 (MCU - Motor Control Unit):根据油门和VCU指令,精确控制驱动电机的转速和转矩。
2. 底盘与车身稳定性控制系统
负责车辆的操控性、稳定性和安全性。
防抱死制动系统 (ABS - Anti-lock Braking System):在紧急制动时防止车轮抱死,保持转向能力。
电子稳定程序 (ESP/ESC - Electronic Stability Program/Control):ABS和TCS的扩展功能,通过主动对单个车轮制动来纠正车辆的过度转向或不足转向,防止侧滑和失控。
牵引力控制系统 (TCS/ASR - Traction Control System):防止驱动轮在加速时打滑,保持车辆行驶稳定性。
电子助力转向系统 (EPS - Electric Power Steering):根据车速和转向角度提供不同的助力,低速轻盈、高速沉稳。
自适应巡航系统 (ACC - Adaptive Cruise Control):在定速巡航基础上,通过雷达/摄像头监测前车,自动调整车速以保持安全跟车距离。
悬架控制系统:如主动悬架、空气悬架等,根据路况和驾驶模式调整悬架刚度和高度,提升舒适性与操控性。
汽车电子控制系统正从过去分布式的(一个功能一个ECU)向域集中式(多个功能集成到一个域控制器)演进,并最终走向车辆集中计算+区域控制的终极架构。这种演变旨在降低系统复杂度、减轻线束重量、降低成本,并为实现更复杂的软件功能(如持续OTA升级、自动驾驶)提供强大的硬件基础。