基于模型的整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)研究

潘俊家，戎輝，張殿明，喻杰，周濤

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

基于模型的整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)研究

潘俊家，戎輝，張殿明，喻杰，周濤

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

汽車工業(yè)快速發(fā)展，整車電子電氣系統(tǒng)越來越復(fù)雜，技術(shù)人員應(yīng)更多考慮如何更加便捷地進行多平臺設(shè)計。本文主要介紹使用PREEvision模型進行整車電子電氣架構(gòu)（EEA）開發(fā)方法，這樣有利于工程師在設(shè)計前期快速地完成相關(guān)工作。

電子電氣架構(gòu)；PREEvision；模型化

汽車的生產(chǎn)方式從最原始的手工制造，到大規(guī)模的流水線生產(chǎn)，然后采用多車型平臺化生產(chǎn)，到目前最新的模塊化生產(chǎn)，其驅(qū)動力是成本的降低和開發(fā)周期的縮短。同時，由于安全性、舒適性、動力性和智能化的要求提高，汽車電子在整車所占的比重越來越大，越來越復(fù)雜。雖然具有更加高速的CAN、Flexray、以太網(wǎng)等總線通信系統(tǒng)，更加智能化的傳感器和執(zhí)行器，更多優(yōu)秀的方案，但擺在設(shè)計人員面前的依然是繁雜的開發(fā)配置需求，不同方案的優(yōu)劣選擇，反復(fù)的線束校核計算，所帶來的仍然是各種格式的開發(fā)過程文件和由于信息不對等而導(dǎo)致的重復(fù)工作。這些都不利于車型開發(fā)周期縮短和開發(fā)成本降低。使用PREEvision進行整車電子電氣架構(gòu)（EEA）模型化開發(fā)，有利于在整車的概念設(shè)計階段，提供更多系統(tǒng)性設(shè)計工作的可能。

1 PREEvision的特點

PREEvision是一個基于模型的電子電氣設(shè)計及開發(fā)工具，同時也是一個集成的電子電氣協(xié)作平臺，覆蓋整個V模型開發(fā)階段，從EEA設(shè)計到后續(xù)的零部件系列開發(fā)、測試，可以保證多部門、多流程有效結(jié)果，在同一平臺工具工作［1］。PREEvision軟件具有以下特點。

1）通過模型化的開發(fā)方式，將開發(fā)過程中不同的功能、信號、接口通過圖形和連接標(biāo)識，便于更改和識別。

2）支持多種文件格式與其它系統(tǒng)進行交換，例如Office中的Excel，網(wǎng)絡(luò)通信文件DBC、FIBEX和LFD，線束設(shè)計文件KBL等。

3）支持二次開發(fā)，通過JAVA語言進行編程，調(diào)用軟件自由的大量接口函數(shù)，自由制定用戶需求的評估算法，開發(fā)適用于企業(yè)自身的模型。

4）支持功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262和AUTOSAR軟件設(shè)計等等。

2 基于PREEvision的架構(gòu)設(shè)計流程和實例

電子電氣架構(gòu)設(shè)計可分為5個開發(fā)階段：需求開發(fā)、功能架構(gòu)開發(fā)、電氣架構(gòu)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)和架構(gòu)評估。通過PREEvision軟件的分層設(shè)計功能，將上述5個開發(fā)階段聯(lián)系到一起。

2.1 需求開發(fā)（需求層）

客戶特征（customer feature）的定義是電子電氣架構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)，主要來自于針對客戶群體對車型配置和功能需求的市場調(diào)研，對標(biāo)桿車解析參數(shù)對比，

同時考慮未來的合理預(yù)留。不同平臺和不同車型中的customer feature具有相同點和差異性，通過PREEvision軟件實現(xiàn)不同平臺中的customer feature劃分和同一平臺中不同車型的customer feature管理。PREEvision可以實現(xiàn)通過Excel的導(dǎo)入和導(dǎo)出，與傳統(tǒng)開發(fā)工具實現(xiàn)交互。圖1為customer feature列表。

功能需求（Requirement）列表定義了整車的功能需求和非功能需求。功能需求包括該功能的進入、退出條件和功能響應(yīng)等；非功能需求包括該功能的電源模式、法規(guī)要求、診斷需求等內(nèi)容。圖2為requirement列表。

2.2 功能開發(fā)（邏輯架構(gòu)層&部件層）

在功能架構(gòu)開發(fā)中，需要經(jīng)過方案開發(fā)、功能分配和邏輯開發(fā)過程。使用PREEvision軟件的邏輯架構(gòu)層實現(xiàn)子系統(tǒng)功能方案開發(fā)，定義標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊（邏輯功能塊、邏輯傳感器、邏輯執(zhí)行器）、輸入／輸出接口，通過圖形化連接方式，建立子系統(tǒng)功能實現(xiàn)方案。該階段從每個子系統(tǒng)的角度上定義了功能接口和邏輯，然后經(jīng)過功能分配，定義ECU功能規(guī)范。

根據(jù)方案需求實現(xiàn)功能邏輯開發(fā)，并在Simulink／Stateflow中進行功能邏輯的仿真，PREEvision可以實現(xiàn)仿真模型的管理、運算結(jié)果的管理。

通過軟件的映射功能，將邏輯架構(gòu)層的功能邏輯映射到部件層中的實際部件（具體ECU、具體傳感器和具體執(zhí)行器）中，實現(xiàn)功能分配。在部件層中，通過信號路由功能，在部件層可以清晰地表達硬線或總線信號的輸入和輸出關(guān)系。圖3為部件層示意圖。

2.3 電氣架構(gòu)開發(fā)（電氣原理層&線束層&拓撲層）

在PREEvision軟件的電氣原理層中設(shè)計整車電氣圖，包括部件pin定義、熔斷絲盒設(shè)計、整車電氣連接、電源分配和搭鐵設(shè)計等。在該層中，可以定義熔斷絲容量，設(shè)計電源分配連接方式和搭鐵連接方式。圖4為原理層示意圖。

在PREEvision軟件的線束層中設(shè)計整車線束圖，將插接件類型、線束的類型、線徑、顏色和包扎材料等定義為屬性，將相關(guān)屬性賦值給對應(yīng)的熔斷絲和線束，進行整車線束設(shè)計。并且通過軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)負載與熔斷絲匹配校核，熔斷絲與線束線徑的匹配校核。如圖5所示，熔斷絲F1保護2個額定功率為55 W的前霧燈，計算2個前霧燈同時工作電流為9.167 A，F(xiàn)1容量為15 A，使用PREEvision軟件進行熔斷絲與負載匹配校核。

首先軟件按照公式（1）進行計算，計算結(jié)果為If=13.9A。然后軟件將計算結(jié)果與熔斷絲F1的容量自動比較，比較結(jié)果為匹配，并將結(jié)果輸入到報告中。

式中：If——熔斷絲容量；In——負載額定電流；RR——溫度修正系數(shù)，該熔斷絲位于發(fā)動機艙，一般選擇88%@105℃。

在PREEvision軟件的拓撲層，描述了電子電氣系統(tǒng)的實際布置情況，考慮溫度、碰撞風(fēng)險以及是否暴露在腐蝕性流體中等因素，確定各部件及線束的最終安裝位置［2］。繪制整車的布置圖，包括部件位置、線束走線位置、線束分支點位置。將不同的部件映射到不同的安裝位置，使用軟件計算不同布置所帶來的線束長度和成本的變更，從而選擇有利的方案。

2.4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)

功能邏輯中已經(jīng)定義了部件之間傳輸?shù)目偩€信號，已經(jīng)實現(xiàn)了信號的發(fā)送和接收定義，在軟件的通信層中再增加信號的精度和范圍的定義，然后將這些總線信號封裝成報文，定義每個報文的周期和發(fā)送類型，形成通用的整車數(shù)據(jù)庫DBC格式，簡化網(wǎng)絡(luò)開發(fā)。并且通過PREEvision的二次開發(fā)功能，可以實現(xiàn)DBC與Excel格式的通信矩陣實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。圖6為通信層示意圖。

2.5 架構(gòu)優(yōu)化

使用PREEvision的變形管理功能，建立不同的架構(gòu)方案，通過評估算法，從部件成本、線束回路、質(zhì)量、總線負載等多個角度上統(tǒng)計最優(yōu)方案。在概念設(shè)計階段，幫助工程師進行量化設(shè)計提供參考。表1為某車型采用BCM集成網(wǎng)關(guān)和獨立網(wǎng)關(guān)方案的整車線束對比，其中由于集成網(wǎng)關(guān)和獨立網(wǎng)關(guān)的布置位置限制，導(dǎo)致線束成本有較大的差異。

表1 集成網(wǎng)關(guān)與獨立網(wǎng)關(guān)方案下整車線束成本對比

2.6 功能規(guī)范生成

確定功能和電氣方案后，使用PREEvision的二次開發(fā)功能，在PREEvision環(huán)境下搭建系統(tǒng)與部件功能規(guī)范。即使用電氣原理圖構(gòu)建規(guī)范的原理圖，使用requirement構(gòu)建規(guī)范的進入、退出條件和功能響應(yīng)，使用邏輯架構(gòu)層構(gòu)建子系統(tǒng)規(guī)范的接口信息。通過PREEvision軟件生成規(guī)范的優(yōu)點可使模型中的元素自動生成，并且在模型更改后，便于所有規(guī)范和文檔同時更新，保證了文件的同步。將生成后的規(guī)范釋放給產(chǎn)品工程師或供應(yīng)商進行功能開發(fā)。

2.7 快速模型的開發(fā)

采用PREEvision軟件進行系統(tǒng)開發(fā)和建模后，當(dāng)同一平臺的新車型開發(fā)時，可以快速沿用原有模型中的通用組件，對部分變更組件或新開發(fā)的組件進行建模，生成新車型整車模型，使用該模型進行車型架構(gòu)開發(fā)與評估，通過模型化開發(fā)，進行量化設(shè)計。

3 結(jié)束語

整車廠不同領(lǐng)域的工程師共同使用PREEvision工具進行整車需求開發(fā)、功能架構(gòu)開發(fā)、電氣架構(gòu)開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開發(fā)，保證數(shù)據(jù)源的一致性。使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件格式和管理系統(tǒng)，減少了開發(fā)過程中繁雜的文件交互和管理，節(jié)約了開發(fā)時間成本。最后，軟件支持二次開發(fā)，在電子電氣開發(fā)過程中，整車廠可以自定義任何需要的評估素材和評估算法，得到每個主機廠自己的評價標(biāo)準(zhǔn)和體系。

［1］矯莉，章日欣.PREEvision提供從電子電氣架構(gòu)設(shè)計到系列開發(fā)階段的支持［J］.汽車電器，2014（10）：56-58.

［2］張佩，楊洋，李華.基于PREEvision的汽車電子電氣架構(gòu)（EEA）設(shè)計與優(yōu)化［C］／／2014中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京：機械工業(yè)出版社，2014：638-642.

（編輯 楊景）

The Research on Model-Based Development of Vehicle Electrical and Electronic Architecture

PAN Jun-jia，RONG Hui，ZHANG Dian-ming，YU Jie，ZHOU Tao

（China Automotive Technology And Research Center，Tianjin，300300，China）

With the rapid development of automobile industry，vehicle electrical and electronic systems become increasingly complex.Technicians should consider how to perform multi-platform design efficiently.This article describes how to use the PREEvision model to develop vehicle electrical and electronic architecture（EEA），which helps engineers to complete work in the early development quickly.

EEA；PREEvision；modeling

U463.6

A

1003－8639（2016）04－0038－03

2016-02-19

潘俊家（1987-），男，河北唐山人，工程師，碩士，研究方向為汽車電子。