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基于DOORS/PREEvision/Capital 的汽车电子电气架构开发

EEA开发面临问题

        近年来,电子电气 的复杂性大幅上升。功能交互复杂造成庞大 的App代码体系、多种总线技术、功能安全分析、政府法律法规 的要求。未来还会引入网络安全,防范入侵、自动驾驶以及V2X等等复杂应用。其复杂性使得整车电子电气系统 的硬件与App开发成本不断上升。
        电子电气架构(Electronic & Electrical Architecture,EEA)开发包含 的范围相当广泛,包含汽车需求分析、功能安全分析、功能逻辑、硬件网络、电气线路原理、线束接线、线束拓扑 的开发、不同层级 的信息交互。车厂试图引入电子电气开发工具,使其开发流程规范化、数据化、可视化以及自动化。以减少开发过程成本上升。
        目前很多厂商选用专业 的EEA开发工具PREEvisionApp进行EEA开发,实现了EEA 的基于模型数据一体化设计。但由於复杂 的电子电气架构开发流程中,单一App是无法在每个开发阶段,都能提供足够良好 的应用。例如,PREEvisionApp无法实现需求管理 的版本比较和差异性分析,PREEvision设计 的电气原理图、线束接线图无法很好 的应用于具体设计和引导生产。
        综合上述 的原因,车厂目前面对EEA 的高复杂性时,传统开发方式已经面临无法管理EEA 的处境,而引入专业EEA开发工具,又无法与原本开发工具结合。在这样矛盾 的情况下,本文提出 的EEA工具解决方案,将有效克服当前 的困难点。

基于DOORS/PREEvision/Capital 的全流程EEA工具解决方案

•  先进 的需求管理工具DOORS和线束设计AppCapital
        IBM 企业 的 DOORS系统可以将项目开发过程中产生 的各级需求和与需求相关 的文件进行链接管理,同时能够对需求进行影响分析。DOORS自带数据库,可以在多个项目间共享文件,便于文件 的保存、备份及项目复用。
        Capital是专业 的线束设计工具,可用于汽车电气原理图、线束图、及生产布板图等设计,Capital线束设计结果可直接用于引导生产及后续车型服务。
•  基于DOORS/PREEvision/Capital 的EEA开发流程
        本文EEA开发使用DOORS、PREEvision、Capital工具共同完成。使用DOORS系统进行需求分析及需求开发,并将需求开发结果导入到PREEvision中引导电子电气架构开发,在PREEvision中完成功能逻辑开发、硬件网络开发及部分线束原理开发,将PREEvision线束原理开发结果导入到Capital中进行后续 的电气系统(线束原理图、线束接线图、线束拓扑图)设计。结合三个工具 的优势,完成EEA开发。

图1 电子电气架构开发流程


      一、使用DOORS进行需求管理
        需求包含用户特性(Customer Feature)及设计技术需求(Requirement)。汽车厂商通过市场分析、现有车型数据、对标、平台规划、未来设计等信息,依据功能划分,制定用户特性,并将用户特性进行详细技术描述形成各子系统设计技术需求(Requirement)。子系统技术需求,包含外型、功能技术内容、性能、可靠度、组件特性、验证计划等内容。通过DOORS工具将各子系统设计技术需求进行分析整理、版本管理、关联性追踪等。DOORS将每一个需求视为一个独立模块来储存于资料库中进行管理。
      二、将DOORS需求管理与PREEvision关联



图2  DOORS需求导出过程


        储存于DOORS资料库 的独立模块包含几种类型:标题、文本内容、表格以及图片。为方便管理,DOORS将这些模块自动加上编号。通过二次开发,将上述提及 的DOORS独立模块与编号,依据PREEvision可识别 的格式导出至Excel中,通过PREEvision自带 的导入功能,可将Excel导入至PREEvision 的需求层。
      三、基于PREEvision EEA 开发
        PREEvisionApp采用基于模型 的分层式EEA开发方案。分为:功能逻辑层、硬件网络层、线路原理及线束设计层进行设计,各层之间通过映射和信号路由进行关联。
        功能逻辑层,定义实现功能所需 的Sensor、Function Block、Actuator等模块,并定义各模块之间需要交互 的接口及信号。
        硬件网络层,定义各功能模块 的部件实现形式,即选择何种ECU、实行机构、传感器或开关,以及描述各部件之间 的物理连接方式,例如:总线连接、传统连接、电源供应和地线连接。
        线路原理层,将硬件网络层 的物理连接进行细化。如硬件网络层选用硬线连接,则通过三根线来实现三个信号 的传输;如采用双线CAN进行ECU间信号传输,则无论多少信号传输在线路原理层均通过2根CAN线来传输。
        线束层,定义线束设计选用 的护套、插针、线型、焊接点等;完成线束定义及设计。
        各层之间通过映射(Mapping)和信号路由(Routing)进行关联,实现了EEA开发 的分层式及统一化开发。


图3  PREEvision中进行EEA开发

      四、将EEA开发结果(电气连接关系)导出给线束设计AppCapital进行线束开发;
        将PREEvisionApp中完成 的电气连接关系 (Device、PIN、Connector、Cavity、Wire、Spilice),通过基于PREEvision 的Metrics算法,以Excel接线表格形式导出(见下表),再将Excel表格转换为Capital识别 的XML语言导入到Capital设计App中。实现了EEA开发和线束设计 的关联。如表格所示:Wire1连接了设备Dev1 的P1引脚与设备Dev2 的P2引脚,其中在Dev1端通过连接器 CONN1 的第1引脚连接,在Dev2端通过CONN2 的第2引脚连接。

表1  PREEvision导出 的电气连接关系表

 

开发案例
        国内知名车企某车型EEA开发,该车型平台下8+车型,30个控制器,车型销往中国、北美、非洲等国家。以外灯子系统为例,该系统 的EEA设计过程。
•  DOORS中需求分析
        外灯子系统在DOORS系统下 的需求管理状态如图4所示:

图4  DOORS系统需求管理


•  PREEvision中需求开发
        外灯子系统需求文件导入到PREEvision,引导并跟踪EEA开发,状态如图5:


图5  PREEvision中需求开发


•  EEA开发
        外灯子系统分层式EEA开发过程如图6所示:

图6  PREEvision中EEA开发过程

•  电气连接关系导出
        PREEvision导出外灯子系统电气连接关系Excel表格如图7所示:

图7  PREEvision导出 的电气连接关系表


        导入Capital后 的图形如图8,后续再通过Capital完成相关线束设计



图8  电气连接关系导入Capital

总结与展望

        本文先容 的EEA设计方法,能够将复杂 的电子电气架构设计流程通过DOORS、PREEvision、Capital三种工具进行有效 的结合。整合三种工具优势,实现需求开发、EEA开发、线束设计 的完美结合。减少EEA开发前及开发后 的重复性工作,提高电气系统开发效率。

        展望:该设计流程还存在部分设计过程需要手动调节,部分无法及时更新 的问题。和工具开发商进一步协调开发之后,整个过程无须手动调整。

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