2.1.2 电子电气架构的开发过程

电子电气架构开发指的是汽车完整的电子电气系统的设计开发过程。架构设计师通常对汽车各方面知识、技术都比较了解，综合性理解对于架构设计来说必不可少，它将直接影响对控制器功能的分配、数据网络的规划，以及电能的分配。

电子电气架构开发过程将开发步骤按照逻辑关系和时间先后连接在一起，并对每个设计步骤开始和结束的输入/输出判据进行描述。它的结果是一个可被执行的电子电气系统的架构，以及所采用的电子控制器和电子部件的设计说明书。电子电气架构开发过程对应整车V模型的需求分析和设计阶段，如图2-3所示。紧接着的实现阶段则根据任务分配或者由汽车制造商自己完成，或者由所选定的供应商来完成。系统集成、验证及有效性确认则由汽车制造商或者相应的第三方服务机构来完成。

在进行电子电气架构开发的需求管理和需求分析时，要区分功能需求和非功能需求。功能需求产生于汽车制造商的功能列表，而非功能需求产生于汽车制造商的决策矩阵和设计限制。

某处的最大允许散热就是一个非功能需求的限制条件。例如，汽车扩音器经常被安装在后备厢所处区域，这是由于驾驶员座位区的热量不能很好地散发出去。因此，在提出需求的同时，要给出所要开发的电子电气架构的评价标准。

电子电气架构的开发可以按照两种方式进行：其一是从下到上的开发方式，即以现有的电子电气架构为基础，仅对某些附加的功能和通信所涉及的新部件加以补充，并执行相应的建模步骤，适合对现有电子电气架构的下一代进行开发；其二是从上到下的方式，即从完整的功能和非功能需求描述出发，遵循所有的建模步骤进行建模。

电子电气架构主要包含4个层次：系统功能、功能/软件架构、网络架构、部件拓扑，如图2-4所示。

1.系统功能

系统功能所列举的功能分为不同等级，有的功能下面可再划分出各种特性。汽车所提供的功能既要满足车主的要求，能让车主体会得到，又要符合非车主的要求。例如，车主可以体会的功能是在发出车窗开关指令的100ms内，车窗玻璃必须有动作；来自非车主的要求是单纯的技术要求或法规规定的要求。

2.功能/软件架构

按照信息传递可将组件的功能划分为不同的功能块（传感器、功能和执行器），在第一层次和第二层次之间有信息指引线，可以指出某种功能的实现取决于哪个功能块。在研发过程中，功能块应满足软件所需要的运行环境，包括接口技术。

功能/软件架构由3个部分组成，即功能模块、传感器模块和执行器模块，这些模块按照一定的逻辑连接在一起。功能模块能进行数据处理和数据输出，在功能模块中对数据的正确处理具有非常重要的作用，功能模块的特性可通过接口（也就是端口）、有效数据和与端口的数据匹配来描述，这同样适用于传感器模块和执行器模块。但功能模块只能通过输入端口或输出端口来接收信号或输出信号，3种模块的输入端口和输出端口是以一定的逻辑关系连接起来的。

在系统层面上3个模块可靠地结合在一起，决定着能处理何种信息，能接收什么样的输入信号，并在服务器中产生一个结果，然后输入一个信号，被执行器所接收，所以执行器的工作受传感器信号的影响。接下来要确定的是，什么样的数据可以在确定的模块之间进行交换，在此基础上可实现更高级别的信号簇交换功能。另外，通过信息的处理可以评估ECU内部或ECU在总线上匹配程度的高低。

3.网络架构

网络架构是软件和硬件（传感器、ECU和执行器）之间的结合，可用信息指引线来描述功能/软件架构和网络架构之间的关系。软件和硬件之间在关系上不应发生冲突，和信息相关的全部信号都能在网络上正常运行。

在这个层次，要确定硬件部件的配置，即需要多少个ECU、传感器和执行器，它们之间如何连接，以及功能模块如何映射到ECU。在这种软件组件与硬件部件的映射中，必须保证所有的数据依赖都能映射到网络架构的通信资源上。要使硬件部件能工作，还必须给其提供电源的配电网络和线束。为了充分发挥硬件部件的功能，必须考虑到它的电功率，这在功率配置中有详细的说明。

另外，在硬件和线束中网络架构应是清晰的。硬件描述的是ECU的内部结构、复杂的传感器或执行器。各个功能软件组件被分配到硬件部件（传感器、ECU和执行器）。另外，因为存在部件之间的数据交换，所以应注意传输电功率问题。网络架构一般分为4个层面：通信架构、配电系统、部件架构和线束。

4.拓扑架构

在这个层次，网络架构的硬件部件被分配到安装空间，网络、通信和电源的线路沿着指定的路径进行布线。

在部件的拓扑架构中将讨论部件所需安装空间和导线的布置。安装空间涉及空间大小、类型，以及部件安装处的温度范围、湿度。各个单独的安装空间通过节段连接在一起，每个节段的两端都有一个安装空间、分离点或者一个捆绑点。节段可通过节段长度及线束最大捆绑直径等参数来定义。节段的大小和长度可从底盘或车身的3D数字模型中获取。例如，在某汽车平面线束节段模型图中，整车外形旁边的框图中描述的是一个单独的安装空间，在平面图中它和其他的安装空间相互重叠，如图2-5所示。

在汽车研发阶段架构的评价是个核心要素，在研发的末期，不仅要验证电子电气架构的功能和技术上的正确性，还要实现最优化。在电子电气架构的部分方面具有不同的实施类型的指标，其中有的指标是可以选择的。常用的指标有系统费用、系统重量、线束的横截面积、ECU数量和通信载荷等。