干貨 | 基于DOORS/PREEvision/Capital的汽車電子電氣架構開發

劉軍1102 2020-05-28

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近年來，電子電氣的復雜性大幅上升。功能交互復雜造成龐大的軟件代碼體系、多種總線技術、功能安全分析、政府法律法規的要求。未來還會引入網絡安全，防范入侵、自動駕駛以及V2X等等復雜應用。其復雜性使得整車電子電氣系統的硬件與軟件開發成本不斷上升。

電子電氣架構（Electronic & Electrical Architecture，EEA）開發包含的范圍相當廣泛，包含汽車需求分析、功能安全分析、功能邏輯、硬件網絡、電氣線路原理、線束接線、線束拓撲的開發、不同層級的信息交互。車廠試圖引入電子電氣開發工具，使其開發流程規范化、數據化、可視化以及自動化。以減少開發過程成本上升。

目前很多廠商選用專業的EEA開發工具PREEvision軟件進行EEA開發，實現了EEA的基于模型數據一體化設計。但由於復雜的電子電氣架構開發流程中，單一軟件是無法在每個開發階段，都能提供足夠良好的應用。例如，PREEvision軟件無法實現需求管理的版本比較和差異性分析，PREEvision設計的電氣原理圖、線束接線圖無法很好的應用于具體設計和指導生產。

綜合上述的原因，車廠目前面對EEA的高復雜性時，傳統開發方式已經面臨無法管理EEA的處境，而引入最新的專業EEA開發工具，又無法與原本開發工具結合。在這樣矛盾的情況下，恒潤科技提出的EEA工具解決方案，將有效克服當前的困難點。

全流程EEA工具解決方案

先進的需求管理工具DOORS和線束設計軟件Capital

IBM 公司的 DOORS系統可以將項目開發過程中產生的各級需求和與需求相關的文件進行鏈接管理，同時能夠對需求進行影響分析。DOORS自帶數據庫，可以在多個項目間共享文件，便于文件的保存、備份及項目復用。

Capital是專業的線束設計工具，可用于汽車電氣原理圖、線束圖、及生產布板圖等設計，Capital線束設計結果可直接用于指導生產及后續車型服務。

基于DOORS/PREEvision/Capital的EEA開發流程

本文EEA開發使用DOORS、PREEvision、Capital工具共同完成。使用DOORS系統進行需求分析及需求開發，并將需求開發結果導入到PREEvision中指導電子電氣架構開發，在PREEvision中完成功能邏輯開發、硬件網絡開發及部分線束原理開發，將PREEvision線束原理開發結果導入到Capital中進行后續的電氣系統（線束原理圖、線束接線圖、線束拓撲圖）設計。結合三個工具的優勢，完成EEA開發。

圖1 電子電氣架構開發流程

第一步

使用DOORS進行需求管理

需求包含用戶特性（Customer Feature）及設計技術需求（Requirement）。汽車廠商通過市場分析、現有車型數據、對標、平臺規劃、未來設計等信息，依據功能劃分，制定用戶特性，并將用戶特性進行詳細技術描述形成各子系統設計技術需求（Requirement）。子系統技術需求，包含外型、功能技術內容、性能、可靠度、組件特性、驗證計劃等內容。通過DOORS工具將各子系統設計技術需求進行分析整理、版本管理、關聯性追蹤等。DOORS將每一個需求視為一個獨立模塊來儲存于資料庫中進行管理。

將DOORS需求管理與PREEvision關聯

第二步

圖2 DOORS需求導出過程

儲存于DOORS資料庫的獨立模塊包含幾種類型：標題、文本內容、表格以及圖片。為方便管理，DOORS將這些模塊自動加上編號。通過二次開發，將上述提及的DOORS獨立模塊與編號，依據PREEvision可識別的格式導出至Excel中，通過PREEvision自帶的導入功能，可將Excel導入至PREEvision的需求層。

第三步

基于PREEvision EEA 開發

PREEvision軟件采用基于模型的分層式EEA開發方案。分為：功能邏輯層、硬件網絡層、線路原理及線束設計層進行設計，各層之間通過映射和信號路由進行關聯。

功能邏輯層，定義實現功能所需的Sensor、Function Block、Actuator等模塊，并定義各模塊之間需要交互的接口及信號。

硬件網絡層，定義各功能模塊的部件實現形式，即選擇何種ECU、執行機構、傳感器或開關，以及描述各部件之間的物理連接方式，例如：總線連接、傳統連接、電源供應和地線連接。

線路原理層，將硬件網絡層的物理連接進行細化。如硬件網絡層選用硬線連接，則通過三根線來實現三個信號的傳輸；如采用雙線CAN進行ECU間信號傳輸，則無論多少信號傳輸在線路原理層均通過2根CAN線來傳輸。

線束層，定義線束設計選用的護套、插針、線型、焊接點等；完成線束定義及設計。

各層之間通過映射（Mapping）和信號路由（Routing）進行關聯，實現了EEA開發的分層式及統一化開發。

圖3 PREEvision中進行EEA開發

將EEA開發結果（電氣連接關系）導出給線束設計軟件Capital進行線束開發

第四步

將PREEvision軟件中完成的電氣連接關系 (Device、PIN、Connector、Cavity、Wire、Spilice)，通過基于PREEvision的Metrics算法，以Excel接線表格形式導出(見下表)，再將Excel表格轉換為Capital識別的XML語言導入到Capital設計軟件中。實現了EEA開發和線束設計的關聯。如表格所示：Wire1連接了設備Dev1的P1引腳與設備Dev2的P2引腳，其中在Dev1端通過連接器 CONN1的第1引腳連接，在Dev2端通過CONN2的第2引腳連接。

表1 PREEvision導出的電氣連接關系表

開發案例

國內知名車企某車型EEA開發，該車型平臺下8 車型，30個控制器，車型銷往中國、北美、非洲等國家。以外燈子系統為例，該系統的EEA設計過程。

DOORS中需求分析

外燈子系統在DOORS系統下的需求管理狀態如圖4所示：

圖4 DOORS系統需求管理

PREEvision中需求開發

外燈子系統需求文件導入到PREEvision，指導并跟蹤EEA開發，狀態如圖5：

圖5 PREEvision中需求開發

EEA開發

外燈子系統分層式EEA開發過程如圖6所示：

圖6 PREEvision中EEA開發過程