汽车发动机电子控制系统开发现状及趋势

汽车发动机电子控制系统开发现状及趋势

丁志盛叶挺宁

摘要：介绍了汽车发动机电子控制系统相关技术背景、开发现状及发展趋势。

关键词：EECS,ECU汽车发动机电喷

一、汽车发动机电子控制系统概述

汽车发动机电子控制系统(Engine Electronic Control System，简称EECS)通过电子控制手段对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行优化控制，使发动机工作在最佳工况，达到提高性能、安全、节能、降低废气排放的目的。汽车发动机电子控制系统主要包括：

- 燃油喷射控制；

- 点火系统控制；

- 怠速控制；

- 尾气排放控制；

- 进气控制；

- 增压控制；

- 失效保护；

- 后备系统；

- 诊断系统等功能。

另外，随着网络、集成控制技术的广泛应用，作为汽车控制主要单元的EMS系统通过

CAN(Controllers Area Network)总线与其他控制系统，例如：安全系统(如ABS、牵引力电子稳定装置ESP (Electronic Stability Program))、底盘系统（如主动悬挂ABC(Active Body Control)）、巡航控制系统（Speed Control System或Cruse Control System）以及空调、防盗、音响等系统实现网络互联，实现信息共享并实施集成优化统一控制。在不久的将来，车载通讯平台将利用现有无线通讯网络为汽车驾驶提供更广泛的咨询、娱乐等增值服务（如GPS全球定位系统的应用）。

汽车发动机电子控制系统的开发主要涉及以下技术容：

- 传感器

主要包括空气流量传感器、空气温度传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、转速传感

器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆燃传感器、车速传感器、氧传感器等。

- 执行器

主要包括喷油器、点火控制模块、怠速空气控制阀以及各种电磁阀等。

- 电控单元ECU(Electronic Control Unit) 和控制算法程序软件其作用是通过采集各种传感器输入信号并将信号进行调理，根据发动机管理控制算法进行运算，然后输出控制信号并进行功率放大给执行器。同时检测传感器信号正常状态，出现故障时报警。

图1描述了汽车发动机电子控制系统示意图。

图1

另外，为了应对汽车产业产品作为多种产品链状集成开发的特点以及快速更新的市场需求，高性能的发动机试验台架、集成开发环境工具以及测试产品耐环境性能的设备为快速开发高质量面向不同汽车发动机的管理系统产品提供保障：

- 发动机试验台架

主要包括不同种类的发动机以及工况装置、测功仪、废气测量仪以及各种传感器和测量装置。

- 集成开发环境IDE（Integrated Development Environment）系统

主要包括用于开发电控单元ECU 和控制算法程序软件的集成开发环境。目前，基于模型设计(Model Based Design)、快速原型(Rapid Prototyping)技术以及符合OSEK标准的实时操作系统得到了越来越广泛的应用。

- 耐环境实验设备

用于元器件、产品的耐温、振动、抗干扰、防漏水、耐久性等环境试验设备。

上述设施的联合使用，为开发汽车发动机电子控制系统提供必要的联调、参数标定、性能试验、环境试验等必要条件。另外，为了适应不同区域的气候条件，在不同海拔地区、不同季节的车载试验需要脱离发动机试验台架并借助车载标定系统在特定环境及试验地完成，以确定相对不同区域和气候的控制参数。

二、汽车发动机电子控制系统应用市场现状

汽车发动机电子控制系统技术属于汽车电子领域的关键技术并占据汽车电子市场的主要份额。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，大力应用电子控制技术，开发汽车发动机电子控制系统产品是未来汽车领域的必然。

国际上，汽车发动机电子控制系统的发展规模与模式日趋成熟。在国际知名品牌汽车的背后是专业化分工的汽车配件厂商，为其提供全套的汽车配件产品。其主要特点概括为以下几个方面：

- 行业垄断；

- 专业化分工、集成配套、产业链状开发与生产；

- 电子控制技术与经验实用性相结合；

- 集成开发环境技术确保产品的快速开发、测试、调试、标定。

下图与表格概述了这些特点：

图2：汽车发动机电子控制系统产品链开发、配套机制

表1：国际汽车发动机电子控制系统产品链开发、配套格局

其他参与汽车发动机电子控制系统部分产品开发与应用的厂商主要有伟世通、法雷奥、西门子、飞利浦、NEC、仪器、ST（意法半导体）、东芝、日立、富士通、珀金斯、霍尼韦尔、马瑞利等。

在国，汽车消费市场的飞速增长与自主开发汽车电子产品的空白形成鲜明的对比。一汽、二汽、上汽所提供国占主导轿车消费市场的车型，其主要汽车电子配件产品，包括汽车发动机电子控制系统基本由外商垄断。国主要汽车整车制造商完全丧失了自主开发、生产配套汽车电子产品的权利与能力。而致力于发展民族品牌的汽车制造商（奇瑞、吉利、哈飞、五菱等）在采用国产发动机（37x、462、465、491、485等型号发动机）配套发动机电子控制系统时，由于国汽车发动机管理技术的空白，也不得不委托国外企业提供配套产品。其间，在交货期、价格、配件产品配套选择等方面也受到种种制约。目前国市场70%以上的汽车电子市场份额被国外企业如德尔福、日本电装、博世三家占领，剩余的30％也主要被玛瑞利、摩托罗拉、西门子等所垄断。近几年，由于竞争机制的引进，国产车在配套汽车发动机管理产品时，通过选择2-3家配套商等方式下低价格，虽然压缩了部分以往该配套产品的高额利润空间，但仍然大大高于其他汽车配件产品的平均利润。

目前，我国自主开发的汽车电子产品正处于加速发展阶段。汽车发动机电子控制系统的开发与应