一、 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)概述
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)(Engine Electronic Control System， 簡稱EECS)通過電子控制手段對發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、噴油、空氣與燃油的比率、排放廢氣等進(jìn)行優(yōu)化控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工況，達(dá)到提高性能、安全、節(jié)能、降低廢氣排放的目的。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)主要包括：
- 燃油噴射控制；
- 點(diǎn)火系統(tǒng)控制；
- 怠速控制；
- 尾氣排放控制；
- 進(jìn)氣控制；
- 增壓控制；
- 失效保護(hù)；
- 后備系統(tǒng)；
- 診斷系統(tǒng)等功能。
另外，隨著網(wǎng)絡(luò)、集成控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，作為汽車控制主要單元的EMS系統(tǒng)通過 CAN(Controllers Area Network)總線與其他控制系統(tǒng)，例如：安全系統(tǒng)(如ABS、牽引力電子穩(wěn)定裝置ESP (Electronic Stability Program))、底盤系統(tǒng)（如主動(dòng)懸掛ABC(Active Body Control)）、巡航控制系統(tǒng)（Speed Control System或Cruse Control System）以及空調(diào)、防盜、音響等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息共享并實(shí)施集成優(yōu)化統(tǒng)一控制。在不久的將來，車載通訊平臺(tái)將利用現(xiàn)有無線通訊網(wǎng)絡(luò)為汽車駕駛提供更廣泛的咨詢、娛樂等增值服務(wù)（如GPS全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用）。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的開發(fā)主要涉及以下技術(shù)內(nèi)容：
- 傳感器
主要包括空氣流量傳感器、空氣溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、爆燃傳感器、車速傳感器、氧傳感器等。
- 執(zhí)行器
主要包括噴油器、點(diǎn)火控制模塊、怠速空氣控制閥以及各種電磁閥等。
- 電控單元ECU(Electronic Control Unit) 和控制算法程序軟件 其作用是通過采集各種傳感器輸入信號(hào)并將信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制算法進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出控制信號(hào)并進(jìn)行功率放大給執(zhí)行器。同時(shí)檢測傳感器信號(hào)正常狀態(tài)，出現(xiàn)故障時(shí)報(bào)警。
圖1描述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)示意圖。
圖1
另外，為了應(yīng)對汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品作為多種產(chǎn)品鏈狀集成開發(fā)的特點(diǎn)以及快速更新的市場需求，高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架、集成開發(fā)環(huán)境工具以及測試產(chǎn)品耐環(huán)境性能的設(shè)備為快速開發(fā)高質(zhì)量面向不同汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的管理系統(tǒng)產(chǎn)品提供保障：
- 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架
主要包括不同種類的發(fā)動(dòng)機(jī)以及工況裝置、測功儀、廢氣測量儀以及各種傳感器和測量裝置。
- 集成開發(fā)環(huán)境IDE（Integrated Development Environment）系統(tǒng)
主要包括用于開發(fā)電控單元ECU 和控制算法程序軟件的集成開發(fā)環(huán)境。目前，基于模型設(shè)計(jì)(Model Based Design)、快速原型(Rapid Prototyping)技術(shù)以及符合OSEK標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
- 耐環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備
用于元器件、產(chǎn)品的耐溫、振動(dòng)、抗干擾、防漏水、耐久性等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。
上述設(shè)施的聯(lián)合使用，為開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)提供必要的聯(lián)調(diào)、參數(shù)標(biāo)定、性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)等必要條件。另外，為了適應(yīng)不同區(qū)域的氣候條件，在不同海拔地區(qū)、不同季節(jié)的車載試驗(yàn)需要脫離發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架并借助車載標(biāo)定系統(tǒng)在特定環(huán)境及試驗(yàn)地完成，以確定相對不同區(qū)域和氣候的控制參數(shù)。
二、 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)應(yīng)用市場現(xiàn)狀
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)技術(shù)屬于汽車電子領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)并占據(jù)汽車電子市場的主要份額。隨著環(huán)保政策、能源政策限制力度的加大，大力應(yīng)用電子控制技術(shù)，開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)產(chǎn)品是未來汽車領(lǐng)域的必然。
國際上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)模與模式日趨成熟。在國際知名品牌汽車的背后是專業(yè)化分工的汽車配件廠商，為其提供全套的汽車配件產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)概括為以下幾個(gè)方面：
- 行業(yè)壟斷；
- 專業(yè)化分工、集成配套、產(chǎn)業(yè)鏈狀開發(fā)與生產(chǎn)；
- 電子控制技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)實(shí)用性相結(jié)合；
- 集成開發(fā)環(huán)境技術(shù)確保產(chǎn)品的快速開發(fā)、測試、調(diào)試、標(biāo)定。
下圖與表格概述了這些特點(diǎn)：
圖2：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)產(chǎn)品鏈開發(fā)、配套機(jī)制
表1：國際汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)產(chǎn)品鏈開發(fā)、配套格局
其他參與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)部分產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用的廠商主要有偉世通、法雷奧、西門子、飛利浦、NEC、德州儀器、ST（意法半導(dǎo)體）、東芝 、日立、富士通、珀金斯、霍尼韋爾、馬瑞利等。
在國內(nèi)，汽車消費(fèi)市場的飛速增長與自主開發(fā)汽車電子產(chǎn)品的空白形成鮮明的對比。一汽、二汽、上汽所提供國內(nèi)占主導(dǎo)轎車消費(fèi)市場的車型，其主要汽車電子配件產(chǎn)品，包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)基本由外商壟斷。國內(nèi)主要汽車整車制造商完全喪失了自主開發(fā)、生產(chǎn)配套汽車電子產(chǎn)品的權(quán)利與能力。而致力于發(fā)展民族品牌的汽車制造商（奇瑞、吉利、哈飛、柳州五菱等）在采用國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)（37x、462、465、491、485等型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)）配套發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)時(shí)，由于國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)管理技術(shù)的空白，也不得不委托國外企業(yè)提供配套產(chǎn)品。其間，在交貨期、價(jià)格、配件產(chǎn)品配套選擇等方面也受到種種制約。目前國內(nèi)市場70%以上的汽車電子市場份額被國外企業(yè)如德爾福、日本電裝、博世三家占領(lǐng)，剩余的30％也主要被瑪瑞利、摩托羅拉、西門子等所壟斷。近幾年，由于競爭機(jī)制的引進(jìn)，國產(chǎn)車在配套汽車發(fā)動(dòng)機(jī)管理產(chǎn)品時(shí)，通過選擇2-3家配套商等方式下低價(jià)格，雖然壓縮了部分以往該配套產(chǎn)品的高額利潤空間，但仍然大大高于其他汽車配件產(chǎn)品的平均利潤。
目前，我國自主開發(fā)的汽車電子產(chǎn)品正處于加速發(fā)展階段。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用已逐漸從過去的院校和研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)向以企業(yè)為主導(dǎo)并以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)的局面發(fā)展。隨著奇瑞、吉利等民營汽車制造企業(yè)的崛起、國家的政策支持和國內(nèi)汽車市場的發(fā)展?jié)摿⒔o汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)開發(fā)商帶來難得的機(jī)遇。盡管市場巨大，但生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子產(chǎn)品也充滿了挑戰(zhàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)電子產(chǎn)品對于汽車電子產(chǎn)業(yè)來說是技術(shù)門檻最高的一塊，也是當(dāng)前利潤率最好的產(chǎn)業(yè)，其在汽車電子產(chǎn)業(yè)中的產(chǎn)值和規(guī)模也是最大。所以，未來幾年，來自國際知名品牌壟斷企業(yè)的打壓以及國內(nèi)大批廠商的涌進(jìn)也是自主開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子產(chǎn)品目前所面臨的現(xiàn)狀。
三、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與策略
2003年全球汽車電子業(yè)總產(chǎn)值為1150億美元，預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到1340億美元；2003年國內(nèi)汽車電子業(yè)總產(chǎn)值為313億元，2005年將達(dá)到700億元。相比國外，我國汽車電子產(chǎn)品應(yīng)用層次還很落后，具有極大的發(fā)展?jié)摿涂臻g。2003年全球平均每輛新車的汽車電子支出達(dá)到2025美元，約占整車成本的26.2%；而同期我國平均每輛新車的汽車電子支出僅為885美元，約占整車成本的4.8%。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)主要集中在少數(shù)外資企業(yè)，利潤率很高。這就給更多高技術(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子企業(yè)的進(jìn)入留下了市場空間。 下圖展示了國內(nèi)外汽車電子領(lǐng)域及發(fā)動(dòng)機(jī)電子產(chǎn)品未來幾年市場發(fā)展趨勢。
汽車市場發(fā)展的焦點(diǎn)是圍繞安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的主題為消費(fèi)者提供高質(zhì)量、安全可靠、多功能低價(jià)位的創(chuàng)新產(chǎn)品。開發(fā)商面臨的挑戰(zhàn)是快速研發(fā)這類產(chǎn)品，在最短的時(shí)間內(nèi)將新產(chǎn)品推向市場。汽車電子技術(shù)的發(fā)展為提高整車性能起到了關(guān)鍵性的作用。隨著汽車電子化發(fā)展的深入，32位微控制器將逐漸取代8位、16位微控制器而成為主流應(yīng)用產(chǎn)品。未來的發(fā)展方向應(yīng)加大重視以下問題：
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)電控單元ECU
- 軟件
標(biāo)準(zhǔn)的I/O驅(qū)動(dòng)模塊、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、高級(jí)語言控制編程、基于模型的算法設(shè)計(jì)、自動(dòng)代碼生成、虛擬仿真測試。
- 硬件
提供完整的與軟件系統(tǒng)一體化的硬件開發(fā)平臺(tái)。靈活多功能的快速原型，在線調(diào)試HIL(Hardware-in-the-Loop)Simulation，Bypass等方法的使用。
- 快速原型建立軟硬件一體化應(yīng)用系統(tǒng)
采用快速原型開發(fā)平臺(tái)，按照下面的步驟開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品：基于模型設(shè)計(jì)建立控制模型；模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測試驗(yàn)證控制算法；模型實(shí)時(shí)檢驗(yàn)；系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測試、檢驗(yàn)、調(diào)試、修改；自動(dòng)生成源代碼、在線調(diào)試標(biāo)定。
- 標(biāo)準(zhǔn)化
汽車電子正處于全面發(fā)展時(shí)期，相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也處于建立、完善的階段。有關(guān)通訊、網(wǎng)絡(luò)規(guī)范CAN、FlexRay、LIN以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)規(guī)范OSEK等技術(shù)日趨成熟并得到廣泛的應(yīng)用。
（2）傳感器、執(zhí)行器
傳感器與執(zhí)行器技術(shù)向著微型化、集成化、多功能化、智能化的方向發(fā)展。
目前國內(nèi)除了氧傳感器、噴油器等關(guān)鍵部件技術(shù)質(zhì)量有待提高外，其他部件均能提供。但批量產(chǎn)品的穩(wěn)定性、一致性、耐久性以及可靠性方面有待提高。
（3）開發(fā)與試驗(yàn)設(shè)施及工具
應(yīng)注重開發(fā)與使用包括先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架、集成開發(fā)工具和產(chǎn)品測試試驗(yàn)設(shè)施等系統(tǒng)，構(gòu)造完整的開發(fā)環(huán)境，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。
總之，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)綜合了機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)控制的集成技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。任何某一環(huán)節(jié)的缺陷將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。由于汽車是在高速移動(dòng)、振動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行，所有傳感器、執(zhí)行器、元器件以及外殼、接插件、線束等都要求具備良好的抗振、耐高溫、抗電磁干擾以及防滲等功能。由于國際半導(dǎo)體產(chǎn)品市場相對開放的格局以及國內(nèi)近幾年不斷加大力度開發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)比軟件平臺(tái)相對容易解決。目前，國內(nèi)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)是有關(guān)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)控制軟件，在開發(fā)過程中應(yīng)重視集成開發(fā)環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用以確保能夠真正從底層開發(fā)并掌握汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)核心技術(shù)，從而做到為不同發(fā)動(dòng)機(jī)的批量配套。
發(fā)展我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車電子工業(yè)，確保汽車工業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)的地位，擺脫過于依賴進(jìn)口的狀況具有重大戰(zhàn)略意義。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)是汽車電子產(chǎn)品的核心關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品。根據(jù)我國半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展相對滯后的狀況，利用國際半導(dǎo)體芯片產(chǎn)品市場充分開放的有利條件，加大嵌入式軟硬件平臺(tái)產(chǎn)品、集成開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)符合我國目前汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略。目前，實(shí)施汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的市場需求、技術(shù)手段、政策支持等條件已經(jīng)成熟。抓住機(jī)遇， 加大力度開發(fā)汽車電子的核心技術(shù)，趕超國際水平，為發(fā)展我國自主的汽車工業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。
（轉(zhuǎn)載）
