主要内容:一、背景及趋势、二、电子电气架构开发方式、三、电子电气架构开发主要内容、四、电子电气架构开发流程
一、背景及趋势
随着汽车智能化、网联化发展进程的不断深入,整车电子电气系统的复杂度也随之在不断提升,在此背景之下,传统的基于经验的电子电气系统的设计方法在应对高复杂度、高软件覆盖度的新架构之下显得后劲不足了,因此为了解决在此情况之下通过应用传统设计方法的过程中所产生的工程数据不一致、可验证性、可追溯性等问题,同时可适应现如今整车频繁更新迭代的特点,并进一步降低系统的开发难度和开发成本,因此基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE)研发方法被得以应用。
在汽车行业的应用中,MBSE是将系统工程由传统的文本格式通过图形化的建模语言进行表达,该模型描述了系统需求以及这些需求的设计决策,并以中央模型为基础,实现与周边系统对接,从而完成高效精准的需求传递,最终形成“以模型为主,文档为辅”的电子电气系统架构研发方案。

在新汽车时代,整车的电子电气架构已经得到进化,传统的硬件架构已经不再是系统的核心,而高集成趋势下的软件服务成为了主流,因此为了能很好的完成系统的开发,开发团队的技能亦需要得到提升,团队首先需要了解的便是SOA的涵义以及应用方法。在软件定义汽车的背景之下,整车系统的频繁更新已成为日常,因此对于电子电气系统的组件、软件开发,传统的瀑布开发模式需在必要时调整为敏捷方法,同时对于整车的OTA技术亦是电子电气系统开发过程中不可忽略的重要一环。
二、电子电气架构开发方式
我们所说的电子电气架构开发包括两种即:平台化电子电气架构和特有车型电子电气架构。无论是何种架构其开发方式主要有两类:
1)自上而下的正向开发,该开发方式从用户需求切入,通过分析目标群体的需求再进行逐层分解,整个开发过程还会经历功能定义、功能设计、系统设计、逻辑设计、通信系统设计、物理结构设计等环节,诸君可理解为是一种全新产品的开发。由于这是一种面向某一大群体的产品开发,因此该方式具有成本高、周期长等特点,但若产品可顺利完成研发,其后续的回报亦是相当可观的,只不过这类产品的落地都较困难。正常来说主机厂对于平台化的电子电气架构的研发大都采用该方式。正是由于该研发方式的特点,因此在主机厂中平台化的电子电气架构并不像其他产品一样遍地开花。

2)自下而上的逆向开发。同样以需求出发,但在过程中车企会通过评估内部现有资源和当前的技术状态,对其他项目或车型产品在新项目上尽可能做到复用,该方式相对于正向开发在成本、周期等方面都要低许多,同时这对于车企快速推出新车型到市场上具有优势,就如之前部分车企推出的‘油改电’车型那样,但由于该方式之下有部分产品是‘借用’,因此在匹配度、适应性、性能等方面存在一定的局限。

三、电子电气架构开发主要内容
当前全新的电子电气架构开发设计采用基于需求驱动的研发流程,共可分为四大环节:需求定义(R)、功能定义(F)、逻辑定义(L)和物理结构设计(P)。

需求定义(R):分为需求列表设计和场景开发,通过使用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)进行需求建模,以展示需求条目之间以及需求与其他模型元素之间的关系,需求的实现是电子电气系统设计的目标。

功能定义(F):基于用户的实际用车场景对需求进行识别和定义,基于UML建立用例图(Use Case Diagram),以描述相关人员和系统的相互关系。通过Use Case分析某功能是否与功能安全相关,如果Use Case相关功能与安全相关,则通过S/E/C 三个维度判断,若有ASIL等级要求,则分配正确的ASIL等级和安全目标;若无ASIL等级要求,则为QM功能,无需分配安全目标。

逻辑定义(L):以SOA的设计方法进行,将功能划分到不同的域中,不同的域建立不同的层级及层级中创建不同的模块(Module),为了实现SOA 架构设计上的松耦合性,层级之间的服务调用存在上、下级调用原则。逻辑定义/功能设计的目的是对上承接功能定义,对下指导模块设计和测试用例的编写。该部分工作在EA(MBSE工具集成平台)中完成,通过在EA中创建时序图/活动图和状态机图来描述功能与外部系统之间的信息交互,以体现用户与功能交互及不同系统信息交互时发生的功能执行情况。

物理结构设计(P):通过UML建模建立软件中心(SWC)至ECU的部署关系,根据通信设计进CAN/CANFD/以太网等通信网络拓扑的设计,最终实现系统物理化的图形化表达。
上述四大环节的整体过程总结如下:
1)首先是通过捕获用户需求,并将该需求按照不同维度(如战略、利益、安全、标准化等)进行划分;
2)接着利用UML以案例(Use Case)的方式,对不同需求下的电子电气系统的实用性进行可行性、科学性等方面的定义和描述;
3)对已完成定义的功能采用SOA的设计方法进行逻辑定义或功能设计;
4)最后通过设计的功能对系统实现物理结构设计,如零部件的开发、系统集成等。
四、电子电气架构开发流程
在传统的开发流程中,以可预测的瀑布开发模型下的“V模型”为主要开发流程,以产品概念出发,经由需求切入,按照架构开发的四大环节对工作进行细分,最后对各个环节的开发内容进行验证,以确认需求目标的达成。

随着整车架构集成化的发展,汽车电子电气架构的开发也正向基于服务(SOA)的模式转变,在此之下,应用软件的快速迭代将是汽车‘实用实新’的关键,因此平台化服务将是主机厂们更加注重的方向,而与其相关的部分零部件/功能软件产品的开发将会融合敏捷方法,以此来为整车的全生命周期服务。