汽車電子電氣架構設計與優(yōu)化措施分析

江蘇省如皋中等專業(yè)學校 仲小霞

汽車電子電氣架構設計與優(yōu)化措施分析

江蘇省如皋中等專業(yè)學校 仲小霞

在對汽車電子電氣架構設計的系統(tǒng)需求進行分析的基礎上，提出了系統(tǒng)電子電氣架構設計系統(tǒng)需求的實現(xiàn)，并提出了幾種電子電氣架構設計優(yōu)化的措施。

汽車電子；電子電氣架構；EEA

為了有效的滿足人們對汽車操控性能、燃油經(jīng)濟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，形成了一個系統(tǒng)而復雜的電子電氣控制系統(tǒng)。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，電子電氣系統(tǒng)中包括了超過一公里的導線、幾十個電子控制芯片和幾條串行通信總線。加之現(xiàn)代導航系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡以及各種被動、主動安全技術使得汽車的電子電氣架構更加的復雜。這時，針對汽車電子電氣架構流程的設計以及后期的優(yōu)化就顯得尤為重要。

1.系統(tǒng)需求分析

一個合適的電子電氣架構設計將使得汽車的總重量降低多達20%，而且汽車的生產(chǎn)成本也將降低達30%以上，將能夠更加高效的改善汽車的綜合性能合、提高汽車裝配的簡單程度并增加汽車各個零部件的兼容性等。因此，通過分析汽車電子電氣系統(tǒng)的需求，研發(fā)電子電氣架構的整體平臺，在這個基礎平臺之上進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的開發(fā)周期，提高汽車的整體性能和品質。

哪些功能性部件在電子電氣架構設計的過程中需要清楚的描述，這對于提高整個系統(tǒng)的開發(fā)質量將具有及其重要的作用。而對于已有的需求，通常是從工程管理工具的途徑來導入的，諸如Telelogic Doors等方式。其中的需求就對架構設計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市場特性的要求，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方面的內容。

1.1 系統(tǒng)的可操作性需求分析

針對系統(tǒng)的可操作性的需求分析主要的目的在于是用戶對系統(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)的設計及開發(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，可操作性分析在實際的開發(fā)工作中通常沒有得到應有的重視，這經(jīng)常會帶來下面的一些問題：不能夠對系統(tǒng)的設計工作是否可以滿足客戶的相關需求，這主要是因為當前的客戶需求和系統(tǒng)設計之間還存在著信息切斷的問題，導致系統(tǒng)的設計難以在將來的具體工作中得以升級或者是得到重視，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計工作還較為缺失，同時也缺少對系統(tǒng)的商業(yè)需求分析。

汽車電子電氣架構的可操作性需求分析主要包括下面這樣幾個方面：(1)設定的操作情形分析，這部分的操作主要是分析在多種操作情況之下，對于電氣系統(tǒng)的具體需求；(2)系統(tǒng)性能需求以及對應的量化，這個需求分析程序的重要目的就是對滿足客戶功能需要的程度進行驗證和分析，以對相關的可選功能進行評估、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功能的潛在需求以及當前所沒有的功能；(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，相關功能的運行狀態(tài)的實現(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)進行信息交換的接口，諸如輸入與輸出等，需要注意的一點時，在這個設計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容；(6)交互信息的確定與定義，各個系統(tǒng)之間進行信息交換過程中的相關信息屬性，諸如信息的內容、格式、信息的輸入輸出操作方式等。

1.2 電子電氣架構的功能性需求分析

功能性需求分析的主要目的在于對系統(tǒng)的內部需求進行分析，其主要目的在于通過分析來滿足用戶對系統(tǒng)的外部需求，需要系統(tǒng)怎樣的功能才能滿足其實際的工作需要。在實際的設計過程中，架構系統(tǒng)的功能性需求析對于架構設計而言是一項必不可少的環(huán)節(jié)。但是在不能確保完整性以及需求正確性的情況下，通常需要對之進行功能性需求模型分析。一個完全的模型應該完好的體現(xiàn)出用戶的需求，因此在建立模型的過程中應該假設所設定的需求分析自身是完整而正確的。之后，經(jīng)常會存在著一些需求缺失以及不夠合理的問題，這一點在架構系統(tǒng)的研發(fā)初期尤其重要。通過建立的模型來提供對外部的完整性以及正確性進行確認。通常而言，對具體需求的更改以及建模屬于一個互動的過程。這時，可以通過對需求模型的分析來滿足需求。但是，有時候會發(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，就需要對建立的需求分析模型進行適當?shù)男薷摹６罱K的系統(tǒng)特征是由相關的負責人來決定的。所以，功能需求模型能夠有效的彌補這方面的缺失，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.汽車電子電氣架構系統(tǒng)需求的實現(xiàn)

通過系統(tǒng)的需求分析，對系統(tǒng)的需求進行了明確的確定。而需求實現(xiàn)的階段則是將整個系統(tǒng)分配并實現(xiàn)到整個電子電氣架構體系當中。

整體架構的設計主要的程序包括：(1)在確定的系統(tǒng)約束基礎之上對可行的架構方案進行列舉，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現(xiàn)；(5)多個備選架構方案進行綜合性能指標分析和評估等。同時，還應該建立起架構的評估方案等工作。

3.汽車電子電氣架構優(yōu)化措施

3.1 基于數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化措施

(1)標準數(shù)據(jù)庫基

標準數(shù)據(jù)庫總應該包括了全球范圍內所有汽車的生產(chǎn)廠商，多個檔次的車型(A級—E級)的詳細的電子電氣架構設計信息。

(2)市場發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)庫

市場發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)庫主要是針對全球范圍內所有的汽車生產(chǎn)廠商以及零部件生產(chǎn)廠商的在研發(fā)或者是準備研發(fā)的未來電子電氣架構設計方案或者是設計樣品等。

(3)解決方案數(shù)據(jù)庫

在結合標準數(shù)據(jù)庫和市場趨勢數(shù)據(jù)庫的基礎上，對比對應的電子電氣架構設計數(shù)據(jù)庫等形成最終的解決方案數(shù)據(jù)庫平臺，通過分析和評估而形成最終的解決方案。

3.2 電子電氣系統(tǒng)的設計與優(yōu)化工具

采用適當?shù)脑O計和優(yōu)化工具將可以對需要的結構進行優(yōu)化并形成對應的管理，同時還能確定對應的配置設計。因此，在設計的過程中還可以選擇PREE vision等來進行成熟而先進的電子電氣設計以及優(yōu)化工具。這主要是它具有圖形化的用戶接口、數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)、可重復利用的設計結果以及支持電子電氣架構的再修改和再學習等。

3.3 通信網(wǎng)絡設計及優(yōu)化工具

可以采用VECTOR等公司生產(chǎn)的成熟通信網(wǎng)絡設計與優(yōu)化工具，對整車進行結構的拓撲優(yōu)化、延遲時間以及負載率的設計及優(yōu)化等，以保證目標架構的邏輯要求得以滿足。

4.汽車電子電氣架構設計與優(yōu)化的主要流程

上文對汽車電子電氣的功能需求以及可靠性進行了分析，下面將綜合其他設計程序獲得對應的設計與優(yōu)化整體流程。當前國際通用的開發(fā)模式為“V”型開發(fā)流程。將整個設計和優(yōu)化流程分為下面這樣六個程序。

第一階段，對整車的功能需求進行定義。這個階段主要是結合市場對新車的需求、各種車型的相關數(shù)據(jù)以及相關客戶的具體需求，在經(jīng)過初步的分析與評估之后，制定對應的整車需求定義，包括電子電氣系統(tǒng)等，進而確定一個符合市場需要的整車電氣測試規(guī)范。

第二階段，整個系統(tǒng)的架構設計。根據(jù)電子電氣的系統(tǒng)需求，只的那個得到各個系統(tǒng)下級的電氣加工解決方案，并設計整車的電子電氣架構方案當中的物理與邏輯架構等。

第三階段，具體的電子電器件設計。根據(jù)上一階段設計的相關物理以及邏輯架構來設計具體的電氣器件解決方案，對其中需要用到的電氣器件、軟件以及機械設計相關需求等，形成對應的測試與操作規(guī)范。

第四階段，進行電子電器件及相關設備的開發(fā)。在這個階段主要是根據(jù)所設計的系統(tǒng)硬件、軟件、機械系統(tǒng)的相關需求來開發(fā)并研究對應的電子電器件，這部分的工作主要是有整車的零部件供應商來完成的。在這個過程中，零部件供應商都根據(jù)自身的測試以及規(guī)范方法等來驗證這些器件是否滿足汽車生產(chǎn)廠商的硬件、軟件以及機械系統(tǒng)的需求。

第五階段，對相關的電子電器件的設計方案進行驗證，確保所設計的方案能夠被定義和使用。

第六階段，對整車的系統(tǒng)/架構設計方案進行驗證，確保對應的測試與規(guī)范方法能夠用于整車電子電氣架構方案的驗證。

第七階段，對整車電子電氣架構的設計目標進行驗證，保證對應的設計需求目標得以實現(xiàn)。

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