電子電氣架構的正向開發(fā)流程

國外的OEM在多年的Know-how積累下，其在規(guī)劃新一代電子電氣架構平臺時，基本完全按照正向的流程來開發(fā)，例如VW的MEB E3架構，Volvo的SPA2等，伴隨其正向電子電氣架構開發(fā)的需要，誕生了強大的工具供應商，比如Vector的PREEvision，其囊括了電子電氣開發(fā)的整個流程，從需求分析、邏輯功能架構、軟件架構、硬件架構到電氣原理設計、線束原理設計、幾何拓撲設計以及線束2D圖紙設計，同時包含通訊設計、功能安全開發(fā)、變形管理等，提供了電子電氣開發(fā)的集成平臺，需求工程師、功能工程師、軟件工程師，通信工程師、架構工程師、電氣工程師、功能安全工程師可以在這個平臺彼此協(xié)作開發(fā)，數(shù)據(jù)無縫傳遞，每個專業(yè)的輸入可通過上游設計的輸出數(shù)據(jù)重構生成，數(shù)據(jù)可在全流程追溯，在應對目前電子電氣的復雜性上確實具有領先性。

下面以PREEvision為例來簡單介紹下電子電氣架構的正向開發(fā)流程是什么樣的：

1、需求工程和需求管理

在電子電氣架構開發(fā)的概念階段，我們需要明確開發(fā)的目標及范圍，需要收集客戶對車輛的功能需求、法規(guī)需求以及其他非功能需求，在這個階段涉及兩個重要的概念：

lCustomer Feature：在高層級描述車輛的特征，通常是客戶可以感知的功能，比如自動空調，自動啟停，自動泊車、自適應巡航等，

lRequirements：需求Requirement 是對Customer Feature的進一步細化，包括功能需求，技術需求（工作溫度范圍等），法規(guī)需求（排放法規(guī)等）；

同時可以將Requirement和Customer Feature進行映射關聯(lián)，從而實現(xiàn)追溯，另外Customer Feature和Requirement在向下映射過程也是有差別的，Customer Feature通常和邏輯架構層（Logical Function Architecture）的元素（Activity Chain）進行映射，而Requirement通常和軟件架構層（Software Architecture）的元素以及硬件架構層（Harware Architecture）的元素進行映射。

2、邏輯功能架構（Logical Function Archtecture）

邏輯功能架構設計階段，就是根據(jù)需求階段定義的Customer Feature，為每一個Feature設計功能的實現(xiàn)邏輯，設計的Activity Chain提供了一個功能的抽象視圖，只從功能實現(xiàn)的角度劃分Sensor（Input）、Logical Function（Process）、Actuator（Output），并不關心具體的軟件實現(xiàn)、以及硬件實現(xiàn)，在該階段設計完成的邏輯組件（Logical Component）會分配到硬件架構中的組件（ECU、傳感器、執(zhí)行器等）以及軟件架構中組件（Application Software Component等）。

3、軟件架構（Software Architecture）

在汽車行業(yè)嵌入式軟件開發(fā)領域繞不開AUTOSAR（Automotive Open System Architecture），其定義了一套分布式的、功能驅動的汽車電子軟件開發(fā)方法和電子控制單元上的軟件架構標準方案，AUTOSAR的核心思想“統(tǒng)一標準、分散實現(xiàn)、集成配置”，即提供統(tǒng)一、開放的軟件架構標準和平臺，軟件構建在不同的汽車平臺上復用，應用軟件整合到ECU 中，建立獨立于硬件的、分層的軟件架構，針對AUTOSAR Classic的系統(tǒng)和軟件架構設計在PREEvision中可以分為如下步驟：

同時，在目前SDV趨勢下，PREEvision同時支持面向服務的架構設計（SOA）以及Adaptive AutoSAR系統(tǒng)和軟架構設計，并提供SOA&Ethernet Explorer（Classic Platform）和Adaptive AutoSAR Explorer（Adaptive Platform）支持新的設計需求。

4、硬件架構（Hardware Architecture）

硬件架構的設計分為三層：硬件組件（Hardware components）和網(wǎng)絡拓撲（Network topology），電氣原理和線束原理，

l硬件組件（Hardware Component）架構，設計硬件組件（例如ECU、傳感器、執(zhí)行器）之間的硬線連接，包括硬線信號（PWM、高低電平等），總線連接（CANFD/CAN/LIN等），以及電源連接和接地連接，另外也設計ECU內部的細節(jié)，比如MCU、SBC、RAM等；

l網(wǎng)絡拓撲（Network Topology）

l電氣原理（Electric Circuit），電氣原理層將硬件架構層的數(shù)據(jù)進行重構，重新定義硬件組件之間的連接，并關注與線束設計相關的電氣屬性，例如電源供應、接地連接等，其可設計電源分配的保險、繼電器以及接地分配電路。

l線束原理（Wiring Harness）將電氣原理數(shù)據(jù)進行細化，將邏輯連接轉換為導線，同時添加導線之間的焊接點（Splice），內部連接器（Inline），端子（Terminal），線束端連接器（Female Connector），

5、幾何拓撲（Geometric Topology）

幾何拓撲層是整車電器的2.5D布局視圖，其可以通過將3D CAD工具（Dassault Catia等）設計完成的3D線束通過KBL格式導入，展平為2D視圖，表達各電器的安裝位置，線束分段，然后將線束原理層中各組件映射到幾何拓撲層，從而進行導線的路由規(guī)劃，從而為最終的架構評估提供線束的長度、重量等數(shù)據(jù)支撐。

6、線束設計（Harness Design）

將幾何拓撲中完成導線路由的線束總成，在Wire Harness Diagram中進行數(shù)據(jù)重構，同時添加卡扣、膠帶以及其他固定件、防護件，可生成線束2D圖紙，指導線束供應商進行線束的工藝轉化，然后進行線束的生產和制造。

7、通訊設計（Communication）

在完成軟件組件到硬件的Mapping后，可進行信號的路由，并進行網(wǎng)絡通訊設計，PREEvision提供了多種通信設計編輯器來應對同步的通信類型，比如CAN Bus Editor，LIN Scheduling Editor，F(xiàn)lexRay Schedulling 和Ethernet Explorer。

上述基于模型的系統(tǒng)工程方法（MBSE）同時可導出文檔，作為供應商開發(fā)的輸入，比如可導出ECU的軟件需求規(guī)范SWRS（Software Requirement Specification）用于指導供應商進行軟件設計，導出ARXML文件用于供應商生成應用層軟件框架代碼，生成DBC/LDF文件用于總線仿真及測試等。

國內OEM的電子電氣架構開發(fā)過程

而國內OEM通常采用基于文檔的電子電氣架構的開發(fā)流程，基于模型的正向開發(fā)流程通常很難真正的實施下去的，因為在過去幾十年分布式架構下形成的OEM、Tier1的產業(yè)供應鏈是很固化的，目前市面上車型搭載的ECU大部分都是由國外頭部Tier1在供應，特別是在底盤、動力領域，ESP、Ibooster、ECM這些零部件的核心Know-how都掌握在Bosch、Continental、APTIV等掌握在這些零部件巨頭手里，國內OEM的電子電氣架構團隊自己的積累太少，并不能在此領域提出足夠支配供應商的需求，另外這些供應商開發(fā)的零部件基本是平臺化的，相同的零件應用在多家主機廠的車型上，收發(fā)信號都是定義好OEM根據(jù)需求信號進行匹配，因此我們的架構團隊寫的功能規(guī)范（子系統(tǒng)功能規(guī)范），迫于無奈要根據(jù)零部件實際的功能情況去更改適配，架構輸出規(guī)范的作用更多的是梳理目前整車已有的功能，而不是去正向設計整車的功能，但是近些年我們國內的OEM也在一直成長，并嘗試建立正向的電子電子電氣架構開發(fā)流程：

l在需求階段進行市場調研、法規(guī)標準分析、競品分析、新技術分析、基礎平臺分析，定義整車架構目標，輸出Function List，并針對每個功能編制功能需求規(guī)范FRS（Function Requirement Spefication），進行功能描述，場景定義，功能系統(tǒng)框圖設計等；

l在功能實現(xiàn)階段，把功能需求分解并分配給子系統(tǒng)設計團隊（功能需求+子系統(tǒng)交互圖）；

l在子系統(tǒng)設計階段，輸出子系統(tǒng)需求描述SRD（System Requirement Description）

l在零部件設計階段輸出 零部件技術規(guī)范CTS（Component Technical Spefication）

通過上述規(guī)范的輸出，國內OEM掌握的Know-how也越來越多，并在新一代電子電氣架構中，逐漸掌握主動權，不管是Domain架構還是Zonal架構，要實現(xiàn)SOA是大家達成的共識，同時在新的面向服務的架構中，主機廠要掌握車端、和云端可以提供的服務，并將服務開放給第三方應用開發(fā)者，從而創(chuàng)建SOA的開發(fā)生態(tài)，因此作為主機廠的電子電氣架構團隊在新的SOA趨勢下，其作用顯得越來越重要，其要從整車功能需求來設計整車的服務，并將服務分配到不同的Domain，由不同Domain的應用軟件開發(fā)團隊來實現(xiàn)。

審核編輯 ：李倩