基于模型的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)

一、背景及趨勢(shì)隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展進(jìn)程的不斷深入，整車電子電氣系統(tǒng)的復(fù)雜度也隨之在不斷提升，在此背景之下，傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的電子電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在應(yīng)對(duì)高復(fù)雜度、高軟件覆蓋度的新架構(gòu)之下顯得后勁不足了，因此為了解決在此情況之下通過(guò)應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的過(guò)程中所產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)不一致、可驗(yàn)證性、可追溯性等問(wèn)題，同時(shí)可適應(yīng)現(xiàn)如今整車頻繁更新迭代的特點(diǎn)，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的開發(fā)難度和開發(fā)成本，因此基于模型的系統(tǒng)工程（Model-BasedSystemsEngineering，MBSE）研發(fā)方法被得以應(yīng)用。在汽車行業(yè)的應(yīng)用中，MBSE是將系統(tǒng)工程由傳統(tǒng)的文本格式通過(guò)圖形化的建模語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，該模型描述了系統(tǒng)需求以及這些需求的設(shè)計(jì)決策，并以中央模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)與周邊系統(tǒng)對(duì)接，從而完成高效精準(zhǔn)的需求傳遞，最終形成“以模型為主，文檔為輔”的電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)研發(fā)方案。圖1

基于模型的系統(tǒng)工程流程在新汽車時(shí)代，整車的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)得到進(jìn)化，傳統(tǒng)的硬件架構(gòu)已經(jīng)不再是系統(tǒng)的核心，而高集成趨勢(shì)下的軟件服務(wù)成為了主流，因此為了能很好的完成系統(tǒng)的開發(fā)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)的技能亦需要得到提升，團(tuán)隊(duì)首先需要了解的便是SOA的涵義以及應(yīng)用方法。在軟件定義汽車的背景之下，整車系統(tǒng)的頻繁更新已成為日常，因此對(duì)于電子電氣系統(tǒng)的組件、軟件開發(fā)，傳統(tǒng)的瀑布開發(fā)模式需在必要時(shí)調(diào)整為敏捷方法，同時(shí)對(duì)于整車的OTA技術(shù)亦是電子電氣系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中不可忽略的重要一環(huán)。二、電子電氣架構(gòu)開發(fā)方式我們所說(shuō)的電子電氣架構(gòu)開發(fā)包括兩種即：平臺(tái)化電子電氣架構(gòu)和特有車型電子電氣架構(gòu)。無(wú)論是何種架構(gòu)其開發(fā)方式主要有兩類：1）自上而下的正向開發(fā)，該開發(fā)方式從用戶需求切入，通過(guò)分析目標(biāo)群體的需求再進(jìn)行逐層分解，整個(gè)開發(fā)過(guò)程還會(huì)經(jīng)歷功能定義、功能設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，諸君可理解為是一種全新產(chǎn)品的開發(fā)。由于這是一種面向某一大群體的產(chǎn)品開發(fā)，因此該方式具有成本高、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，但若產(chǎn)品可順利完成研發(fā)，其后續(xù)的回報(bào)亦是相當(dāng)可觀的，只不過(guò)這類產(chǎn)品的落地都較困難。正常來(lái)說(shuō)主機(jī)廠對(duì)于平臺(tái)化的電子電氣架構(gòu)的研發(fā)大都采用該方式。正是由于該研發(fā)方式的特點(diǎn)，因此在主機(jī)廠中平臺(tái)化的電子電氣架構(gòu)并不像其他產(chǎn)品一樣遍地開花。圖2自上而下正向開發(fā)2）自下而上的逆向開發(fā)。同樣以需求出發(fā)，但在過(guò)程中車企會(huì)通過(guò)評(píng)估內(nèi)部現(xiàn)有資源和當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)，對(duì)其他項(xiàng)目或車型產(chǎn)品在新項(xiàng)目上盡可能做到復(fù)用，該方式相對(duì)于正向開發(fā)在成本、周期等方面都要低許多，同時(shí)這對(duì)于車企快速推出新車型到市場(chǎng)上具有優(yōu)勢(shì)，就如之前部分車企推出的‘油改電’車型那樣，但由于該方式之下有部分產(chǎn)品是‘借用’，因此在匹配度、適應(yīng)性、性能等方面存在一定的局限。圖3自下而上的逆向開發(fā)三、電子電氣架構(gòu)開發(fā)主要內(nèi)容當(dāng)前全新的電子電氣架構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)采用基于需求驅(qū)動(dòng)的研發(fā)流程，共可分為四大環(huán)節(jié)：需求定義（R）、功能定義（F）、邏輯定義（L）和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（P）。圖4RFLP方法需求定義（R）：分為需求列表設(shè)計(jì)和場(chǎng)景開發(fā)，通過(guò)使用UML（UnifiedModelingLanguage，統(tǒng)一建模語(yǔ)言）進(jìn)行需求建模，以展示需求條目之間以及需求與其他模型元素之間的關(guān)系，需求的實(shí)現(xiàn)是電子電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。表1需求列表示例功能定義（F）：基于用戶的實(shí)際用車場(chǎng)景對(duì)需求進(jìn)行識(shí)別和定義，基于UML建立用例圖（UseCaseDiagram），以描述相關(guān)人員和系統(tǒng)的相互關(guān)系。通過(guò)UseCase分析某功能是否與功能安全相關(guān)，如果UseCase相關(guān)功能與安全相關(guān)，則通過(guò)S/E/C

三個(gè)維度判斷，若有ASIL等級(jí)要求，則分配正確的ASIL等級(jí)和安全目標(biāo)；若無(wú)ASIL等級(jí)要求，則為QM功能，無(wú)需分配安全目標(biāo)。圖5用例功能定義示例邏輯定義（L）：以SOA的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，將功能劃分到不同的域中，不同的域建立不同的層級(jí)及層級(jí)中創(chuàng)建不同的模塊（Module），為了實(shí)現(xiàn)SOA

架構(gòu)設(shè)計(jì)上的松耦合性，層級(jí)之間的服務(wù)調(diào)用存在上、下級(jí)調(diào)用原則。邏輯定義/功能設(shè)計(jì)的目的是對(duì)上承接功能定義，對(duì)下指導(dǎo)模塊設(shè)計(jì)和測(cè)試用例的編寫。該部分工作在EA（MBSE工具集成平臺(tái)）中完成，通過(guò)在EA中創(chuàng)建時(shí)序圖/活動(dòng)圖和狀態(tài)機(jī)圖來(lái)描述功能與外部系統(tǒng)之間的信息交互，以體現(xiàn)用戶與功能交互及不同系統(tǒng)信息交互時(shí)發(fā)生的功能執(zhí)行情況。圖6功能模塊定義物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（P）：通過(guò)UML建模建立軟件中心（SWC）至ECU的部署關(guān)系，根據(jù)通信設(shè)計(jì)進(jìn)CAN/CANFD/以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)物理化的圖形化表達(dá)。上述四大環(huán)節(jié)的整體過(guò)程總結(jié)如下：1）首先是通過(guò)捕獲用戶需求，并將該需求按照不同維度（如戰(zhàn)略、利益、安全、標(biāo)準(zhǔn)化等）進(jìn)行劃分；2）接著利用UML以案例（UseCase）的方式，對(duì)不同需求下的電子電氣系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行可行性、科學(xué)性等方面的定義和描述；3）對(duì)已完成定義的功能采用SOA的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行邏輯定義或功能設(shè)計(jì)；4）最后通過(guò)設(shè)計(jì)的功能對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如零部件的開發(fā)、系統(tǒng)集成等。四、電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程在傳統(tǒng)的開發(fā)流程中，以可預(yù)測(cè)的瀑布開發(fā)模型下的“V模型”為主要開發(fā)流程，以產(chǎn)品概念出發(fā)，經(jīng)由需求切入，按照架構(gòu)開發(fā)的四大環(huán)節(jié)對(duì)工作進(jìn)行細(xì)分，最后對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的開發(fā)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)需求目標(biāo)的達(dá)成。圖7電子電氣系統(tǒng)開發(fā)V模型隨著整車架構(gòu)集成化的發(fā)展，汽車電子電氣