新能源電動汽車電子電氣架構設計

周連明

（上海知豆電動車技術有限公司 上海市 201801）

1 新能源汽車電子電氣架構定義

新能源汽車電子電氣架構（EEA）概括起來說就是所有新能源汽車電子電氣零部件組成的集成系統，也可以說是新能源汽車電子電氣系統的物理集成系統。具體來說是在滿足新能源汽車安全性、舒適性等功能需求和性能要求以及相關法律法規等的設計條件約束下，對新能源汽車的開發成本、周期、人力物力投入等各方面進行可行性分析，最終得到的最優的電子電氣系統模型。

2 新能源汽車電子電氣架構開發必要性

汽車發展至今已有200 多年的歷史了，已經從最初的代步工具發展到現在的具有動力性、經濟性、操縱穩定性、行駛平順性、安全性、舒適性等眾多性能要求以及功能的復雜集合體。要實現上述眾多的功能、性能要求，需要眾多數量繁多、種類多樣的電子電氣件互相配合。隨著配置的不斷提升，電子電氣零部件僅僅依靠傳統的電氣原理以及線束設計變得繁瑣，已經無法滿足設計要求了，同時電子電氣零部件在布置空間、裝配工藝、成本等方面也極大缺陷，笨重、布置空間不夠、裝配復雜、接插件雜亂，而且開發周期也必須滿足整車開發大時程計劃要求，嚴重滯后現代電子電氣的技術創新理念，此外伴隨著新能源汽車行業標準化、平臺化、模塊化的發展，電子電氣零部件的開發也必須遵守相應的規則和次序，順應新能源汽車行業技術路線發展要求，走架構集成、電子模塊化路線，在實現智能電控方面起到領頭作用。

綜上所述，新能源汽車電子電氣架構開發是十分必要的。結合新能源汽車產品具體的開發流程，在項目可行性分析階段，必須在平臺規劃中規劃電子電器架構，唯有如此才能從根本上保證電子電器架構滿足項目的產品開發要求，尤其在智能駕駛、遠程監控、智能電控、域管理等新興電子電氣方面的發展尤為重要。

3 電子電氣架構開發流程

當前國內的新能源汽車產品開發流程是在借鑒國外新能源汽車產品開發流程的基礎上，進行本土化調整、驗證和改進形成的，并通過數款車型的實戰，逐漸形成自己的開發流程體系。本論文主要依據國內的主流新能源汽車產品開發流程對某純電動乘用車電子電氣架構開發過程進行闡述。

在公司戰略規劃期間，平臺的概念導入是國內外各家主機廠的一個劃時代的進步，各家企業相繼出現平臺規劃、平臺系列產品，諸如：CMA 平臺、H 平臺、MQB 平臺等，基礎平臺建立的同時，架構平臺的建立是首要任務之一，為設計開發做先期策劃，搭建架構的重點內容主要包括：需求架構設計、功能架構設計、物理架構設計、網絡系統設計、系統設計等五個方面。

3.1 需求架構設計

圖1：需求架構設計簡圖

圖2：網絡拓撲圖

產品開發立項初期通常要進行可行性分析，通過市場調研確定對標車型、目標銷售群體、車型市場定位等相關信息的導入，形成相關的配置表、整車性能指標VTS，立項審批通過后，該部分內容可以作為新產品開發的初版市場需求輸入。研發部門據此制定新開發車型的配置需求、整車功能及性能需求，即產品定義，并形成細化的相關參數和方案，具體如圖1所示。

3.2 功能架構設計

需求及目標定義中包含了整車電子電器架構的開發輸入和目標，完成需求架構設計后，根據定義和供應商調查表制定和功能釋放，進行功能架構設計，包括初版網絡拓撲、電子電氣方案、子系統技術規范、功能方案等。

3.3 物理架構設計及系統網絡設計

根據3.2 中確定的電子電氣架構系統中確定的功能架構，通過功能方案的釋放來制定電子電氣架構中電源分配設計、物理架構搭建、網絡系統設計和系統原理和功能規范設計。

最直觀的方案表達就是網絡拓撲圖，如圖2所示，鑒于配置和功能需求量加大，很多遠程監控、智能駕駛、域控制的先進技術的應用，架構的設計可區隔化和拓展性要求越來越高，冗余設計和數據緩沖處理的繁瑣程度越來越高，同時在CAN 總線的串聯下，相互交互的數據也同步大規模增量起來，鑒于諸多方面考慮，在架構設計中，加入網關控制器GW 進行交互，是架構設計的有一個創新，極大地解決區隔和拓展設計便利性，圖2是某電動汽車的設計案例，在其拓撲設計時設定四路CAN，分別將動力系統CAN、車身系統CAN、娛樂信息系統CAN 及底盤系統CAN 分開，在網絡拓撲中增加核心部件獨立網關控制器GW 和診斷接口，網關控制器GW 的作用是既可以作為整車網絡的數據交互樞紐，把CAN、LIN、MOST 等網絡數據在不同網絡中進行收集并再發散出去，起到類似于路由器的作用，還可以優化整車電子電氣架構設計，從而提高拓撲結構的可擴展性、安全性以及網絡數據的保密性。

3.4 系統設計

在3.1、3.2、3.3 的技術上，完成電子電氣系統設計，根據架構開發階段制定的電源分配圖、接地點、整車planview，供應商提供的ICD，設計整車原理、接口定義及功能規范，通過一系列法規校核和功能定義符合性檢查，實現功能下發，更新到產品部件中加以落實和驗證。

綜合下來，在PREEvision 模型架構搭建中，通過需求定義、邏輯架構層設計、部件層設計、原理層設計到評估算法等一系列階段實現模型設計，算法評估通過線束層和拓撲層信息、架構評估數據庫、OEM 經驗值和經驗公式輸入等條件的支撐，實現正確的邏輯和算法。

3.5 電子電氣零部件設計

根據電子電氣架構系統級需求，制定電子電氣零部件的設計方案，定義各電子元器件的設計要求，具體包含硬件、軟件、機械以及安裝工藝的具體需求，同時制定驗證電子電器件設計目標用的測試規范。

3.6 電子電氣件的開發

根據電子電氣零部件的設計要求，通過采購部門尋找合作供應商，由供應商完成電氣零部件的開發工作，零部件的功能及性能驗證工作由供應商運用自己的設備驗證完成，也可以外委第三方驗證完成。

3.7 電子電氣件的設計驗證

根據電氣零部件的測試規范與方法，進行零部件DV 試驗驗證，依據試驗結果判定電子電氣件設計的目標是否被實現。

3.8 系統級架構設計驗證

根據相應的電子電氣系統級測試規范與方法，驗證設計要求是否滿足。

3.9 整車設計目標驗證

通常整車設計指標驗證需要進行夏季標定、冬季標定、動力性標定、經濟性標定，還要去試驗場進行可靠性路試等試驗項目。

4 需求規范與管理

4.1 需求規范

需求規范的定義是用來描述需要開發產品或者系統的規范化描述，要求必須是完整無歧義結構層次分明且便于理解。總體數來，需求規范對描述的內容進行嚴格的限制，同時也對結構層次、描述語言的語法規則進行了嚴格限制。總體說來需求規范的內容包括以下幾點：

（1）需求的具體類型。

（2）需求相關文檔具體內容。技術標準類（國家標準法規、行業標準、企業標準等）、設計文件類（任務書、產品定義描述書、2D 圖紙等）、合同類（產品開發技術協議、試驗外委合同等）、開發流程體系文件（產品開發過程計劃、產品品質要求書等）。

（3）制作出滿足要求的文件模板。

（4）明確出評價文件的質量準則。

（5）明確專用詞匯表。

（6）規范化后的文件整理歸類并進行文件歸檔，作為系統開發的輸入文件。

4.2 需求管理

4.2.1 開發過程管理

管控整車電子電氣架構開發的開發活動并制定出設計開發各階段的工作計劃，還要組織各開發階段的技術討論、評審會議等活動內容。

4.2.2 開發過程

跟蹤電子電器架構開發規程的每一個階段，依據各階段開發內容的差異及要求，采用不同的跟蹤方法，建立完善的追蹤記錄機制保證開發過程可追溯。

4.2.3 設計變更管理

新能源汽車電子電器架構開發過程中，需要制定嚴格的設計變更控制程序。必須要明確設變的必要性、設變的具體方案及可行性，設變方案評審通過后嚴格跟蹤管理尤其是關聯設變，最終保證設變內容落地執行。

4.2.4 文件版本管理

依據產品開發流程，做好每一個開發階段內的交付物的編制、審核、簽批以及歸檔工作；關注各開發階段之間的邏輯鏈接關系，做好每一階段交付物文件版本的管理。

5 結束語

新能源汽車電子電器架構開發是其產品開發流程中比較重要的一個環節，新能源汽車產品的很多功能、性能要求都必須依賴于電子電氣零部件得以實現。電子電氣架構開發過程比較繁瑣而且時間跨度較長，本文作者是結合自身的工作經歷對其開發過程進行簡單分析，闡明了新能源汽車電子電氣架構設計的部分關鍵要素，可以為眾多新能源汽車電氣開發人員提供一定的設計參考。