新能源汽车行业相关的术语整理！

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因为从事新能源汽车行业相关岗位，经常会遇到一些行业术语，准备逐步整理经常遇到的一些术语的解释，记录并分享。今天主要是分享MBD建模、汽车电子控制系统的基本构成、VCU、MCU、MCU与芯片的区别、OEM等术语。

1.MBD建模

基于模型的设计（Model-Based Design，MBD）是一种围绕模型搭建展开的一种项目开发方法。这种方法可以避免繁琐的代码编写和调试过程，可以极大的提高项目开发效率。在AUTOSAR软件组件级设计与开发时，主要是采用MATLAB/Simulink进行MBD建模。

2.汽车电子控制系统的基本构成

汽车电子控制系统主要由传感器(Sensor)、电子控制单元(ECU)和执行器(Actuator)组成，对被控对象进行控制。

2.1 Sensor

传感器(Sensor)为信号输入装置，其作为汽车电子控制系统的信息源。传感器用来检测和采集各种信息，如温度、压力、转速等，并通过一定转换装置将一些非电量信号（物理量、化学量等）转换为电信号传输给电子控制单元。

2.2 ECU

电子控制单元 (Electronic control unit, ECU)，也可以称为汽车嵌入式系统(Automotive Embed System)。一般ECU由CPU、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)，模数转化器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。ECU是对传感器的信号进行处理，通过控制算法向执行器发出控制指令。电子控制单元一般由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要由微控制器(Microcontroller, MCU)及外围电路组成；软件部分主要由硬件抽象层(Hardware Abstraction Layer, HAL)、嵌入式操作系统及底层软件和应用软件层。

2.3 Actuator

执行器(Actuator)为执行某种控制功能的装置，用于接收来自ECU的控制指令，并对控制对象实施相应的操作。

【参考内容】宋珂，王民，单忠伟，谭杨等.AUTOSAR规范与车用控制器软件开发[M].北京：化学工业出版社，2022.

3.VCU

整车控制器VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元，是整个控制系统的核心。VCU采集电机及电池状态（通常是用过CAN，或者CANFD通讯直接和BMS，MCU信号交互），同时也通过自身的IO口，采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号。

4.MCU

微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。微控制器（MCU）在电动汽车电机控制中扮演着关键角色。它们是电机控制单元的核心组件，负责执行复杂的算法、监测传感器数据、调整电机参数并与其他车辆系统通信。

以下是MCU在电动汽车电机控制中的作用：

1. 高性能计算：电动汽车电机控制需要进行实时计算和控制。MCU提供了足够的计算能力，可以执行复杂的控制算法，以确保电机的高效运行。2. 传感器接口：MCU具有多个接口，用于连接各种传感器，如电机位置传感器、温度传感器和电压传感器。这些传感器提供了关键的数据，用于监测电机状态和环境条件。3. 通信接口：电动汽车的各个子系统需要相互通信，以实现协同工作。MCU提供了多种通信接口，包括CAN总线、以太网和UART，用于与其他ECU进行数据交换。4. 功能安全性：为了确保电动汽车的安全性，MCU通常集成了功能安全特性，符合ISO 26262等标准。这些特性有助于防止潜在的故障和危险情况。5. 电源管理：MCU还管理电机控制单元的电源，确保其稳定运行。它可以监测电池电压，防止过充和过放，并执行能源管理策略，以提高能源效率。

5.MCU与芯片的区别

单片机：是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

芯片：芯片是半导体元件产品的统称，范围比较广泛，把电路小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上的一种半导体元件。

(1)  优势区别单片机：单片机集成度高，可靠性强，即使单片机工作时间长，也不容易出现故障。芯片：芯片是微处理器或多核处理器的核心，可以控制计算机到手机到微波炉的一切。(2)  特点区别单片机：单片机的体积比较小， 内部芯片作为计算机系统，其结构简单，但是功能完善，使用起来十分方便，可以模块化应用。芯片：集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。

总结来说，单片机又称单片微型计算机，虽然它看上去像一块芯片，但是已经具有了基本的处理器，存储器，可以写入一些简单的控制程序，在小型控制电路的应用还是比较广泛的。而芯片大多数是不可以写入编程的，它们在出厂的时候就已经设置好了，功能也相对单一。

6.OEM

OEM（Original Entrusted Manufacture）的汉语意思是“原始设备制造商”，基本含义是定牌生产合作，俗称“代工”。OEM，就是品牌生产者不直接生产产品，而是利用自己掌握的“关键的核心技术”负责设计和开发新产品，控制销售“渠道”，而生产能力有限，甚至都没有厂房、生产线、员工等，为了增加产量和销量，赢得市场时间，降低上新劣旧风险，通过合同订购的方式委托其他同类产品厂家生产，所订产品低价买断后直接贴上自己的品牌商标。这种委托他人生产的合作方式即为OEM，承接这加工任务的制造商就被称为OEM厂商，其生产的产品就是OEM产品。

汽车行业里提到OEM就是指主机厂，也叫整车厂。例如一汽、东风、长安、上汽、广汽、北汽、吉利、长城、比亚迪、奇瑞、华晨、蔚来、小鹏、威马、爱驰、拜腾等

Tier 1：Tier 1，整车厂的一级供应商。一级供应商直接向整车制造商供货，双方形成直接的合作关系。一级供应商不仅直接向整车制造商供应总成及模块，还与整车制造商相互参与对方的研发和设计，属于整车制造过程中参与度最高的供应商。

Tier 2：Tier2，整车厂二级供应商。二级供应商主要向一级供应商提供配套，二级供应商大都生产专业性较强的总成系统及模块拆分零部件，该层次龙头企业部分产品已达国际先进水平，处于高速发展阶段。

Tier 3：Tier3，整车厂的三季供应商。三级供应商处于汽车零部件供应体系的底层，研发能力较弱、规模较小，产品较为低端、缺乏核心竞争力。

1.PCB与PCBA的概念与区别

1.1 PCB

PCB的英文全称为Printed Circuit Board，中文直接翻译是「印刷电路板」，简称「电路板」，有人把它中英混合称「PC板」。PCB是印刷有电子线路的板子，负责连通电子元件沟通的管道。一般称呼这种已经印刷电子线路但还没将电子元件组装上的PCB为光板或裸版。

PCB板能得到广泛的的应用，独特性可以概述如下：

1.布线密度高、体积小、重量轻，有利电子产品的小型化。

2.可以自动化生产，PCB及PCBA目前几乎可以全自动化生产，降低了人力成本，更提高了生产效率，有利降低产品售价普及市场。

3.设计上可以标准化，也可以设计成模组，需要不同的功能时，只要更换整片PCBA板子就可以。

1.2 PCBA

PCBA是Printed Cicrcuit Board Assembly的英文缩写，PCB与PCBA的差异就在PCBA = PCB + Assembly，也就是没有组装电子元件的板子叫PCB，而已经组装完成电子元件的板子则称之为PCBA。

PCB与PCBA的区别， PCB基本上只能算是一个元件，PCB是整片PCBA中的一个重要元件，PCB上面要再焊接IC、电阻、电容、电感、联接器等零件才能成为PCBA。

1.3 波焊技术和SMT技术

主流的PCBA组装为SMT 即表面贴焊技术，它会先在空板上印刷锡膏，然后将电子元件贴片于PCB，将之流经回焊高温炉，将元件透过锡膏焊接黏贴于PCB之上。

少数PCBA组装会采用波焊技术，一般来说，组装板上会有一些比较重或是需要承受外力插拔的电子元件，这类元件不是技术上还无法做成SMD元件，要不就是做成SMD元件的价钱不符市场期望，它们会被设计成通孔元件，也就是插件(DIP)，然后流经波焊锡炉将元件焊接于PCB，也有同时混合贴焊(SMT)与波焊技术来达成元件焊接于PCB的设计。

2.大三电

大三电由动力电池、电机、电机控制器构成。

2.1动力电池

动力电池是电动汽车动力来源，一般是由BMS（电池管理系统）控制，主要通过控制单体电压温度，控制单体电压一致性，从而保证整车电压的稳定性。

特性：其安装位置一般在底盘下面，防护等级一般都是IP67或IP68，约占整车质量的百分之十左右（大多在300KG左右）。

注：电池一般是由多个单体串接起来，单体电压3.6V左右，例如80串，那么就是3.6乘以80总电压就是288V。

2.2 电机

电机主要有永磁同步电机、交流异步电机2种，其功率也从40KW到上百千瓦不等。

特性：大功率电机一般采用水冷，小功率电机采用风冷。如温度升高，电机会降功率工作，当温度升高到一定的界限，就会关闭输出。

2.3 电机控制器

电机控制器是连接电机与电池的神经中枢，用来调校整车各项性能，足够智能的电控不仅能保障车辆的基本安全及精准操控，还能让电池和电机发挥出充足的实力。

特性：电控（电机控制器）是通过接收VCU控制指令，如转速、扭矩等指令，从而控制整车的低速、高速、前进、后退等动作。

3.小三电

小三电一般是指DC变换器、车载充电机、高压配电盒。

3.1DC/DC变换器

DC／DC变换器是将某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器。为动力转向系统、空调以及其他辅助设备提供所需的电力；在复合电源系统中与超级电容串联，起到调节电源输出、稳定母线电压的作用。

3.2 车载充电机

车载充电机（on－board charger，OBC）是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。车载充电机具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力，其依据电池管理系统（BMS）提供的数据，动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

3.3 高压配电盒

高压配电盒（Power Distribution Unit；PDU）即高压电源分配单元，主要起到电源分配、短路过载保护的作用。纯电动汽车高压配电盒里面有铜排、断路器、空开、接触器、软启、变频器、变压器、高压继电器、熔断器、浪涌保护器、互感器、电流表、电压表、转换开关等。在电动汽车上，与高压配电盒相连接的高压部件包括：动力电池、电机控制器、变频器、逆变电源、电动空调、电动除霜、充电座等。

1.BootLoader

1.1 简介

回忆一下 PC 的体系结构我们可以知道，PC 机中的引导加载程序由 BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘 MBR 中的OS Boot Loader(比如，LILO 和GRUB 等)一起组成。BIOS 在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘 MBR 中的 Boot Loader 读到系统的 RAM 中，然后将控制权交给 OS Boot Loader。Boot Loader 的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。而在嵌入式系统中，通常并没有像 BIOS 那样的固件程序(注，有的嵌入式 CPU 也会内嵌一段短小的启动程序)，因此整个系统的加载启动任务就完全由 Boot Loader 来完成。比如在一个基于 ARM7TDMI core 的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000 处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的 Boot Loader 程序。

　引导加载程序。包括固化在固件 (firmware) 中的 boot 代码 ( 可选 ) ，和 Boot Loader 两大部分。Linux 内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码。

1.2 BootLoader的概念

　　简单地说，Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

　　1. Boot Loader 所支持的 CPU 和嵌入式板

　　每种不同的 CPU 体系结构都有不同的 Boot Loader。有些 Boot Loader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。除了依赖于CPU 的体系结构外，BootLoader 实际上也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说，对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一种 CPU 而构建的，要想让运行在一块板子上的 Boot Loader 程序也能运行在另一块板子上，通常也都需要修改Boot Loader 的源程序。

　　2. Boot Loader 的安装媒介(Installation Medium)

　　系统加电或复位后，所有的 CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0x00000000 取它的第一条指令。而基于 CPU 构建的嵌入式系统通常都有某种类型的固态存储设备(比如：ROM、EEPROM 或 FLASH 等)被映射到这个预先安排的地址上。因此在系统加电后，CPU 将首先执行 Boot Loader 程序。

　　3. 用来控制 Boot Loader 的设备或机制

　　主机和目标机之间一般通过串口建立连接，Boot Loader 软件在执行时通常会通过串口来进行 I/O，比如：输出打印信息到串口，从串口读取用户控制字符等。

　　4. Boot Loader 的启动过程

　　Boot Loader 的启动过程是单阶段(Single Stage)还是多阶段(Multi-Stage)通常多阶段的 Boot Loader 能提供更为复杂的功能，以及更好的可移植性。从固态存储设备上启动的 Boot Loader 大多都是 2 阶段的启动过程，也即启动过程可以分为 stage 1 和stage 2 两部分。而至于在 stage 1 和 stage 2 具体完成哪些任务将在下面讨论。

　5. BootLoader 与主机之间进行文件传输所用的通信设备及协议

　　最常见的情况就是，目标机上的 Boot Loader 通过串口与主机之间进行文件传输，传输协议通常是 xmodem/ymodem/zmodem 协议中的一种。但是，串口传输的速度是有限的，因此通过以太网连接并借助 TFTP 协议来下载文件是个更好的选择。在讨论了 BootLoader 的上述概念后，下面我们来具体看看 BootLoader 的应该完成哪些任务。

1.3 Boot Loader 的主要任务与典型结构框架

我们做一个假定，那就是：假定内核映像与根文件系统映像都被加载到 RAM 中运行。之所以提出这样一个假设前提是因为，在嵌入式系统中内核映像与根文件系统映像也可以直接在 ROM 或 Flash 这样的固态存储设备中直接运行。但这种做法无疑是以运行速度的牺牲为代价的。

从操作系统的角度看，Boot Loader 的总目标就是正确地调用内核来执行。另外，由于 Boot Loader 的实现依赖于 CPU 的体系结构，因此大多数 Boot Loader 都分为 stage1 和 stage2 两大部分。依赖于 CPU 体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在 stage1 中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。

而 stage2 则通常用C语言来实现，这样可以实现给复杂的功能，而且代码会具有更好的可读性和可移植性。

　　Boot Loader 的 stage1 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：　　硬件设备初始化。　　为加载 Boot Loader 的 stage2 准备 RAM 空间。　　拷贝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空间中。　　设置好堆栈。　　跳转到 stage2 的 C 入口点。　　Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步骤(以执行的先后顺序)：　　初始化本阶段要使用到的硬件设备。　　检测系统内存映射(memory map)。　　将 kernel 映像和根文件系统映像从 flash 上读到 RAM 空间中。　　为内核设置启动参数。　　调用内核。

2.UPS电源

UPS电源是不间断电源（Uninterruptible PowerSystem）的英文名称的缩写，它伴随着计算机的诞生而出现，是计算机常用的外围设备之一。实际上，UPS是一种含有储能装置，并以逆变器为主要组成部分的恒压恒额的不间断电源。

UPS在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使计算机等设备的电子系统受到干扰，造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果，引起巨大的经济损失。因此，UPS日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。目前在市场上可以购买到种类繁多的UPS电源设备，其输出功率从500VA到3000kVA不等。

简单来说，UPS不间断电源主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

UPS不间断电源由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器（REC），进行DC/AC变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。

3.ROM和RAM的区别

　ROM指的是只读存储器，以非破坏性读出方式工作，只能读出无法写入信息。信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失，所以又称为固定存储器。

RAM一般指随机存取存储器，也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。

　　1、读写状态不同：ROM和RAM指的都是半导体存储器。其中，ROM是Read Only Memory的意思，也就是说这种存储器只能读，不能写；而RAM是Random Access Memory的缩写，RAM则可以随机读写。

　　2、原理不同：RAM为随机存储，掉电不会保存数据；ROM可以在掉电的情况下，依然保存原有的数据。

　　3、运行速度不同：内存就是一种RAM技术，而ROM则类似于硬盘技术，两者都是存储器，只是RAM的速度要远远高于ROM的速度。

　　4、影响不同：ROM空间的大小对系统运行速度的影响是微乎其微的，影响手机运行速度的最主要因素是RAM。

　　5、占据空间不同：在安卓手机中，ROM包含了安卓系统、手机软件、用户文件(照片、视频等)。用户存储的文件只占据ROM空间，不影响RAM空间。

1.KL15和KL30

KL(即Klemme)指ECU的管脚。德国标准化协会制定的DIN72552规范(Terminal markings for motor vehicles)定义了ECU⼀些⽐较常⽤的管脚号码及其意义.

KL15表⽰Zündschloss信号，就是发动机点⽕信号，也表⽰⻋钥匙扭动，启动汽⻋的信号。⼤部分ECU都需要在汽⻋启动状态时才能⼯作。有的还会分KL15R，R表⽰Radio，就是钥匙旋转到收⾳机⼯作的地⽅，但是⻋⼦还没启动，像仪表盘，⻔窗就是就是接这个信号。这个信号由Zentrale　Elektrik（汽⻋内的总电箱）供电，经过保险丝引出来接到各个ECU的KL15管脚。

KL30是ECU供电源，即蓄电池,也叫汽车电瓶, 提供ECU的⼯作电压，⼀般是11V到15V。

KL31表示表示蓄电池的负极。

KL40 表示48V电池的正极。KL41表示48V的负极。

KL61 或者 Klemme D+是表示发动机启动信号，严格定义是指发动机连接的发电机指示灯信号。不过发电机是有发动机驱动的，所以就是表示发动机启动。KL61 或者 Klemme D+是表示发动机启动信号，严格定义是指发动机连接的发电机指示灯信号。不过发电机是有发动机驱动的，所以就是表示发动机启动。

2.Simscape

Simscape是simulink下集成的一个仿实物建模工具箱，可用于包括传动机构、流体、电力电子、多刚体等物理建模。可以理解为Simulink基于Matlab，而Simscape基于Simulink；

Simulink和Simscape模型的不同：

① Simulink模型的连接线是单向箭头，Simscape模型的连接线是双向无箭头；

② Simulink的框图多具有直观的数学意义，而Simscape的框图则像是实际物理量的图标。

3.电机的主动放电与被动放电

国标电动汽车用驱动电机系统《GB/T 18488.1-2015》描述了主动放电与被动放电的定义：

主动放电：当驱动电机控制器被切断电源,切入专门的放电回路后,控制器支撑电容快速放电的过程。

被动放电：当驱动电机控制器被切断电源后,不切入专门的放电回路,控制器支撑电容自然放电的过程。

将电机进行放电最主要的目的高压安全，具体的说就是在紧急情况，如碰撞，短路等情况，以及每次操作时，都会有高压下电，而电机控制器中由于有薄膜电容等可储能装置，BMS控制下电以后，内部仍存在高压，为防止人员伤害，电机控制器需将电机控制器中的电压降低到60V电压以下。

为了实现高压安全，国家标准也做了明确的规定：车辆发生碰撞后，应当立即进行高压下电，避免碰撞后造成人员与高压带电部分直接接触或间接接触引起的触电事故。下电后高压母线上的总能量TE应小于0.2焦耳，储存在Y-电容器里的能量也应少于0.2焦耳。当对驱动电机控制器有被动放电要求时，驱动电机控制器支撑电容放电时间应不大于5min；当对驱动电机控制器有主动放电要求时,驱动电机控制器支撑电容放电时间应不超过3s。

主动放电的是实现方法：

（1）电机绕组放电：控制Q轴电流为零，加D轴电流，该方法放电时间快，但是会出现扭矩抖动，影响驾乘体验

（2）放电回路放电：利用电阻放电，风险小，但是需要另外增加电路，增加成本，电阻在多次放电，也可能会损坏；目前该方案应用较多

（3）桥臂直通放电：成本低，放电速度快，但瞬间电流很大，由于高压回路上存在杂散电感，导致IGBT(绝缘栅双极型晶体管)关断时的电压应力较大，控制的难度比较高，目前该方案应用较少。