基于模型的整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)

最近十年來，整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)領(lǐng)域，基于模型的開發(fā)方法已經(jīng)被廣泛接受，甚至被作為首選的開發(fā)方法，目前已經(jīng)成為保證設(shè)計(jì)成功的一個(gè)必要措施。隨著燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)和道路安全要求的逐步加強(qiáng)，汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)中必須要考慮系統(tǒng)整體優(yōu)化，并需要提高開發(fā)效率、縮短開發(fā)時(shí)間，此時(shí)基于模型的方法就變得非常重要。采用這種方法必須要借助工具才能實(shí)現(xiàn)，PREEvision是整車廠中常用的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化工具。其功能包括需求開發(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)。該工具涵蓋了從概念原型設(shè)計(jì)階段到具體詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，并支持大型工程團(tuán)隊(duì)的詳細(xì)開發(fā)和系統(tǒng)規(guī)范制定工作。本文依托該工具對(duì)基于模型的整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

開發(fā)流程

為了能夠保證電子電氣架構(gòu)體系的質(zhì)量，電子電氣架構(gòu)開發(fā)需要按照一定的流程進(jìn)行開發(fā)，電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程主要包括：確定車型市場(chǎng)定位，對(duì)標(biāo)分析，需求開發(fā)，架構(gòu)模型設(shè)計(jì)、輸出方案設(shè)計(jì)文件等步驟。

1)市場(chǎng)定位

市場(chǎng)企劃部或車型戰(zhàn)略部通過市場(chǎng)調(diào)研，分析待開發(fā)車型的市場(chǎng)表現(xiàn)，調(diào)研銷售人群需求，根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)狀況及對(duì)未來市場(chǎng)的評(píng)估，確定待開發(fā)車型的定位、外形、風(fēng)格、預(yù)銷售地區(qū)、市場(chǎng)前景等內(nèi)容。此時(shí)的車型定位決定了后續(xù)對(duì)標(biāo)工作的車型以及電子電氣系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜程度。

2)對(duì)標(biāo)分析

在對(duì)新車型進(jìn)行開發(fā)之前，一般需要選擇一款或幾款企業(yè)內(nèi)部的既有車型以及市場(chǎng)表現(xiàn)較好的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手車型進(jìn)行全面的對(duì)標(biāo)分析，獲取對(duì)標(biāo)車型的相關(guān)功能與非功能特性。對(duì)標(biāo)分析包括以下內(nèi)容：電子電氣特性配置；功能需求規(guī)范；車輛駕駛與操作的測(cè)量；CAN總線測(cè)量；供電系統(tǒng)分析；電子電氣拓?fù)浞治?；ECU節(jié)點(diǎn)技術(shù)規(guī)范分析；電子電氣成本分析等方面。

對(duì)標(biāo)工作量較大時(shí)，對(duì)標(biāo)成果包含的信息很多，一般不采用文檔的形式保管，而是將對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)保存到企業(yè)數(shù)據(jù)庫中，比如PREEvision所提供的電子電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。對(duì)標(biāo)分析的結(jié)果，可用于分析現(xiàn)有車型的不足、提出新的功能需求并為新車型的設(shè)計(jì)提供藍(lán)本和素材。

3)需求開發(fā)

需求開發(fā)的工作需要結(jié)合車型市場(chǎng)定位與對(duì)標(biāo)結(jié)果，并結(jié)合以往車型的相關(guān)數(shù)據(jù)開展。主要包括確定需求規(guī)范與制定評(píng)判準(zhǔn)則兩方面內(nèi)容。

確定需求規(guī)范首先需要收集客戶的需求以及法律法規(guī)的要求，初步確定整體的功能需求；其次收集其他車型參考信息，如果是改型項(xiàng)目，可以參照已有車型的需求文件，如果是全新車型，可以參考對(duì)標(biāo)車型的需求信息；再次需要將客戶需求和法規(guī)要求具體化，并用技術(shù)語言描述，制定具體技術(shù)需求文檔，形成Excel列表或DOORS文件。

評(píng)判準(zhǔn)則由公司內(nèi)部相關(guān)領(lǐng)域的專家共同制定。評(píng)估準(zhǔn)則的制定分為兩個(gè)方面，一是要確定在對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估時(shí)需要考慮的各方面影響因素，二是要確定各影響因素所占的權(quán)重。當(dāng)完成電子電氣架構(gòu)建模之后，根據(jù)該評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型評(píng)估與變型比較。圖1所示即為評(píng)判準(zhǔn)則的范例。
 

4)電子電氣架構(gòu)模型設(shè)計(jì)

整車電子電氣系統(tǒng)開發(fā)過程中，會(huì)涉及到需求、功能設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、功能分配、線束設(shè)計(jì)等多方面內(nèi)容，由不同部門或工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行共同開發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)多團(tuán)隊(duì)并行開發(fā)過程中的合理分工與協(xié)作，整個(gè)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)需要按照分層設(shè)計(jì)的思路展開 (如圖2所示)。在模型開發(fā)過程中需要進(jìn)行不斷的評(píng)估優(yōu)化，最終選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
 

a)需求定義

該層需要導(dǎo)入需求開發(fā)的工作成果——需求規(guī)范，也可以直接將需求開發(fā)的工作在此階段開展。該層用來描述電子電氣系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能需求和非功能需求，是電子電器架構(gòu)設(shè)計(jì)的起始點(diǎn)。

b)功能邏輯設(shè)計(jì)

該層約定整個(gè)系統(tǒng)功能的邏輯實(shí)現(xiàn)方法。功能網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容包括邏輯傳感器、功能塊、邏輯執(zhí)行器等功能模塊，以及各功能模塊之間的信息交互接口。當(dāng)功能網(wǎng)絡(luò)層各模塊之間的端口通過信息交互接口連接后，相應(yīng)模塊就能進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信息的交換。在功能網(wǎng)絡(luò)里，用戶可以看到各功能模塊之間的邏輯關(guān)系。

c)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該層主要包括網(wǎng)絡(luò)層、部件層和原理層。網(wǎng)絡(luò)層描述各部件之間的邏輯連接方式，例如：總線系統(tǒng)、傳統(tǒng)連接、電源供應(yīng)和地線連接，這些連接將在隨后的線路原理層進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化；部件層描述每個(gè)部件內(nèi)部構(gòu)成及其對(duì)外接口的詳細(xì)信息；線路原理層描述網(wǎng)絡(luò)層中邏輯連接的具體實(shí)現(xiàn)情況，如具體的導(dǎo)線、線纜連接方式、保險(xiǎn)繼電器盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

d)線束層設(shè)計(jì)

邏輯和原理性的連接關(guān)系在線束層中進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。該層中可以將線路原理層的連接關(guān)系在電線和電纜兩方面進(jìn)一步細(xì)化，將線束特定的屬性添加到模型中。在該層中每段電線（或電纜）及相應(yīng)的接插件都具有其物理屬性（包括單位長(zhǎng)度重量、成本、過流能力等信息）。線束元素將來可以在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中形成具體的電線和電纜布局（包括結(jié)合點(diǎn)和對(duì)接插頭的布局等）。

e)拓?fù)鋵釉O(shè)計(jì)

該層描述了電子電氣系統(tǒng)的實(shí)際布置情況。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況，確定各個(gè)部件以及線束的最終安裝位置，需要設(shè)定不同安裝位置之間的“線路段”的具體長(zhǎng)度。之后便可以得出電子電氣系統(tǒng)中的整個(gè)線束的統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度。

5)輸出設(shè)計(jì)文件

當(dāng)確定最優(yōu)的方案之后可以根據(jù)此方案輸出整個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及各部件的設(shè)計(jì)規(guī)范。將規(guī)范分發(fā)給相關(guān)部門以進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
 

模型應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

通過分層開發(fā)的電子電氣架構(gòu)模型是一個(gè)擁有豐富屬性的系統(tǒng)，針對(duì)該模型可以進(jìn)行多種的應(yīng)用，基于模型的開發(fā)方式為整車電子電氣開發(fā)帶來了諸多優(yōu)點(diǎn)。

1)開發(fā)工具統(tǒng)一化

傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)開發(fā)中，基本依靠Excel、Visio、Word等工具，會(huì)生成大量的文檔。基于模型的開發(fā)方式則采用統(tǒng)一的開發(fā)工具，將電子電氣系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容都集成到一款工具中，從而形成整體的數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)一致性。

2)數(shù)據(jù)跟蹤功能

PREEvision工具采用分層開發(fā)的方式來建立電子電氣架構(gòu)的模型，通過超過30種跨越不同技術(shù)層面的信息映射方法實(shí)現(xiàn)各層面之間的映射聯(lián)系，使得電子電氣架構(gòu)模型形成一個(gè)整體，保證了整個(gè)模型的一致性，同時(shí)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤，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。

3)一致性檢查

基于模型的方法能夠快速進(jìn)行一致性檢查，能夠檢驗(yàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性與不一致性；能夠檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠駶M足總體需求和自定義的需求。在工具支撐下可以快速檢索到不一致的元素，從而使相關(guān)問題的解決更為容易。

4)架構(gòu)評(píng)估

除了滿足功能需求外，系統(tǒng)架構(gòu)還應(yīng)盡量符合特定的性能要求。基于模型的方法能夠根據(jù)指定的評(píng)估算法和計(jì)算環(huán)境，針對(duì)電子電氣模型中各種參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。通過架構(gòu)評(píng)估能夠得到度量指標(biāo)的估計(jì)值甚至是精確結(jié)果，再將此結(jié)果與預(yù)先給定的參考值進(jìn)行比較，即可對(duì)架構(gòu)性能優(yōu)劣程度進(jìn)行量化評(píng)估。

5)變型管理

架構(gòu)開發(fā)過程中，同時(shí)設(shè)計(jì)多個(gè)方案，用于比較和選型的方法，稱為“變型”。基于模型進(jìn)行開發(fā)能夠容易地將整體模型分解成多個(gè)模型部件，并能為模型部件建立多個(gè)備選方案，并進(jìn)行重新整合。通過架構(gòu)評(píng)估的功能可以有效評(píng)估各種方案的優(yōu)劣，并得到可靠的電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)模型。

另外基于模型的開發(fā)方式能夠很好的綜合整車的電子系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)，能夠?qū)φ嚨碾娮与姎膺M(jìn)行全局優(yōu)化；電子電氣模型非常容易再次利用，利于公司的技術(shù)積累。

本文小結(jié)

基于模型的電子電氣架構(gòu)開發(fā)方法一般采用的開發(fā)流程為：確定車型市場(chǎng)定位，車型對(duì)標(biāo)分析，需求開發(fā)，架構(gòu)模型設(shè)計(jì)、輸出方案設(shè)計(jì)文件等步驟?；谀Ｐ偷拈_發(fā)方法能夠采用統(tǒng)一的工具，很好的保證模型數(shù)據(jù)的一致性，能夠進(jìn)行便捷的變型管理，能夠提供快速自動(dòng)的評(píng)估計(jì)算，使得整車廠的電子電氣架構(gòu)開發(fā)工作變得更加快速便捷。