面向功能的电子电器架构分析方法

胡朝峰

（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海 201804）

汽车电子功能的不断增长使得汽车电气系统越来越复杂，电子电器架构为功能实现和子系统开发提供电气集成环境，而面临的真正挑战是如何进行功能分配，并进行概要设计和整体把控。面向功能的电子电器架构分析方法为汽车电气功能开发提供了一套较为完整的开发流程和分析方法：需求分析、接口模型设计、对标分析、概念方案设计、分析评估及功能建模。

1 需求分析

分析功能需求，车辆和平台的需求。

案例：碰撞燃油切断，当发生碰撞时切断发动机燃油供给，一则用来确保发动机停火；二则避免在发动机碰撞时高压供油油路破裂，导致燃油外喷引起火灾。需求可提炼为碰撞事件探测和燃油切断。

2 接口模型设计

依据功能需求确定I/O接口，并进行功能行为模型描述。

图1为碰撞燃油切断功能接口模型，燃油切断功能在监测到碰撞时切断发动机燃油供给（停止供油和停止喷油），需具备的前期条件：①电源模式处于RUN（必要条件，功能工作的前提）；②发动机处于运行状态（可选条件，输入）；③探测到碰撞事件发生（必要条件，输入。常用的碰撞事件探测方案有2种：通过惯性开关进行探测和通过安全气囊控制单元识别碰撞传感器）；④车速达到一定阈值（可选条件，输入）。

图1 功能接口模型

3 对标分析

通过对主流OEM实现方式进行对标分析，能有效帮助了解竞争对手实现这些功能的细节：功能分配原则、实现方案、不同实现方案技术成熟度及成本评估等。架构功能分析必须与技术层面相结合，只有了解这些信息，电子电器架构才能通过评估结果来选定功能在项目中最优解决方案。

主流OEM1： 通过气囊点爆信号来控制燃油切断，气囊控制器单元监测到碰撞发生后，通过CAN总线将表征碰撞事件发生的气囊点爆信号发给燃油供给控制单元，发动机控制单元停止对燃油泵的供电继电器驱动控制和发动机喷油嘴控制，如图2所示。

图2 主流OEM1系统实现方案

主流OEM2：通过气囊点爆信号来控制燃油切断，控制原理同OEM1，不同的是实现方案在从气囊控制器单元到发动机控制单元，CAN总线传输经过了网关转换，如图3所示。

图3 主流OEM2系统实现方案

从对标信息看，碰撞燃油切断为主流OEM标配功能，通过气囊点爆信号来判定碰撞事件的发生（取代惯性开关信号）是当前的主流，在已有实现方案基础上进行软件升级拓展出新的功能，成本最优。

4 概念方案设计

以现有项目电子电器架构为基础，参考对标方案分析，将功能接口模型与电子电器架构进行融合（称之为功能分配），每个功能接口将分配到实施载体，最后形成概念方案。

概念方案1：通过惯性开关切断燃油供给。此方案惯性开关串联在燃油泵继电器供电上游线组中，当发生撞车事故时，惯性开关触发切断燃油泵（继电器）供电，从而达到切断燃油供给，如图4所示。

图4 概念方案1

概念方案2：发动机控制单元依据气囊点爆网络信号切断燃油供给。当安全气囊控制单元探测到撞车事故时，通过车载网络将气囊点爆信号传给发动机控制单元，发动机控制单元确认撞车事故发生（网络信号：气囊点爆），停止对燃油泵（继电器）和燃油喷射控制，从而停止发动机供油，同主流OEM1方案（图2）。

概念方案3：发动机控制单元依据气囊点爆信号（网络+硬线）切断燃油供给。当发生撞车事故时，安全气囊控制单元通过车载网络将气囊点爆信号传给发动机控制单元，同时驱动硬线气囊点爆信号给发动机控制单元，硬线点爆信号作为网络信号的冗余设计，并具备故障探测，发动机控制单元探测到气囊点爆（网络或硬线信号任何一方有效）发生时，停止对燃油泵（继电器）和燃油喷射控制，如图5所示。

图5 概念方案3

5 分析评估

结合概念方案选型，从影响范围、技术成熟度、安全性、可拓展性、成本和质量6个方面进行概念方案评估比较。通过概念方案评估比较，确定方案选型。

综合碰撞燃油切断3个概念方案的评估比较，如表1所示，概念方案2在无需增加额外的部件条件下，只需调整软件策略，就可实现碰撞燃油切断功能，且此方案在主流OEM中有成熟应用，推荐概念方案2作为首选方案（前提：概念方案2功能实施各方安全性能保障。因各OEM功能分配和实施差异，如果系统各环节的安全性无法保障，推荐概念方案3作为备选方案）。

表1 概念方案评估比较

6 功能建模

通过建立功能物理实现概念方案模型，作为设计输入。

PREEvision工具为电子电器架构开发提供了一套自上而下且基于模型的解决方案。此方案综合了需求开发、逻辑功能设计、网络和部件架构、电气系统和线束设计以及拓扑结构设计［1］。通过PREEvision进行碰撞燃油切断功能建模，输出概念方案模型如图6所示，作为项目设计约束。

图6 功能实现方案模型

7 总结

面向功能的电子电器架构分析方法为汽车电气功能开发提供了一套较为完整的开发流程和分析方法，能有效地指导架构功能实现方案选型和对现有方案进行优化。

［1］ 冯香枝，胡朝峰，张海涛.基于PREEvision 的汽车电子电气架构设计［J］.汽车电器，2013（10）：43-46.