導(dǎo)語：駐車系統(tǒng)電子電氣架構(gòu)設(shè)計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

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(chǔ)上，以駐車控制系統(tǒng)為例，進(jìn)行了其電子電氣架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在進(jìn)行不同架構(gòu)方案的成本評估時，應(yīng)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(yīng)商開發(fā)成本進(jìn)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(jì)型轎車。文章應(yīng)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(guān)鍵詞：電子電氣架構(gòu)；駐車系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)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(shè)計，簡稱功能架構(gòu)設(shè)計；電控部件架構(gòu)概念與功能映射，簡稱部件架構(gòu)設(shè)計；電控部件間的供電、通信、控制架構(gòu)設(shè)計，簡稱供電、通信、控制架構(gòu)設(shè)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(shè)計包括需求設(shè)計與功能邏輯架構(gòu)設(shè)計，其設(shè)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(biāo)產(chǎn)生影響。而接下來的部件架構(gòu)設(shè)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(shè)計以及測試驗證分別是部件架構(gòu)設(shè)計的實現(xiàn)及電子電氣系統(tǒng)質(zhì)量保證。當(dāng)前，部件架構(gòu)設(shè)計主要以對標(biāo)標(biāo)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(xì)致的成本計算，最終可能導(dǎo)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(jì)性最優(yōu)設(shè)計方法，應(yīng)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(jìn)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(shè)計中，首先需要明確功能需求。以目標(biāo)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(chǔ)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(yīng)的約束規(guī)范。功能邏輯架構(gòu)設(shè)計以此規(guī)范為輸入，設(shè)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(shè)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(jìn)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(dān)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(shè)計總線拓?fù)洳⒕幹仆ㄐ艆f(xié)議；根據(jù)部件之間直接交互的模擬量，設(shè)計硬線網(wǎng)絡(luò)。為滿足控制部件根據(jù)需求及時進(jìn)入或退出工作狀態(tài)，還需要設(shè)計低壓供電、喚醒及休眠控制機(jī)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(shè)計。明確了供電、通信、控制等連接形式，需要進(jìn)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(shè)計業(yè)務(wù)原則概述。功能架構(gòu)設(shè)計包括需求設(shè)計與功能邏輯架構(gòu)設(shè)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(biāo)。需求開發(fā)工程師進(jìn)行功能配置設(shè)計，也需要考慮支撐用戶需求的其它車輛基礎(chǔ)功能，如整車模式識別、高壓上下電引導(dǎo)等；此外，還需要考慮法律法規(guī)要求的功能、車輛售后相關(guān)功能等，如運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳、遠(yuǎn)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(yīng)對各種可能的應(yīng)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(fù)雜程度。1.2.2部件架構(gòu)設(shè)計業(yè)務(wù)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(luò)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(shè)計環(huán)節(jié)能夠直接影響整車成本。面向降本增效，應(yīng)在充分調(diào)查現(xiàn)有供應(yīng)商水平前提下，應(yīng)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(luò)，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(yīng)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(shè)計業(yè)務(wù)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(jìn)行跨網(wǎng)段連接，以減少信號轉(zhuǎn)發(fā)、維持各網(wǎng)段負(fù)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(shè)計中，整車低壓供電、喚醒及休眠機(jī)制需要考慮低壓節(jié)能及防蓄電池虧電設(shè)計。比如，在設(shè)計喚醒機(jī)制時，應(yīng)包含根據(jù)應(yīng)用場景需求進(jìn)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(shè)計休眠機(jī)制時，應(yīng)同步設(shè)計休眠狀態(tài)上報、異常休眠處理等機(jī)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(shè)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(dāng)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(jìn)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(jìn)的集成控制器，所集成的功能有哪些，成本高低等；競品或標(biāo)桿車型部件方案，則是部件架構(gòu)設(shè)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(jìn)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(fèi)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(shè)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(dāng)有控制部件失效時，駐車控制系統(tǒng)應(yīng)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(dāng)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(jìn)行部件架構(gòu)設(shè)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(shè)計與對比。根據(jù)國內(nèi)供應(yīng)商當(dāng)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(dú)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(dú)立型駐車控制方案設(shè)計與成本計算。功能獨(dú)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(fù)責(zé)接收IG電源、電子駐車制動開關(guān)、擋位、車門狀態(tài)等信息，進(jìn)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(fù)責(zé)左右駐車卡鉗電機(jī)的驅(qū)動。當(dāng)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(jìn)行右側(cè)駐車卡鉗夾緊控制。功能獨(dú)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(guān)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(jī)線束以及供電線，部件位置及線束走向標(biāo)注如圖3所示。圖3功能獨(dú)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(yīng)位于車內(nèi)保險絲盒至中控處駐車開關(guān)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(dú)立型駐車控制方案帶來的線束增量成本為21元。當(dāng)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(fèi)，此時可計算出功能獨(dú)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(jī)成本。且系統(tǒng)相對獨(dú)立，配置條件少，適用于經(jīng)濟(jì)型車型開發(fā)項目。3.2.2集成型駐車控制方案設(shè)計與成本計算。集成型駐車控制方案功能架構(gòu)與功能獨(dú)立型駐車控制方案相同，功能獨(dú)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(yù)期銷量，此方案所需要的開發(fā)費(fèi)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(dú)立型駐車控制方案。本節(jié)應(yīng)用項目開發(fā)的樣車，進(jìn)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(jī)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(yīng)用戶解除狀態(tài)，進(jìn)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(dǎo)車輛進(jìn)入駐車擋位；左側(cè)駐車電機(jī)控制卡鉗夾緊，進(jìn)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(shè)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(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)綜合行業(yè)技術(shù)進(jìn)展、標(biāo)桿車型信息等，重點考慮電子電氣系統(tǒng)裝車成本；（2）在進(jìn)行控制器布置時，應(yīng)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(dú)立型電子駐車制動控制適用于經(jīng)濟(jì)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