什么是ECU：汽车ECU现状及发展趋势
什么是ECU：汽车ECU现状及发展趋势
ECU，即发动机控制单元（Engine Control Unit），是汽车的“大脑”，负责控制发动机的点火、空燃比、怠速等多项参数。随着汽车技术的发展，ECU的功能越来越强大，不仅能够实现自我诊断和保护，还能通过升级优化发动机性能。本文将详细介绍ECU的工作原理、发展历程以及未来趋势。
ECU的出现
在1967年之前，汽油机的供给系统主要依靠化油器来供油，这种系统无法精准控制燃油补给量，限制了汽车动力性和环保性能的提升。为了解决这一问题，Bosch等企业开发了电子燃油喷射系统，其中最早的BOSCH电喷系统是D-Jetronic，后期发展出了K-Jetronic和L-Jetronic。在电子技术介入后，BOSCH开发了多套电子化管理的燃油喷射系统，其中KE-Jetronic就是今天被广泛采用的电喷技术。
电喷系统的工作特性在于“定量、定时”喷射燃油，发动机需要多少燃油，在什么时刻喷入，这与发动机的转速、空气流量等有着直接的关系，此外还牵涉到水温、机油压力等各种各样的参数。这么多参数如何进行处理，并向喷射系统发出喷油指令呢？这就需要发动机控制单元的介入了，ECU应运而生。
ECU的工作原理
ECU和普通的单片机一样，由微处理器、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动等集成电路组成。ECU的作用是通过各种传感器来计算车辆的行驶状况，从而对发动机的点火、空燃比、怠速、废气再循环等多项参数进行控制。工作温度在-40～80度，还能承受较大的振动，因此ECU损坏的概率非常小。此外，ECU还有故障自诊断和保护功能，当系统产生故障时，它还能在存储器中自动记录故障代码并采用保护措施从上述的固有程序中读取替代程序来维持发动机的运转，使汽车能开到修理厂。
ECU的工作过程可以简单地概括为“侦察”、“思考”和“指挥”三个阶段：
“侦察”由传感器完成，传感器负责对整个发动机进行监测。在一台发动机上，大大小小的传感器有数十个之多，包括节气门开度传感器、曲轴转速传感器、氧传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、水温传感器、爆震传感器等。
“思考”过程涉及数据处理和运算。传感器采集的信息以电信号的形式传入ECU中，通过模数转换器A/D变成数字信号后，ECU经过运算，判断出此时发动机的工作状态。这一过程依赖于存储在ROM中的程序，这些程序是基于大量实验数据建立的。
“指挥”阶段，ECU根据计算结果控制喷油器、点火系统等执行机构的工作。完成控制后，ECU会再次接收数据以确认闭环控制的结束。
随着汽车技术的进步，ECU的功能日益强大。例如，i-VTEC等可变气门正时技术就需要ECU进行精密运算来控制相位和气门升程。目前，ECU不仅应用于发动机控制，还在防抱死制动系统、4轮驱动系统、主动悬架系统、安全气囊系统、自动变速箱等多个领域发挥作用。因此，今天的ECU更常被称为“电子控制系统”（Electronic Control Unit）。
ECU的升级
ECU改装的可行性
ECU生产厂商均为国际跨国企业，如BOSCH、SIEMENS、MM等。由于不同国家的汽油品质、温度、大气压力、湿度等条件差异，ECU程序软件需要符合各国的具体条件。现代汽车需要适应各种天气、环境（如高原、沙漠、严寒和劣质汽油等恶劣条件）及各种驾驶者的不同要求，同时要保证在复杂情况下能够正常行驶并通过严格的尾气排放、油耗标准。因此，原装ECU内的程序通常是众多条件下的最佳妥协方案。
汽车制造商在调校发动机参数时，通常会考虑发动机在最恶劣的环境或长时间不保养状态下的正常使用需求，因此设置较为保守。车主如果能保证定期保养，可以通过重新调校发动机参数来获得更好的性能表现。
以空燃比（AFR）为例，原厂编程可能会在某些行车情况下（如等速行车时）将空燃比调得稀一些（即油少气多）以减低油耗，但在其他时间原厂ECU的AFR通常设定在1：14.7，这是最容易符合尾气标准的比例。然而，对于大多数发动机来说，能发出最大动力的AFR却是在混合气较浓（即油多气少）的范围内。同样，为了拓宽车子的燃油适应性（不同地区的不同标号的燃油），原厂设定的点火提前角通常也能适应较低标号的燃油。因此，通过重新调校ECU程序，可以将马力提升5-8%，某些涡轮增压车型甚至可达15%。
ECU改装的方式
ECU芯片改装：车厂在设计引擎时会将原先设定好的供油程序烧录在ROM上，这个程序通常是油耗、污染、运转平顺度等条件妥协下的产物，且不可更动。因此，若想改变供油程序就必须换用另一种模式的ROM。通常专业改装厂都会供应种车型的改装用电脑芯片，改装时要先把原电脑的芯片取下（通常原厂供油电脑的ROM都直接焊在电路板上），焊上一个IC座（如此一来可方便日后再更换），再插上改装用的芯片。如此所得的供油程序仍是固定的，它只是对原车的程序做修正，其中很重要的一项是可将补偿喷射程式中的断油控制时间延后甚至取消不再有断油之限制。
ECU电脑编程：这是ECU系统改装中比较专业的一项，在国内改装界最为大家所熟悉的就是HALTEC电脑。经由这个电脑，车主可依照爱车引擎的改装程度，配合空燃比计的测量，设定出最佳的供油程序，也就是前文所提的基本喷射程式以及各个补偿喷射程式都可利用笔记本电脑任意更改。它与改芯片最大的不同，也是它最大的优点是日后引擎再作更动、改装时，若出现原有供油程序不合用情况，可经由程序的修正立刻获得解决。电脑编程后，原车的供油程序便废弃不用，但较高等级的电脑能将原车的所有感应器功能悉数保留，也就是说各种供油补偿程序都可正常运作，也可更改，不因获得高性能而将运转顺畅度与实用性而牺牲。
改装可编程ECU的最大困难并不在于安装，而是供油程序的设定与最佳化修正。这往往需要借助经验和仪器，经由不断的测试才能达成。目前改装厂的作法是先选定一个基本模式为基础，再经由实际的运转和测试逐步的修正，直到满意为止。
改装ECU过程中几个常见的问题
原厂ECU还是全新ECU的选择：如果是一般的民用改装，推荐使用原装ECU进行改装。因为原装ECU的功能非常强大，其程序是经过厂家工程师长期的数据积累和无数测试开发出来的，在任何情况下都可以保护发动机，不会出现故障码、警告灯，也不会出现其他系统（如ABS、防打滑和防盗系统）一起工作时的排斥问题，更不会删除一些车上的重要功能。此外，改装成本相对较低。
ECU改装的程度及调校风格：对于ECU程序的调校方式，除非是用于赛车上，否则一般不会光把焦点放在挖取全油门时的最大马力。更多的会把注意力放在汽车于低中速时的加速能力和油门反应，因为在民用车来说，是非常少机会用全油门和最高转速来驾驶的，因此重点在于在2000rpm-4000rpm的转速范围、半油门状况下的加速力和油门反应，而不会特意去争取在7000rpm时可能多得的两匹马力。在这些地方尽量把马力和扭矩曲线尽量做得顺滑和渐进，这样驾驶者在开车时会觉得油门特别灵敏和听话，动力充沛。最大马力的数字可能在宣传上能吸引眼球，但实际环境中没有人喜欢开一台加速不顺畅的车。所以一般道路改装车实在没必要做到媲美竞技车的动力程度，比较正确的认知观念应该是这类改装产品，能否在一个完全不损及车辆安全的前提下，除了做到动力输出值的提高之外，还能达到玩家的实用需求！这其中包括：起步顺畅度、中高转域延伸性与顺畅度以及再加速能力等等。与此同时，马力机的测试数据与曲线图的趋势，以及车主实际的感官体验，就扮演一个验证产品与改装效果好坏的重要依据！
ECU升级对汽车使用寿命和安全性的影响：ECU升级只是对汽车行车电脑数据作了综合的优化，而不是为了一味追求某一项指标的提高，将发动机的全部能力全部发挥出来。他的优化是建立在即保证使用寿命经济性和安全性的基础上进行的，会为汽车保留绝对安全的使用空间，给汽车发动机带来一个最舒适的运行空间。但还有另外一种情况，因为成本和技术水平的关系，有些车迷会退而求其次地为爱车装上一些俗称“二次进气”或“燃油追加”等配件来增加进入发动机的燃油和空气量，这些配件其实都是以绕过原装传感器或改变传感器电压的方式来“欺骗”ECU，使其在不知情下改变进入发动机内的空燃比值，令发动机在某些情形(工况)下的动力表现有所改善。这种不全面的改装方式会带来其它副作用甚至可能产生安全问题，而正统的改ECU方法虽然成本较高，却能免却很多不良的后遗症。
街车与赛车在ECU设定上的区别：ECU设定一般分成两种，一种是街车，另一种是赛车。对于赛车来说，因为使用的燃料、场地和车手等因素都是规定好的，所以电脑设定的重点在于如何应对随时变化的天气、温度等环境因素。而街车就复杂多了，既没有限制驾驶时间，燃料也会变化，即使都使用高质量燃料，不同加油站的也会不同。与赛车相比，街车改装更需考虑安全因素，所以电脑设定要有所保留。在综合考虑车主的驾驶风格和车型特点后，再进行设定。而且就算是相同情况、相同的车，也会有变化，所以，使用同样数据来设定也不一定是最好的。
刷ECU时应注意的几点：很多车主只顾及到马力有多少匹，而不看重扭矩，这是经常碰到的情况。其实改车并不要太麻木的一味追求马力，改装前应先清楚车辆用途和车主自己开车的习惯。对于改装店家而言，在改ECU时，建议切勿只注重燃油喷注时间，还应留意燃油供应是否足够。其实也应该留意点火时间的编排，因为点火时间提前角极其重要。而车上加装的硬件，也必须先了解其特性，这样改ECU时加以配合就能让它发挥最佳效果。另外，如果发动机用了高角度凸轮轴，由于它会改变气阀开合时间，在改编程序时更是难上加难，所以需要更精确地计算和调校。能否完全发挥改装零件的性能完全决定于ECU的调节，但通过更换ECU数据来改变发动机的特性是非常困难的工作。
未来汽车控制的趋势
随着汽车技术的发展，越来越多的系统需要独立的控制系统，例如自动变速箱、ABS系统、车载娱乐影音系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等。这些系统之间需要共享大量数据，例如发动机的曲轴转速信息。为了降低成本和避免重复设置传感器，汽车制造商开始采用CAN数据总线技术，实现多个ECU之间的信息共享。
CAN数据总线的发展将推动ECU向更集成化的方向发展。未来，ECU可能会成为一个强大的电脑系统，整合发动机、自动变速箱、ABS系统、车载娱乐影音系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等多个系统的管理功能。甚至可能出现基于开放式交互软件的ECU系统，类似于Windows操作系统，用户可以根据需要安装不同的管理系统软件。这种趋势也带来了新的挑战，例如如何防止黑客入侵和确保系统安全。
文章来源：中汽技术信息