劉建勇、劉建銘、張發(fā)忠

（山東天海科技股份有限公司，山東 聊城 252000）

0 引言

《2021年汽車電子電氣架構(gòu)產(chǎn)業(yè)標桿企業(yè)研究》是由新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的報告，其中指出汽車電子電氣架構(gòu)升級將隨著汽車普及程度的提升和汽車功能復雜化發(fā)展成為必然趨勢，現(xiàn)階段圍繞汽車電子電氣架構(gòu)展開的升級工作主要集中在三個板塊，分別是硬件、軟件和通信。當前，多種現(xiàn)代智能化網(wǎng)絡導航系統(tǒng)被引入汽車制造中，諸多主動性、被動性的安全技術(shù)應用讓汽車架構(gòu)趨于復雜化。近些年來汽車配置復雜度逐年上升，這意味著汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計標準和要求越來越高，所以汽車電子電電氣構(gòu)設(shè)計優(yōu)化升級的需求已經(jīng)十分迫切。

1 電子電氣架構(gòu)技術(shù)的含義與未來的發(fā)展趨勢

汽車電子電氣架構(gòu)（EEA）指的是汽車電子電氣系統(tǒng)總布置，就是有效整合汽車內(nèi)的處理器、線速連接、傳感器、電子分配系統(tǒng)等，從而實現(xiàn)整車在功能、動力、運算和能量等方面的合理分配。EEA 有多種分類，多域集中式、中央集中式與最常見的分布式等，分布式類別的應用時間最長，且在相關(guān)科技技術(shù)進步的過程中已發(fā)展到了第三代。EEA 對于不同設(shè)計工程而言有著不一樣的意義，關(guān)鍵在于工程師從哪個視角去分析這一問題。就物理架構(gòu)層面來說，處理的重點在于系統(tǒng)中的實體形狀；就邏輯架構(gòu)層面而言，處理的重點在于系統(tǒng)中的軟件運行。當下兩種層面的設(shè)計語言相互獨立，所以有時候同一個詞代表不同意思，從而增加了設(shè)計流程的復雜性。有效開展電子電氣架構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化工作，需要在整個流程前期階段明確系統(tǒng)定義。如若將電子電氣架構(gòu)設(shè)計比作修筑高樓，那么工程師就好比建造師，需要圍繞電子電氣架構(gòu)的框架和模型進行合理設(shè)計與科學測算，反復優(yōu)化設(shè)計思路并校核每個環(huán)節(jié)的精準性，以此確保電子電氣系統(tǒng)具備的功能可有效滿足客戶多元化的需求。當前EEA 技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了很大的進步，尤其是連接器、電子元件等都趨于小型化、迷你化，且裝配工藝和制造工藝也逐漸智能化發(fā)展，所以需要提高汽車生產(chǎn)靈活性，保持各項發(fā)展的同步性和匹配度。

2 對汽車電子電氣架構(gòu)系統(tǒng)需求的分析

合理優(yōu)化EEA 設(shè)計對汽車而言，能讓汽車整體重量減輕20% 左右，同時降控生產(chǎn)成本的幅度可達到30%，因此有效開展EEA 設(shè)計對整個汽車行業(yè)發(fā)展而言有著重要的現(xiàn)實意義。有針對性且有序地開展EEA 合理設(shè)計的前提是全面掌握汽車電子電氣系統(tǒng)需求，通過構(gòu)建一個完整的運行平臺來奠定電子電氣系統(tǒng)研究基礎(chǔ)，在此過程中都是選用工程管理工具導入現(xiàn)有需求。針對部分已有需求，設(shè)計優(yōu)化時要以市場特性為前提，同時從功能性和非功能性兩個層面去考慮綜合性需求，通常情況下EEA 系統(tǒng)需求分為操作層面與功能層面。

2.1 基于操作層面需求分析EEA 系統(tǒng)

就根本上而言，分析EEA 系統(tǒng)操作性的目的在于更好地滿足各種外部需求，主要是從商業(yè)用途和用戶體驗考慮，做到EEA 開發(fā)與設(shè)計過程對外部需求的充分考量。關(guān)于EEA 系統(tǒng)可靠需求主要有三個，一是聯(lián)合運用多種操作技術(shù)深入分析EEA 系統(tǒng)需求；二是圍繞系統(tǒng)需求分析實施對應的量化工作，以期精準驗證該種程度對客戶方功能需求的滿足情況；三是制定完整的假象分析圖，直觀分析某些特殊情況中可能存在的潛在性需求與功能；四是針對多種模式背景下的EEA 系統(tǒng)功能需求做到合理制定，確保滿足功能需求的板塊處于正常運行狀態(tài)，特別需要觀察的就是故障狀態(tài)下的運行情況。

2.2 基于功能層面需求分析EEA 系統(tǒng)

就實質(zhì)上而言，分析EEA 的功能層面需求同樣也是為了更好地滿足系統(tǒng)外部需求，所以同樣具有促進EEA 系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義。不過在難以保證需求正確與全面的前提下，有必要基于功能性需求考慮的模型，通過細致分析這個需求模型做到對外部需求的準確、完整掌握。關(guān)于功能性需求模型的構(gòu)建，第一步就是保證需求分析合理，避免在過程中發(fā)現(xiàn)某些行為表現(xiàn)恰好是完成切實需求的功能板塊，這種時候就要采取修正措施處理需求模型的不足，并交由相關(guān)負責人一同商議后確定系統(tǒng)功能特征，實現(xiàn)一個動態(tài)化建模的標準流程。

3 EEA 設(shè)計與優(yōu)化的具體流程

關(guān)于EEA 的設(shè)計與優(yōu)化，普遍采用的標準流程就是國際上通用的“V”模式（見圖1），下面具體就從四個階段來闡述EEA 平臺設(shè)計與優(yōu)化流程。

圖1“V”模式開發(fā)流程

3.1 第一階段：整車需求定義

通過新車型各項數(shù)據(jù)對比結(jié)果、市場定位，再結(jié)合收集的客戶特殊需求，進行一系列的評估后，確定新車型的整車需求以及細化每個子系統(tǒng)需求，同時制定測試整車需求滿足程度的方法。市場策劃部和車型設(shè)計戰(zhàn)略部是汽車制造企業(yè)發(fā)展必不可少的兩個部門，這兩個部門在優(yōu)化EEA 設(shè)計前要根據(jù)現(xiàn)階段市場車型展開各項參數(shù)分析，與此同時根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果預判未來一段時間里市場動態(tài)變化和車型發(fā)展趨勢，精準定位面向不同市場的車型風格定位。這是整車需求定義的關(guān)鍵內(nèi)容，有利于開發(fā)商設(shè)計研究工作順利開展，為EEA 設(shè)計和優(yōu)化提供有價值的參考信息，既要提升汽車企業(yè)經(jīng)濟效益，也要滿足人們對汽車的系統(tǒng)需求和功能需求。

3.2 第二階段：系統(tǒng)/架構(gòu)設(shè)計

圍繞電子電氣系統(tǒng)需求制定升級系統(tǒng)的方案，從物理層面和邏輯層面定位EEA 需求，制定測試系統(tǒng)/架構(gòu)設(shè)計達標與否的方法。現(xiàn)階段，標桿管理模式已廣泛地應用到了汽車設(shè)計中，以標桿車質(zhì)量評估為準，結(jié)合企業(yè)自身EEA 的性能、拓撲結(jié)構(gòu)、設(shè)計成本、供電系統(tǒng)等因素考慮，開展EEA 設(shè)計與優(yōu)化工作。針對標桿車的全面分析中，通常會大量使用相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，對工作人員而言工作難度、工作量都大大提升。因此，企業(yè)要在具體環(huán)節(jié)中合理應用EEA 設(shè)計優(yōu)化相關(guān)工具，一方面可有效減少分析數(shù)據(jù)信息的工作量，另一方面還能一并發(fā)揮數(shù)據(jù)庫功能，完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.3 第三階段：電子電氣件設(shè)計

從物理和邏輯兩個層面考慮，針對每個電子電氣件解決方案，滿足電子電氣對機械、軟件和硬件的需求，同樣要制定測試設(shè)計達標與否的方法。EEA 設(shè)計與優(yōu)化的重點在于對用戶需求的滿足，這與汽車最終的市場銷量有著直接關(guān)系，所以分析市場需求分析是以EEA 為輔，主要從市場需求中提取有助于銷售人員和項目規(guī)劃設(shè)計人員工作的信息，相關(guān)信息還能為汽車銷售定價提供參考。

3.4 第四階段：電子電氣件開發(fā)

零部件供應商按照電子電氣件的機械、軟件與硬件需求開發(fā)制造多種器件，并自行制定測試開發(fā)達標效果。深入探究EEA 需要相關(guān)設(shè)計人員結(jié)合通信網(wǎng)絡、線束、拓撲結(jié)構(gòu)等多個方面分析，因此各廠家要建立和諧的交流配合關(guān)系，建議在此過程中融入分層設(shè)計思想。有幾點需要特別注意的地方，一是EEA 功能定義為架構(gòu)模型設(shè)計；二是EEA 邏輯功能定義為描述電子電氣架構(gòu)功能與方法；三是關(guān)注包括遠離層、網(wǎng)絡層和部件層在內(nèi)的EEA 硬件，通過優(yōu)化設(shè)計提升其收發(fā)信息的準確性；四是科學設(shè)計汽車拓撲結(jié)構(gòu)，不能忽略任意一個零部件。

3.5 第五階段：驗證環(huán)節(jié)之電子電氣件設(shè)計

按照此前制定的測試方法，規(guī)范檢測電子電氣件設(shè)計是否達到預期目標。

3.6 第六階段：驗證環(huán)節(jié)之系統(tǒng)/架構(gòu)設(shè)計

按照此前制定的測試方法，規(guī)范檢測系統(tǒng)/架構(gòu)設(shè)計是否達到預期目標。

3.7 第七階段：驗證環(huán)節(jié)之整車需求目標

按照此前制定的測試方法，規(guī)范檢測整車需求目標是否實現(xiàn)。

4 汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

4.1 對數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化升級

相關(guān)工作人員在EEA 設(shè)計優(yōu)化中必須充分考慮用戶體驗和需求，否則，很容易導致用戶體驗不佳，這種缺失了實操意義的設(shè)計，對汽車企業(yè)經(jīng)營效益的提升是沒有任何促進作用的。對此，需要設(shè)計人員對數(shù)據(jù)庫進行優(yōu)化升級，當前EEA 的設(shè)計有必要將“智能化”作為一個標桿或要求，為用戶提供緊跟時代發(fā)展的優(yōu)質(zhì)服務。通過優(yōu)化數(shù)據(jù)庫可以合理有效使用數(shù)據(jù)技術(shù)，讓汽車電子系統(tǒng)在實際應用環(huán)節(jié)實時反映各種運行情況，讓智能化汽車系統(tǒng)為用戶提供更好的體驗感。設(shè)計人員在優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的流程中，要全方位考慮人們常有的行為習慣，并錄入一些道路分析參數(shù)，增強汽車應用各種突發(fā)情況的處理能力。數(shù)據(jù)分析在當代社會各行各業(yè)中都發(fā)揮著不可替代的作用，尤其是智能化的分析人們的習慣和使用需求，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化工作能在很大程度上讓設(shè)計工作更加高效、便捷，還能推動企業(yè)制造與設(shè)計智能化發(fā)展。

4.2 對設(shè)計工作進行優(yōu)化升級

能夠合理選擇設(shè)計工具將在很大程度上影響整個EEA 設(shè)計優(yōu)化效果。使用具有一定成熟性的技術(shù)開展設(shè)計工作，借助用戶接口和數(shù)據(jù)支持來充分利用所得設(shè)計結(jié)果，并靈活的調(diào)整EEA。由于EEA 有著十分凸顯的精細化特征，所以對設(shè)計工作的精細度要求很高，尤其是EEA 設(shè)計圖紙的工作難度是最大的，為了有效避免后期返工、失誤等問題出現(xiàn)，相關(guān)設(shè)計人員一定要仔細檢查圖紙內(nèi)容，嚴格按照工作標準逐項進行檢查。首先，細致全面地檢查設(shè)計圖紙內(nèi)容，為后期EEA 設(shè)計與優(yōu)化工作的質(zhì)量提供有力保障，并為EEA 設(shè)計優(yōu)化實踐減少不必要的環(huán)節(jié)，提升效率。如若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)了不妥之處，在未修改之前切記不可投入使用，只有通過了初級檢查的圖紙才能投入下一階段工作。其次，對設(shè)計樣品進行全面檢查，完成EEA 設(shè)計優(yōu)化后的初步成果就是一個樣品，再通過樣品對設(shè)計圖紙進行1∶1 還原，全面檢查樣品的目的在于保證投入使用效果，發(fā)現(xiàn)有任何影響實際使用功能的問題，都表示設(shè)計上還存在著有待完善的地方。

4.3 合理選擇通信網(wǎng)絡

汽車每一個環(huán)節(jié)的通信效果都與EEA 水平息息相關(guān)，當通信質(zhì)量不達標時，整車性能發(fā)揮有限，用戶的汽車使用感就會下降。在EEA 設(shè)計與優(yōu)化過程中，有必要高度重視通信網(wǎng)絡的合理選擇，要為汽車性能匹配一個運行效率和穩(wěn)定性均符合要求的通信網(wǎng)絡。EEA 未來一段時間的發(fā)展趨勢為智能化，所以在EEA設(shè)計與優(yōu)化工作中要將各板塊之間建立緊密的聯(lián)系，杜絕出現(xiàn)卡頓、延遲等因通信不佳導致的問題，盡量保證運行效果和用戶體驗感。比如內(nèi)置導航提供的信息存在卡頓延遲現(xiàn)象，對汽車行駛路線的選擇影響巨大，甚至可能造成嚴重社會后果，所以設(shè)計人員要對通信網(wǎng)絡做到反復測試與合理選擇，為EEA 設(shè)計與優(yōu)化做好輔助工作。

4.4 持續(xù)完善電氣故障檢測措施

操作人員在處理電氣故障問題中，往往是通過啟動和停止電氣運行來判斷電流消耗情況。關(guān)于電氣功率的檢查，通常以汽車輸出電流判斷標準，若電流值與標準相符，則代表可以按照常規(guī)操作關(guān)閉或開啟電氣。由于電氣在開啟或關(guān)閉過程中存在瞬間電流，所以有必要延長檢測時間，以時間長度為準，進行輸出電流判斷，以此得出電氣運行所消耗的電流量，值得注意的是，要結(jié)合電流平均值進行電力消耗判斷，這樣才能得出更加精準的電氣功率。在檢測車輛電子故障環(huán)節(jié)中，必然要對車輛電子控制部分故障進行排查，上述工作均通過汽車診斷口完成，設(shè)計人員可以根據(jù)常規(guī)檢測方式進行故障診斷，憑借執(zhí)行器和傳感器在數(shù)據(jù)傳輸上的精準、高效優(yōu)勢，并結(jié)合ECU 將故障診斷計劃落到實處，有不合理數(shù)據(jù)出現(xiàn)則表示ECU 發(fā)生了故障。

5 結(jié)語

諸多國外汽車生產(chǎn)廠商都有屬于自己的汽車電子電氣架構(gòu)平臺，還有配套的標準化設(shè)計優(yōu)化流程，每種車型的設(shè)計與開發(fā)都經(jīng)過了這一流程。近幾年，我國對該項技術(shù)的研究已經(jīng)有了些許成果，但還有很大的提升空間，當下需要進一步加速研發(fā)并構(gòu)建屬于自己的EEA 平臺和規(guī)范化設(shè)計優(yōu)化流程，尤其是目前汽車市場競爭愈加激烈的情況下，汽車企業(yè)需要妥善應對開發(fā)成本過高、產(chǎn)品開發(fā)周期過長、品質(zhì)與性能與市場需求不符等難題。所以我國汽車生產(chǎn)廠商要圍繞EEA 設(shè)計與優(yōu)化強化研發(fā)力度，提升我國汽車制造的影響力和競爭力。