第一百三十章 发动机与ECU研发流程

    前世华夏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开发的汽车性能仿真分析软件CRUISE。

    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。

    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，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。

    这些都需要应用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。

    当用CAD建模做出汽车部件的模型之后，就需要用分析软件CAE，对这些模型进行可行性和性能分析。

    前世主要的汽车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Testb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）。

    完成上述分析之后，就需要制造出实物来进行具体的实验。

    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。

    当发动机部分设计完成之后，便开始进行下一步的发动机的电气匹配技术－－－－发动机管理系统及其开发技术研发。

    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。

    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。

    前世成熟时期的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。

    前世流行的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。

    当上述目标完成后，就需要对发动机进行标定实验。

    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。

    通常某一型号的发动机ECU内部的控制算法软件是固定的，但其包含的数千个自由参数是可调的，对于不同的车型这些参数都需要通过发动机匹配标定进行调试优化，使得整车通过各种排放与驾驶性能指标。匹配标定是一个复杂的系统工程。

    它包括台架试验、可控环境实验室试验、基于数学模型的标定计算、排放试验、功能验证试验等。在整个工程过程中，必须将各种先进的标定工具（硬件设备和计算机软件）组成无缝连接标定系统，其中包括ECU的通讯、软件烧写、标定参数管理、在线标定、温度采集系统、模拟数据采集系统等。

    而实现上述标定实验的前提，就是发动机的标定软件。

    发动机标定软件具有从发动机传感器采集试验数据，经过技术处理后，再将其写入（或下载）到汽车ECU中，同时由于在标定试验中需要处理大量试验数据，发动机标定软件具有强大的数据库管理功能。

    由于前世成熟时期的发动机的功能越来越复杂，控制参数也由最初的十几个急剧上升到目前的上千个，这导致试验次数呈几何级数上升。要求对每一个标定参数的所有工况都进行排列组合的试验，是不可能实现的。

    因此，现在也出现了基于试验优化技术的标定软件，例如MathWorks公司推出的MATLAB基于模型的标定工具箱（MBC），它可以优化试验方案，减少标定试验的次数，降低试验费用，缩短试验周期。

    有软件，肯定就需要将软件写入CPU的设备，这个设备在汽车工序里就叫做发动机标定设备，它在发动机标定试验中，需要测量发动机的转速、温度和压力等多种物理量，另外需要将标定软件生成的标定数据写入汽车ECU中。

    在完成了ECU与发动机的匹配后，需要进行最后的发动机台架标定实验。

    发动机台架标定试验项目包括：发动机实际充气效率、空燃比、点火正时、基本发动机热机标定；整车标定试验项目包括：整车废气排放控制、整车驾驶性、热带环境、高原环境、寒带环境、车辆零部件故障诊断系统标定、系统验证。

    至此，整个发动机的机械与电子部分就设计完成了。

    杨小乐在扉页上写上《汽车发动机与ECU研发流程》，然后，想了想，又在技术资料的末尾写上，需要研发的配套的仿真、CAD极其相关设备。

    至于其它部件的ECU，比如汽车传动系统、汽车转向和行驶系统、保证行车安全的电控装置、满足驾驶员和乘客舒适性和娱乐性的电控装置、汽车工程监视及信息管理系统等等，杨小乐在另一个研发资料里只是简单地罗列了一下，便开始写另外一份资料。

    前世随着轿车电子化自动化的提高，ECU的数目日益增多，线路也日益复杂。为了简化电路和降低成本，汽车上多个ECU之间的信息传递就要采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系统，也就是CAN数据总线。

    而杨小乐写的这份资料，就是关于CAN数据总线的资料。

    1986年2月，RobertBosch公司在SAE（汽车工程协会）大会上介绍了一种新型的串行总线——CAN控制器局域网,那是CAN诞生的时刻。

    前世的20世纪末，在欧洲几乎每一辆新客车均装配有CAN局域网。同样，CAN也用于其他类型的交通工具，从火车到轮船或者用于工业控制。CAN已经成为全球范围内最重要的总线之一——甚至领导着串行总线。

    而在前世在的1999年，有接近6千万个CAN控制器投入应用；2000年，市场销售超过1亿个CAN器件。

    它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商，如奔驰、宝马、劳斯莱斯和捷豹等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

    同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。