汽车ECU开发流程、发动机电气匹配技术解析

引言

随着技术的进步，汽车的数字化程度越来越高目前汽车电子信息产品已经平均占到汽车总成本的1/3，并且这个比率还在不断提高，有专家认为，未来10年内，这个比率将达到40%例如像宝来这样的中档轿车至少拥有十几个汽车电子控制单元（ECU）所谓ECU，实际上就是一部带单片机的嵌入式系统，有自己的处理器、I/O设备和存储器，能独立控制汽车的某一系统，例如发动机管理系统EMS 和ABS系统等至于高档轿车，往往拥有几十个甚至上百个ECU，这些ECU通过数字总线结构连接在一起，形成一个复杂的计算机局域网

1汽车ECU开发流程

1.1汽车ECU开发的V循环方法

1.1.1设计计算

发动机匹配项目设计计算的目的是根据汽车要求的性能确定发动机和变速器

等部件的类型和参数它分为以下3种方法

（1）手工计算

主要是根据汽车驱动力与行使阻力的平衡图来确定汽车在不同档位情况下的

最高车速、加速能力和爬坡能力，从而评价变速器的不同传动比对汽车性能的影响，确定发动机和变速器的参数这种方法计算繁琐，结果不够准确

（2）仿真计算

在设计汽车和各部件模型的基础上，输入发动机和变速器等汽车部件和整车的性能参数，指定要求的行驶循环，最后计算出汽车的动力性、经济性、排放性能和制动性能它可以在计算机上显示和打印各种分析报告和图表结果，计算快速准确，能反映汽车系统中任何参数的变化对整车性能的影响目前国内常见的车辆仿真商业软件有奥地利李斯特内燃机及测试设备公司（AVLLISTGmbH）开发的汽车性能仿真分析软件CRUISE

（3）参数优化

将汽车的动力性、经济性、排放性能和制动性能作为目标函数，将发动机功率、汽车重量和变速器的各档传动比等参数作为优化变量，在一定范围内，寻求最优匹配组合，使汽车达到最佳性能价格比

1.1.2发动机和变速器的布置

在完成发动机匹配设计计算后，根据初步确定的计算参数和汽车布置形式，可以从市场上选择一款或多款发动机和变速器，然后选择和开发相应制动、转向和空调系统等部件，在发动机舱和车身上试布置也可以通过建立汽车和部件的CAD数字模型，在CAD软件环境中试装配，检查干涉情况，并进行调整在确定汽车主要部件的位置后，可以进行后续工作

1.2发动机附件系统的开发

通常汽车发动机供应商只提供基础发动机或发动机基体，它缺少部分外围附件系统，因此需要汽车制造商开发这些系统这些附件系统包括：风扇及风扇离合器、进排气管道、空气过滤器、发动机油泵、发动机悬置、动力转向泵、三元催化器、空调压缩机、燃油供应系统

1.3设计与分析

1.3.1CAD设计

在现代汽车的开发过程中，需要应用CAD软件来设计汽车和部件的数字模型

主要的汽车设计CAD软件有：美国UnigraphicsSolutions公司的Unigraphics、美国ParametricTechnologyCorp公司的Pro/ENGINEER、法国DassauhSystems （达索）公司的CATIA

主要的CAD建模方法有：特征造型、用三坐标测量机进行逆向扫描

1.3.2CAE分析

主要的汽车CAE分析软件有：ANSYS（安世）股份公司的ANSYS系列软件、MSCSoftware公司的Adams、Nastran和Patran等系列软件、LMS公司的Sysnoise、Falancs和b等系列噪声分析软件

发动机匹配项目中的CAE分析项目有：发动机的噪声与振动分析、发动机支撑的分析、发动机热力学分析、汽车碰撞分析、计算流体力学分析（验证散热器的尺寸和发动机进气流动特性）

1.4主要试验项目

主要试验项目包括：发动机和汽车台架试验、发动机噪声与振动试验、发动机悬置的振动频率测量试验、排气系统的耐久性试验、发动机过滤器和冷却系统的压力和流动试验

2发动机的电气匹配技术

2.1发动机管理系统及其开发技术

2.1.1发动机管理系统

发动机管理系统（EMS）是在发动机电子点火和电控汽油喷射系统的基础上，发展起来的集电子控制喷射、排放控制、电子点火、起动、防盗、诊断等功能于一体的集成电路系统EMS能实现对发动机各系统的精确和灵活控制，是改善发动机各项性能指标和排放的主要手段发动机管理系统由微处理器、各种传感器、执行器组成，通过传感器检测各种工作状态和参数，然后由微处理器经过计算、分析、判断后发出指令给各执行器完成各种动作，使发动机在各种工作状况下都能以最佳状态工作

2.1.2发动机管理系统开发技术

发动机管理系统开发技术涉及到计算机技术、自动控制、嵌入式系统、发动机技术等多个领域，是汽车电气控制系统中最复杂的系统目前汽车制造商在匹配发动机系统的过程中，不需要进行EMS的开发工作这是因为通常由发动机供应商提供的基础发动机上，已经配有现成的EMS，汽车制造商仅需要联系相应的EMS开发商进行标定工作

目前流行的EMS开发过程是，在MATLABSimulink仿真计算平台上，采用可视化和模块化的方法，建立发动机控制模型，待调试成功后，编译成机器执行代码，然后下载到汽车ECU中例如英国Pi技术公司推出的发动机和汽车控制系统OpenECU开发工具，提供了一种自动代码生成和快速原型的解决方案，它的应用范围包括发动机、变速器、底盘和混合动力控制系统以及汽车批量生产系统OpenECU平台能够在MATLABSimulink环境中自动生成控制代码，然后在汽车ECU中运行

2.2发动机的标定技术

2.2.1发动机标定

发动机的标定试验，是指在汽车不同的工作状态和气候环境下，对发动机管理系统的参数进行不断调试，找到发动机最佳工作状态下一组参数的测试技术它通常分为室内台架试验和室外道路试验，室外道路试验要求在汽车试车场进行，另外还要进行“高寒、高温和高海拔”的“三高”试验发动机标定试验的主要工具是发动机标定软件和发动机标定设备