汽車電子最重要的作用是提高汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟性和娛樂性。用傳感器、微處理器、執(zhí)行器、及其相關(guān)元器件和零部件組成了汽車電子控制系統(tǒng)。

概 述

汽車電子控制器的作用是接收來自傳感器的信息，進行處理，輸出相應(yīng)的控制指令給到執(zhí)行器執(zhí)行，控制器的反應(yīng)速度、判斷準(zhǔn)確性至關(guān)重要。隨著計算機技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，控制器的功能范圍不斷擴大。汽車電子控制單元作為汽車電子控制系統(tǒng)的核心部分，是嵌入式系統(tǒng)裝置，一般包括硬件和軟件兩部份。一般汽車電子控制器硬件結(jié)構(gòu)主要包括微處理器（MCU）、存儲器、輸入& 輸出接口（A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器）單元。

典型的汽車電子控制電路框圖

根據(jù)統(tǒng)計分析，目前乘用車的汽車電子控制單元（ECU）數(shù)量在25~100 個左右。

部分汽車電子控制單元

汽車電子控制器的分類

汽車電子控制系統(tǒng)大體可分為四個部分：發(fā)動機電子控制系統(tǒng)，底盤綜合控制系統(tǒng)，車身電子安全系統(tǒng)，信息通訊系統(tǒng)。其中發(fā)動機控制器包括：

1.電控點火裝置（ESA）

可使發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速，進氣量等因素下，在最佳點火提前角工況下工作，使發(fā)動機輸出最大的功率和轉(zhuǎn)矩，而將油耗和排放降低到最低限度。

2.電控汽油噴射（EFI）

根據(jù)各傳感器輸送來的信號，能有效控制混合氣空燃比，使發(fā)動機在各種工況下空燃比達(dá)到較佳值，從而實現(xiàn)提高功率，降低油耗，減少排氣污染等功效。

3.廢氣再循環(huán)控制（EGR）

將一部分排氣中的廢氣引入進氣側(cè)的新鮮混合氣中再次燃燒，以抑制發(fā)動機有害氣體氮氧化合物的生成。

4.怠速控制（ISC）

根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度及其它有關(guān)參數(shù)，如空調(diào)開關(guān)信號，動力轉(zhuǎn)向開關(guān)信號等，使發(fā)動機的怠速處于最佳狀態(tài)。

除以上控制裝置外，發(fā)動機部分的控制內(nèi)容還有：發(fā)動機輸出，冷卻風(fēng)扇，發(fā)動機排量，氣門正時，二次空氣噴射，發(fā)動機增壓，油氣蒸發(fā)控制及系統(tǒng)自診斷等。

市場發(fā)展現(xiàn)狀

作為全球最大的汽車市場，我國汽車電子控制器市場近幾年增長迅速，到2016年行業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)超過6000億元，預(yù)計到2020年市場規(guī)模有望超過萬億元。

汽車電子控制器市場規(guī)模

國內(nèi)汽車電子控制器行業(yè)起步較晚，正處于成長階段，行業(yè)集中度較低。國內(nèi)汽車電子控制器行業(yè)制造商主要分布在珠三角、長三角等地區(qū)，其中珠三角為汽車電子控制器行業(yè)最重要的生產(chǎn)、出口區(qū)域，占比約有50%。

汽車電子控制器企業(yè)配套情況

技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.汽車電子控制器硬件的核心在于微處理器

微處理器包括MCU、MPU、DSP和邏輯IC等。其中市場知名的為微處理器廠家主要有恩智浦、TI、英飛凌、瑞薩、ADI等公司，電子控制單元（ECU）領(lǐng)先企業(yè)是跨國汽車電子零部件巨頭，如博世、電裝、大陸公司等。

汽車電子控制單元產(chǎn)業(yè)鏈

汽車用微處理器經(jīng)常要進行大量的I/O操作，要實現(xiàn)高精度和實時控制，能夠同時進行多種獨立的控制操作。為此，微處理器必須具有高速計算、高速實時輸入和輸出、高速A/D和D/A轉(zhuǎn)換、多中斷響應(yīng)等持續(xù)性。因此汽車用微處理器一直在根據(jù)汽車的要求不斷更新?lián)Q代，以發(fā)動機管理控制單元用微處理器（MCU）為例說明，從歐3到歐6，隨著汽車油耗要求的不斷提高，為達(dá)到要求，微處理器也從早期的16位CPU到32位CPU，處理速度（MIPS指標(biāo)）不斷加快，所用的存儲器容量也不斷提高。汽車自動駕駛的發(fā)展使得汽車微處理器處理的數(shù)據(jù)量成幾何級增長，需要汽車微處理器有高性能計算能力，特別是汽車識別行人物體的計算機視覺和深度學(xué)習(xí)功能要求芯片具有強大的實時計算處理能力。

發(fā)動機用管理系統(tǒng)MCU進化歷程

由于汽車智能化的迅猛發(fā)展趨勢，可以預(yù)計汽車的微處理器市場廣闊，據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)IHS公司預(yù)測，2021年全球汽車微處理器市場可達(dá)到約14億美元的規(guī)模。

全球汽車微處理器市場規(guī)模預(yù)測

2.汽車電子控制另一個核心是軟件算法

隨著汽車智能化的不斷提高，軟件系統(tǒng)越來越復(fù)雜，整個汽車軟件代碼行數(shù)在1000萬以上，軟件價值占比不斷上升，開發(fā)成本占汽車電子系統(tǒng)總成本的一半以上，重要性凸顯。

汽車軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和一系列實用程序，一般由處理器芯片廠家提供。應(yīng)用軟件包括：數(shù)據(jù)采集與過程監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊、執(zhí)行機構(gòu)控制模塊、故障自診斷模塊。

控制理論的不斷突破，為汽車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了有力的理論支撐，從早期的經(jīng)典控制理論到現(xiàn)代控制理論再到智能控制理論，與之相對應(yīng)，汽車電子控制系統(tǒng)采用的控制技術(shù)由PID控制到魯棒控制再到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（CNN），控制功能越來越多。

由于汽車結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，各個系統(tǒng)相互耦合，一般來說，系統(tǒng)層的控制采取智能控制、模糊控制算法，執(zhí)行層的控制采取建立精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型、精確控制的算法。

3.技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）汽車電子架構(gòu)發(fā)展趨勢：目前所有領(lǐng)先車企和零部件企業(yè)都在開發(fā)線控技術(shù)產(chǎn)品。TRW公司開發(fā)的線控系統(tǒng)使得燃油經(jīng)濟性提高5%，德爾福、博世、法雷奧也紛紛開發(fā)了線控技術(shù)產(chǎn)品。

汽車電子控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)存在較大的故障潛在隱患。未來基于高性能總線技術(shù)的分布式計算架構(gòu)將改善這種情形。

（2）半導(dǎo)體工業(yè)的驅(qū)動：ITRS 2012發(fā)布全球集成電路發(fā)展路線圖，未來集成電路將沿著“延續(xù)摩爾定律”（Moore）、“超越摩爾定律”（More than Moore）和“超越CMOS”(Beyond Moore)方向發(fā)展。“延續(xù)摩爾定律”通過不斷縮小尺寸升級產(chǎn)品，如SoC；“超越摩爾定律”通過系統(tǒng)級封裝（SiP）等實現(xiàn)功能的集成。

建議

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，汽車電子控制器上游零部件包括芯片、傳感器、無源器件、電路板；中游為智能控制器設(shè)計制造；下游是汽車電子終端產(chǎn)品。上游的芯片直接反映了技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品性能，而這正是國內(nèi)外汽車電子控制器差距所在。針對不同控制系統(tǒng)關(guān)鍵芯片的發(fā)展現(xiàn)狀：

對于汽車MCU、ADAS處理器等技術(shù)薄弱領(lǐng)域，目前許多半導(dǎo)體公司正在進行的國際并購整合、企業(yè)合作、購買/授權(quán)知識產(chǎn)權(quán)等方式強化芯片技術(shù)，拓展汽車應(yīng)用市場。

在汽車傳感器、電源管理芯片、功率器件等已經(jīng)實現(xiàn)散點突破的領(lǐng)域，要盡快構(gòu)建虛擬IDM模式，提升汽車芯片制造能力和可靠安全性能。

三是對于通訊導(dǎo)航芯片等目前國內(nèi)發(fā)展較好的領(lǐng)域，要加強汽車芯片企業(yè)與整車和零部件企業(yè)的聯(lián)動，實施汽車芯片國產(chǎn)化替代。