2.1.2 电子电气架构开发过程

电子电气架构开发过程将开发步骤按照逻辑关系和时间先后顺序连接在一起，并对每个设计步骤开始和结束的输入/输出判据进行描述。开发过程的结果是产生一个可被执行的电子电气总系统的架构，以及所采用的电子控制器和电子部件的设计说明书。电子电气架构开发过程属于整车V模型的组成部分，对应于整车V模型的需求分析和设计阶段，如图2-2所示。电子电气（EE）的开发方式分两种：

1）从下到上的方式，即从已有的部件出发，此种方式是以现有的电子电气架构为基础，仅对某些附加的功能及新部件加以补充。这种方式最适合于对现有的电子电气架构的下一代进行开发。

2）从上到下的方式，即从完整的整车需求分析出发，遵循所有的建模步骤进行建模。从上到下的开发方式适合应用于新的电子电气架构开发，如针对新的车辆平台。

具体到整车项目的电子电气架构开发工作，通常包括三个阶段：需求定义、概念设计、系统设计。

1.需求定义

需求定义是汽车电气功能开发工作的起点，当然也是汽车电子电气架构设计工作的出发点。架构工程师必须将电气功能开发的所有涉众提出的需求转化并清晰地描述为设计需求，并且将设计需求通过架构设计进行实现，确保后续的子系统和零件设计满足设计需求。

（1）“需求”的定义

1）用户解决某个问题或者达到某个目标所需要的条件或能力。

2）一个系统或系统组件为了实现某个契约、标准、规格说明（规约）或其他需要遵循的文件而必须满足的条件或拥有的能力。

3）对上述1）和2）中所描述的条件或能力的文档化表示。

以上“需求”的定义对应到整车级电气功能开发中则可以理解为：一个“电气功能子系统”为了实现某个整车级电气功能所需要满足的条件和能力，而文档化的条件和能力（如子系统功能规范）也属于需求定义的范围。

（2）“需求”的分类 需求可以分为功能性需求、质量需求和约束三类。

1）功能性需求。功能性需求定义为系统应提供的服务、系统针对特定输入如何响应，以及系统在特定情形下的行为的陈述。功能性需求其实就是系统所实现的功能，功能的核心思想是能够按照一定的规则执行动作，从而完成特定的任务，功能性需求是对任何电气功能子系统的基本需求。功能性需求是规定某个系统需要实现什么功能的需求，它解决的是功能有无的问题。

2）质量需求。质量需求定义为一个系统提供的服务或功能的质量特性，如系统的响应时间、可靠性、稳定性等。质量需求是规定功能要满足哪些质量属性的需求，如功能的时间响应是否及时、功能是否稳定、功能是否可靠及功能是否安全等，它解决的是功能好不好的问题。

3）约束。约束定义为一种限制了系统开发方式的组织或技术要求。约束通常与其他组织过程（如来自项目管理的时间或资源约束）或者系统运行的环境和上下文重叠。约束从本质上说其实是一种限制条件，它限制了系统实现功能性需求和质量需求的解决方案的可选范围。对于约束所造成的限制的影响，可能会有两种极端情况：一种是某个约束没有限制任何一个需求的实现；另一种是某个约束会导致某个需求或者一组需求根本无法实现，即约束所造成的限制排除了实现需求的所有可选解决方案。

（3）需求定义工作 对应到整车项目开发中电子电气架构开发涉及的需求定义工作，包含如下工作项：

1）市场关键技术调研。调研新平台关注的关键技术（如车辆网、高级驾驶辅助系统）市场动态，为新平台功能定义提供参考。

2）竞品车型详细解析（Benchmarking）。针对重点关注的竞品车型（某一款或几款）进行EE系统详细解析，为新车型设计提供蓝本和素材。

3）法律法规分析。分析法律法规的变化，对未来车型的新的要求。

4）现有架构资源分析。分析现有EE平台的资源，包括供应商体系、产品定义、生产、售后服务等。

5）车型/平台需求定义。确定新车型各方面需求，包括功能、配置、生产、售后服务、成本目标等（如满足未来5年）。

6）定义架构方案评估准则。定义架构方案评估准则，整个开发过程均依据该准则执行，评估维度至少覆盖可靠性、技术前瞻性、可扩展性、灵活性、复用性、成本、重量、环保性、可行性等因素。

7）功能清单（Function list）梳理。定义车辆EE系统功能开发目标，梳理详细的功能清单。

2.概念设计

概念设计对应到整车项目开发中电子电气架构开发涉及的概念设计工作，包含如下工作项：

（1）功能需求描述 针对每一个主功能，进行如下分析：

1）功能的场景描述。

2）各系统在不同场景中的基本逻辑要求。

（2）功能选型方案 针对每个主功能，进行功能方案规划：

1）功能的方案描述。

2）功能到系统的分配（功能框图）。

（3）通信策略定义 定义总线通信相关技术规范，整车所有电子控制单元（ECU）都需满足该规范要求。

（4）诊断策略定义 定义诊断相关技术规范，整车所有ECU都需满足该规范要求。

（5）电气策略定义 定义电气系统设计规范，包括电平衡开发目标定义、静态电流开发目标定义、电源系统（蓄电池、发电机、起动机）选型规范、电源分配设计规范、接地系统设计规范，为后续系统设计提供指导。

（6）网络拓扑结构设计 综合考虑通信策略、诊断策略、网络管理策略，定义车型网络拓扑结构。

如图2-3所示，概念设计阶段的目标是，以功能架构开发为基础，映射及定义整车网络架构和物理架构，具体输出物为“整车网络拓扑图”“整车电气原理图”。

3.系统设计

系统设计对应到整车项目开发中电子电气架构开发涉及的系统设计工作，包含如下工作项：

（1）功能设计

1）功能安全分析，即各个子系统功能安全概念阶段开发设计，须完成各个子系统危害分析与风险评估，以及各个子系统的功能安全目标制定及功能安全概念开发。

2）ECU功能需求（SOR），即根据子系统功能定义和功能安全目标，定义各ECU的功能需求，下发给供应商。

3）ECU功能规范设计，即制定各ECU功能的具体实现方案，主要包含法规的约束，电气原理，引脚定义，电气需求，功能逻辑，通信需求，诊断需求，网络管理需求，机械需求，售后服务，诊断需求。

（2）通信设计

1）整车各控制器总线通信矩阵（信号列表）及DBC数据库的设计与发布。

2）整车网络仿真验证分析、负载率计算，出具整车网络仿真验证分析报告。

（3）诊断设计

1）对整车各子系统诊断需求进行捕获收集，进行诊断需求规范的编制与发布。

2）对整车生产线下线检测设备开发提供技术支持，编制EOL（项目终止，停产）流程等诊断文件。

（4）电气原理设计

1）零件ICD（接口控制文件）接口文件设计，包括各零部件的原理图、接口定义。

2）零部件功率参数收集。

3）电源分配设计，确定熔丝数量、熔断器数量、分配关系。

4）接地系统设计，确定搭铁点数量、各负载接地连接关系。

5）整车电气原理设计，确定各电器部件的硬线连接关系。

（5）线束设计

1）线束布置设计，确定各零部件、线束布置方案。

2）线束原理设计，确定线束长度、插接件、线色等详细数据。

4.发展趋势

由于安全、节能、环保、舒适等方面的需求越来越高，汽车电子电气系统的重要性和复杂度越来越高，其在整车价值中的比例逐年提高，且随着车辆级别由低到高不断增加；据预测，汽车90%的创新将来源于汽车电子电气系统，其中80%将来源于软件。“软件定义车”将成为电气架构发展的必然趋势。

同时，随着自动驾驶/人机交互/车载互联（大数据）等新技术的产生和发展，现有的分布式电子电气架构形式遇到了技术瓶颈，主要表现在如下几个方面：

1）变型数量增加：数量众多的细分市场、汽车电子技术使主机厂需要为变型开发付出高昂的成本。

2）计算能力：传统的嵌入式ECU运算能力已达到极限。

3）通信带宽：功能域内和跨功能域的通信带宽不足以应付未来的数据流量需求。

4）对外通信：与车外通信时更高的数据流量将带来更高的信息安全风险。

5）可扩展性和灵活性：未来的电子电气系统需要允许迅速引入新的创新功能。

相应地，整车电子电气架构将会被驱动，从分布式向集中式进化，具体表现在如下5个关键点：

1）超级网关：包含全新路由机制，以应对迅速增长的路由复杂性及数据通信需求。

2）车与车通信：开放式的电子电气架构满足外部通信需求的同时考虑了完备的安全机制。

3）通信网络：车载以太网技术的发展将满足更高的通信带宽及更加灵活的通信机制。

4）域控制器：更多的软件功能将综合在一个高度集成的控制器节点上。

5）基础控制器：只承担与智能执行器和智能传感器相关的功能。