汽車電氣接口的平臺化設計五步法及應用

張新豐，吳 斌

（1.同濟大學汽車學院，上海 201804；2.上海汽車乘用車技術中心，上海 201800）

在汽車工業競爭日益激烈的今天，傳統造車方式使用的高昂模具及生產設備費用，均攤到年銷量較小的車型上，很難取得盈利［1］，而傳統車企動輒3～5年的研發周期，也無法滿足汽車產品快速迭代的需求。如何以更低的成本、更高的效率，開發更多車型，是擺在所有車企面前的難題［2］。為此，各國車企紛紛采用平臺化戰略。汽車平臺化是將汽車的基礎零件如發動機、車身結構、底盤等設計得基本一致，只在造型和軸距上加以區分，從而滿足細分市場的需求［3］。平臺化戰略能使車企復用一半以上的零件，節約2～4成零件研發費用和采購成本，并將整車開發周期縮短三成以上［4］。

同時，汽車電子技術發展迅猛，汽車電子占整車成本比重逐年上升。然而大部分汽車電子零件不涉及造型，其連接形式、接口關系并非消費者關注點，故平臺化戰略尤其適合汽車電氣設計。采用一致的平臺化接口方案，可實現零件復用和降本增效。本文結合作者的實際工作經驗，提出可靠的汽車電氣零件平臺化接口制定方法——接口制定五步法。

1 平臺化接口制定五步法基本思路

接口制定五步法 （以下簡稱五步法）是對平臺化接口方法制定的經驗總結，適合所有車企。接口制定五步法流程如圖1所示。五步法具體步驟如下。

1）系統接口的范圍和優先級劃分。目的是劃分接口范圍和識別重要接口，并制定接口計劃。由于主機廠人力資源限制，不能同時對所有電氣系統制定平臺化接口。應確定各接口的優先級，并制定合理的接口制定計劃，便于開展后續工作。

2）系統方案的平臺化策略研究。此步驟是制定合理的平臺化接口的基礎，包含需求分析、潛在供應商分析、方案分析和性能分析。通過各項分析，可以對子系統有一個全面的認識。

3）系統接口的平臺化提案和優化。基于第2步的深入分析，可以提出系統接口的平臺化提案。提案需經由各層審核，項目驗證通過，最終將接口方案編制成平臺化接口規范，用于指導和約束后續項目。

4）平臺化方案實施策略。平臺化接口規范將直接在項目中應用，如出現新老平臺過渡或低成本項目，導致某些接口無法使用平臺化方案，則這些接口需要偏差認可，應提供偏差報告。

5）經驗總結。平臺化接口在項目實際應用過程中遇到的問題、實施的經驗應及時記錄下來。對于接口方案導致的重大問題，應考慮改進或重新制定平臺化方案。對于具有典型性的實施經驗應補充到接口文檔的實施要點中。項目進行過程中和項目結束后都需要總結經驗教訓。前期充分的分析可以有效避免后期由于接口方案引發的問題。

圖1 接口制定五步法流程圖

2 平臺化接口制定實例

下面將結合實例——巡航開關檢測的平臺化接口制定過程，對接口五步法進行詳細闡述。

2.1 系統接口的范圍和優先級

一般將整車的系統劃分為13個域：車身，車輛進入和起動、安全，電源管理，空調，混合動力，傳統動力，底盤，被動安全，主動安全，無線通信，人機接口，信息娛樂，架構。整車所有電氣類功能都可以分配到這13個域中。系統劃分完成后，應確立接口優先級。一般將接口優先級分為3個等級：①全局性和跨部門零件的接口，如電源模式、車速、環境溫度等。此類接口涉及面廣，爭議多，對整車的影響和意義大，其中動力、底盤和安全相關的接口最關鍵。②單一部門負責的跨零件接口。此類接口不涉及外部門，爭議和影響較小，可降低優先級。③單個零件的接口。此類接口對整車的影響極低，可最后制定平臺化方案。

本節將以一個動力相關的接口，即定速巡航開關檢測為例，介紹接口五步法的具體應用方法。

2.2 系統方案的平臺化策略研究

平臺化策略研究分4個方面：需求分析、方案分析、潛在供應商分析和性能分析，下面逐一介紹。

2.2.1 需求分析

需求分析是指對子系統功能及相關方的需求進行分析。子系統功能可從3方面獲取：①市場分析，即客戶的功能期望；②法規分析，尤其是國家標準和安全要求；③對標分析，可參考主機廠以往做法或競品車型功能。

本例的巡航控制主要功能是在安全狀態下，讓車輛按駕駛員的指定速度自行保持勻速運動。具體功能如下：①定速巡航啟用和禁用；②定速巡航目標速度設定；③定速巡航目標速度取消和恢復；④定速巡航目標速度增加或減少。

明確子系統功能后，需要考慮所有功能實現方的需求，通常借助對標分析獲得相關方信息。本例中定速巡航功能涉及的實現方需求分析如下：①定速巡航開關：根據駕駛員操作，輸出相應請求。②網關 （GW）：檢測定速巡航開關輸入，并向網絡發送定速巡航開關信號。③發動機控制模塊 （ECM）：定速巡航控制，包括判定巡航是否滿足激活條件，所需輸出的扭矩計算和控制等。④變速器控制模塊（TCM）：輔助實現定速巡航功能。如配合ECM，實現增扭、降扭等。當TCM故障時，ECM需要禁止巡航功能。⑤電子穩定程序 （ESP）：檢測輪速，并換算成車速。輸出信號給ECM，用于定速巡航控制。⑥儀表 （IPC）：指示巡航激活，待命及故障的狀態。⑦電子駐車制動系統 （EPB）：巡航禁止或退出條件。在EPB被激活時，請求ECM禁止巡航功能。⑧制動踏板，離合器踏板：在巡航激活時，踩下制動或離合器踏板，巡航將進入待命狀態。⑨加速踏板：當加速踏板開度超過定速巡航模擬的加速踏板開度時，進行加速，巡航暫時處于待命狀態。⑩安全氣囊 （SDM）：用于記錄整車狀態。11○車身控制模塊 （BCM）：檢測制動踏板和離合器踏板的狀態，如果與ECM檢測的踏板狀態不一致，記為故障，退出巡航。

2.2.2 潛在供應商分析

通過潛在供應商分析，可了解市面上已有的成熟技術方案，對平臺化接口方案制定有一定的借鑒意義。通常整車廠為減小開發壓力，只對重點零部件進行研發，其余的開發任務交由供應商完成，只需提供需求文檔即可。成熟的平臺化接口標準也是需求文檔的一部分。在選擇供應商時，應結合技術成熟度和成本兩方面綜合考慮，可靠的供應商可以使平臺化方案更完善地實施。通常需要全面評估供應商能力。表1是對供應商能力評估的簡單示例。實際供應商評估過程中，應涵蓋更多方面。

2.2.3 方案分析

通過對標分析，可獲取以往項目的方案以及競品車型的技術方案和產品信息。結合需求和潛在供應商分析，可得出多種潛在技術方案，此時需進行方案分析。方案分析時應該從多個維度進行綜合考慮，如成本、可實現性、可擴展性、可維護性等。結合架構工具，如Preevision可以量化方案指標，便于方案評估。表2是巡航開關接法的對比分析示例。

表1 巡航開關潛在供應商分析

表2 巡航開關方案分析

2.2.4 性能分析

性能分析也是重要一環，常見指標有可靠性、功耗、響應時間等。通過電路分析，可以得出電器性能優良的方案。下面以名爵銳騰巡航開關接口采集電路 （圖2）為例進行電路性能分析。

此電路是分段采集電路，其要求是將各個分段的電壓較為均勻地分割開，并設置合理的死區電壓，防止誤采集。該類接口推薦電阻值列表見表3。表3中典型值為電路推薦值，實際電路允許有1%的上下偏差。基于表3，可以計算1號引腳和2號引腳在各個擋位的電阻和電壓情況，具體見表4～表7。3號引腳只是簡單的高有效和低有效，故不計算。表5和表7中的距離+和距離-是為自適應巡航開關做預留的，定速巡航開關實際上并無這2個開關。

表3 巡航開關推薦電阻值

表4 開關信號1引腳輸出端的電阻

表5 開關信號2引腳輸出端的電阻

表6 開關信號1引腳輸出端的電壓

表7 開關信號2引腳輸出端的電壓

可進一步計算各個擋位間的隔離幅度和最大最小電壓的差值，見表8和表9。

從表8和表9中可以看出電壓最大值與最小值的差值逐漸減小，而隔離幅度逐漸增大。但總體來說，電壓分段比較清晰，易于檢測，電壓隔離度較大，不容易出現誤采集現象。

圖2 名爵銳騰巡航開關接口采集電路

表8 1號引腳電壓隔離幅度和電壓差值

表9 2號引腳電壓隔離幅度和電壓差值

2.3 系統接口的平臺化提案和優化

經過2.2的詳細分析，可提出接口草案，草案應與最終的接口規范使用相同模板，以便于管理，方便討論和后期的標準制定。接口模板應結合公司的實際情況進行定制。本文以定速巡航開關檢測接口為例，介紹上汽平臺化接口規范的模板。

1）接口描述，用于描述接口的功能。定速巡航開關檢測的接口描述如下：定速巡航控制是將車輛保持在一個穩定速度行駛的功能。巡航開關可實現巡航功能的激活、待命、關閉或增減車速等。

2）升級記錄，用于記錄接口的修改歷史。定速巡航開關檢測的升級記錄見表10。

表10 定速巡航開關檢測升級記錄

3）信號流，用于顯示接口相關信號的流向。定速巡航開關檢測的信號流如圖3所示。

4）硬線接口電路，用于顯示接口相關的硬線連接關系。定速巡航開關檢測的硬線接口電路如圖4所示。

5）非ECU零件內部電路，用于示意非控制器類零件的內部電路，一般是傳感類或執行類零件內部電路。定速巡航開關檢測的非ECU零件內部電路見圖2左。

6）ECU零件內部電路，用于示意控制器類零件的內部電路。定速巡航開關檢測的ECU零件內部電路見圖2右。

圖3 定速巡航開關檢測信號流

圖4 定速巡航開關檢測硬線接口電路

7）串行數據信號，用于規范網絡信號的具體內容和格式。定速巡航開關檢測的串行數據信號如圖5所示。

8）實施要點，用于記錄項目實施過程中的重點注意事項。定速巡航開關檢測的實施要點如下：定速巡航控制開關為手柄式開關，布置在左轉向燈手柄的下端。開關信號3只輸出定速巡航開和關兩種狀態，用于實現開關斷開時的主動限速功能。安全氣囊控制模塊接收Cruise Control Switch Status On Switch Active，用于記錄氣囊點爆時整車狀態，便于事故分析。

圖5 定速巡航開關檢測的串行數據信號

9）背景信息，用于補充接口制定過程中的背景信息。定速巡航開關檢測的背景信息如下：定速巡航開關的平臺化方案后續可擴展成自適應巡航開關的接口電路，僅需在開關信號2這一路的開關內部增加距離加減的開關即可實現。

上述1）～9）即為上汽平臺化接口規范模板。該接口提案是個人提案，存在局限性，需經各層面審核。首先經由科室內部評審，再通過會議或其他形式經由部門內的專家審核、修改和通過，即部門內部審核。未涉及跨部門零件的接口只要通過部門內部審核即可。跨部門的接口，還應與相關部門聯合評審。經多方審核是必要的，因為跨部門的接口牽扯面廣，單個部門制定跨部門接口，必然偏向本部門，非最佳方案。跨部門接口方案的制定過程要平衡各方利益，最終方案必須站在整個公司高度來評估。本例中的巡航開關檢測平臺化方案主要涉及開關、線束、網關、發動機、安全氣囊控制器，至少需與上述零件的主管工程師進行確認。在電器部內部審核后，還需通過發動機部相關專家的審核。完成上述評審后，應搭載一到兩個項目進行驗證。驗證過程中遇到的問題需及時經驗總結。如果驗證過程中發現接口的重大問題，應修改接口方案，重新驗證。直到驗證通過后，才可以將該接口方案固化為平臺化接口標準規范，并在后續項目中推廣實施。

2.4 系統接口的平臺化提案和優化

在制定完平臺化接口規范后，后續項目一般直接使用接口規范中的定義，無需再進行系統評審。對于有多種方案的平臺化接口，項目應用工程師應該與接口相關方確認使用哪一種方案。如果接口相關方因特殊原因，如供應商切換或零件型譜升級等，導致無法使用平臺化方案時，應該采取偏差認可。偏差認可的接口需提供偏差報告。報告應包括無法使用接口規范的原因和偏差方案。偏差報告應得到所有接口相關方的認可且只能在單個項目中使用，不能將偏差報告沿用到下一個項目。因為偏差只是應急處理方案，不應該是常態。若確認偏差方案會在后續項目中長期應用，則應將此偏差方案加入到平臺化接口方案中。總之，合理的流程應該是先制定平臺化接口規范，然后再將平臺化接口方案實施到項目中，盡量避免偏差認可。

2.5 經驗匯總

在項目實際應用接口規范的過程中所產生的經驗應及時記錄到相關接口的實施要點，如布置、安裝等。此外隨著外界因素波動，如產品使用時間、氣候等，產生相關接口的失效問題，經過原因分析，也需要提煉出針對這個接口的實施要點，完善更新標準。這些實際問題產生的經驗對后續避免這些問題和制定新系統的接口規范都有重要的借鑒意義。

3 總結

本文針對汽車電子電器零件的平臺化，提出一套較為可行的平臺化制定方法——接口五步法。五步法充分分析了需求，又通過了嚴格的審核和驗證，運用該方法制定的平臺化接口較為嚴密。當然，再嚴密的接口制定流程，也難免會有遺漏，但修改平臺化方案的代價巨大。因為平臺化方案一旦應用，其應用量必然很大，所以問題產生的影響和更改成本巨大，這是平臺化最大的問題。此外，新老平臺方案切換過程中的零件配合也容易出錯。因此，在方案設計之初就充分考慮各種問題，減少修改。