1.1 汽車(chē)電子節(jié)制器概論汽車(chē)電子節(jié)制器的浸染是領(lǐng)受來(lái)自傳感器的信息，進(jìn)行措置，輸出響應(yīng)的節(jié)制指令給到履行器履行，節(jié)制器的反映速度、剖斷切確性相當(dāng)首要。跟著計(jì)較機(jī)手藝和節(jié)制理論的不竭成長(zhǎng)，節(jié)制器的功能規(guī)模不竭擴(kuò)除夜。汽車(chē)電子節(jié)制單元作為汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)的焦點(diǎn)部門(mén)，是嵌入式系統(tǒng)裝配，一般搜羅硬件和軟件兩部門(mén)。一般汽車(chē)電子節(jié)制器硬件結(jié)構(gòu)首要搜羅微措置器（MCU）、存儲(chǔ)器、輸入 輸出接口（A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器）單元。圖 1：典型的汽車(chē)電子節(jié)制電路框圖汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)要求有很好的靠得住性和實(shí)時(shí)性，需要知足嚴(yán)苛的ISO 26262 功能安然要求。而汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)節(jié)制的變量愈來(lái)愈多，系統(tǒng)架構(gòu)愈來(lái)愈復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和系統(tǒng)故障自診斷能力要求更是提出挑戰(zhàn)。遵循統(tǒng)計(jì)分化，今朝乘用車(chē)的汽車(chē)電子節(jié)制單元（ECU）數(shù)目在25~100 個(gè)擺布。圖2：部門(mén)汽車(chē)電子節(jié)制單元因?yàn)槠?chē)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、系統(tǒng)的變量多且彼此影響，導(dǎo)致難以成立切確的數(shù)學(xué)模子。跟著智能節(jié)制的成長(zhǎng)，一般系統(tǒng)級(jí)節(jié)制采納智能節(jié)制編制，履行層節(jié)制采納經(jīng)典理論節(jié)制：成立切確的數(shù)學(xué)模子，切確節(jié)制。圖3：發(fā)送機(jī)治理系統(tǒng)ECUECU 財(cái)富鏈：汽車(chē)電子節(jié)制器硬件的焦點(diǎn)在于微措置器。微措置器搜羅MCU、MPU、DSP 和邏輯IC等。其中市場(chǎng)知名的為微措置器廠家首要有恩智浦、TI、英飛凌、瑞薩、ADI 等公司，電子節(jié)制單元（ECU）領(lǐng)先企業(yè)是跨國(guó)汽車(chē)電子零部件巨子，如博世、電裝、除夜陸公司等。圖4：汽車(chē)電子節(jié)制單元財(cái)富鏈汽車(chē)用微措置器一貫在遵循汽車(chē)的要求不竭更新?lián)Q代，以策念頭治理節(jié)制單元用微措置器（MCU）為例聲名（如圖5），從歐3 到歐6，跟著汽車(chē)油耗要求的不竭提高，為達(dá)到要求，微措置器也從初期的16 位CPU 到32 位CPU，措置速度（MIPS 指標(biāo)）不竭加速，所用的存儲(chǔ)器容量也不竭提高。汽車(chē)自動(dòng)駕駛的成長(zhǎng)使得汽車(chē)微措置器措置的數(shù)據(jù)量成幾何級(jí)增添，需要汽車(chē)微措置器有高機(jī)能計(jì)較能力，出格是汽車(chē)識(shí)別行人物體的計(jì)較機(jī)視覺(jué)和深度進(jìn)修功能要求芯片具有強(qiáng)除夜的實(shí)時(shí)計(jì)較措置能力。圖5：策念頭用治理系統(tǒng)MCU進(jìn)化過(guò)程今朝英偉達(dá)（NVIDIA）斥地的圖形措置器（GPU）在深度進(jìn)修、圖象措置方面處于手藝領(lǐng)先地位，其在2016 年CES展推出的第二代產(chǎn)物DRIVE PX2 是基于16nm 工藝打造的SoC產(chǎn)物，具有兩顆GPU 焦點(diǎn)和12 個(gè)CPU 焦點(diǎn)，相當(dāng)于150 臺(tái)MacBook Pro 的8T Flops 運(yùn)算能力，可撐持12 路攝像頭輸入、激光定位、雷達(dá)和超聲波傳感器，多個(gè)平臺(tái)并走運(yùn)算，可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。2017 年沃爾沃上路的100 輛自動(dòng)駕駛SUVs 就操作了英偉達(dá)DRIVE PX2 芯片。同時(shí)奧迪、戴姆勒、福特、豐田等車(chē)企也在和英偉達(dá)合作斥地車(chē)載超級(jí)計(jì)較解決方案，以加速自動(dòng)駕駛汽車(chē)的實(shí)現(xiàn)。圖6：DRIVE PX2與此同時(shí)，高通發(fā)布了其基于14nm 工藝打造的新一代Snapdragon820A 措置器可以很好地?fù)纬稚疃冗M(jìn)修功能?，F(xiàn)有的汽車(chē)微措置器供給商如瑞薩，恩智浦、德州儀器、意法半導(dǎo)體（Mobileye EyeQ 芯片代工商）、英飛凌等也將被迫在未來(lái)推出16nm 工藝的高機(jī)能SoC 芯片產(chǎn)物，瑞薩已發(fā)布了其斥地新一代R-car 措置器時(shí)刻節(jié)點(diǎn)。因?yàn)?6nm 工藝所需用的光掩模很是昂貴，而汽車(chē)工業(yè)的率較低，眾多芯片供給商的插手將可以形陋習(xí)模效應(yīng)，提高16nm 工藝芯片的率。因?yàn)槠?chē)智能化的迅猛成長(zhǎng)趨向，可以估量汽車(chē)的微措置器市場(chǎng)寬廣寬除夜奔放，據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS 公司猜想，2021 年全球汽車(chē)微措置器市場(chǎng)可達(dá)到約14 億美元的規(guī)模。圖7：全球汽車(chē)微措置器市場(chǎng)規(guī)模猜想汽車(chē)電子節(jié)制單元（ECU）的此外一焦點(diǎn)是軟件算法。跟著汽車(chē)智能化的不竭提高，軟件系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜，全數(shù)汽車(chē)軟件代碼行數(shù)在1000 萬(wàn)以上，軟件價(jià)值占比不竭上升，斥地成本占汽車(chē)電子系統(tǒng)總成本的一半以上，首要性凸顯。汽車(chē)軟件系統(tǒng)搜羅系統(tǒng)軟件和操作軟件兩除夜部門(mén)。系統(tǒng)軟件搜羅操作系統(tǒng)和一系列合用法度楷模，一般由措置器芯片廠家供給。操作軟件搜羅：1）數(shù)據(jù)匯集與過(guò)程監(jiān)控模塊；2）數(shù)據(jù)措置模塊；3）節(jié)制算法模塊；4）履行機(jī)構(gòu)節(jié)制模塊；5）故障自診斷模塊。節(jié)制理論的不竭打破，為汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)的成長(zhǎng)供給了有力的理論撐持，從初期的經(jīng)典節(jié)制理論到現(xiàn)代節(jié)制理論再到智能節(jié)制理論，與之相對(duì)應(yīng)，汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)采納的節(jié)制手藝由PID 節(jié)制到魯棒節(jié)制再到神經(jīng)匯集節(jié)制（CNN），節(jié)制功能愈來(lái)愈多。因?yàn)槠?chē)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，各個(gè)系統(tǒng)彼此耦合，一般來(lái)講，系統(tǒng)層的節(jié)制采納智能節(jié)制、恍忽節(jié)制算法，履行層的節(jié)制采納成立精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模子、切確節(jié)制的算法。圖8：節(jié)制理論的成長(zhǎng)對(duì)汽車(chē)節(jié)制系統(tǒng)的影響線控手藝：線控手藝（X-by-Wire）是經(jīng)由過(guò)程線束傳遞燈號(hào)記號(hào)節(jié)制，而不是經(jīng)由過(guò)程機(jī)械毗連裝配來(lái)操控，對(duì)汽車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一個(gè)根柢的改變，其素質(zhì)就是操作弱點(diǎn)燈號(hào)記號(hào)來(lái)節(jié)制強(qiáng)電履行機(jī)構(gòu)，以庖代原本的機(jī)械或液壓來(lái)獨(dú)霸履行。線控手藝是基于信息交互措置和實(shí)時(shí)節(jié)制的新型電控系統(tǒng)，需要高機(jī)能的節(jié)制器和高速總線撐持。典型的線控系統(tǒng)有線控轉(zhuǎn)向（Steer-by-Wire）、線節(jié)制動(dòng)（Brake-by-Wire）、線控油門(mén)（Throttle-by-Wire）等。線控手藝（X-by-Wire）代表了一系列的車(chē)輛綜合節(jié)制手藝。圖9：線控手藝對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)的改變X-by-Wire 手藝可使汽車(chē)加倍的精練、廉價(jià)、安然而且操作加倍經(jīng)濟(jì)，基于X-by-Wire 手藝研發(fā)的這些系統(tǒng)可以很等閑的操作到各類車(chē)型上去，而不需要做除夜的改削和調(diào)校。經(jīng)由過(guò)程X-by-Wire 手藝可以進(jìn)行整合的汽車(chē)底盤(pán)綜合系統(tǒng)可以極除夜的提高車(chē)輛的安然性、操控不變性和燃油經(jīng)濟(jì)性等。下面介紹線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steer-by-Wire）的具體操作。圖10：傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的對(duì)好比上圖所示，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)撤銷了傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向裝配，轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向柱之間無(wú)機(jī)械毗連。全數(shù)系統(tǒng)首要由轉(zhuǎn)向盤(pán)舵角傳感器、轉(zhuǎn)向ECU、轉(zhuǎn)向履行機(jī)構(gòu)、力矩反饋電機(jī)和氣象傳感器等組成。線控轉(zhuǎn)向的益處在于提高了整車(chē)設(shè)計(jì)自由度，沒(méi)有了機(jī)械毗連，便于系統(tǒng)安插；轉(zhuǎn)向效力高，響應(yīng)火速，可在瞬間供給轉(zhuǎn)向動(dòng)力；有益于改良駕駛特點(diǎn)，增強(qiáng)獨(dú)霸性；有益于整合底盤(pán)手藝和下降底盤(pán)斥地綜合成本。今朝所有領(lǐng)先車(chē)企和零部件企業(yè)都在斥地線控手藝產(chǎn)物。TRW 公司斥地的線控系統(tǒng)使得燃油經(jīng)濟(jì)性提高5，德?tīng)柛?、博世、法雷奧也紛繁斥地了線控手藝產(chǎn)物。手藝趨向：（1）汽車(chē)電子架組成長(zhǎng)趨向：汽車(chē)電子節(jié)制系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜，系統(tǒng)存在較除夜的故障暗藏隱患。未來(lái)基于高機(jī)能總線手藝的分布式計(jì)較架構(gòu)將改良這類氣象形象。（2）半導(dǎo)體工業(yè)的驅(qū)動(dòng)： ITRS 2012 發(fā)布全球集成電路成長(zhǎng)線路圖，未來(lái)集成電路將沿著“延續(xù)摩爾定律”（Moore）、“超出摩爾定律”（More than Moore）和“超出CMOS”(Beyond Moore) 標(biāo)的方針成長(zhǎng)。“延續(xù)摩爾定律”經(jīng)由過(guò)程不竭縮小尺寸進(jìn)級(jí)產(chǎn)物，如SoC；“超出摩爾定律”經(jīng)由過(guò)程系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）等實(shí)現(xiàn)功能的集成。2.1 常見(jiàn)節(jié)制單元介紹2.1.1 車(chē)身不變電子節(jié)制系統(tǒng)（ESC）汽車(chē)在行駛過(guò)程中因?yàn)闄M擺和側(cè)偏步履發(fā)生側(cè)向失蹤蹤穩(wěn)，橫擺節(jié)制力矩經(jīng)由過(guò)程對(duì)浸染在車(chē)輪上的制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行有用的分撥，就會(huì)發(fā)生一個(gè)浸染在整車(chē)上的橫擺力矩。經(jīng)由過(guò)程節(jié)制這個(gè)橫擺節(jié)制力矩，汽車(chē)的橫擺和側(cè)偏步履就可以有用的節(jié)制。這就是車(chē)身電子不嘩變制系統(tǒng)（ESC）的工作事理。車(chē)身電子不嘩變制系統(tǒng)（ESC）是在ABS（防抱死系統(tǒng)）和ASR（驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)）根底上成長(zhǎng)起來(lái)的，并增添了標(biāo)的方針盤(pán)舵角傳感器、橫向/ 縱向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器等。經(jīng)由過(guò)程傳感器和節(jié)制器來(lái)識(shí)別汽車(chē)現(xiàn)履步履狀況和駕駛員意愿，進(jìn)行斗勁剖斷，然后發(fā)出指令調(diào)劑車(chē)輪縱向制動(dòng)力巨細(xì)以匹配汽車(chē)的橫擺步履，提高汽車(chē)行駛安然性。圖11：常見(jiàn)的節(jié)制單元2.1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）EPS：首要由電子節(jié)制單元、助力電念頭、減速器、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、車(chē)速傳感器、舵角傳感器等組成。當(dāng)獨(dú)霸標(biāo)的方針盤(pán)時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器不竭地測(cè)量轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角燈號(hào)記號(hào)，該燈號(hào)記號(hào)與車(chē)速燈號(hào)記號(hào)同時(shí)輸入到電子節(jié)制單元ECU，經(jīng)由ECU 計(jì)較措置后節(jié)制電念頭輸出響應(yīng)巨細(xì)和標(biāo)的方針的轉(zhuǎn)矩?zé)籼?hào)記號(hào)，電念頭的助力轉(zhuǎn)矩經(jīng)由過(guò)程減速器減速增矩后加到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)助力轉(zhuǎn)向的浸染。圖12：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向示意圖遵循助力電機(jī)安裝的形式，EPS可以分為以下三種類型：轉(zhuǎn)向柱助力式（C-EPS）、齒條助力式（R-EPS）、齒輪助力式（P-EPS）。2.1.3 自順應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）自順應(yīng)巡航節(jié)制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，簡(jiǎn)稱ACC）是在定速巡航節(jié)制系（CC）根底上成長(zhǎng)起來(lái)的。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，安裝在車(chē)輛前部的毫米波雷達(dá)延續(xù)掃描前方道路，同時(shí)輪速傳感器匯集車(chē)速信息，當(dāng)與前車(chē)之間的距離太小時(shí)，節(jié)制單元經(jīng)由過(guò)程CAN 總線傳輸燈號(hào)記號(hào)與ABS 系統(tǒng)、策念頭節(jié)制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，使車(chē)輪適當(dāng)制動(dòng)和策念頭輸出功率下降，以連結(jié)與前方車(chē)輛必定的安然的距離。當(dāng)需要更除夜的減速度時(shí)，節(jié)制器會(huì)爆發(fā)聲光燈號(hào)記號(hào)通知駕駛者自動(dòng)采納制動(dòng)動(dòng)作。ACC 系統(tǒng)一般在除夜于25Km/h 速度時(shí)才浸染，低于這個(gè)速度需要駕駛者節(jié)制速度。