电子电器架构设计与开发流程

电子电器架构设计与开发流程

随着汽车配置复杂度的增加，电子电器系统越来越复杂。同时，电子电器的成本压力也越来越大，对电器系统优化的要求也日益增加。鉴于以上原因，电子电器架构EEA （Electronic & Electrical Architecture，以下简称EEA）的概念就应运而生。

一、EEA的定义

EEA 相当于汽车电子电器系统的总布置。具体来说，EEA就是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，通过对功能、性能、成本和装配等各方面进行分析，所得到的最优的电子电器系统模型。

二、EEA开发的必要性

汽车发展至今，已不仅仅是代步工具，更是具备安全、舒适、娱乐等性能的集合体。而实现这些配置的正是不同的电子器件；电子电器对整车空间、功能、性能、成本、装配、开发周期等各方面都有更高更复杂的要求，传统的原理及线束设计已经远远不能满足。而且随着汽车行业平台化和模块化的发展，整车电子电器的开发也必须遵循一定的次序和规则，顺应汽车行业和企业自身发展方向。

因此，在平台规划和项目规划前期，就要开始EEA 的规划，从而对电子电器系统开发进行有效管理和控制。电子电器平台及开发如下图所示。

三、EEA开发流程

针对汽车电子电器架构的设计与优化，遵循目前国际上通用的标准的V模式开发流程。

1、需求及目标定义

结合新车型的市场定位、对比车型的各种数据以及客户的特殊需求，经过分析与评估，制定新车型的整车需求，定义各个子系统的需求（包含电子电器系统），同时制定验证整车需求是否被实现的测试规范与方法。

2、系统／架构设计

根据电子电器系统的需求，制定系统级电子电器架构的解决方案，定义电子电器架构中物理架构和逻辑架构的需求，同时制定验证系统／架构设计目标是否被实现的测试规范与方法。

电子电器架构图

3、电子电器件设计

根据物理架构和逻辑架构的需求，制定各个电子电器件的解决方案，定义电子电器件硬件、软件、机械的需求，同时制定验证电子电器件设计目标是否被实现的测试规范与方法。

4、电子电器件开发

根据电子电器件硬件、软件、机械的需求，开发各个电子电器件，此项工作由零部件供应商完成；同时零部件供应商根据自己的测试规范与方法，验证是否满足主机厂的电子电器件硬件、软件、机械的需求。

5、电子电器件设计验证

根据相应的测试规范与方法，验证电子电器件设计目标是否被实现。

6、系统／架构设计验证

根据相应的测试规范与方法，验证系统／架构设计目标是否被实现。

7、整车需求目标验证

根据相应的测试规范与方法，验证整车需求目标是否被实现。

电子电气系统架构开发设计交付内容如下：

四、V模式设计与开发解析

EEA的开发是一个庞大的系统工作，下面主要从设计及开发整体的角度进行解析。

设计目标定义

1、需求及目标定义

需求及目标的定义是整车EEA 开发的输入和目标，关系到整车及EEA开发的成败，其意义非常重大，主要包含3个方面:

1）客户需求分析

通过市场调研，获取不同客户群对不同级别车型的配置和功能要求、操作习惯等信息。此项工作目前由专门的咨询公司，如JD Power等，或者整车厂的市场部通过各种渠道来完成。

2）标杆车型分析

对标杆车型的选择及其分析，目前由整车厂选择标杆车型自行分析，或者委托设计公司分析；通过分析，可以得到不同级别、不同配置车型在不同方面（配置、装配、空间、成本等）设计的优劣。作为搭建EEA平台的输入，标杆车型的分析是一个行之有效的方法。

3）发展趋势分析

当今社会，科技高速发展，汽车电器件更新换代异常频繁，客户对汽车的娱乐性、舒适性等要求也日新月异。作为EEA开发，在需求分析和定义的时候必须考虑到这一点，才不至于落后于时代，满足未来市场的需求。另外，汽车行业的法规也是发展趋势分析的重点，车型的定义需要有前瞻性。

以上三部分内容，相互关联，相互影响，故在EEA 开发在最初阶段，要作为需求分析和定义的纽带，将客户需求、发展趋势和标杆车型做全方位的融合，做出符合市场和客户需求，同时又满足发展趋势的需求及目标定义，EEA 与需求分析的关系如下图所示。

2、需求规范与管理

1）需求规范

需求规范是指对要开发的系统或产品确定一个完整的、无歧义的、结构化的规范进行描述，这种规范化描述机制，不仅对描述的内容与结构进行了限制，而且对描述语言的规则和描述方法也作了要求。

需求规范的内容包括:

A、确定需求类型

B、确定需求相关文档的内容；

如任务书、相关的标准、法规、合同或其他正式规定性文档、开发流程要求、各系统或部件的详细功能描述、接口描述、各种需求分析报告等；

C、定义出合适的需求描述模板；

D、定义出评价需求规格说明书的质量准则等；

E、定义专用词汇表；

由于电子电气架构开发的专业性较强，还必须定义专用词汇表让有不同知识背景的人、不同部门的人了解同一个概念，其内容可包含: 技术概念、缩写、动作描述等；

F、最后根据规范的文档和描述格式对需求获取的内容进行文档化，形成规范的需求规格说明书，作为系统开发的输入。

完善的需求规格应满足以下基本特性:

2）需求管理

A、需求活动管理

在整车电子电气架构开发的需求工程活动中；制定需求工程各个阶段的工作计划；安排各阶段的活动内容( 如讨论、技术交流、会议、评审等)。

B、需求跟踪管理

跟踪需求的每一个状态；并根据不同的需求跟踪信息类型；采取相应的跟踪能力联系链；实现需求的可追溯性；建立与维护需求跟踪矩阵。

C、需求变更管理

对要变更的内容进行标识；并从不同角度对需求变更将给系统开发带来的影响进行分析给出评估结果，明确哪些需求可以变更，哪些需求不能变更，并设置实现的优先级，确定目标版本，最后把需求变更的内容更新到需求规格说明书中去。

D、版本管理

在保持单个需求同需求文档的联系的同时，管理这些需求文档和开发过程中产生的文档之间的相互关系，每个版本的需求规格说明都应该注明版本号，避免新旧版本的混淆，记录变更需求文档版本的日期以及所做的变更原因记录每项需求的状态，当某项需求变更时需要根据需求规格说明对相关部分可能进行修改。

设计开发方案的制定

有了完整的EEA设计输入后，便可正式开始EEA方案的制定。EEA方案的制定分二步：第1步对EEA 方案进行前期规划、第2步对不同方案进行具体分析。

1、EEA方案的规划

功能的实现有不同的途径，如下图所示（车窗升降为例）；在EEA分析之初，必须对各种途径进行梳理，并组合为不同的方案进行分析。

2、EEA方案分析

规划好方案之后，要对每个方案进行具体分析。EEA的分析内容广泛，可分电源分配、网络分析、原理设计、线束设计等4部分。这四个部分的内容互有交叉，相互支撑。其关系如下图所示：

1）电源分配

B、负载表主要包括：

a. 根据电路类型来提供所有系统的电流值或电量要求；

b. 通过电源分配系统中每个子系统的设计要求来决定熔断丝的最大规格；

c. 最大熔断丝型号常常用来决定基于电路保护原则的最小的导线型号和最小的连接系统的型号。

C、电路保护策略：

a. 第1级保护包括熔断丝、易熔丝、电路断电器，通常用来保护蓄电池电路或将蓄电池电路切断；

b. 通常主电路会提供更大的电流（＞30A）给多子系统；

c. 典型电路保护装置包括：Maxi熔断丝和Pacific熔断丝，常被用在大电流值的电路中（≥30A）。

2）网络分析

网络在汽车上的应用越来越普遍，其拥有信息共享、减少布线、降低成本、提高总体可靠性和网络管理等很多优点。如CAN、LIN、MOST、Flex Ray 等，目前应用最广泛的是CAN。

对于EEA 开发来讲，网络分析的主要任务如下:

A、确认哪些模块和网络相连，分别传输了哪些信号；

B、确认不同的网络对于整车功能和成本的影响；

C、确认网络对线束的要求。包括了网络线束的最大总长度、节点间距、ECU 距离压接点的最远距离、是否双绞、线的颜色、线径、绞距、以及诊断接口线束的要求；对节点总数、节点连接网络的部分导线以及双绞线与连接器端子的具体要求。

3）原理设计

A、建立整车电器连接

a. 根据子系统电器信息，连接所有的电器零件，进行电器连接时，按照各个系统分块连接；

b. 按照各个子系统电源输入的要求，连接电源线；

c. 进行搭铁的分配，给各个电器零件连接搭铁线，搭铁线以就近搭铁为原则，并要把高电流和低电流的搭铁分开,特殊情况如EMS（Engine Management

System，发动机管理系统）、ABS（Antilock Brake System ，防抱死制动系统）等单独搭铁。

B、选择导线

包括线径、绝缘层、种类、颜色等的选择。

a. 导线线径的选择，除了考虑熔断丝的大小外，还要考虑电气件电压降的要求，以及压接后的机械强度；搭铁回路的线径很大程度上取决于电器件本身的失效模式；

b. 导线绝缘层的选择要根据其所属环境温度来选择；

c. 导线种类可根据电气及环境要求选择，根据各子系统要求，也可选用绞股线，屏蔽线；常用导线标准有DIN （Deutsche Industrie Norm，德国工业标准）、JIS（Japanese Industrial Standards ，日本工业标准）、SAE （Society of Automotive Engineers ，美国汽车工程师协会）；

d. 导线颜色的选择，对于每个回路，需要定义不同的导线颜色，以示区分。

C、选择线束对接插接件

在选择对接插接件时，要考虑流过此插接件的电流值、所经回路的导线线径、孔径大小（如需要穿过孔）和固定方式等。

a. 定义孔位号时，插接件的视图方向要与线束图纸所示的视图方向一致；

b. 定义回路号按照企业标准或系统等要求，为不同的回路进行命名；

c. 定义功能选项在相关的回路进行标记，以区别不同的配置。

4）线束设计

线束是原理功能在整车上的具体实现，是EEA分析的输出；遵循的原则是原理和整车环境要求，如功能实现、装配、温度、成本等各种因素。按照以上分析，得出多种EEA方案的线束设计后，可以对每个方案进行仿真、检查正确性，并不断地进行修正和完善。

方案测试与验证

1、功能测试

这部分测试从试制车前的台架测试开始，到试制造车，再到小批量生产一直持续到车辆上市阶段。

1）整车级集成功能测试

规范规定了整车层面跨系统功能测试当然范围和方法。由于各控制器开发周期的不尽相同，造成前期零件开发状态的不同步，因此该阶段关注的是系统性功能的“有没有”，保证整车电器零件的正常运行。对没有实现的系统功能进行记录跟踪。避免检查工作的重复进行，并出具装车推荐报告，对各系统的状态进行评估，为其它环节的验证提供依据。