面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法

胡朝峰

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司，上海 201804）

汽車電子功能的不斷增長(zhǎng)使得汽車電氣系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，電子電器架構(gòu)為功能實(shí)現(xiàn)和子系統(tǒng)開發(fā)提供電氣集成環(huán)境，而面臨的真正挑戰(zhàn)是如何進(jìn)行功能分配，并進(jìn)行概要設(shè)計(jì)和整體把控。面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法為汽車電氣功能開發(fā)提供了一套較為完整的開發(fā)流程和分析方法：需求分析、接口模型設(shè)計(jì)、對(duì)標(biāo)分析、概念方案設(shè)計(jì)、分析評(píng)估及功能建模。

1 需求分析

分析功能需求，車輛和平臺(tái)的需求。

案例：碰撞燃油切斷，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給，一則用來(lái)確保發(fā)動(dòng)機(jī)?；?；二則避免在發(fā)動(dòng)機(jī)碰撞時(shí)高壓供油油路破裂，導(dǎo)致燃油外噴引起火災(zāi)。需求可提煉為碰撞事件探測(cè)和燃油切斷。

2 接口模型設(shè)計(jì)

依據(jù)功能需求確定I/O接口，并進(jìn)行功能行為模型描述。

圖1為碰撞燃油切斷功能接口模型，燃油切斷功能在監(jiān)測(cè)到碰撞時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給（停止供油和停止噴油），需具備的前期條件：①電源模式處于RUN（必要條件，功能工作的前提）；②發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)（可選條件，輸入）；③探測(cè)到碰撞事件發(fā)生（必要條件，輸入。常用的碰撞事件探測(cè)方案有2種：通過慣性開關(guān)進(jìn)行探測(cè)和通過安全氣囊控制單元識(shí)別碰撞傳感器）；④車速達(dá)到一定閾值（可選條件，輸入）。

圖1 功能接口模型

3 對(duì)標(biāo)分析

通過對(duì)主流OEM實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，能有效幫助了解競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手實(shí)現(xiàn)這些功能的細(xì)節(jié)：功能分配原則、實(shí)現(xiàn)方案、不同實(shí)現(xiàn)方案技術(shù)成熟度及成本評(píng)估等。架構(gòu)功能分析必須與技術(shù)層面相結(jié)合，只有了解這些信息，電子電器架構(gòu)才能通過評(píng)估結(jié)果來(lái)選定功能在項(xiàng)目中最優(yōu)解決方案。

主流OEM1： 通過氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)控制燃油切斷，氣囊控制器單元監(jiān)測(cè)到碰撞發(fā)生后，通過CAN總線將表征碰撞事件發(fā)生的氣囊點(diǎn)爆信號(hào)發(fā)給燃油供給控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元停止對(duì)燃油泵的供電繼電器驅(qū)動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴控制，如圖2所示。

圖2 主流OEM1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

主流OEM2：通過氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)控制燃油切斷，控制原理同OEM1，不同的是實(shí)現(xiàn)方案在從氣囊控制器單元到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，CAN總線傳輸經(jīng)過了網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖3 主流OEM2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

從對(duì)標(biāo)信息看，碰撞燃油切斷為主流OEM標(biāo)配功能，通過氣囊點(diǎn)爆信號(hào)來(lái)判定碰撞事件的發(fā)生（取代慣性開關(guān)信號(hào)）是當(dāng)前的主流，在已有實(shí)現(xiàn)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件升級(jí)拓展出新的功能，成本最優(yōu)。

4 概念方案設(shè)計(jì)

以現(xiàn)有項(xiàng)目電子電器架構(gòu)為基礎(chǔ)，參考對(duì)標(biāo)方案分析，將功能接口模型與電子電器架構(gòu)進(jìn)行融合（稱之為功能分配），每個(gè)功能接口將分配到實(shí)施載體，最后形成概念方案。

概念方案1：通過慣性開關(guān)切斷燃油供給。此方案慣性開關(guān)串聯(lián)在燃油泵繼電器供電上游線組中，當(dāng)發(fā)生撞車事故時(shí)，慣性開關(guān)觸發(fā)切斷燃油泵（繼電器）供電，從而達(dá)到切斷燃油供給，如圖4所示。

圖4 概念方案1

概念方案2：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元依據(jù)氣囊點(diǎn)爆網(wǎng)絡(luò)信號(hào)切斷燃油供給。當(dāng)安全氣囊控制單元探測(cè)到撞車事故時(shí)，通過車載網(wǎng)絡(luò)將氣囊點(diǎn)爆信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元確認(rèn)撞車事故發(fā)生（網(wǎng)絡(luò)信號(hào)：氣囊點(diǎn)爆），停止對(duì)燃油泵（繼電器）和燃油噴射控制，從而停止發(fā)動(dòng)機(jī)供油，同主流OEM1方案（圖2）。

概念方案3：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元依據(jù)氣囊點(diǎn)爆信號(hào)（網(wǎng)絡(luò)+硬線）切斷燃油供給。當(dāng)發(fā)生撞車事故時(shí)，安全氣囊控制單元通過車載網(wǎng)絡(luò)將氣囊點(diǎn)爆信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，同時(shí)驅(qū)動(dòng)硬線氣囊點(diǎn)爆信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，硬線點(diǎn)爆信號(hào)作為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的冗余設(shè)計(jì)，并具備故障探測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元探測(cè)到氣囊點(diǎn)爆（網(wǎng)絡(luò)或硬線信號(hào)任何一方有效）發(fā)生時(shí)，停止對(duì)燃油泵（繼電器）和燃油噴射控制，如圖5所示。

圖5 概念方案3

5 分析評(píng)估

結(jié)合概念方案選型，從影響范圍、技術(shù)成熟度、安全性、可拓展性、成本和質(zhì)量6個(gè)方面進(jìn)行概念方案評(píng)估比較。通過概念方案評(píng)估比較，確定方案選型。

綜合碰撞燃油切斷3個(gè)概念方案的評(píng)估比較，如表1所示，概念方案2在無(wú)需增加額外的部件條件下，只需調(diào)整軟件策略，就可實(shí)現(xiàn)碰撞燃油切斷功能，且此方案在主流OEM中有成熟應(yīng)用，推薦概念方案2作為首選方案（前提：概念方案2功能實(shí)施各方安全性能保障。因各OEM功能分配和實(shí)施差異，如果系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的安全性無(wú)法保障，推薦概念方案3作為備選方案）。

表1 概念方案評(píng)估比較

6 功能建模

通過建立功能物理實(shí)現(xiàn)概念方案模型，作為設(shè)計(jì)輸入。

PREEvision工具為電子電器架構(gòu)開發(fā)提供了一套自上而下且基于模型的解決方案。此方案綜合了需求開發(fā)、邏輯功能設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)和部件架構(gòu)、電氣系統(tǒng)和線束設(shè)計(jì)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［1］。通過PREEvision進(jìn)行碰撞燃油切斷功能建模，輸出概念方案模型如圖6所示，作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)約束。

圖6 功能實(shí)現(xiàn)方案模型

7 總結(jié)

面向功能的電子電器架構(gòu)分析方法為汽車電氣功能開發(fā)提供了一套較為完整的開發(fā)流程和分析方法，能有效地指導(dǎo)架構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)方案選型和對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行優(yōu)化。

［1］ 馮香枝，胡朝峰，張海濤.基于PREEvision 的汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.汽車電器，2013（10）：43-46.