汽车电子电气架构设计与优化措施分析

汽车电子电气架构设计与优化措施分析

作者：仲小霞

来源：《电子世界》2012年第19期

【摘要】在对汽车电子电气架构设计的系统需求进行分析的基础上，提出了系统电子电气架构设计系统需求的实现，并提出了几种电子电气架构设计优化的措施。 【关键词】汽车电子；电子电气架构；EEA

为了有效的满足人们对汽车操控性能、燃油经济性以及驾驶的安全舒适性等方面的要求，绝大部分的现代汽车都利用了大量的通信线路，形成了一个系统而复杂的电子电气控制系统。据相关数据统计，电子电气系统中包括了超过一公里的导线、几十个电子控制芯片和几条串行通信总线。加之现代导航系统、智能网络以及各种被动、主动安全技术使得汽车的电子电气架构更加的复杂。这时，针对汽车电子电气架构流程的设计以及后期的优化就显得尤为重要。 1.系统需求分析

一个合适的电子电气架构设计将使得汽车的总重量降低多达20%，而且汽车的生产成本也将降低达30%以上，将能够更加高效的改善汽车的综合性能合、提高汽车装配的简单程度并增加汽车各个零部件的兼容性等。因此，通过分析汽车电子电气系统的需求，研发电子电气架构的整体平台，在这个基础平台之上进行新的电子电气系统研发工作，将可以有效的降低汽车开发的成本，缩短汽车电子电气架构的开发周期，提高汽车的整体性能和品质。

哪些功能性部件在电子电气架构设计的过程中需要清楚的描述，这对于提高整个系统的开发质量将具有及其重要的作用。而对于已有的需求，通常是从工程管理工具的途径来导入的，诸如Telelogic Doors等方式。其中的需求就对架构设计需要考虑诸如功能性、非功能性等方面的需求。而这些需求主要是来自于对市场特性的要求，是整体系统功能性要求可感知的部分。而系统的需求分析主要包括这样两个方面的内容。 1.1 系统的可操作性需求分析

针对系统的可操作性的需求分析主要的目的在于是用户对系统外部的系统需求，诸如商业、客户以及法律法规需求等，其重要目的是确保系统的设计及开发工作能够满足这些外部需求。

作为一种高层次的需求分析，可操作性分析在实际的开发工作中通常没有得到应有的重视，这经常会带来下面的一些问题：不能够对系统的设计工作是否可以满足客户的相关需求，这主要是因为当前的客户需求和系统设计之间还存在着信息切断的问题，导致系统的设计难以在将来的具体工作中得以升级或者是得到重视，并难以确定这方面的工作。在系统安全性与可靠性方面的设计工作还较为缺失，同时也缺少对系统的商业需求分析。

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汽车电子电气架构的可操作性需求分析主要包括下面这样几个方面：（1）设定的操作情形分析，这部分的操作主要是分析在多种操作情况之下，对于电气系统的具体需求；（2）系统性能需求以及对应的量化，这个需求分析程序的重要目的就是对满足客户功能需要的程度进行验证和分析，以对相关的可选功能进行评估、取舍；（3）假想示例分析图示，主要是分析在特殊使用情况下相关功能的潜在需求以及当前所没有的功能；（4）多功能模式以及功能状态分析，在多个特定的模式之下，如何系统的定义电气系统的功能需求，尤其是在出现软硬件故障时，相关功能的运行状态的实现问题；（5）系统边界的确定，该电气系统和其他的系统进行信息交换的接口，诸如输入与输出等，需要注意的一点时，在这个设计程序中可以不涉及到所需要的具体信息，诸如物理层面等方面的内容；（6）交互信息的确定与定义，各个系统之间进行信息交换过程中的相关信息属性，诸如信息的内容、格式、信息的输入输出操作方式等。

1.2 电子电气架构的功能性需求分析

功能性需求分析的主要目的在于对系统的内部需求进行分析，其主要目的在于通过分析来满足用户对系统的外部需求，需要系统怎样的功能才能满足其实际的工作需要。在实际的设计过程中，架构系统的功能性需求析对于架构设计而言是一项必不可少的环节。但是在不能确保完整性以及需求正确性的情况下，通常需要对之进行功能性需求模型分析。一个完全的模型应该完好的体现出用户的需求，因此在建立模型的过程中应该假设所设定的需求分析自身是完整而正确的。之后，经常会存在着一些需求缺失以及不够合理的问题，这一点在架构系统的研发初期尤其重要。通过建立的模型来提供对外部的完整性以及正确性进行确认。通常而言，对具体需求的更改以及建模属于一个互动的过程。这时，可以通过对需求模型的分析来满足需求。但是，有时候会发现模型中所表示的一些行为恰好是真正需要完成的功能部分。这时，就需要对建立的需求分析模型进行适当的修改。而最终的系统特征是由相关的负责人来决定的。所以，功能需求模型能够有效的弥补这方面的缺失，发现其中不存在的合理性行为方式等，保证其功能分析更加全面。

2.汽车电子电气架构系统需求的实现

通过系统的需求分析，对系统的需求进行了明确的确定。而需求实现的阶段则是将整个系统分配并实现到整个电子电气架构体系当中。

整体架构的设计主要的程序包括：（1）在确定的系统约束基础之上对可行的架构方案进行列举，诸如ECU数量的确定、ECU通信方式等。而系统约束主要是ECU中的可用性资源（诸如传感器、执行器等）、沿用的架构方案等；（2）多种功能需求的具体分配；（3）非功能需求的具体分配；（4）安全以及可靠性分析的实现；（5）多个备选架构方案进行综合性能指标分析和评估等。同时，还应该建立起架构的评估方案等工作。 3.汽车电子电气架构优化措施

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3.1 基于数据库的优化措施 （1）标准数据库基

标准数据库总应该包括了全球范围内所有汽车的生产厂商，多个档次的车型（A级—E级）的详细的电子电气架构设计信息。 （2）市场发展趋势数据库

市场发展趋势数据库主要是针对全球范围内所有的汽车生产厂商以及零部件生产厂商的在研发或者是准备研发的未来电子电气架构设计方案或者是设计样品等。 （3）解决方案数据库

在结合标准数据库和市场趋势数据库的基础上，对比对应的电子电气架构设计数据库等形成最终的解决方案数据库平台，通过分析和评估而形成最终的解决方案。 3.2 电子电气系统的设计与优化工具

采用适当的设计和优化工具将可以对需要的结构进行优化并形成对应的管理，同时还能确定对应的配置设计。因此，在设计的过程中还可以选择PREE vision等来进行成熟而先进的电子电气设计以及优化工具。这主要是它具有图形化的用户接口、数据库支持系统、可重复利用的设计结果以及支持电子电气架构的再修改和再学习等。 3.3 通信网络设计及优化工具

可以采用VECTOR等公司生产的成熟通信网络设计与优化工具，对整车进行结构的拓扑优化、延迟时间以及负载率的设计及优化等，以保证目标架构的逻辑要求得以满足。 4.汽车电子电气架构设计与优化的主要流程

上文对汽车电子电气的功能需求以及可靠性进行了分析，下面将综合其他设计程序获得对应的设计与优化整体流程。当前国际通用的开发模式为“V”型开发流程。将整个设计和优化流程分为下面这样六个程序。

第一阶段，对整车的功能需求进行定义。这个阶段主要是结合市场对新车的需求、各种车型的相关数据以及相关客户的具体需求，在经过初步的分析与评估之后，制定对应的整车需求定义，包括电子电气系统等，进而确定一个符合市场需要的整车电气测试规范。

第二阶段，整个系统的架构设计。根据电子电气的系统需求，只的那个得到各个系统下级的电气加工解决方案，并设计整车的电子电气架构方案当中的物理与逻辑架构等。

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第三阶段，具体的电子电器件设计。根据上一阶段设计的相关物理以及逻辑架构来设计具体的电气器件解决方案，对其中需要用到的电气器件、软件以及机械设计相关需求等，形成对应的测试与操作规范。

第四阶段，进行电子电器件及相关设备的开发。在这个阶段主要是根据所设计的系统硬件、软件、机械系统的相关需求来开发并研究对应的电子电器件，这部分的工作主要是有整车的零部件供应商来完成的。在这个过程中，零部件供应商都根据自身的测试以及规范方法等来验证这些器件是否满足汽车生产厂商的硬件、软件以及机械系统的需求。

第五阶段，对相关的电子电器件的设计方案进行验证，确保所设计的方案能够被定义和使用。

第六阶段，对整车的系统/架构设计方案进行验证，确保对应的测试与规范方法能够用于整车电子电气架构方案的验证。

第七阶段，对整车电子电气架构的设计目标进行验证，保证对应的设计需求目标得以实现。 参考文献

[1]高焕吉.汽车电子电气架构设计与优化[J].汽车电器，2011（6）：7—9.

[2]Joachim Lassmann.商用车电气电子（E/E）架构现状与全球趋势[J].商用汽车，2009（3）：116—119.