汽车发动机控制ECU半导体芯片的集成化趋势

分享到:

引言
 

从2000年至今,我国汽车保有量以年均10%以上的速度递增,2011年底国内汽车保有量已突破一亿辆,我国车用能源消耗日益紧迫,汽车排放污染问题日益突出,突破能源和环保的双重瓶颈已刻不容缓。


为解决车用能源短缺, 长期目标是发展新能源汽车(混合动力、纯电动汽车、燃料电池汽车),短期较为可行的途径还是传统汽车的节能技术: 以技术节能与结构节能相结合,尤其是发展高效内燃机技术、辅助以传动与驱动技术、整车设计优化技术、轻量化技术来达到降低车辆燃料消耗和减少排放的目标。


一.汽车发动机电子控制单元(ECU)的基本功能需求


为满足不断加严的排放法规和油耗法规,汽油发动机作为我国乘用车的主要动力来源,其本身在不断进行着技术革新。车用汽油机的智能化主要包括几个方面: 进排气系统、压缩比、发动机温度和机油压力管理、燃烧形式等。


比如,为满足欧洲3号排放法规而实施的闭环多点燃油喷射系统,紧耦合三元催化转换器及加热型氧传感器,油箱蒸发排放控制,怠速控制,爆震控制;同时加入满足车载诊断(EOBD)要求的催化器老化,发动机失火,氧传感器老化和蒸发控制系统等功能。


为满足欧洲4号排放法规加入的汽油机可变气门正时(VVT)、可变气门升程(VVL)和废气再循环(EGR)控制系统;


以及为满足欧洲5号排放法规加入的汽油机进气涡轮增压,汽油机缸内直喷等技术。


为改善燃油经济性,发动机本体设计在提高效率和减少损耗的基础上,机体趋向小型化:通过减少缸数(如4缸减到3缸)或减小燃烧室体积来缩小发动机排量,并辅助以进气增压系统及缸内直喷技术来提高功率。先进的小型化汽油发动机在城市工况时,能使CO2排放减少20%~25%;在高速公路工况时,能减少10%。要进一步减少CO2排放,可以通过启停系统及和自动变速箱的匹配实现。

另外,发动机附件的智能化控制可以使发动机在更佳的工况下工作,也有助于减少燃油消耗。比如由ECU控制的电子水泵和电子机油泵(变量泵)将取代目前使用的节温器和传统机油泵。

 

 



以上发动机技术革新的实现都离不开由发动机电子控制单元(ECU)控制的发动机管理系统(EMS),随着发动机智能化控制程度的不断提高,ECU作为发动机管理系统的“大脑”,其功能也逐渐增多,控制精度日益提高。


发动机电子控制单元ECU的性能提高由软件和硬件配合实现,具体到硬件上则体现为处理运算速度的提高,功率输出通道及驱动能力的增加,通信接口的增加,传感器供电电源增强以及安全监控电路的导入等等。而这一切所带来的结果是ECU电路板面积的增加和总体成本的上升。


与此同时,面对激烈的市场竞争,整车厂(OEM)要求包括ECU在内的发动机管理系统整体价格逐年降低。

 

 



二.发动机ECU控制芯片组的集成化趋势


为满足发动机控制系统的功能升级和成本降低要求,ECU的主要组成器件-半导体芯片也在快速进行技术革新。得益于现代半导体技术的飞速发展,数字电路、模拟电路以及功率器件在单芯片上集成制造的工艺日趋完善,发动机控制芯片组呈现集成化发展趋势。


1. 典型发动机ECU的硬件系统架构


早期发动机控制ECU较多采用分立式方案,用多片基础IC搭建出ECU所需的各项功能,如下图所示。

 

 

继续阅读
ECU维修“十二条”

汽车电子控制器( ECU)维修中的“六防六禁”

收藏吧 | NXP工程师帮你总结的汽车电子ECU BootLoader开发要点

一方面,随着半导体技术的不断进步(按照摩尔定律),MCU内部集成的逻辑功能外设越来越多,存储器也越来越大;另一方面,消费者对于汽车节能(经济和法规对排放的要求)型、舒适性、互联性、安全性(功能安全和信息安全)的要求越来越高,特别是近年来新能源电动车、车联网和自动驾驶技术的兴起,更大大加速了汽车电子技术的发展。

Freescale MC33813单缸小型发动器控制方案

Freescale公司的MC33813是一种发动机控制模拟电源集成电路,包括5个集成低边驱动器,两个预驱动器,一个VSR(可变磁阻传感器)输入电路,一个采用外部传输晶体管的前置稳压器,以及两个5.0V内部稳压器,其中一个用于(MCU) VCC供电,另一个用作受保护的传感器电源,主要用在汽车电子,摩托车发动机控制单元(ECU)和小型发动机控制和直喷发动机。

ADAS技术解决方案与应用对比

不知道还有多少人记得那部伴着我们长大的《霹雳游侠》和里面那辆独一无二的黑色汽车KITT?记得那时的梦想就是能够拥有一辆像KITT一样的汽车,车内有可视电话和娱乐设备、配有扫描监视和卫星导

车用LIN控制交流发电机稳压器TC80310

TC80310是飞思卡尔半导体公司推出的一款汽车专用单片式交流发电机稳压器集成电路(IC)。与其以往稳压器产品相比,保留了负载响应控制(LRC)功能,特别地集成了本地互联网络(LIN)。使汽车引擎控制