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摘要：文章在論述電子電氣架構(gòu)開發(fā)內(nèi)容及開發(fā)原則的基礎上，以駐車控制系統(tǒng)為例，進行了其電子電氣架構(gòu)優(yōu)化設計。在進行不同架構(gòu)方案的成本評估時，應用了一種增量成本計算模型，對不同方案中控制器和線束裝車的增量成本以及供應商開發(fā)成本進行了綜合評估。評估結(jié)果表明，冗余電子駐車制動控制架構(gòu)方案具備可靠性高、配置簡單、成本低的優(yōu)勢，適用于經(jīng)濟型轎車。文章應用搭載了冗余電子駐車制動系統(tǒng)的樣車，驗證了車輛在發(fā)生一側(cè)駐車故障時，仍能夠平穩(wěn)停駐在坡道上。

關鍵詞：電子電氣架構(gòu)；駐車系統(tǒng)；優(yōu)化設計

某一車型的電子電氣架構(gòu)，包括了車上電控制部件的種類、數(shù)量、功能、布置以及相互之間的供電、通信、控制交互等內(nèi)容[1]。整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)工程師需要依次開展以下幾個環(huán)節(jié)的工作[2]，但不限于：配置需求與功能邏輯架構(gòu)設計，簡稱功能架構(gòu)設計；電控部件架構(gòu)概念與功能映射，簡稱部件架構(gòu)設計；電控部件間的供電、通信、控制架構(gòu)設計，簡稱供電、通信、控制架構(gòu)設計；整車級電子電氣架構(gòu)測試驗證。上述幾個環(huán)節(jié)的工作在汽車V模型開發(fā)流程中的相對位置，如圖1所示。功能架構(gòu)設計包括需求設計與功能邏輯架構(gòu)設計，其設計內(nèi)容主要對整車電控功能使用體驗和整車安全、能效等性能指標產(chǎn)生影響。而接下來的部件架構(gòu)設計環(huán)節(jié)，則能夠直接決定整車成本。供電、通信、控制架構(gòu)設計以及測試驗證分別是部件架構(gòu)設計的實現(xiàn)及電子電氣系統(tǒng)質(zhì)量保證。當前，部件架構(gòu)設計主要以對標標桿車型或借鑒工程經(jīng)驗為主，尤其在選擇不同架構(gòu)方案時，缺乏細致的成本計算，最終可能導致采用的架構(gòu)方案成本較高。本文將重點研究一種基于成本模型的部件架構(gòu)經(jīng)濟性最優(yōu)設計方法，應用于駐車控制系統(tǒng)的電控架構(gòu)方案評估。最終，選擇可靠性高、配置簡單、成本低的冗余電子駐車制動控制架構(gòu)方案，并基于實車進行了實驗驗證。

1電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程與原則

1.1電子電氣架構(gòu)開發(fā)流程。在功能架構(gòu)設計中，首先需要明確功能需求。以目標研發(fā)車型的定位及具體功能配置為輸入，逐一分析車型基礎功能及配置中各功能來自于用戶、法規(guī)、功能安全、信息安全等的需求，最終輸出電控功能邊界、內(nèi)容、響應的約束規(guī)范。功能邏輯架構(gòu)設計以此規(guī)范為輸入，設計每一項功能的傳感、信息處理、執(zhí)行等元素，包括各元素之間所需要傳遞的能量、信息、控制量等。在部件架構(gòu)設計環(huán)節(jié)，需要先初步明確本車型主要電控部件概念架構(gòu)，比如主要部件的可支持的功能、通信接口、可選布置位置等。接下來，將所需搭載的每一項電控功能的邏輯架構(gòu)元素，向電控部件進行映射分配，并最終確定部件架構(gòu)，包括部件種類、數(shù)量及各自承擔的功能。映射分配完畢后，各部件之間所需要交互的狀態(tài)信號、控制信號等也就隨之確定了。此時，根據(jù)部件之間通信的信號量、周期要求及部件支持的通信總線類型，設計總線拓撲并編制通信協(xié)議；根據(jù)部件之間直接交互的模擬量，設計硬線網(wǎng)絡。為滿足控制部件根據(jù)需求及時進入或退出工作狀態(tài)，還需要設計低壓供電、喚醒及休眠控制機制，為各電控部件正常工作提供支持。上述這一部分工作即為低壓供電、通信、控制架構(gòu)設計。明確了供電、通信、控制等連接形式，需要進行部件布置，并開發(fā)出低壓線束。在完成最終的測試驗證后，整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)完成。1.2電子電氣架構(gòu)開發(fā)原則。1.2.1功能架構(gòu)設計業(yè)務原則概述。功能架構(gòu)設計包括需求設計與功能邏輯架構(gòu)設計，其結(jié)果將直接影響整車電控功能使用體驗和整車安全、能效等性能指標。需求開發(fā)工程師進行功能配置設計，也需要考慮支撐用戶需求的其它車輛基礎功能，如整車模式識別、高壓上下電引導等；此外，還需要考慮法律法規(guī)要求的功能、車輛售后相關功能等，如運行數(shù)據(jù)上傳、遠程車輛診斷等。功能開發(fā)工程師根據(jù)本車型功能配置需求，場景分析需要足夠完備，以使功能應對各種可能的應用場景。功能邏輯是需求的實現(xiàn)，需要結(jié)合被控對象原理盡量降低邏輯復雜程度。1.2.2部件架構(gòu)設計業(yè)務原則概述。選擇行業(yè)內(nèi)主流的集成控制部件及通信網(wǎng)絡形式，能夠保證硬件成本處于較低范圍。功能邏輯架構(gòu)元素向部件的合理映射，能夠確保整車控制線束總成本最低。部件架構(gòu)設計環(huán)節(jié)能夠直接影響整車成本。面向降本增效，應在充分調(diào)查現(xiàn)有供應商水平前提下，應用電控單元集成或集中控制方案，最大限度減少傳感、控制資源冗余，降低整車硬件成本。在通信方面，以太網(wǎng)已被廣泛用于視頻、圖像數(shù)據(jù)的傳輸，以替代同軸電纜等成本較高的通信形式；CANFD總線取代傳統(tǒng)CAN總線開始成為實時控制類信號傳輸主流網(wǎng)絡，以在成本相近情況下提高通信效率；此外，LIN總線的成本優(yōu)勢，使其仍然被廣泛應用于實時性要求較低的車身附件控制中。1.2.3供電、通信、控制架構(gòu)設計業(yè)務原則概述。在總線通信開發(fā)時，需要充分利用控制器多個總線通信接口，進行跨網(wǎng)段連接，以減少信號轉(zhuǎn)發(fā)、維持各網(wǎng)段負載率在較低水平，同時跨網(wǎng)段連接也能夠為通信冗余創(chuàng)造前提。在低壓原理設計中，整車低壓供電、喚醒及休眠機制需要考慮低壓節(jié)能及防蓄電池虧電設計。比如，在設計喚醒機制時，應包含根據(jù)應用場景需求進行部件喚醒的考慮，以防止喚醒不必要控制器以使低壓功耗過大。在設計休眠機制時，應同步設計休眠狀態(tài)上報、異常休眠處理等機制，以使休眠故障部件對整車的影響降到最低。

2用于部件架構(gòu)設計的成本模型

根據(jù)本車型所需要搭載的功能，能夠初步劃定某一功能域的主要部件；根據(jù)當前行業(yè)內(nèi)各類車載控制器及通信總線技術(shù)現(xiàn)狀，能夠進一步確定功能域內(nèi)具體部件及通信形式，在此，需要明確某一功能域是否有更加先進的集成控制器，所集成的功能有哪些，成本高低等；競品或標桿車型部件方案，則是部件架構(gòu)設計的重要參考。在了解了本車型主要部件的可選方案后，開始進行方案對比及部件架構(gòu)的確立。為了評價不同部件架構(gòu)及功能映射方案的裝車成本，本文提出了一種部件架構(gòu)方案裝車成本評價模型，其計算方法如式（1）。（1）式中，J為某一方案的裝車成本；為線束相比與未配置此方案時的增量成本，Hi=dipi，di為第i段線束長度，pi為第i段所用線束單價；為此方案的部件增量成本；為此方案帶來的開發(fā)費用平均到單車的成本，及對其它系統(tǒng)影響所帶來的成本。

3電動汽車駐車控制系統(tǒng)降本設計

3.1幾種駐車控制系統(tǒng)方案對比?！禛B21670-2008-乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》規(guī)定，對于電子駐車制動控制功能，當有控制部件失效時，駐車控制系統(tǒng)應仍能保持車輛平穩(wěn)停駐在坡度為8%及以下的坡道上。這就要求車上配置冗余駐車控制系統(tǒng)，以在某一電控部件發(fā)生失效時，駐車功能不至于完全喪失。當前，常用的駐車控制方案有以下表1所示的幾種，本節(jié)選取成本較低的冗余駐車制動控制方案，進行部件架構(gòu)設計。表1幾種駐車制動方案對比3.2冗余電子駐車制動控制方案設計與對比。根據(jù)國內(nèi)供應商當前資源，冗余駐車制動控制方案有兩種：第一種為采用雙控制回路的電子駐車制動控制器方案，簡稱功能獨立型駐車控制方案；第二種為電子穩(wěn)定性控制器與電制動助力控制器互為駐車冗余方案，簡稱集成型駐車控制方案。本文接下來將分別論述上述方案，最終明確不同方案適用性。3.2.1功能獨立型駐車控制方案設計與成本計算。功能獨立型駐車控制方案的功能架構(gòu)如圖2所示，其中，左側(cè)電子駐車制動控制器為主控單元，負責接收IG電源、電子駐車制動開關、擋位、車門狀態(tài)等信息，進行駐車制動盤夾緊與釋放的決策，并將結(jié)果發(fā)送至右側(cè)電子駐車制動控制器。左、右側(cè)控制器分別負責左右駐車卡鉗電機的驅(qū)動。當主控單元發(fā)生失效時，右側(cè)控制器仍能夠根據(jù)車輛掛入駐車擋或者駕駛員側(cè)車門打開的CAN信號進行右側(cè)駐車卡鉗夾緊控制。功能獨立型駐車控制系統(tǒng)有CAN通信線、由IG繼電器連接到左側(cè)駐車制動控制單元線、電子駐車制動開關連接到左側(cè)駐車制動控制單元線、左右控制單元連接到駐車卡鉗電機線束以及供電線，部件位置及線束走向標注如圖3所示。圖3功能獨立型駐車控制方案控制器及部分線路方向為縮短線束長度，含有左側(cè)、右側(cè)控制單元的冗余電子駐車制動集成控制器應位于車內(nèi)保險絲盒至中控處駐車開關之間某一位置[5]；考慮到冗余電子駐車制動集成控制器含有慣性測量模塊，為保證測量精度需要將其水平安裝在車身上；此外，避免與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾，最終決定將電子駐車制動控制器安裝在駕駛員一側(cè)的座椅下方地板上。根據(jù)表2，功能獨立型駐車控制方案帶來的線束增量成本為21元。當前，具備冗余控制功能的雙控制回路電子駐車制動控制器價格約為295元，本架構(gòu)方案不涉及專門的其它部件及開發(fā)費，此時可計算出功能獨立型駐車控制方案成本需求為316元，其中不含駐車卡鉗及卡鉗電機成本。且系統(tǒng)相對獨立，配置條件少，適用于經(jīng)濟型車型開發(fā)項目。3.2.2集成型駐車控制方案設計與成本計算。集成型駐車控制方案功能架構(gòu)與功能獨立型駐車控制方案相同，功能獨立型駐車控制方案控制器及部分線路方向如下圖4所示。其中，電子穩(wěn)定性控制器及電制動助力控制器均集成了駐車制動控制外的功能，且布置位置已由其它功能確定[6]。根據(jù)表3，集成型駐車控制方案帶來的線束增量成本為28元。具備冗余駐車制動的電子穩(wěn)定性控制器及電制動控制器相比于不具備此功能的價格增加260元。此外，根據(jù)車型預期銷量，此方案所需要的開發(fā)費為每輛車平均40元，計算出本方案的單車裝車成本為328元。且考慮到此方案需要車輛配置電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)及電制動助力系統(tǒng)，適用于中、高配車型。

4冗余駐車制動控制系統(tǒng)實驗驗證

結(jié)合車型定位，在某項目中最終選定功能獨立型駐車控制方案。本節(jié)應用項目開發(fā)的樣車，進行了冗余功能實驗驗證。實驗前，通過駐車卡鉗釋放狀態(tài)下，拔出電子駐車卡鉗電機供電保險，使某側(cè)駐車控制失效。實驗開始后，駕駛員駕駛車輛在坡度為11%的坡道下開始起步、上坡行駛。在坡上行駛5m左右距離后，駕駛員操作至車輛低壓電源模式為IGOFF后下車。根據(jù)采集的實驗數(shù)據(jù)圖，車輛上電后，電子駐車制動控制器已經(jīng)報出右側(cè)駐車卡鉗控制故障，已經(jīng)處于解除駐車狀態(tài)；而左側(cè)駐車卡鉗處于“1”，即夾緊狀態(tài)。隨后，駕駛員在第7s時將擋位切換至驅(qū)動擋，在第8s時操作電子駐車制動按鍵解除駐車，隨后左側(cè)駐車卡鉗經(jīng)過“2”狀態(tài)，即響應用戶解除狀態(tài)，進入“0”即釋放狀態(tài)。在11.8s左右駕駛員開始踩下加速踏板，車輛加速行駛至23.3s停止。在約28s時，駕駛員不換擋，直接操作下低壓電，擋位控制器接收到下電信號后引導車輛進入駐車擋位；左側(cè)駐車電機控制卡鉗夾緊，進入“1”狀態(tài)。駕駛員下車后，車輛未發(fā)生溜破。

5結(jié)論

（1）在整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)中，功能需求與邏輯架構(gòu)設計環(huán)節(jié)主要考慮法規(guī)約束、功能使用體驗及功能可靠性，而部件架構(gòu)設計環(huán)節(jié)應綜合行業(yè)技術(shù)進展、標桿車型信息等，重點考慮電子電氣系統(tǒng)裝車成本；（2）在進行控制器布置時，應在滿足電磁兼容性、控制器中傳感器放置要求、布置空間合適的前提下，選擇線束增量成本最低的布置位置；（3）在滿足駐車法規(guī)要求下，功能獨立型電子駐車制動控制適用于經(jīng)濟型車型。

作者:徐志峰 孫江輝 張兆龍 單位:北京新能源汽車股份有限公司