新能源电动汽车电子电气架构设计

周连明

（上海知豆电动车技术有限公司 上海市 201801）

1 新能源汽车电子电气架构定义

新能源汽车电子电气架构（EEA）概括起来说就是所有新能源汽车电子电气零部件组成的集成系统，也可以说是新能源汽车电子电气系统的物理集成系统。具体来说是在满足新能源汽车安全性、舒适性等功能需求和性能要求以及相关法律法规等的设计条件约束下，对新能源汽车的开发成本、周期、人力物力投入等各方面进行可行性分析，最终得到的最优的电子电气系统模型。

2 新能源汽车电子电气架构开发必要性

汽车发展至今已有200 多年的历史了，已经从最初的代步工具发展到现在的具有动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性、安全性、舒适性等众多性能要求以及功能的复杂集合体。要实现上述众多的功能、性能要求，需要众多数量繁多、种类多样的电子电气件互相配合。随着配置的不断提升，电子电气零部件仅仅依靠传统的电气原理以及线束设计变得繁琐，已经无法满足设计要求了，同时电子电气零部件在布置空间、装配工艺、成本等方面也极大缺陷，笨重、布置空间不够、装配复杂、接插件杂乱，而且开发周期也必须满足整车开发大时程计划要求，严重滞后现代电子电气的技术创新理念，此外伴随着新能源汽车行业标准化、平台化、模块化的发展，电子电气零部件的开发也必须遵守相应的规则和次序，顺应新能源汽车行业技术路线发展要求，走架构集成、电子模块化路线，在实现智能电控方面起到领头作用。

综上所述，新能源汽车电子电气架构开发是十分必要的。结合新能源汽车产品具体的开发流程，在项目可行性分析阶段，必须在平台规划中规划电子电器架构，唯有如此才能从根本上保证电子电器架构满足项目的产品开发要求，尤其在智能驾驶、远程监控、智能电控、域管理等新兴电子电气方面的发展尤为重要。

3 电子电气架构开发流程

当前国内的新能源汽车产品开发流程是在借鉴国外新能源汽车产品开发流程的基础上，进行本土化调整、验证和改进形成的，并通过数款车型的实战，逐渐形成自己的开发流程体系。本论文主要依据国内的主流新能源汽车产品开发流程对某纯电动乘用车电子电气架构开发过程进行阐述。

在公司战略规划期间，平台的概念导入是国内外各家主机厂的一个划时代的进步，各家企业相继出现平台规划、平台系列产品，诸如：CMA 平台、H 平台、MQB 平台等，基础平台建立的同时，架构平台的建立是首要任务之一，为设计开发做先期策划，搭建架构的重点内容主要包括：需求架构设计、功能架构设计、物理架构设计、网络系统设计、系统设计等五个方面。

3.1 需求架构设计

图1：需求架构设计简图

图2：网络拓扑图

产品开发立项初期通常要进行可行性分析，通过市场调研确定对标车型、目标销售群体、车型市场定位等相关信息的导入，形成相关的配置表、整车性能指标VTS，立项审批通过后，该部分内容可以作为新产品开发的初版市场需求输入。研发部门据此制定新开发车型的配置需求、整车功能及性能需求，即产品定义，并形成细化的相关参数和方案，具体如图1所示。

3.2 功能架构设计

需求及目标定义中包含了整车电子电器架构的开发输入和目标，完成需求架构设计后，根据定义和供应商调查表制定和功能释放，进行功能架构设计，包括初版网络拓扑、电子电气方案、子系统技术规范、功能方案等。

3.3 物理架构设计及系统网络设计

根据3.2 中确定的电子电气架构系统中确定的功能架构，通过功能方案的释放来制定电子电气架构中电源分配设计、物理架构搭建、网络系统设计和系统原理和功能规范设计。

最直观的方案表达就是网络拓扑图，如图2所示，鉴于配置和功能需求量加大，很多远程监控、智能驾驶、域控制的先进技术的应用，架构的设计可区隔化和拓展性要求越来越高，冗余设计和数据缓冲处理的繁琐程度越来越高，同时在CAN 总线的串联下，相互交互的数据也同步大规模增量起来，鉴于诸多方面考虑，在架构设计中，加入网关控制器GW 进行交互，是架构设计的有一个创新，极大地解决区隔和拓展设计便利性，图2是某电动汽车的设计案例，在其拓扑设计时设定四路CAN，分别将动力系统CAN、车身系统CAN、娱乐信息系统CAN 及底盘系统CAN 分开，在网络拓扑中增加核心部件独立网关控制器GW 和诊断接口，网关控制器GW 的作用是既可以作为整车网络的数据交互枢纽，把CAN、LIN、MOST 等网络数据在不同网络中进行收集并再发散出去，起到类似于路由器的作用，还可以优化整车电子电气架构设计，从而提高拓扑结构的可扩展性、安全性以及网络数据的保密性。

3.4 系统设计

在3.1、3.2、3.3 的技术上，完成电子电气系统设计，根据架构开发阶段制定的电源分配图、接地点、整车planview，供应商提供的ICD，设计整车原理、接口定义及功能规范，通过一系列法规校核和功能定义符合性检查，实现功能下发，更新到产品部件中加以落实和验证。

综合下来，在PREEvision 模型架构搭建中，通过需求定义、逻辑架构层设计、部件层设计、原理层设计到评估算法等一系列阶段实现模型设计，算法评估通过线束层和拓扑层信息、架构评估数据库、OEM 经验值和经验公式输入等条件的支撑，实现正确的逻辑和算法。

3.5 电子电气零部件设计

根据电子电气架构系统级需求，制定电子电气零部件的设计方案，定义各电子元器件的设计要求，具体包含硬件、软件、机械以及安装工艺的具体需求，同时制定验证电子电器件设计目标用的测试规范。

3.6 电子电气件的开发

根据电子电气零部件的设计要求，通过采购部门寻找合作供应商，由供应商完成电气零部件的开发工作，零部件的功能及性能验证工作由供应商运用自己的设备验证完成，也可以外委第三方验证完成。

3.7 电子电气件的设计验证

根据电气零部件的测试规范与方法，进行零部件DV 试验验证，依据试验结果判定电子电气件设计的目标是否被实现。

3.8 系统级架构设计验证

根据相应的电子电气系统级测试规范与方法，验证设计要求是否满足。

3.9 整车设计目标验证

通常整车设计指标验证需要进行夏季标定、冬季标定、动力性标定、经济性标定，还要去试验场进行可靠性路试等试验项目。

4 需求规范与管理

4.1 需求规范

需求规范的定义是用来描述需要开发产品或者系统的规范化描述，要求必须是完整无歧义结构层次分明且便于理解。总体数来，需求规范对描述的内容进行严格的限制，同时也对结构层次、描述语言的语法规则进行了严格限制。总体说来需求规范的内容包括以下几点：

（1）需求的具体类型。

（2）需求相关文档具体内容。技术标准类（国家标准法规、行业标准、企业标准等）、设计文件类（任务书、产品定义描述书、2D 图纸等）、合同类（产品开发技术协议、试验外委合同等）、开发流程体系文件（产品开发过程计划、产品品质要求书等）。

（3）制作出满足要求的文件模板。

（4）明确出评价文件的质量准则。

（5）明确专用词汇表。

（6）规范化后的文件整理归类并进行文件归档，作为系统开发的输入文件。

4.2 需求管理

4.2.1 开发过程管理

管控整车电子电气架构开发的开发活动并制定出设计开发各阶段的工作计划，还要组织各开发阶段的技术讨论、评审会议等活动内容。

4.2.2 开发过程

跟踪电子电器架构开发规程的每一个阶段，依据各阶段开发内容的差异及要求，采用不同的跟踪方法，建立完善的追踪记录机制保证开发过程可追溯。

4.2.3 设计变更管理

新能源汽车电子电器架构开发过程中，需要制定严格的设计变更控制程序。必须要明确设变的必要性、设变的具体方案及可行性，设变方案评审通过后严格跟踪管理尤其是关联设变，最终保证设变内容落地执行。

4.2.4 文件版本管理

依据产品开发流程，做好每一个开发阶段内的交付物的编制、审核、签批以及归档工作；关注各开发阶段之间的逻辑链接关系，做好每一阶段交付物文件版本的管理。

5 结束语

新能源汽车电子电器架构开发是其产品开发流程中比较重要的一个环节，新能源汽车产品的很多功能、性能要求都必须依赖于电子电气零部件得以实现。电子电气架构开发过程比较繁琐而且时间跨度较长，本文作者是结合自身的工作经历对其开发过程进行简单分析，阐明了新能源汽车电子电气架构设计的部分关键要素，可以为众多新能源汽车电气开发人员提供一定的设计参考。