2.1.2 電子電氣架構的開發過程

電子電氣架構開發指的是汽車完整的電子電氣系統的設計開發過程。架構設計師通常對汽車各方面知識、技術都比較了解，綜合性理解對于架構設計來說必不可少，它將直接影響對控制器功能的分配、數據網絡的規劃，以及電能的分配。

電子電氣架構開發過程將開發步驟按照邏輯關系和時間先后連接在一起，并對每個設計步驟開始和結束的輸入/輸出判據進行描述。它的結果是一個可被執行的電子電氣系統的架構，以及所采用的電子控制器和電子部件的設計說明書。電子電氣架構開發過程對應整車V模型的需求分析和設計階段，如圖2-3所示。緊接著的實現階段則根據任務分配或者由汽車制造商自己完成，或者由所選定的供應商來完成。系統集成、驗證及有效性確認則由汽車制造商或者相應的第三方服務機構來完成。

在進行電子電氣架構開發的需求管理和需求分析時，要區分功能需求和非功能需求。功能需求產生于汽車制造商的功能列表，而非功能需求產生于汽車制造商的決策矩陣和設計限制。

某處的最大允許散熱就是一個非功能需求的限制條件。例如，汽車擴音器經常被安裝在后備廂所處區域，這是由于駕駛員座位區的熱量不能很好地散發出去。因此，在提出需求的同時，要給出所要開發的電子電氣架構的評價標準。

電子電氣架構的開發可以按照兩種方式進行：其一是從下到上的開發方式，即以現有的電子電氣架構為基礎，僅對某些附加的功能和通信所涉及的新部件加以補充，并執行相應的建模步驟，適合對現有電子電氣架構的下一代進行開發；其二是從上到下的方式，即從完整的功能和非功能需求描述出發，遵循所有的建模步驟進行建模。

電子電氣架構主要包含4個層次：系統功能、功能/軟件架構、網絡架構、部件拓撲，如圖2-4所示。

1.系統功能

系統功能所列舉的功能分為不同等級，有的功能下面可再劃分出各種特性。汽車所提供的功能既要滿足車主的要求，能讓車主體會得到，又要符合非車主的要求。例如，車主可以體會的功能是在發出車窗開關指令的100ms內，車窗玻璃必須有動作；來自非車主的要求是單純的技術要求或法規規定的要求。

2.功能/軟件架構

按照信息傳遞可將組件的功能劃分為不同的功能塊（傳感器、功能和執行器），在第一層次和第二層次之間有信息指引線，可以指出某種功能的實現取決于哪個功能塊。在研發過程中，功能塊應滿足軟件所需要的運行環境，包括接口技術。

功能/軟件架構由3個部分組成，即功能模塊、傳感器模塊和執行器模塊，這些模塊按照一定的邏輯連接在一起。功能模塊能進行數據處理和數據輸出，在功能模塊中對數據的正確處理具有非常重要的作用，功能模塊的特性可通過接口（也就是端口）、有效數據和與端口的數據匹配來描述，這同樣適用于傳感器模塊和執行器模塊。但功能模塊只能通過輸入端口或輸出端口來接收信號或輸出信號，3種模塊的輸入端口和輸出端口是以一定的邏輯關系連接起來的。

在系統層面上3個模塊可靠地結合在一起，決定著能處理何種信息，能接收什么樣的輸入信號，并在服務器中產生一個結果，然后輸入一個信號，被執行器所接收，所以執行器的工作受傳感器信號的影響。接下來要確定的是，什么樣的數據可以在確定的模塊之間進行交換，在此基礎上可實現更高級別的信號簇交換功能。另外，通過信息的處理可以評估ECU內部或ECU在總線上匹配程度的高低。

3.網絡架構

網絡架構是軟件和硬件（傳感器、ECU和執行器）之間的結合，可用信息指引線來描述功能/軟件架構和網絡架構之間的關系。軟件和硬件之間在關系上不應發生沖突，和信息相關的全部信號都能在網絡上正常運行。

在這個層次，要確定硬件部件的配置，即需要多少個ECU、傳感器和執行器，它們之間如何連接，以及功能模塊如何映射到ECU。在這種軟件組件與硬件部件的映射中，必須保證所有的數據依賴都能映射到網絡架構的通信資源上。要使硬件部件能工作，還必須給其提供電源的配電網絡和線束。為了充分發揮硬件部件的功能，必須考慮到它的電功率，這在功率配置中有詳細的說明。

另外，在硬件和線束中網絡架構應是清晰的。硬件描述的是ECU的內部結構、復雜的傳感器或執行器。各個功能軟件組件被分配到硬件部件（傳感器、ECU和執行器）。另外，因為存在部件之間的數據交換，所以應注意傳輸電功率問題。網絡架構一般分為4個層面：通信架構、配電系統、部件架構和線束。

4.拓撲架構

在這個層次，網絡架構的硬件部件被分配到安裝空間，網絡、通信和電源的線路沿著指定的路徑進行布線。

在部件的拓撲架構中將討論部件所需安裝空間和導線的布置。安裝空間涉及空間大小、類型，以及部件安裝處的溫度范圍、濕度。各個單獨的安裝空間通過節段連接在一起，每個節段的兩端都有一個安裝空間、分離點或者一個捆綁點。節段可通過節段長度及線束最大捆綁直徑等參數來定義。節段的大小和長度可從底盤或車身的3D數字模型中獲取。例如，在某汽車平面線束節段模型圖中，整車外形旁邊的框圖中描述的是一個單獨的安裝空間，在平面圖中它和其他的安裝空間相互重疊，如圖2-5所示。

在汽車研發階段架構的評價是個核心要素，在研發的末期，不僅要驗證電子電氣架構的功能和技術上的正確性，還要實現最優化。在電子電氣架構的部分方面具有不同的實施類型的指標，其中有的指標是可以選擇的。常用的指標有系統費用、系統重量、線束的橫截面積、ECU數量和通信載荷等。