基于PREEvision 的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)工具鏈研究

匡小軍，唐香蕉，周 濤，蘇文勝，裴軍偉，唐鳳敏

（1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心，天津 300300）

隨著近幾年德國(guó)VECTOR的電子電氣架構(gòu)工具PREEvision軟件在國(guó)內(nèi)的大量應(yīng)用，基于模型的架構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越得到大家的認(rèn)可。由于汽車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及到大量的工作內(nèi)容，需要不同角色的工程師參與進(jìn)來(lái)，必然會(huì)涉及到各種格式的文檔交互，原有的已經(jīng)成熟的應(yīng)用軟件，也要參與到架構(gòu)設(shè)計(jì)中，綜上，必然要解決PREEvision軟件與其他軟件的交互問(wèn)題，軟件接口開(kāi)發(fā)內(nèi)容應(yīng)運(yùn)而起?；赑REEvision完整的層次結(jié)構(gòu)，將PREEvision作為汽車(chē)電子電氣架構(gòu)工具鏈的數(shù)據(jù)庫(kù)角色，打通各應(yīng)用軟件與PREEvision的接口，從而獲得完整的工具鏈內(nèi)容。

1 基于PREEvision的工具鏈介紹

PREEvision是一款自上而下 （Top-Down）基于模型的電子電氣架構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件工具。其核心的技術(shù)就是基于模型的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了層與層之間相互滲透和便于用戶(hù)評(píng)估，建立一個(gè)遵循單源原則 （single-source）的系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)。內(nèi)容包括了需求開(kāi)發(fā)、邏輯功能定義、SWC設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、功能分配、電氣原理系統(tǒng)和線(xiàn)束設(shè)計(jì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及變型管理設(shè)計(jì)，新版本添加了功能安全設(shè)計(jì)、SOA設(shè)計(jì)及API設(shè)計(jì)等，涵蓋了汽車(chē)架構(gòu)V字型左邊的全部?jī)?nèi)容。PREEvision工具經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐，已經(jīng)充分發(fā)揮出其作用，成熟地運(yùn)用到汽車(chē)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)中。

基于PREEvision的工具鏈開(kāi)發(fā)，實(shí)質(zhì)上是PREEvision軟件與其他軟件的接口開(kāi)發(fā)內(nèi)容。根據(jù)電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)的流程及內(nèi)容，開(kāi)發(fā)了一套比較完善的工具鏈 （圖1），打通了固定Excel格式的Feature列表與需求層的接口開(kāi)發(fā)、固定Word格式的子系統(tǒng)功能規(guī)范與Requirement的接口開(kāi)發(fā)、Simulink與邏輯架構(gòu)層模型的接口開(kāi)發(fā)、固定Excel格式的通信矩陣與DBC／通信層模型的接口開(kāi)發(fā)、EB Cable軟件與電氣原理層模型的接口開(kāi)發(fā)、CATIA軟件與拓?fù)鋵幽Ｐ偷慕涌陂_(kāi)發(fā)等內(nèi)容，全面有效地將所有相關(guān)聯(lián)的架構(gòu)內(nèi)容有機(jī)集合起來(lái)，大大提升了工作效率與設(shè)計(jì)品質(zhì)。

圖1 基于PREEvision的電子電氣架構(gòu)工具鏈?zhǔn)疽鈭D

本文將著重介紹基于PREEvision的工具鏈各接口開(kāi)發(fā)原理，及利用工具鏈提升的效益。

2 接口開(kāi)發(fā)內(nèi)容

2.1 固定Excel格式的Feature列表與需求層接口開(kāi)發(fā)

需求開(kāi)發(fā)是電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)的開(kāi)端內(nèi)容，需要開(kāi)發(fā)整車(chē)的配置表及基于功能的Feature列表，主機(jī)廠傳統(tǒng)上會(huì)用成熟的Excel表格來(lái)開(kāi)發(fā)，PREEvision也有用于需求開(kāi)發(fā)的需求層：Feature與Requirement，但沒(méi)有Excel軟件靈活。為了方便快捷地實(shí)現(xiàn)需求設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了Excel格式的Feature列表與需求層的接口，并且此Feature列表是基于主機(jī)廠原有模板的，F(xiàn)eature列表開(kāi)發(fā)后直接導(dǎo)入到需求層，不用再手動(dòng)編輯或?qū)⒘斜碚{(diào)整為軟件自帶的模板樣式，增強(qiáng)了PREEvision內(nèi)容的融合度，大大節(jié)省了工作量。如圖2、圖3所示。

圖2 固定Excel格式的Feature列表

圖3 通過(guò)二次開(kāi)發(fā)生成的需求層

開(kāi)發(fā)接口前，定義了Feature列表的模板，然后在PREEvision中編輯算法，首先提取了Excel中的每個(gè)位置的信息，然后將這些信息賦予到PREEvision的模型元素上，從而達(dá)到接口開(kāi)發(fā)的要求。

2.2 固定Word格式的子系統(tǒng)功能規(guī)范與Requirement的接口開(kāi)發(fā)

在應(yīng)用PREEvision做架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往主機(jī)廠會(huì)根據(jù)需求，從整車(chē)模型上導(dǎo)出或?qū)胂嚓P(guān)的子系統(tǒng)功能規(guī)范，這些信息一般儲(chǔ)存在Requirement的屬性中，大量的文字內(nèi)容，如果手動(dòng)一條一條地建立，工作量大而且容易人為出錯(cuò)?；赑REEvision強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能，開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)功能規(guī)范與Requirement模型的接口，很有必要性。

接口設(shè)計(jì)中，以文檔中的標(biāo)題，作為坐標(biāo)點(diǎn)，將標(biāo)題生成為Requirement列，然后提取對(duì)應(yīng)文字，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的Requirement屬性，導(dǎo)入時(shí)注意規(guī)范中的表格內(nèi)容，需要特定處理，可以將某些內(nèi)容轉(zhuǎn)化為其他層的內(nèi)容或元素屬性，規(guī)范中的圖片，由于PREEvision軟件的自身限制，無(wú)法自動(dòng)導(dǎo)入，需要工程師手動(dòng)添加到Requirement的屬性中。導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的規(guī)范時(shí)，主機(jī)廠一般也會(huì)要求導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的邏輯框圖、部件框圖、通信內(nèi)容等，需要綜合考慮規(guī)范導(dǎo)出格式與提取的內(nèi)容。如圖4、圖5所示。

圖4 PREEvision導(dǎo)出的子系統(tǒng)功能規(guī)范示意圖

圖5 PREEvision內(nèi)的接口開(kāi)發(fā)算法示意圖

2.3 Simulink軟件與邏輯架構(gòu)層模型的接口開(kāi)發(fā)

PREEvision的邏輯架構(gòu)層表達(dá)的是功能定義的內(nèi)容，描述了senser、actuator、logical function等之間的信號(hào)交互情況，沒(méi)有動(dòng)態(tài)的內(nèi)容。通過(guò)將邏輯架構(gòu)層的模型信息提取出來(lái)，生成XML文件，然后在Simulink中編輯代碼，識(shí)別XML文件，并解析為Simulink模型?；诖薙imulink模型，添加動(dòng)態(tài)的信息，從而實(shí)現(xiàn)功能的動(dòng)態(tài)仿真。如圖6所示。

圖6 邏輯架構(gòu)層模型與Simulink接口原理圖

2.4 線(xiàn)束軟件EB Cable與電氣原理層模型的接口開(kāi)發(fā)

EB Cable軟件是專(zhuān)門(mén)做線(xiàn)束的工具，PREEvision也有線(xiàn)束層及電氣原理層專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)線(xiàn)束的內(nèi)容，但這些內(nèi)容是服務(wù)于架構(gòu)設(shè)計(jì)的概念階段，在細(xì)節(jié)與習(xí)慣上，主機(jī)廠一般沒(méi)有將模型導(dǎo)出為生產(chǎn)用輸出物，所以將概念階段的線(xiàn)束設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)出來(lái)，放到EB Cable中進(jìn)行更深層次的設(shè)計(jì)，從而將架構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容無(wú)縫隙地與深層線(xiàn)束設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)起來(lái)。

打通EB Cable與PREEvision接口時(shí)，首先從電氣原理層模型中提取了相關(guān)的元素內(nèi)容，例如usage location、part number、template comment、module、control criteria、PIN、pin-comment、pin-potential、potential-comment等信息，并輸出固定模板的Excel表格，然后在EB Cable中開(kāi)發(fā)表格識(shí)別的算法，將表格信息轉(zhuǎn)化為EB Cable的模型。在接口開(kāi)發(fā)工作中，大部分代碼開(kāi)發(fā)放在了EB Cable中，PREEvision按照表格要求，做了提取相關(guān)元素的Table設(shè)計(jì)。如圖7、圖8所示。

圖7 PREEvision提取的線(xiàn)束信息表格

圖8 線(xiàn)束信息轉(zhuǎn)化為EB Cable線(xiàn)束模型

由于線(xiàn)束設(shè)計(jì)流程的限制，往往是將PREEvision的線(xiàn)束內(nèi)容，導(dǎo)入到EB Cable中，所以接口開(kāi)發(fā)時(shí)，只做單向的就能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。

2.5 CATIA與拓?fù)鋵幽Ｐ偷慕涌陂_(kāi)發(fā)

PREEvision的拓?fù)鋵釉O(shè)計(jì)是基于2維或2.5維的線(xiàn)束安裝布置圖，主要是用來(lái)評(píng)估不同架構(gòu)方案的線(xiàn)束信息。在拓?fù)鋵咏r(shí)，可以將3維的CATIA模型導(dǎo)入到PREEvision中，將線(xiàn)束布置信息轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的安裝布置模型，節(jié)省了拓?fù)鋵咏＃P(guān)聯(lián)了3維模型。接口開(kāi)發(fā)時(shí)，采用了單向設(shè)計(jì)，將CATIA的線(xiàn)束信息提取到固定模板的Excel表格中，然后在PREEvision中開(kāi)發(fā)相關(guān)代碼，將表格信息轉(zhuǎn)化為拓?fù)鋵幽Ｐ驮?，并建立元素之間的關(guān)聯(lián)。如圖9、圖10所示。

主機(jī)廠在導(dǎo)入CATIA模型時(shí)，會(huì)考慮架構(gòu)設(shè)計(jì)的流程及時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，在PREEvision做新車(chē)型架構(gòu)設(shè)計(jì)的概念階段時(shí)，往往CATIA設(shè)計(jì)還沒(méi)有開(kāi)始，此時(shí)可以將與新車(chē)型類(lèi)似的舊車(chē)型的CATIA模型導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，然后進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，基于此拓?fù)鋵舆M(jìn)行架構(gòu)評(píng)估工作，從而提高設(shè)計(jì)進(jìn)展與品質(zhì)。

圖9 PREEvision與CATIA接口開(kāi)發(fā)原理示意圖

圖10 導(dǎo)入后的拓?fù)鋵觾?nèi)容

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基于PREEvision的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)工具鏈相關(guān)的研究，闡述了Feature列表、子系統(tǒng)功能規(guī)范、Simulink功能仿真、EB Cable線(xiàn)束開(kāi)發(fā)、CATIA安裝布置設(shè)計(jì)等內(nèi)容的接口開(kāi)發(fā)原理。后續(xù)工具鏈開(kāi)發(fā)上，在網(wǎng)絡(luò)接口開(kāi)發(fā)、CHS接口開(kāi)發(fā)等內(nèi)容可以根據(jù)需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)PREEvision自身也有大量的接口內(nèi)容，包括ReqIF接口、KBL接口、AUTOSAR接口等，這些軟件自帶內(nèi)容在架構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)大量使用，未在工具鏈開(kāi)發(fā)中詳細(xì)闡述?；赑REEvision工具鏈的架構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)和整個(gè)模型的一致性，同時(shí)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的跟蹤和一致性檢查，快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)更改的同步以及錯(cuò)誤源的快速定位，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的量化評(píng)估［3］?；赑REEvision的工具鏈快速推進(jìn)了國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)的整車(chē)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)工作的步伐，已經(jīng)成功應(yīng)用到主機(jī)廠電子電氣架構(gòu)上，具有很高的使用和推廣價(jià)值。