汽车电子电气架构的功能架构设计研究

【摘要】随着汽车电动化、智能化、网联化以及软件定义汽车的发展，整车功能及电子电气系统越来越复杂，对电子电气架构形态和开发流程提出更高的要求。文章基于以功能为导向的电子电气架构正向开发流程讨论功能架构的设计方法，提出电子电气架构中功能架构设计评价方法，为电子电气架构的正向设计开发提供指导。

0 引言

随着汽车电动化、智能化、网联化以及软件定义汽车的发展，汽车功能越来越多，整车电子电气系统也越来越复杂。据粗略估算，目前中级车型的电子控制模块可以达到30 个以上，而且这一数字还在不断增加。如此庞杂的电子电气系统对整车布置空间、功能、性能、成本等提出了更复杂的要求，这些都驱动着整车电子电气架构不断的发展和演进，其发展路径从分布式架构到域控式架构，从跨域融合架构到未来的整车集中计算架构。

电子电气架构（Electrical and Electronic Archi⁃tecture，EEA） 形态的演进打破了传统软硬一体的功能分配和开发方式，零件边界越来越模糊，软硬解耦的分层设计迫切要求以功能为导向的正向开发流程。本文基于以功能为导向的电子电气架构正向开发流程，对功能架构设计进行研究，提出功能架构设计和评价方法，并应用于实际项目中集中计算架构设计开发。

1 电子电气架构开发流程

1.1 电子电气架构发展

随着近年智能网联汽车的发展，目前市场对汽车的使用需求已经逐渐走过能用、可靠、可用、易用4 个阶段，正逐渐向愉悦阶段迈进。未来汽车将聚焦用户及其使用场景，以体验愉悦为核心价值，对整车面向服务的全域电子电气架构设计提出了新的要求。结合目前国内外汽车电子电气架构开发及应用现状，汽车电子电气架构正在从分布式向集中计算式新型电子电气架构演进，如图1所示。

1.2 电子电气架构开发流程

对于分布式电子电气架构，每个控制模块ECU实现特定的功能，例如：座椅控制器实现座椅控制及调节功能，空调控制器实现空调控制调节功能，尾门控制器实现电动尾门控制等。这种软硬一体化形态，采用部件驱动的开发方式，清晰明了且容易实现。而新型跨域集中或集中计算式电子电气架构，则打破了传统软硬一体化下的清晰零件边界。

在此架构下，某个域控或计算单元能够集中管控多个不同领域的功能。例如，中央计算单元可以集成座椅控制、空调控制、自动驻车、自动大灯等功能。这种架构形态，需要遵循以功能为导向、自上而下的开发流程，如图2所示。

开发过程以整车需求为出发点，围绕功能展开需求分析、架构设计、系统设计以及零部件的设计与开发等工作，从而确保整个电子电气系统的高效性与兼容性，满足现代汽车日益复杂的功能需求和性能要求。

为实现对电子电气架构开发流程的深度认知与精准把握，需要厘清功能、系统和组件之间的关系。功能是整车层面的概念，在整车环境下定义，体现的是用户-车-环境之间的关系，例如智能远光灯功能；系统是从特定功能需求和管理维度实现一组关联零件组合，其目的是实现既定功能；零件是系统的一个组成部分，可以是输入、输出、处理单元硬件或软件等。系统的设计需要完整清晰的功能需求输入，同时系统在进行功能分配时需要了解所关联零件的性能和能力。

2 功能架构开发

功能架构（Function Architecture） 是电子电气架构的子架构，是在系统层面针对功能需求分析设计，主要体现关联系统的组成、需求、分配及相互之间的交互关系。功能架构的设计主要包含功能定义、功能设计、接口定义及功能分配部署。

2.1 功能需求开发

功能需求定义指基于场景的用户需求挖掘分析形成整车功能清单，将整车功能按照一定类别进行分类，并对各功能进行不同层级的拆分，之后对各个子功能逻辑关系约束定义并转化为工程语言。整车全局功能分为4个层级，见表1。

1） 1 级功能类别如车身控制、驾驶辅助、智能座舱、底盘控制、被动安全等。

2） 2 级主功能如门锁控制、灯光控制、巡航控制、泊车辅助等。

3） 3 级子功能如车辆解闭锁、智能远光灯、自适应巡航、自动泊车功能等。

4） 4 级功能场景定义主要针对每个3 级功能，从人-车-环境的角度，细化分解具体的应用场景。

以智能远光灯功能为例，包括屏幕软开关设置、硬开关开闭、前方车辆触发、环境光触发、车速限值触发5个应用场景。

2.2 功能架构设计

功能架构设计指根据功能需求定义分解相应的功能模块，并对各功能模块的实现方案、输入输出接口定义和交互方式进行设计。以智能远光灯功能为例，其包含5 个功能模块：①软开关设置智能远光功能；②硬开关功能开闭；③前方车辆触发智能远光功能；④环境光触发智能远光功能；⑤车速触发智能远光功能。

智能远光灯功能架构方案设计如图3 所示，涉及灯光控制、智能行车、智驾交互、制动控制、显示管理、用户输入、座舱用户交互7个子系统。

2.3 功能分配部署

功能分配部署指在功能设计完成后，针对功能方案中输入、输出及处理模块等所有组合元素映射到物理架构的部署分配。针对不同的架构方案和物理架构方案，相同功能的功能部署方案不尽相同，部署示意如图4所示。

3 功能架构方案评估

针对同一功能需求，不同设计人员、物理架构或其他约束因素可能存在不同的功能架构方案，因此，分析对比这些方案以选出最优解，是架构设计过程中经常面临的课题。本文从实际车型电子电气架构开发，总结出一套功能架构方案的评估方法。

评估方法主要从以下维度进行分析评估，详见表2。各维度的评估权重能够依据不同主机厂的战略方向以及具体车型的特定需求予以灵活设定。比如，当某一功能架构所服务的车型定位为中低端市场时，如成本、物理部件硬件资源等维度的权重占比会被设置得较大。

以智能远光灯功能架构方案为例，存在方案A和方案B两种设计思路。

1） 方案A：智能远光灯设置、功能激活判断及显示逻辑部署在智驾控制模块。

2） 方案B：智能远光灯设置、功能激活判断及显示逻辑部署在中央域控模块。

按照表2评估维度和指标，依据10分值原则对两种方案进行量化评估，其评估对比如图5 所示，从量化对比结果可以得出方案A优于方案B。

4 结  论

本文借助理论阐释与实例论证相结合的方式，清晰地阐述了智能网联汽车新型电子电气架构在正向开发进程中功能架构的设计流程与评估方法。通过构建一套科学、合理且系统的电子电气功能架构方案的分析评估机制，有力地推动了架构的持续迭代与优化升级，这对于新型电子电气架构设计与开发工作而言，具备至关重要的指导价值与实践意义。未来，随着智能座舱和高阶智驾的发展，汽车电子电气架构会加速向集中计算式架构演进，在这一趋势下，如何设计及优化架构设计将是一个广泛应用的课题。