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摘要：ECU作为电喷系统的核心部件之一，是整个电喷系统的大脑，其可靠性更是重中之重。基于此，本文重点分析了发动机电喷系统ECU的可靠性。
关键词：FAI电喷系统;ECU;可靠性
FAI电喷系统是我国自主研发的摩托车发动机电喷系统之一。ECU的质量及可靠性直接影响到整车的操纵和驾驶员的安全，必须由制造商保证，而且必须符合相关汽车摩托车的国家标准。
一、ECU可靠性常用参数
产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率称为可靠性，记为R（t），失效概率F（t）=1-R（t）。可靠性的另一个重要指标是失效率，被定义为已工作到时刻t尚未失效的产品，在时刻t后单位时间的失效概率 （t）。当t=0时，N件产品投入使用，在时刻t时，r（t）件失效，N-r（t）=n（t）继续工作，然后在t之后△t时间内又有△r件产品失效，则t失效率的估计值为，国际上通常使用Fit为单位。由于频率具有稳定性，N越大△t越小，估计值越准确。
一般产品的失效率 （t）随时间变化，根据实际经验，大多数失效率函数 （t）曲线呈浴盆截面形状。即可靠性工程中常用的“浴盆曲线”，该曲线明显分为三段，对应于产品的三个不同时期。左侧部分失效率呈递减状，称为早期失效期，在此期间，由于设计和制造缺陷等因素，产品失效率一开始很高，并随着时间推移急剧下降。曲线平坦部分的失效率保持不变，称为偶然失效期，在此期间，产品失效率最低且最稳定，这是产品的有效使用期。曲线右侧部分的失效率逐渐增加，称为耗损失效期，在此期间，由于使用寿命长，产品逐渐老化、磨损和疲劳，因此失效率急剧增加。从某种意义上说，提高产品可靠性的整个工作都围绕着如何改变这一曲线展开。在产品设计阶段，充分利用各种可靠性设计技术（冗余设计、简化设计、降额设计、软件可靠性设计等），低失效率部件用于降低浴盆底部的数值。在产品正式投产前，通过负载调试试验、老化或合理筛选，降低早期失效率水平，缩短早期失效期。
平均寿命（MTTF）是指一批产品的平均寿命值。对于ECU产品来说，最重要的可靠性特征量即是R（t）、 （t）、MTFF，成为产品的三个定量标准。
此外，产品的偶然失效期（不包括早期失效期及耗损失效期）可用指数分布来描述。从理论上证明，对于由大量电子元件组成的电子设备，无论元件的失效分布如何，经一段时间老化后，失效率函数 （t）是一个常数，因此，一般电子设备的寿命往往符合指数分布规律。本文试验对象ECU主要通过微控集成电路、贴片电容电阻及相关功率元件等焊在PCB电路板上，其寿命也符合指数分布规律。
二、ECU可靠性分析和解决方案
在少量ECU的前期试制过程中，每个手工制作的ECU都能正常工作，即未发现新品功能质量问题。然而，随着试验使用时间的推移，陆续出现失效的ECU，这是一个需深入研究和解决的产品可靠性问题。由于安装在摩托车车架上的ECU必须满足国家标准“三防”（防水防潮、防振、防尘）要求，FAI电喷系统的ECU采用环氧树脂灌封，因此振动及防尘问题不大，可靠性的重点是硬件本身及其灌装后承受耐温耐湿的能力。
从硬件原理及软件分析入手。ECU的核心是8位微处理器控制单片机（MCU），它通过将汇编程序固化到ROM来控制ECU的工作。影响单片机可靠工作的因素多，如火花塞点火及喷油器磁线圈运作产生射频干扰，根据这一机理，可通过电磁屏蔽、合理布线和器件布局衰减此种干扰;设备自带电源的干扰，该电源电压极不稳定，这种干扰必须通过滤波隔离、稳压等处理加以衰减。此外，确保系统正常运行的关键是复位电路，系统给电时提供复位信号，直到系统电源稳定后撤销复位信号。为了可靠性，电源稳定后，应在一定延迟后撤销复位信号，以防电源开关或电源插头在分合过程中引起的抖动影响复位，可使用参数合适的RC复位电路或专用复位芯片。软件抗干扰采用以下方式：①在程序中插入空操作指令，实现PC容错;②设置看门狗后台睡眠，防止软件陷阱;③对一点传感器信号多次采样，取其平均值;④利用数据冗余技术实现RAM内容的自救;⑤使用时间片来克服系统死锁。为了检验上述可靠性改进设计是否有效，必须进行可靠性试验，以确定其可靠性参数。
改进后，按新工艺小批量生产的30块ECU裸板（尚未装壳及灌封）插入专门开发的检测设备ECU ProTester中进行初步模拟检测，结果发现，其中6个在短时间内出现了不同的问题，属于早期失效。经逐一分析，其中两处为0805贴片瓷片电容破裂。经分析，是由于手工焊接操作不当，局部温度过高导致电容破裂;其余三个为桥连、虚焊、错件，经逐一改正后检测均恢复正常，暴露的工艺问题在以后的生产中得到了改正。另一个经过分析和检查，无硬件问题，所以转向软件分析，将ECU的FLASH存储器写入程序后，错误消失，表明是程序烧写错误。初步检测通过后，进行装壳及灌封环氧树脂，成为最终可靠性试验样品，根据国家标准GB/T2423及GB5080的相关规定，30个ECU将进行老化试验及环境试验的交替试验：
首先，老化试验电压为14V（正常工作电压12V），控制电路在不同的时段内调节不同传感器信号，循环模擬发动机在3000～9000r·min-1的满负荷工况的工作情况。
其次，环境试验是进行温湿度循环冲击，先将温度从室温降低到-30℃，保持40min，然后上升到70℃，湿度为80%，保持40min，这是一个循环。再减到-30℃继续下一个循环，一个循环需2.5～3h，一次需3个循环。试验采用非替换定时截尾试验方案。
本试验为指数分布的可靠性参数区间估计测定试验，这是一种通过统计分析给出从样本观测值到总体分布未知参数真值的估计范围的方法，失效率及平均寿命的点估计值为及，置信上限，使p{≤}=1-，其中1-为置信度，根据国家标准，置信度一般取90%，即=0.1。概率统计可证明，对于定时截尾试验，统计量2试T服从自由度为2r的x2分布，则
代入相关实验数据，置信水平为0.9的平均寿命单侧置信下限为665h，即该批ECU满负荷连续工作的平均寿命以90%概率将超过665h。显然，其可靠性有待进一步提高。
参考文献
[1]徐平.电控及自动化设备可靠性工程技术[J].机械工业出版社，2015.
[2]石顺超.发动机电喷系统ECU的可靠性研究[J].小型内燃机与摩托车，2015（04）.
关键词：FAI电喷系统;ECU;可靠性
FAI电喷系统是我国自主研发的摩托车发动机电喷系统之一。ECU的质量及可靠性直接影响到整车的操纵和驾驶员的安全，必须由制造商保证，而且必须符合相关汽车摩托车的国家标准。
一、ECU可靠性常用参数
产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率称为可靠性，记为R（t），失效概率F（t）=1-R（t）。可靠性的另一个重要指标是失效率，被定义为已工作到时刻t尚未失效的产品，在时刻t后单位时间的失效概率 （t）。当t=0时，N件产品投入使用，在时刻t时，r（t）件失效，N-r（t）=n（t）继续工作，然后在t之后△t时间内又有△r件产品失效，则t失效率的估计值为，国际上通常使用Fit为单位。由于频率具有稳定性，N越大△t越小，估计值越准确。
一般产品的失效率 （t）随时间变化，根据实际经验，大多数失效率函数 （t）曲线呈浴盆截面形状。即可靠性工程中常用的“浴盆曲线”，该曲线明显分为三段，对应于产品的三个不同时期。左侧部分失效率呈递减状，称为早期失效期，在此期间，由于设计和制造缺陷等因素，产品失效率一开始很高，并随着时间推移急剧下降。曲线平坦部分的失效率保持不变，称为偶然失效期，在此期间，产品失效率最低且最稳定，这是产品的有效使用期。曲线右侧部分的失效率逐渐增加，称为耗损失效期，在此期间，由于使用寿命长，产品逐渐老化、磨损和疲劳，因此失效率急剧增加。从某种意义上说，提高产品可靠性的整个工作都围绕着如何改变这一曲线展开。在产品设计阶段，充分利用各种可靠性设计技术（冗余设计、简化设计、降额设计、软件可靠性设计等），低失效率部件用于降低浴盆底部的数值。在产品正式投产前，通过负载调试试验、老化或合理筛选，降低早期失效率水平，缩短早期失效期。
平均寿命（MTTF）是指一批产品的平均寿命值。对于ECU产品来说，最重要的可靠性特征量即是R（t）、 （t）、MTFF，成为产品的三个定量标准。
此外，产品的偶然失效期（不包括早期失效期及耗损失效期）可用指数分布来描述。从理论上证明，对于由大量电子元件组成的电子设备，无论元件的失效分布如何，经一段时间老化后，失效率函数 （t）是一个常数，因此，一般电子设备的寿命往往符合指数分布规律。本文试验对象ECU主要通过微控集成电路、贴片电容电阻及相关功率元件等焊在PCB电路板上，其寿命也符合指数分布规律。
二、ECU可靠性分析和解决方案
在少量ECU的前期试制过程中，每个手工制作的ECU都能正常工作，即未发现新品功能质量问题。然而，随着试验使用时间的推移，陆续出现失效的ECU，这是一个需深入研究和解决的产品可靠性问题。由于安装在摩托车车架上的ECU必须满足国家标准“三防”（防水防潮、防振、防尘）要求，FAI电喷系统的ECU采用环氧树脂灌封，因此振动及防尘问题不大，可靠性的重点是硬件本身及其灌装后承受耐温耐湿的能力。
从硬件原理及软件分析入手。ECU的核心是8位微处理器控制单片机（MCU），它通过将汇编程序固化到ROM来控制ECU的工作。影响单片机可靠工作的因素多，如火花塞点火及喷油器磁线圈运作产生射频干扰，根据这一机理，可通过电磁屏蔽、合理布线和器件布局衰减此种干扰;设备自带电源的干扰，该电源电压极不稳定，这种干扰必须通过滤波隔离、稳压等处理加以衰减。此外，确保系统正常运行的关键是复位电路，系统给电时提供复位信号，直到系统电源稳定后撤销复位信号。为了可靠性，电源稳定后，应在一定延迟后撤销复位信号，以防电源开关或电源插头在分合过程中引起的抖动影响复位，可使用参数合适的RC复位电路或专用复位芯片。软件抗干扰采用以下方式：①在程序中插入空操作指令，实现PC容错;②设置看门狗后台睡眠，防止软件陷阱;③对一点传感器信号多次采样，取其平均值;④利用数据冗余技术实现RAM内容的自救;⑤使用时间片来克服系统死锁。为了检验上述可靠性改进设计是否有效，必须进行可靠性试验，以确定其可靠性参数。
改进后，按新工艺小批量生产的30块ECU裸板（尚未装壳及灌封）插入专门开发的检测设备ECU ProTester中进行初步模拟检测，结果发现，其中6个在短时间内出现了不同的问题，属于早期失效。经逐一分析，其中两处为0805贴片瓷片电容破裂。经分析，是由于手工焊接操作不当，局部温度过高导致电容破裂;其余三个为桥连、虚焊、错件，经逐一改正后检测均恢复正常，暴露的工艺问题在以后的生产中得到了改正。另一个经过分析和检查，无硬件问题，所以转向软件分析，将ECU的FLASH存储器写入程序后，错误消失，表明是程序烧写错误。初步检测通过后，进行装壳及灌封环氧树脂，成为最终可靠性试验样品，根据国家标准GB/T2423及GB5080的相关规定，30个ECU将进行老化试验及环境试验的交替试验：
首先，老化试验电压为14V（正常工作电压12V），控制电路在不同的时段内调节不同传感器信号，循环模擬发动机在3000～9000r·min-1的满负荷工况的工作情况。
其次，环境试验是进行温湿度循环冲击，先将温度从室温降低到-30℃，保持40min，然后上升到70℃，湿度为80%，保持40min，这是一个循环。再减到-30℃继续下一个循环，一个循环需2.5～3h，一次需3个循环。试验采用非替换定时截尾试验方案。
本试验为指数分布的可靠性参数区间估计测定试验，这是一种通过统计分析给出从样本观测值到总体分布未知参数真值的估计范围的方法，失效率及平均寿命的点估计值为及，置信上限，使p{≤}=1-，其中1-为置信度，根据国家标准，置信度一般取90%，即=0.1。概率统计可证明，对于定时截尾试验，统计量2试T服从自由度为2r的x2分布，则
代入相关实验数据，置信水平为0.9的平均寿命单侧置信下限为665h，即该批ECU满负荷连续工作的平均寿命以90%概率将超过665h。显然，其可靠性有待进一步提高。
参考文献
[1]徐平.电控及自动化设备可靠性工程技术[J].机械工业出版社，2015.
[2]石顺超.发动机电喷系统ECU的可靠性研究[J].小型内燃机与摩托车，2015（04）.