汽车电子电气架构设计及优化措施分析

刘建勇、刘建铭、张发忠

（山东天海科技股份有限公司，山东 聊城 252000）

0 引言

《2021年汽车电子电气架构产业标杆企业研究》是由新思界产业研究中心发布的报告，其中指出汽车电子电气架构升级将随着汽车普及程度的提升和汽车功能复杂化发展成为必然趋势，现阶段围绕汽车电子电气架构展开的升级工作主要集中在三个板块，分别是硬件、软件和通信。当前，多种现代智能化网络导航系统被引入汽车制造中，诸多主动性、被动性的安全技术应用让汽车架构趋于复杂化。近些年来汽车配置复杂度逐年上升，这意味着汽车电子电气架构设计标准和要求越来越高，所以汽车电子电电气构设计优化升级的需求已经十分迫切。

1 电子电气架构技术的含义与未来的发展趋势

汽车电子电气架构（EEA）指的是汽车电子电气系统总布置，就是有效整合汽车内的处理器、线速连接、传感器、电子分配系统等，从而实现整车在功能、动力、运算和能量等方面的合理分配。EEA 有多种分类，多域集中式、中央集中式与最常见的分布式等，分布式类别的应用时间最长，且在相关科技技术进步的过程中已发展到了第三代。EEA 对于不同设计工程而言有着不一样的意义，关键在于工程师从哪个视角去分析这一问题。就物理架构层面来说，处理的重点在于系统中的实体形状；就逻辑架构层面而言，处理的重点在于系统中的软件运行。当下两种层面的设计语言相互独立，所以有时候同一个词代表不同意思，从而增加了设计流程的复杂性。有效开展电子电气架构设计与优化工作，需要在整个流程前期阶段明确系统定义。如若将电子电气架构设计比作修筑高楼，那么工程师就好比建造师，需要围绕电子电气架构的框架和模型进行合理设计与科学测算，反复优化设计思路并校核每个环节的精准性，以此确保电子电气系统具备的功能可有效满足客户多元化的需求。当前EEA 技术已经实现了很大的进步，尤其是连接器、电子元件等都趋于小型化、迷你化，且装配工艺和制造工艺也逐渐智能化发展，所以需要提高汽车生产灵活性，保持各项发展的同步性和匹配度。

2 对汽车电子电气架构系统需求的分析

合理优化EEA 设计对汽车而言，能让汽车整体重量减轻20% 左右，同时降控生产成本的幅度可达到30%，因此有效开展EEA 设计对整个汽车行业发展而言有着重要的现实意义。有针对性且有序地开展EEA 合理设计的前提是全面掌握汽车电子电气系统需求，通过构建一个完整的运行平台来奠定电子电气系统研究基础，在此过程中都是选用工程管理工具导入现有需求。针对部分已有需求，设计优化时要以市场特性为前提，同时从功能性和非功能性两个层面去考虑综合性需求，通常情况下EEA 系统需求分为操作层面与功能层面。

2.1 基于操作层面需求分析EEA 系统

就根本上而言，分析EEA 系统操作性的目的在于更好地满足各种外部需求，主要是从商业用途和用户体验考虑，做到EEA 开发与设计过程对外部需求的充分考量。关于EEA 系统可靠需求主要有三个，一是联合运用多种操作技术深入分析EEA 系统需求；二是围绕系统需求分析实施对应的量化工作，以期精准验证该种程度对客户方功能需求的满足情况；三是制定完整的假象分析图，直观分析某些特殊情况中可能存在的潜在性需求与功能；四是针对多种模式背景下的EEA 系统功能需求做到合理制定，确保满足功能需求的板块处于正常运行状态，特别需要观察的就是故障状态下的运行情况。

2.2 基于功能层面需求分析EEA 系统

就实质上而言，分析EEA 的功能层面需求同样也是为了更好地满足系统外部需求，所以同样具有促进EEA 系统设计优化的现实意义。不过在难以保证需求正确与全面的前提下，有必要基于功能性需求考虑的模型，通过细致分析这个需求模型做到对外部需求的准确、完整掌握。关于功能性需求模型的构建，第一步就是保证需求分析合理，避免在过程中发现某些行为表现恰好是完成切实需求的功能板块，这种时候就要采取修正措施处理需求模型的不足，并交由相关负责人一同商议后确定系统功能特征，实现一个动态化建模的标准流程。

3 EEA 设计与优化的具体流程

关于EEA 的设计与优化，普遍采用的标准流程就是国际上通用的“V”模式（见图1），下面具体就从四个阶段来阐述EEA 平台设计与优化流程。

图1“V”模式开发流程

3.1 第一阶段：整车需求定义

通过新车型各项数据对比结果、市场定位，再结合收集的客户特殊需求，进行一系列的评估后，确定新车型的整车需求以及细化每个子系统需求，同时制定测试整车需求满足程度的方法。市场策划部和车型设计战略部是汽车制造企业发展必不可少的两个部门，这两个部门在优化EEA 设计前要根据现阶段市场车型展开各项参数分析，与此同时根据数据分析结果预判未来一段时间里市场动态变化和车型发展趋势，精准定位面向不同市场的车型风格定位。这是整车需求定义的关键内容，有利于开发商设计研究工作顺利开展，为EEA 设计和优化提供有价值的参考信息，既要提升汽车企业经济效益，也要满足人们对汽车的系统需求和功能需求。

3.2 第二阶段：系统/架构设计

围绕电子电气系统需求制定升级系统的方案，从物理层面和逻辑层面定位EEA 需求，制定测试系统/架构设计达标与否的方法。现阶段，标杆管理模式已广泛地应用到了汽车设计中，以标杆车质量评估为准，结合企业自身EEA 的性能、拓扑结构、设计成本、供电系统等因素考虑，开展EEA 设计与优化工作。针对标杆车的全面分析中，通常会大量使用相关数据和信息，对工作人员而言工作难度、工作量都大大提升。因此，企业要在具体环节中合理应用EEA 设计优化相关工具，一方面可有效减少分析数据信息的工作量，另一方面还能一并发挥数据库功能，完成结构优化。

3.3 第三阶段：电子电气件设计

从物理和逻辑两个层面考虑，针对每个电子电气件解决方案，满足电子电气对机械、软件和硬件的需求，同样要制定测试设计达标与否的方法。EEA 设计与优化的重点在于对用户需求的满足，这与汽车最终的市场销量有着直接关系，所以分析市场需求分析是以EEA 为辅，主要从市场需求中提取有助于销售人员和项目规划设计人员工作的信息，相关信息还能为汽车销售定价提供参考。

3.4 第四阶段：电子电气件开发

零部件供应商按照电子电气件的机械、软件与硬件需求开发制造多种器件，并自行制定测试开发达标效果。深入探究EEA 需要相关设计人员结合通信网络、线束、拓扑结构等多个方面分析，因此各厂家要建立和谐的交流配合关系，建议在此过程中融入分层设计思想。有几点需要特别注意的地方，一是EEA 功能定义为架构模型设计；二是EEA 逻辑功能定义为描述电子电气架构功能与方法；三是关注包括远离层、网络层和部件层在内的EEA 硬件，通过优化设计提升其收发信息的准确性；四是科学设计汽车拓扑结构，不能忽略任意一个零部件。

3.5 第五阶段：验证环节之电子电气件设计

按照此前制定的测试方法，规范检测电子电气件设计是否达到预期目标。

3.6 第六阶段：验证环节之系统/架构设计

按照此前制定的测试方法，规范检测系统/架构设计是否达到预期目标。

3.7 第七阶段：验证环节之整车需求目标

按照此前制定的测试方法，规范检测整车需求目标是否实现。

4 汽车电子电气架构设计优化措施

4.1 对数据库进行优化升级

相关工作人员在EEA 设计优化中必须充分考虑用户体验和需求，否则，很容易导致用户体验不佳，这种缺失了实操意义的设计，对汽车企业经营效益的提升是没有任何促进作用的。对此，需要设计人员对数据库进行优化升级，当前EEA 的设计有必要将“智能化”作为一个标杆或要求，为用户提供紧跟时代发展的优质服务。通过优化数据库可以合理有效使用数据技术，让汽车电子系统在实际应用环节实时反映各种运行情况，让智能化汽车系统为用户提供更好的体验感。设计人员在优化数据库的流程中，要全方位考虑人们常有的行为习惯，并录入一些道路分析参数，增强汽车应用各种突发情况的处理能力。数据分析在当代社会各行各业中都发挥着不可替代的作用，尤其是智能化的分析人们的习惯和使用需求，高质量的数据库优化工作能在很大程度上让设计工作更加高效、便捷，还能推动企业制造与设计智能化发展。

4.2 对设计工作进行优化升级

能够合理选择设计工具将在很大程度上影响整个EEA 设计优化效果。使用具有一定成熟性的技术开展设计工作，借助用户接口和数据支持来充分利用所得设计结果，并灵活的调整EEA。由于EEA 有着十分凸显的精细化特征，所以对设计工作的精细度要求很高，尤其是EEA 设计图纸的工作难度是最大的，为了有效避免后期返工、失误等问题出现，相关设计人员一定要仔细检查图纸内容，严格按照工作标准逐项进行检查。首先，细致全面地检查设计图纸内容，为后期EEA 设计与优化工作的质量提供有力保障，并为EEA 设计优化实践减少不必要的环节，提升效率。如若在检查过程中发现了不妥之处，在未修改之前切记不可投入使用，只有通过了初级检查的图纸才能投入下一阶段工作。其次，对设计样品进行全面检查，完成EEA 设计优化后的初步成果就是一个样品，再通过样品对设计图纸进行1∶1 还原，全面检查样品的目的在于保证投入使用效果，发现有任何影响实际使用功能的问题，都表示设计上还存在着有待完善的地方。

4.3 合理选择通信网络

汽车每一个环节的通信效果都与EEA 水平息息相关，当通信质量不达标时，整车性能发挥有限，用户的汽车使用感就会下降。在EEA 设计与优化过程中，有必要高度重视通信网络的合理选择，要为汽车性能匹配一个运行效率和稳定性均符合要求的通信网络。EEA 未来一段时间的发展趋势为智能化，所以在EEA设计与优化工作中要将各板块之间建立紧密的联系，杜绝出现卡顿、延迟等因通信不佳导致的问题，尽量保证运行效果和用户体验感。比如内置导航提供的信息存在卡顿延迟现象，对汽车行驶路线的选择影响巨大，甚至可能造成严重社会后果，所以设计人员要对通信网络做到反复测试与合理选择，为EEA 设计与优化做好辅助工作。

4.4 持续完善电气故障检测措施

操作人员在处理电气故障问题中，往往是通过启动和停止电气运行来判断电流消耗情况。关于电气功率的检查，通常以汽车输出电流判断标准，若电流值与标准相符，则代表可以按照常规操作关闭或开启电气。由于电气在开启或关闭过程中存在瞬间电流，所以有必要延长检测时间，以时间长度为准，进行输出电流判断，以此得出电气运行所消耗的电流量，值得注意的是，要结合电流平均值进行电力消耗判断，这样才能得出更加精准的电气功率。在检测车辆电子故障环节中，必然要对车辆电子控制部分故障进行排查，上述工作均通过汽车诊断口完成，设计人员可以根据常规检测方式进行故障诊断，凭借执行器和传感器在数据传输上的精准、高效优势，并结合ECU 将故障诊断计划落到实处，有不合理数据出现则表示ECU 发生了故障。

5 结语

诸多国外汽车生产厂商都有属于自己的汽车电子电气架构平台，还有配套的标准化设计优化流程，每种车型的设计与开发都经过了这一流程。近几年，我国对该项技术的研究已经有了些许成果，但还有很大的提升空间，当下需要进一步加速研发并构建属于自己的EEA 平台和规范化设计优化流程，尤其是目前汽车市场竞争愈加激烈的情况下，汽车企业需要妥善应对开发成本过高、产品开发周期过长、品质与性能与市场需求不符等难题。所以我国汽车生产厂商要围绕EEA 设计与优化强化研发力度，提升我国汽车制造的影响力和竞争力。