江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校 仲小霞

汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化措施分析

江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校 仲小霞

在對(duì)汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求的實(shí)現(xiàn)，并提出了幾種電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施。

汽車電子；電子電氣架構(gòu)；EEA

為了有效的滿足人們對(duì)汽車操控性能、燃油經(jīng)濟(jì)性以及駕駛的安全舒適性等方面的要求，絕大部分的現(xiàn)代汽車都利用了大量的通信線路，形成了一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的電子電氣控制系統(tǒng)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子電氣系統(tǒng)中包括了超過一公里的導(dǎo)線、幾十個(gè)電子控制芯片和幾條串行通信總線。加之現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)以及各種被動(dòng)、主動(dòng)安全技術(shù)使得汽車的電子電氣架構(gòu)更加的復(fù)雜。這時(shí)，針對(duì)汽車電子電氣架構(gòu)流程的設(shè)計(jì)以及后期的優(yōu)化就顯得尤為重要。

1.系統(tǒng)需求分析

一個(gè)合適的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)將使得汽車的總重量降低多達(dá)20%，而且汽車的生產(chǎn)成本也將降低達(dá)30%以上，將能夠更加高效的改善汽車的綜合性能合、提高汽車裝配的簡(jiǎn)單程度并增加汽車各個(gè)零部件的兼容性等。因此，通過分析汽車電子電氣系統(tǒng)的需求，研發(fā)電子電氣架構(gòu)的整體平臺(tái)，在這個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)之上進(jìn)行新的電子電氣系統(tǒng)研發(fā)工作，將可以有效的降低汽車開發(fā)的成本，縮短汽車電子電氣架構(gòu)的開發(fā)周期，提高汽車的整體性能和品質(zhì)。

哪些功能性部件在電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中需要清楚的描述，這對(duì)于提高整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)質(zhì)量將具有及其重要的作用。而對(duì)于已有的需求，通常是從工程管理工具的途徑來導(dǎo)入的，諸如Telelogic Doors等方式。其中的需求就對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮諸如功能性、非功能性等方面的需求。而這些需求主要是來自于對(duì)市場(chǎng)特性的要求，是整體系統(tǒng)功能性要求可感知的部分。而系統(tǒng)的需求分析主要包括這樣兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1.1 系統(tǒng)的可操作性需求分析

針對(duì)系統(tǒng)的可操作性的需求分析主要的目的在于是用戶對(duì)系統(tǒng)外部的系統(tǒng)需求，諸如商業(yè)、客戶以及法律法規(guī)需求等，其重要目的是確保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開發(fā)工作能夠滿足這些外部需求。

作為一種高層次的需求分析，可操作性分析在實(shí)際的開發(fā)工作中通常沒有得到應(yīng)有的重視，這經(jīng)常會(huì)帶來下面的一些問題：不能夠?qū)ο到y(tǒng)的設(shè)計(jì)工作是否可以滿足客戶的相關(guān)需求，這主要是因?yàn)楫?dāng)前的客戶需求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間還存在著信息切斷的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以在將來的具體工作中得以升級(jí)或者是得到重視，并難以確定這方面的工作。在系統(tǒng)安全性與可靠性方面的設(shè)計(jì)工作還較為缺失，同時(shí)也缺少對(duì)系統(tǒng)的商業(yè)需求分析。

汽車電子電氣架構(gòu)的可操作性需求分析主要包括下面這樣幾個(gè)方面：(1)設(shè)定的操作情形分析，這部分的操作主要是分析在多種操作情況之下，對(duì)于電氣系統(tǒng)的具體需求；(2)系統(tǒng)性能需求以及對(duì)應(yīng)的量化，這個(gè)需求分析程序的重要目的就是對(duì)滿足客戶功能需要的程度進(jìn)行驗(yàn)證和分析，以對(duì)相關(guān)的可選功能進(jìn)行評(píng)估、取舍；(3)假想示例分析圖示，主要是分析在特殊使用情況下相關(guān)功能的潛在需求以及當(dāng)前所沒有的功能；(4)多功能模式以及功能狀態(tài)分析，在多個(gè)特定的模式之下，如何系統(tǒng)的定義電氣系統(tǒng)的功能需求，尤其是在出現(xiàn)軟硬件故障時(shí)，相關(guān)功能的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)問題；(5)系統(tǒng)邊界的確定，該電氣系統(tǒng)和其他的系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的接口，諸如輸入與輸出等，需要注意的一點(diǎn)時(shí)，在這個(gè)設(shè)計(jì)程序中可以不涉及到所需要的具體信息，諸如物理層面等方面的內(nèi)容；(6)交互信息的確定與定義，各個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換過程中的相關(guān)信息屬性，諸如信息的內(nèi)容、格式、信息的輸入輸出操作方式等。

1.2 電子電氣架構(gòu)的功能性需求分析

功能性需求分析的主要目的在于對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部需求進(jìn)行分析，其主要目的在于通過分析來滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的外部需求，需要系統(tǒng)怎樣的功能才能滿足其實(shí)際的工作需要。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，架構(gòu)系統(tǒng)的功能性需求析對(duì)于架構(gòu)設(shè)計(jì)而言是一項(xiàng)必不可少的環(huán)節(jié)。但是在不能確保完整性以及需求正確性的情況下，通常需要對(duì)之進(jìn)行功能性需求模型分析。一個(gè)完全的模型應(yīng)該完好的體現(xiàn)出用戶的需求，因此在建立模型的過程中應(yīng)該假設(shè)所設(shè)定的需求分析自身是完整而正確的。之后，經(jīng)常會(huì)存在著一些需求缺失以及不夠合理的問題，這一點(diǎn)在架構(gòu)系統(tǒng)的研發(fā)初期尤其重要。通過建立的模型來提供對(duì)外部的完整性以及正確性進(jìn)行確認(rèn)。通常而言，對(duì)具體需求的更改以及建模屬于一個(gè)互動(dòng)的過程。這時(shí)，可以通過對(duì)需求模型的分析來滿足需求。但是，有時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)模型中所表示的一些行為恰好是真正需要完成的功能部分。這時(shí)，就需要對(duì)建立的需求分析模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。而最終的系統(tǒng)特征是由相關(guān)的負(fù)責(zé)人來決定的。所以，功能需求模型能夠有效的彌補(bǔ)這方面的缺失，發(fā)現(xiàn)其中不存在的合理性行為方式等，保證其功能分析更加全面。

2.汽車電子電氣架構(gòu)系統(tǒng)需求的實(shí)現(xiàn)

通過系統(tǒng)的需求分析，對(duì)系統(tǒng)的需求進(jìn)行了明確的確定。而需求實(shí)現(xiàn)的階段則是將整個(gè)系統(tǒng)分配并實(shí)現(xiàn)到整個(gè)電子電氣架構(gòu)體系當(dāng)中。

整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)主要的程序包括：(1)在確定的系統(tǒng)約束基礎(chǔ)之上對(duì)可行的架構(gòu)方案進(jìn)行列舉，諸如ECU數(shù)量的確定、ECU通信方式等。而系統(tǒng)約束主要是ECU中的可用性資源(諸如傳感器、執(zhí)行器等)、沿用的架構(gòu)方案等；(2)多種功能需求的具體分配；(3)非功能需求的具體分配；(4)安全以及可靠性分析的實(shí)現(xiàn)；(5)多個(gè)備選架構(gòu)方案進(jìn)行綜合性能指標(biāo)分析和評(píng)估等。同時(shí)，還應(yīng)該建立起架構(gòu)的評(píng)估方案等工作。

3.汽車電子電氣架構(gòu)優(yōu)化措施

3.1 基于數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化措施

(1)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)基

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)總應(yīng)該包括了全球范圍內(nèi)所有汽車的生產(chǎn)廠商，多個(gè)檔次的車型(A級(jí)—E級(jí))的詳細(xì)的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)信息。

(2)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)

市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是針對(duì)全球范圍內(nèi)所有的汽車生產(chǎn)廠商以及零部件生產(chǎn)廠商的在研發(fā)或者是準(zhǔn)備研發(fā)的未來電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)方案或者是設(shè)計(jì)樣品等。

(3)解決方案數(shù)據(jù)庫(kù)

在結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和市場(chǎng)趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，對(duì)比對(duì)應(yīng)的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等形成最終的解決方案數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，通過分析和評(píng)估而形成最終的解決方案。

3.2 電子電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化工具

采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化工具將可以對(duì)需要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并形成對(duì)應(yīng)的管理，同時(shí)還能確定對(duì)應(yīng)的配置設(shè)計(jì)。因此，在設(shè)計(jì)的過程中還可以選擇PREE vision等來進(jìn)行成熟而先進(jìn)的電子電氣設(shè)計(jì)以及優(yōu)化工具。這主要是它具有圖形化的用戶接口、數(shù)據(jù)庫(kù)支持系統(tǒng)、可重復(fù)利用的設(shè)計(jì)結(jié)果以及支持電子電氣架構(gòu)的再修改和再學(xué)習(xí)等。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及優(yōu)化工具

可以采用VECTOR等公司生產(chǎn)的成熟通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化工具，對(duì)整車進(jìn)行結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化、延遲時(shí)間以及負(fù)載率的設(shè)計(jì)及優(yōu)化等，以保證目標(biāo)架構(gòu)的邏輯要求得以滿足。

4.汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的主要流程

上文對(duì)汽車電子電氣的功能需求以及可靠性進(jìn)行了分析，下面將綜合其他設(shè)計(jì)程序獲得對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化整體流程。當(dāng)前國(guó)際通用的開發(fā)模式為“V”型開發(fā)流程。將整個(gè)設(shè)計(jì)和優(yōu)化流程分為下面這樣六個(gè)程序。

第一階段，對(duì)整車的功能需求進(jìn)行定義。這個(gè)階段主要是結(jié)合市場(chǎng)對(duì)新車的需求、各種車型的相關(guān)數(shù)據(jù)以及相關(guān)客戶的具體需求，在經(jīng)過初步的分析與評(píng)估之后，制定對(duì)應(yīng)的整車需求定義，包括電子電氣系統(tǒng)等，進(jìn)而確定一個(gè)符合市場(chǎng)需要的整車電氣測(cè)試規(guī)范。

第二階段，整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)電子電氣的系統(tǒng)需求，只的那個(gè)得到各個(gè)系統(tǒng)下級(jí)的電氣加工解決方案，并設(shè)計(jì)整車的電子電氣架構(gòu)方案當(dāng)中的物理與邏輯架構(gòu)等。

第三階段，具體的電子電器件設(shè)計(jì)。根據(jù)上一階段設(shè)計(jì)的相關(guān)物理以及邏輯架構(gòu)來設(shè)計(jì)具體的電氣器件解決方案，對(duì)其中需要用到的電氣器件、軟件以及機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)需求等，形成對(duì)應(yīng)的測(cè)試與操作規(guī)范。

第四階段，進(jìn)行電子電器件及相關(guān)設(shè)備的開發(fā)。在這個(gè)階段主要是根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件、軟件、機(jī)械系統(tǒng)的相關(guān)需求來開發(fā)并研究對(duì)應(yīng)的電子電器件，這部分的工作主要是有整車的零部件供應(yīng)商來完成的。在這個(gè)過程中，零部件供應(yīng)商都根據(jù)自身的測(cè)試以及規(guī)范方法等來驗(yàn)證這些器件是否滿足汽車生產(chǎn)廠商的硬件、軟件以及機(jī)械系統(tǒng)的需求。

第五階段，對(duì)相關(guān)的電子電器件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，確保所設(shè)計(jì)的方案能夠被定義和使用。

第六階段，對(duì)整車的系統(tǒng)/架構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，確保對(duì)應(yīng)的測(cè)試與規(guī)范方法能夠用于整車電子電氣架構(gòu)方案的驗(yàn)證。

第七階段，對(duì)整車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，保證對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)需求目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

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