【摘" 要】隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及軟件定義汽車的發(fā)展，汽車電子電氣系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，對電子電氣架構(gòu)（EEA）形態(tài)和開發(fā)流程提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)開發(fā)方法難以滿足新型架構(gòu)的開發(fā)需求。文章從基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）理論出發(fā)，采用SysML圖形建模語言，針對新型電子電氣架構(gòu)開發(fā)進(jìn)行研究和實踐，旨在提高電子電氣架構(gòu)開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，提升汽車的整體性能。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)工程；模型；MBSE；電子電氣架構(gòu)

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0094-04

Research on Development and Application of EEA Based on MBSE

【Abstract】With the development of automotive intelligence，networking and software-defined vehicles，automotive electronic and electrical systems are becoming more and more complex，which puts higher requirements on the form and development process of electronic and electrical architecture（EEA）. It is difficult for traditional electronic and electrical architecture development methods to meet the development requirements of new architectures. Based on the theory of model-based Systems Engineering（MBSE），this paper uses SysML graphical modeling language to research and practice the development of new electronic and electrical architecture，aiming at improving the efficiency of the development of electronic and electrical architecture，reducing the development cost and improving the overall performance of vehicles.

【Key words】system engineering；model；MBSE；EEA

隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及軟件定義汽車的發(fā)展，汽車電子電氣架構(gòu)（Electrical and Electronic Architecture，EEA）形態(tài)也在不斷發(fā)展演進(jìn)，從分布式架構(gòu)到域控式架構(gòu)，從跨域融合架構(gòu)到未來的整車集中計算架構(gòu)[1]，同時日益增加的整車功能需求使得整車電子電氣架構(gòu)成為一個極其復(fù)雜的大系統(tǒng)。電子電氣架構(gòu)作為汽車開發(fā)的頂層設(shè)計，面對汽車市場開發(fā)周期越來越短以及品質(zhì)要求越來越高，傳統(tǒng)基于文本的系統(tǒng)工程（Traditional System Engineering，TSE）使用自然語言描述、傳遞需求和設(shè)計，可追溯性較差，難以保證復(fù)雜系統(tǒng)需求的準(zhǔn)確傳遞，無法滿足快速迭代需求。因此基于模型的系統(tǒng)工程（Model-Base System Engineering，MBSE）是新型電子電氣架構(gòu)正向開發(fā)需求和行業(yè)發(fā)展需求和趨勢。

1" 電子電氣架構(gòu)開發(fā)

1.1" 電子電氣架構(gòu)發(fā)展

隨著近年智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，目前市場對汽車的使用需求，已經(jīng)逐漸走過“能用、可靠、可用、易用”的4個階段，正逐漸向愉悅階段邁進(jìn)。未來汽車將聚焦用戶及其使用場景，以“體驗愉悅”為核心價值，對整車面向服務(wù)的全域電子電氣架構(gòu)設(shè)計提出了新的要求，為整車電子電氣系統(tǒng)開發(fā)提供整車層面的實現(xiàn)方案和規(guī)范指導(dǎo)，具備前瞻性、平臺化、可擴展等特點。結(jié)合目前國內(nèi)外汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀，汽車電子電氣架構(gòu)正在從分布式向集中計算式新型電子電氣架構(gòu)演進(jìn)[1]，詳見圖1。

1.2" 電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程

如圖1所示，對于分布式電子電氣架構(gòu)，每個控制模塊ECU實現(xiàn)特定的功能，例如車門控制器實現(xiàn)車窗控制功能，空調(diào)控制器實現(xiàn)空調(diào)控制調(diào)節(jié)功能，尾門控制器實現(xiàn)電動尾門控制等，這種軟硬一體化形態(tài)以部件驅(qū)動的開發(fā)方式清晰明了，容易實現(xiàn)。對于新型跨域集中或集中計算電子電氣架構(gòu)，打破了傳統(tǒng)軟硬一體化的清晰零件邊界，某個域控或計算單元可能集中控制多個不同領(lǐng)域的功能，例如中央計算單元可以集成車控控制功能、空調(diào)控制功能、自動駐車功能、自動大燈功能等，這種架構(gòu)形態(tài)需要以功能為導(dǎo)向，自上而下正向開發(fā)依次包括需求開發(fā)、功能架構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計以及組件設(shè)計和開發(fā)[2]。

2" MBSE發(fā)展及應(yīng)用

2.1" MBSE發(fā)展

目前，MBSE在國外航空航天、軍工、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。2007年，國際系統(tǒng)工程學(xué)會在《系統(tǒng)工程2020年愿景》中，對基于模型的系統(tǒng)工程MBSE作出如下定義：MBSE是對復(fù)雜工程活動中建模方法應(yīng)用的正式認(rèn)同，該建模方法用于支持系統(tǒng)的需求、分析、設(shè)計等一系列活動。MBSE方法使用系統(tǒng)建模語言（SysML）來描述系統(tǒng)架構(gòu)模型，通過面向?qū)ο蟮膱D形化方式，對系統(tǒng)底層元素予以表示，并以標(biāo)準(zhǔn)化方式獲取信息。這一過程，既能便于在復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)管理進(jìn)程中及時對信息進(jìn)行更新與維護(hù)，又能提升信息傳遞的準(zhǔn)確性、可追溯性、可共享性以及復(fù)用率[2]。

2.2" MBSE應(yīng)用方法

MBSE工程實施的3大支柱為建模方法、建模語言和建模工具。系統(tǒng)模型依據(jù)科學(xué)的建模方法，通過統(tǒng)一的建模語言，應(yīng)用專業(yè)的建模工具進(jìn)行設(shè)計和搭建。

2.2.1" MBSE建模方法

MBSE建模方法本質(zhì)上是實現(xiàn)MBSE的流程和方法的有機融合，定義的是如何開展建?；顒右约案鱾€流程活動的輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)物，是MBSE實踐的核心方法論。其明確了如何開展建?；顒?，以及各個流程活動的輸入、輸出標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)物，是MBSE實踐的核心方法論。當(dāng)下，主流的MBSE建模方法包含Harmony SE方法、Magic Grid方法以及Arcadia方法。

2.2.2" MBSE建模語言

不同于CAD這種物理結(jié)構(gòu)建模，或者是CAE這種基于物理原理的數(shù)學(xué)建模，MBSE關(guān)注的是對于系統(tǒng)設(shè)計中的邏輯層面建模，只有在完成了系統(tǒng)的架構(gòu)建模之后，才能從系統(tǒng)設(shè)計過渡到子系統(tǒng)設(shè)計，包括機械、軟件等學(xué)科建模設(shè)計[3]。MBSE主要的建模語言UML/SysML是面向?qū)ο蟮恼Z言。SysML（Systems Modeling Language，系統(tǒng)建模語言）是對UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言）的擴展，定義了包括需求圖、結(jié)構(gòu)圖、行為圖等9種模型圖[4]，詳見圖2。

2.2.3" MBSE建模工具

MBSE建模工具是建模方法和建模語言的承載體，具備對建模語言中各類元素的可視化呈現(xiàn)功能，同時依據(jù)建模語言的標(biāo)準(zhǔn)為這些元素賦予語義。在實際應(yīng)用中，需依據(jù)建模方法、建模語言以及實際項目的具體需求，挑選適配的建模工具。在本文的電子電氣架構(gòu)設(shè)計工作里，主要選用EA（Enterprise Architect）和PREEvision建模工具進(jìn)行MBSE開發(fā)和實踐。其中，EA是一款由Sparx Systems公司開發(fā)，主要用于系統(tǒng)分析和開發(fā)的建模工具；而PREEvision是由Aquintos公司開發(fā)的一款專門用于實現(xiàn)汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計的專用開發(fā)工具。

3" 基于MBSE的電子電氣架構(gòu)開發(fā)

在汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)領(lǐng)域，引入MBSE系統(tǒng)工程方法，并將其與汽車電子電氣架構(gòu)原有的開發(fā)流程相結(jié)合，形成了基于MBSE的汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)V模型，具體如圖3所示。該模型呈現(xiàn)出獨特的對稱結(jié)構(gòu)，將開發(fā)過程與驗證過程進(jìn)行分層對應(yīng)。在V模型的左側(cè)，著重體現(xiàn)自上而下的開發(fā)流程，依次涵蓋需求模型開發(fā)、架構(gòu)模型開發(fā)、系統(tǒng)模型開發(fā)以及組件模型開發(fā)。這一過程強調(diào)從整體需求出發(fā)，逐步細(xì)化到各個組件的設(shè)計，確保每一層級的開發(fā)都緊密圍繞上層需求展開。而在V模型的右側(cè)，則強調(diào)自底向上的集成、驗證測試過程。從底層組件開始，逐步向上進(jìn)行集成和驗證，通過層層測試，確保最終產(chǎn)品能夠滿足頂層設(shè)計的需求。模型的底部是組件開發(fā)實現(xiàn)，這是整個開發(fā)過程的基礎(chǔ)，也是連接開發(fā)與驗證環(huán)節(jié)的關(guān)鍵節(jié)點。本文重點研究V模型左側(cè)的開發(fā)過程?；贛BSE的電子電氣架構(gòu)開發(fā)過程，可以滿足整個架構(gòu)設(shè)計過程中對需求的追溯和實現(xiàn)要求。以模型支撐電子電氣架構(gòu)需求和設(shè)計的傳遞，便于右側(cè)基于模型的模型在環(huán)（Model-In-Loop，MIL）驗證[5]。

3.1" 需求模型開發(fā)

需求開發(fā)主要對整車用戶特征、功能需求、性能需求及其他利益相關(guān)者需求進(jìn)行挖掘、分析，同時，對應(yīng)用場景進(jìn)行設(shè)計，并通過SysML建模語言將需求文檔轉(zhuǎn)化為需求模型。以開關(guān)控制車窗升降功能為例，需求場景主要包括：①用戶可以通過開關(guān)控制車窗；②車窗可按人的需求上升、下降；③上升過程中遇到障礙物，需自動做出反應(yīng)。通過EA建模工具，從需求視角和行為視角進(jìn)行模型化處理，如圖4、圖5所示。

3.2" 架構(gòu)模型設(shè)計

架構(gòu)開發(fā)又稱為邏輯功能架構(gòu)開發(fā)，是從需求到系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵過程，包括架構(gòu)定義和架構(gòu)設(shè)計，主要目的是得到滿足整車需求的全局最優(yōu)架構(gòu)方案，并根據(jù)該架構(gòu)方案將需求分配到系統(tǒng)層。因此架構(gòu)模型開發(fā)體現(xiàn)的主要是邏輯子系統(tǒng)層面的架構(gòu)方案開發(fā)及建模。以開關(guān)控制車窗升降功能為例，通過EA建模工具，從需求視角和行為視角建模。架構(gòu)模型結(jié)構(gòu)如圖6所示，架構(gòu)模型行為如圖7所示。

3.3" 系統(tǒng)模型設(shè)計

系統(tǒng)開發(fā)指在架構(gòu)模型設(shè)計基礎(chǔ)上對相關(guān)子系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計和開發(fā)，主要包括子系統(tǒng)劃分及功能分配，詳細(xì)接口定義，使用內(nèi)部塊圖來描述子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為。以開關(guān)控制車窗升降功能架構(gòu)方案中車窗升降系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)包含3個功能塊（Block）：車窗控制需求管理、車窗狀態(tài)電機驅(qū)動和狀態(tài)檢測、車窗動作管理和故障診斷。通過EA建模工具搭建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，詳見圖8，其中詳細(xì)定義了系統(tǒng)內(nèi)功能塊之間的接口定義。而圖9系統(tǒng)模型行為圖則確定了系統(tǒng)功能運行邏輯狀態(tài)機。

3.4" 組件模型設(shè)計

組件設(shè)計指在系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上對軟件組件進(jìn)行設(shè)計，通過專用建模工具對軟件組件的行為和接口進(jìn)行定義和建模。以開關(guān)控制車窗升降功能為例，通過EA建模工具，對軟件組件邏輯建模，如圖10所示，用于組件代碼開發(fā)實現(xiàn)。

4" 結(jié)論

本文基于MBSE方法論，針對新型電子電氣架構(gòu)開發(fā)需求，提供了全鏈條的基于模型的電子電氣架構(gòu)開發(fā)方法。結(jié)合車窗控制功能應(yīng)用實踐，分析車窗控制的需求、架構(gòu)、系統(tǒng)和組件方案并建立模型，給出最優(yōu)解決方案。研究結(jié)果表明，基于MBSE的電子電氣架構(gòu)開發(fā)能夠較好針對汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)各層級技術(shù)方案和需求的準(zhǔn)確傳遞，提高開發(fā)效率并用于模型在環(huán)仿真驗證。

參考文獻(xiàn)

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