汽車電子電氣架構開發

賈承前

（上海世科嘉車輛技術研發有限公司，上海 201209）

隨著汽車配置復雜度的增加，電子電氣系統越來越復雜。同時，電子電氣的成本壓力也越來越大，對電氣系統優化的要求也日益增加。鑒于以上原因，電子電氣架構EEA（E1ectronic&E1ectrica1 Architecture，以下簡稱EEA）的概念就應運而生，取代了傳統意義上的原理線束設計。本文分別從EEA開發的必要性、EEA定義和內容以及國內EEA現狀3個方面展開，進行重點論述 （因為EEA涵蓋范圍廣闊，限于篇幅，某些方面只能一筆帶過）。

1 EEA開發的必要性

汽車發展至今，已不僅僅是代步工具，更是具備安全、舒適、娛樂等性能的集合體。而實現這些配置的正是不同的電子器件。粗略統計，目前中級車型的電子系統可以達到30個以上，且還在不斷地增加。如此龐雜的電子電氣對整車空間、功能、性能、成本、裝配、開發周期等各方面都有更高更復雜的要求，傳統的原理及線束設計已經遠遠不能滿足。而且隨著汽車行業平臺化和模塊化的發展，整車電子電氣的開發也必須遵循一定的次序和規則，順應汽車行業和企業自身發展方向。因此，在平臺規劃和項目規劃前期，就要開始EEA的規劃，從而對電子電氣系統的開發進行有效的管理和控制。電子電氣平臺及開發示意圖如圖1所示。

總的來說，整車企業要掌控整車的EEA定義，能夠對整車電子電氣系統產品進行基于架構的平臺化開發，這包括整車電子電氣架構設計、總線通信拓撲和通信協議、單一系統產品平臺設計等。現在，電子和電氣在汽車上越來越不可分割，整個電子電氣的定義和架構，即EEA，是整車企業必須要掌握的。

2 EEA的定義

EEA相當于汽車電子電氣系統的總布置。具體來說，EEA就是在功能需求、法規和設計要求等特定約束下，通過對功能、性能、成本和裝配等各方面進行分析，所得到的最優的電子電氣系統模型。

3 EEA的內容

EEA開發包括配置定義、電源管理、網絡管理、路由規劃、原理設計、線束設計等多個內容，范圍廣闊，且相互之間有多種聯系。以下按照EEA的開發流程 （圖2）分別對各步驟進行詳細闡述。

3.1 EEA設計輸入

EEA設計輸入包括兩個方面：EEA平臺要求和車型設計要求。兩者的區別在于空間、配置等方面的差異。車型設計要求在平臺要求基礎上會體現差異化。EEA平臺要求和車型設計要求包括需求、空間、法規、裝配等幾個方面，因篇幅有限，以下僅對需求及目標的分析和定義進行著重闡述。

需求及目標的定義是整車及EEA開發的輸入和目標，關系到整車及EEA開發的成敗，其意義非常重大，其包含3個方面。

1）客戶需求分析 通過市場調研，獲取不同客戶群對不同級別車型的配置和功能要求、操作習慣等信息。此項工作目前由專門的咨詢公司，如J.D.Power等，或者整車廠的市場部通過各種渠道來完成。

2）標桿車型分析 對標桿車型的選擇及其分析，目前由整車廠選擇標桿車型自行分析，或者委托設計公司分析。通過分析，可以得到不同級別、不同配置車型在不同方面 （配置、裝配、空間、成本等）設計的優劣。作為搭建EEA平臺的輸入，標桿車型的分析是一個行之有效的方法。

3）發展趨勢分析 當今社會，科技高速發展，汽車電器件更新換代異常頻繁，客戶對汽車的娛樂性、舒適性等要求也日新月異。作為EEA開發，在需求分析和定義的時候必須考慮到這一點，才不至于落后于時代，滿足未來市場的需求。另外，汽車行業的法規也是發展趨勢分析的重點，車型的定義需要有前瞻性。

以上3部分內容，相互關聯，相互影響。目前整車廠或者零部件廠也在開展需求分析相關工作，遺憾的是3部分工作關聯性不強，分析結果也比較分散，且不能相互印證和動態調整。

EEA開發在最初階段，要作為需求分析和定義的紐帶，將客戶需求、發展趨勢和標桿車型做全方位的融合，做出符合市場和客戶需求，同時又滿足發展趨勢的需求及目標定義。EEA與需求分析的關系如圖3所示。

3.2 EEA方案制定

當有完整的EEA設計輸入后，便可正式開始EEA方案的制定。EEA方案的制定分2步：第1步對EEA方案進行前期規劃；第2步對不同方案進行具體分析。

3.2.1 EEA方案的規劃

功能的實現有不同的途徑，如圖4所示。在EEA分析之初，必須對各種途徑進行梳理，并組合為不同的方案進行分析。

3.2.2 各方案的具體分析

規劃好方案之后，要對每個方案進行具體分析。EEA的分析內容廣泛，可分電源分配、網絡分析、原理設計、線束設計等4部分。這4部分的內容互有交叉，相互支撐。其關系如圖5所示。

3.2.2.1 電源分配

電源分配相關內容，《汽車電器》已經有文章專門討論，此處不再贅述。需要說明的是，電源分配的前期工作，如配置細化和功能分析等同時也是其他工作的重要輸入。

3.2.2.2 網絡分析

網絡在汽車上的應用越來越普遍，其擁有信息共享、減少布線、降低成本、提高總體可靠性和網絡管理等很多優點。如CAN、LIN、MOST、F1exRay等，目前應用最廣泛的是CAN。

對于EEA開發來講，網絡分析的主要任務如下。

1）確認哪些模塊和網絡相連，分別傳輸了哪些信號。

2）確認不同的網絡對于整車功能和成本的影響。

3）確認網絡對線束的要求。

主要關注：網絡對線束要求包括了網絡線束的最大總長度；節點間距；ECU距離壓接點的最遠距離；是否雙絞，線的顏色、線徑、絞距，以及診斷接口線束的要求；對節點總數、節點連接網絡的壓接部分導線以及雙絞線與連接器端子的壓接沒有具體要求。

3.2.2.3 原理設計

包括以下內容。

1）建立整車電氣連接

第1步：根據子系統電氣信息，連接所有的電氣零件，進行電氣連接時，按照各個系統分塊連接。

第2步：按照各個子系統電源輸入的要求，連接電源線。

第3步：進行搭鐵分配，給各個電氣零件連接搭鐵線，搭鐵線以就近搭鐵為原則，并要把高電流和低電流的搭鐵分開，特殊情況如EMS（Engine ManagementSystem，發動機管理系統）、ABS（Anti1ock Brake System，防抱死制動系統）等單獨搭鐵。

2）選擇導線

包括線徑、絕緣層、種類、顏色等的選擇。

①導線線徑的選擇，除了考慮熔斷絲的大小外，還要考慮電氣件電壓降的要求，以及壓接后的機械強度；搭鐵回路的線徑很大程度上取決于電器件本身的失效模式。②導線絕緣層的選擇要根據其所屬環境溫度來選擇。③導線種類可根據電氣及環境要求選擇，根據各子系統要求，也可選用絞股線，屏蔽線；常用導線標準有DIN（Deutsche Industrie Norm，德國工業標準）、JIS（Japanese Industria1 Standards， 日本工業標準）、SAE （Society of Automotive Engineers，美國汽車工程師協會）。④導線顏色的選擇，對于每個回路，需要定義不同的導線顏色，以示區分。

3）選擇線束對接插接件

在選擇對接插接件時，要考慮流過此插接件的電流值、所經回路的導線線徑、孔徑大小 （如需要穿過孔）和固定方式等。

4）定義孔位號

定義孔位號時，插接件的視圖方向要與線束圖紙所示的視圖方向一致。

5）定義回路號

按照企業標準或系統等要求，為不同的回路進行命名。

6）定義功能選項

在相關的回路進行標記，以區別不同的配置功能。

3.2.2.4 線束設計

線束是原理功能在整車上的具體實現，是EEA分析的輸出。其遵循的原則是原理和整車環境要求，如功能實現、裝配、溫度、成本等各種因素。內容較多，因篇幅原因，此處不再展開。

按照以上分析，得出多種EEA方案的線束設計后，可以對每個方案進行仿真。檢查正確性，并不斷地進行修正和完善。

3.3 方案對比及選擇

對于可行的方案，通過在成本、質量、裝配維修、功能擴展等方面進行全方位的對比，選擇出最優化的方案進行平臺架構建設或者實際的項目開發。值得一提的是，需要和整車電器件作為一個整體，進行成本和質量等的核算。

4 國內EEA現狀

為了統一管理EEA開發過程中的龐雜數據和流程，加快開發速度，增加數據利用率，選擇合適的開發工具是非常必要的。目前，市面上用于EEA開發的工具有CHS，PREEvision，FUNcoSAR等，軟件各有特點，但不論何種工具，前期的模型庫建設都是一個必要和繁雜的過程，需要項目開發不斷的完善。

目前，國內已經有整車廠和零部件廠開始或者著手EEA的開發，整車廠如上汽、一汽、奇瑞、比亞迪等；零部件廠和設計公司如德爾福派克、Intedis、泰科電子、恒潤、世科嘉等。但因起步較晚，且對工程師要求較高，目前國內企業還沒有形成相對成熟和完善的開發體系。

未來汽車的競爭，在很大程度上是成本、性能和電器功能上的競爭，所以平臺化、模塊化是必然的趨勢。而EEA正是達成電子電氣平臺化、模塊化的惟一道路。為了未來長遠的發展，汽車企業需要在EEA建設方面加大投入，而電子電氣工程師也不能只局限于小范圍的線束原理設計，要放開眼界，在EEA開發方面多下功夫。

［1］邊煥鶴.汽車電器與電子設備［M］.北京：人民交通出版社，2006

［2］劉明輝.本土整車企業要掌握E／E架構和動力總成電子［OL］.蓋世汽車網， 2009

［3］伏軍鋒.汽車電氣系統設計［J］.汽車電器， 2010， （1）：1－5

［4］羅伯特·賽德勒.技術整合的解決之道［J］.汽車與配件，2010， （16）： 22－23.