汽车ECU开发：深入探索汽车控制器（VCU、TCU、SCU、INS、MFS、BCM等）

1、汽车各控制单元方案详解

汽车的控制单元方案是汽车ECU开发的重要组成部分。根据功能的不同，汽车控制系统可分为三大类：舒适系统、安全系统和动力系统。这些系统相互协同，确保汽车的安全、舒适和高效运行。在开发过程中，针对不同类型的控制系统，需要制定相应的控制策略和算法，以实现各项功能的优化。

2、车身控制单元（BCM）：

车身控制单元（BCM）是一种广泛应用于汽车中的控制设备，它适用于12V和24V的电压环境，无论是轿车、大客车还是商用车，其车身控制均可通过BCM来实现。BCM通过采集电路获取各类开关量和模拟量信息，LIN接收模块则负责接收控制手柄单元发出的信号，如灯光、雨刮、洗涤等。其输出模块采用高效的功率驱动和继电器驱动技术，既经济又实用。此外，BCM还配备了CAN通信模块，以便与其他汽车电子模块进行信息交换。BCM的主要功能包括车身门控制，如门锁管理、灯光控制、洗涤和雨刮功能，以及电动车窗的控制等。在软件层面，BCM实现了NM（CAN）网络管理、UDS诊断和CCP标定等高级功能，并通过DV实验进行了严格验证。

3、EPS电子助力转向系统：

EPS电子助力转向系统是专为汽车设计的辅助转向系统。当驾驶员转动方向盘进行转向操作时，转矩传感器会实时检测转向盘的转向动作及其转矩大小，并将这些信息转化为电压信号传递给电子控制单元。电子控制单元则根据转矩传感器提供的电压信号、转向方向以及车速等数据，精准地向电动机控制器发出指令。电动机控制器据此驱动电动机输出恰当大小和方向的助力转矩，为驾驶员提供必要的辅助动力，确保转向操作的便捷与高效。

4、方向盘转角传感器（SAS）

方向盘转角传感器是车辆行驶过程中的重要检测设备，它能够实时监测方向盘的转角和转速，为车辆的ESC、EPS、AFS等控制系统提供关键信号。该传感器利用巨磁场效应技术，确保在测量精度、分辨率、线性度以及使用寿命方面均表现出色。采用Infineon双传感器方案，并经过正确的标定和初始化后，即使在掉电情况下，转角信息也不会丢失，从而在量程范围内能够精确输出方向盘的绝对转角位置。此项技术由清华大学精心研发，根据不同的安装尺寸和位置，分为A、B两种形式，其原理结构如图所示。

5、电子驻车制动系统（EPB）

电子驻车制动系统，一种通过电子控制方式实现停车制动的先进技术，巧妙地将行车过程中的临时性制动与停车后的长时性制动功能合二为一。相较于传统的机械式手刹拉杆，其控制方式已转变为电子机械控制，更为便捷高效。EPB的结构与工作原理如图所示，其电子控制单元采用双CPU设计，主CPU与安全监控CPU协同工作，确保系统的高度可靠性。该电子控制单元能采集各类相关信号，从而精准控制电机和机械执行机构，实现临时停车制动、坡道起步辅助、动态紧急制动以及自动驻车（Autohold）等多项功能。

6、电子稳定性系统ESP

电子稳定性系统ESP，专为车身设计，旨在纠正车辆可能出现的过度转向或转向不足，通过主动干预来维护车辆的操控稳定性。该系统实时采集车轮速度、制动主缸压力、制动开关状态、方向盘转角以及车辆横摆和加速度等多项数据，经过综合分析后，能够判断出驾驶员的意图和车辆的当前状态。随后，系统通过精确控制电磁阀和泵电机，同时协同发动机和变速箱的调整，在必要的车轮上施加适当的制动力，从而产生纠正力矩，确保车辆的操控稳定性。其结构组成如图所示。

7、电动助力转向系统电控单元EPS

电动助力转向系统电控单元EPS，专为12V供电环境设计，适用于轿车与纯电动汽车的转向操控。其主控MCU选用英飞凌XC2300系列单片机，能够实时采集发动机转速、车速、扭矩传感器及点火等车辆状态信号。这些数据经过控制器ECU的综合分析后，会输出相应的电流信号来控制EPS电机。EPS电机则通过传动机构产生助力转矩，作用于转向轴上，为驾驶员提供辅助转向。在低速时，该系统提供轻便的转向控制；而在高速状态下，转向助力则会减小，确保操控平稳且不产生飘移感。其结构组成详见下图。

8、整车控制器（VCU）

整车控制器VCU，作为汽车的“大脑”，负责整合和处理来自各方的信息，以实现对整车的精准控制。它实时采集驾驶员的操控指令、车辆行驶状态、发动机、电机、电池以及变速箱等各个子系统的数据，经过复杂计算后，向各子系统发出相应的控制指令。其核心策略是在不同驾驶工况下，智能地结合电机、电池和发动机的驱动能力，以实现最佳的车辆效率。该控制器采用高性能的英飞凌32位处理器TC1728N，确保了控制的实时性和准确性。