汽车电子电气架构开发

2011-07-20贾承前

汽车电器 2011年12期

贾承前

（上海世科嘉车辆技术研发有限公司，上海 201209）

随着汽车配置复杂度的增加，电子电气系统越来越复杂。同时，电子电气的成本压力也越来越大，对电气系统优化的要求也日益增加。鉴于以上原因，电子电气架构EEA（E1ectronic&E1ectrica1 Architecture，以下简称EEA）的概念就应运而生，取代了传统意义上的原理线束设计。本文分别从EEA开发的必要性、EEA定义和内容以及国内EEA现状3个方面展开，进行重点论述（因为EEA涵盖范围广阔，限于篇幅，某些方面只能一笔带过）。

1 EEA开发的必要性

汽车发展至今，已不仅仅是代步工具，更是具备安全、舒适、娱乐等性能的集合体。而实现这些配置的正是不同的电子器件。粗略统计，目前中级车型的电子系统可以达到30个以上，且还在不断地增加。如此庞杂的电子电气对整车空间、功能、性能、成本、装配、开发周期等各方面都有更高更复杂的要求，传统的原理及线束设计已经远远不能满足。而且随着汽车行业平台化和模块化的发展，整车电子电气的开发也必须遵循一定的次序和规则，顺应汽车行业和企业自身发展方向。因此，在平台规划和项目规划前期，就要开始EEA的规划，从而对电子电气系统的开发进行有效的管理和控制。电子电气平台及开发示意图如图1所示。

总的来说，整车企业要掌控整车的EEA定义，能够对整车电子电气系统产品进行基于架构的平台化开发，这包括整车电子电气架构设计、总线通信拓扑和通信协议、单一系统产品平台设计等。现在，电子和电气在汽车上越来越不可分割，整个电子电气的定义和架构，即EEA，是整车企业必须要掌握的。

2 EEA的定义

EEA相当于汽车电子电气系统的总布置。具体来说，EEA就是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下，通过对功能、性能、成本和装配等各方面进行分析，所得到的最优的电子电气系统模型。

3 EEA的内容

EEA开发包括配置定义、电源管理、网络管理、路由规划、原理设计、线束设计等多个内容，范围广阔，且相互之间有多种联系。以下按照EEA的开发流程（图2）分别对各步骤进行详细阐述。

3.1 EEA设计输入

EEA设计输入包括两个方面：EEA平台要求和车型设计要求。两者的区别在于空间、配置等方面的差异。车型设计要求在平台要求基础上会体现差异化。EEA平台要求和车型设计要求包括需求、空间、法规、装配等几个方面，因篇幅有限，以下仅对需求及目标的分析和定义进行着重阐述。

需求及目标的定义是整车及EEA开发的输入和目标，关系到整车及EEA开发的成败，其意义非常重大，其包含3个方面。

1）客户需求分析通过市场调研，获取不同客户群对不同级别车型的配置和功能要求、操作习惯等信息。此项工作目前由专门的咨询公司，如J.D.Power等，或者整车厂的市场部通过各种渠道来完成。

2）标杆车型分析对标杆车型的选择及其分析，目前由整车厂选择标杆车型自行分析，或者委托设计公司分析。通过分析，可以得到不同级别、不同配置车型在不同方面（配置、装配、空间、成本等）设计的优劣。作为搭建EEA平台的输入，标杆车型的分析是一个行之有效的方法。

3）发展趋势分析当今社会，科技高速发展，汽车电器件更新换代异常频繁，客户对汽车的娱乐性、舒适性等要求也日新月异。作为EEA开发，在需求分析和定义的时候必须考虑到这一点，才不至于落后于时代，满足未来市场的需求。另外，汽车行业的法规也是发展趋势分析的重点，车型的定义需要有前瞻性。

以上3部分内容，相互关联，相互影响。目前整车厂或者零部件厂也在开展需求分析相关工作，遗憾的是3部分工作关联性不强，分析结果也比较分散，且不能相互印证和动态调整。

EEA开发在最初阶段，要作为需求分析和定义的纽带，将客户需求、发展趋势和标杆车型做全方位的融合，做出符合市场和客户需求，同时又满足发展趋势的需求及目标定义。EEA与需求分析的关系如图3所示。

3.2 EEA方案制定

当有完整的EEA设计输入后，便可正式开始EEA方案的制定。EEA方案的制定分2步：第1步对EEA方案进行前期规划；第2步对不同方案进行具体分析。

3.2.1 EEA方案的规划

功能的实现有不同的途径，如图4所示。在EEA分析之初，必须对各种途径进行梳理，并组合为不同的方案进行分析。

3.2.2 各方案的具体分析

规划好方案之后，要对每个方案进行具体分析。EEA的分析内容广泛，可分电源分配、网络分析、原理设计、线束设计等4部分。这4部分的内容互有交叉，相互支撑。其关系如图5所示。

3.2.2.1 电源分配

电源分配相关内容，《汽车电器》已经有文章专门讨论，此处不再赘述。需要说明的是，电源分配的前期工作，如配置细化和功能分析等同时也是其他工作的重要输入。

3.2.2.2 网络分析

网络在汽车上的应用越来越普遍，其拥有信息共享、减少布线、降低成本、提高总体可靠性和网络管理等很多优点。如CAN、LIN、MOST、F1exRay等，目前应用最广泛的是CAN。

对于EEA开发来讲，网络分析的主要任务如下。

1）确认哪些模块和网络相连，分别传输了哪些信号。

2）确认不同的网络对于整车功能和成本的影响。

3）确认网络对线束的要求。

主要关注：网络对线束要求包括了网络线束的最大总长度；节点间距；ECU距离压接点的最远距离；是否双绞，线的颜色、线径、绞距，以及诊断接口线束的要求；对节点总数、节点连接网络的压接部分导线以及双绞线与连接器端子的压接没有具体要求。

3.2.2.3 原理设计

包括以下内容。

1）建立整车电气连接

第1步：根据子系统电气信息，连接所有的电气零件，进行电气连接时，按照各个系统分块连接。

第2步：按照各个子系统电源输入的要求，连接电源线。

第3步：进行搭铁分配，给各个电气零件连接搭铁线，搭铁线以就近搭铁为原则，并要把高电流和低电流的搭铁分开，特殊情况如EMS（Engine ManagementSystem，发动机管理系统）、ABS（Anti1ock Brake System，防抱死制动系统）等单独搭铁。

2）选择导线

包括线径、绝缘层、种类、颜色等的选择。

①导线线径的选择，除了考虑熔断丝的大小外，还要考虑电气件电压降的要求，以及压接后的机械强度；搭铁回路的线径很大程度上取决于电器件本身的失效模式。②导线绝缘层的选择要根据其所属环境温度来选择。③导线种类可根据电气及环境要求选择，根据各子系统要求，也可选用绞股线，屏蔽线；常用导线标准有DIN（Deutsche Industrie Norm，德国工业标准）、JIS（Japanese Industria1 Standards，日本工业标准）、SAE （Society of Automotive Engineers，美国汽车工程师协会）。④导线颜色的选择，对于每个回路，需要定义不同的导线颜色，以示区分。

3）选择线束对接插接件

在选择对接插接件时，要考虑流过此插接件的电流值、所经回路的导线线径、孔径大小（如需要穿过孔）和固定方式等。

4）定义孔位号

定义孔位号时，插接件的视图方向要与线束图纸所示的视图方向一致。

5）定义回路号

按照企业标准或系统等要求，为不同的回路进行命名。

6）定义功能选项

在相关的回路进行标记，以区别不同的配置功能。

3.2.2.4 线束设计

线束是原理功能在整车上的具体实现，是EEA分析的输出。其遵循的原则是原理和整车环境要求，如功能实现、装配、温度、成本等各种因素。内容较多，因篇幅原因，此处不再展开。

按照以上分析，得出多种EEA方案的线束设计后，可以对每个方案进行仿真。检查正确性，并不断地进行修正和完善。