随着科技的飞速发展，人们对汽车的期望和要求也日益增高。新时代对汽车有了更高一步的要求。智能化、网联化和电气化是未来汽车技术的主流发展方向，也是“中国制造2025”中重点关注的核心技术。不断开发的新车型及其变种车型也为汽车研发带来巨大的工作量，在今时今日，设计电子电气架构时，既要考虑如何更好地融合先进的汽车技术，也要考虑到更多车型平台的通用性。模块化电子电气架构正是可以满足这种需求的一种既具备灵活性、共用性，又具备一定扩展性的电子电气架构设计方法。

 电子电气架构的作用

电子电气架构是汽车电子电气开发的一个结构基础。从宏观上看，电子电气架构将整车的配置和功能需求进行合理分配，将整车的功能协调统一起来，系统方案也实现最优化，同时兼顾整车的安全性、能量管理等方面的性能。从微观上看，电子电气架构是为所有的零部件定义了清晰的硬线接口和通信接口，使每个功能所需的输入和输出，都可以按照最合理最有效的方式实现，其详细参数都有明确定义。

模块化电子电气架构的定义及设计特点

如图1所示的模块化电子电气架构，是通过模块化的设计思路，以相对独立的控制域方案，设计一个可以灵活适用于不同车型平台的电子电气架构。

图 1 模块化电子电气架构

模块化电子电气架构的设计方法，不是仅考虑一个车型的电子电气设计。将一个电子电气架构平台设计为模块化的架构，会使其具备更好的灵活性，以匹配更多的功能需求和配置变化。如有设计变更时，也会将变更牵连的对其他系统的影响降到最小。
模块化电子电气架构的设计主要有以下特点：
（1）按照功能的关联程度划分为不同的功能域，比如动力域、底盘域、车身控制域和信息娱乐域等。
（2）主要功能配置的实现方案相对模块化，各域之间或功能模块之间接口标准化，如果某单一系统变化，不会大幅度影响其他模块的技术方案。
（3）系统复杂且相对集中的功能集成在域控制器内，同时域控制器集成网关功能。
（4）高低配置变种设计也采用模块化设计思路，配置变化更灵活，对其他功能影响可兼容。
（5）模块化电子电气架构的设计不仅仅针对单一车型的高低配变化，更要考虑平台化、多车型的设计需求，使模块化电子电气架构具有良好的可扩展性和借用性。
（6）诊断功能设计也需在前期平台化考虑，同时可以支持在线刷写、在线配置等功能，提高零部件的通用性和适应性。

模块化电子电气架构开发的流程

1.功能需求分析

电子电气架构设计的首要步骤，是对整个平台的功能需求进行详细分析。功能需求是电子电气架构设计的重要基础和依据。功能需求分析并不局限于配置层级，还需要更详细的功能和子功能的定义（表1）。模块化电子电气架构的功能需求定义需将功能按模块划分，高低配置的功能定义也需保持一定的关联性。

表 1 功能需求分析

2.功能分配设计

如图2所示，功能分配设计是根据详细的功能需求定义，将各功能分配到各系统或零部件中。进行功能分配设计时，既要考虑到功能的密集性，也要考虑结合零部件供应商的设计能力。模块化电子电气架构的设计，更要合理划分功能模块，使其实现方案具有合理的灵活性，相对独立，又具备一定的可扩展性。在进行方案设计时，要考虑功能安全的相关因素，确保各系统和功能可以可靠运转。

图 2 功能分配设计示意

3. 网络拓扑设计

网络拓扑是整车通信结构的主要框架。模块化架构的网络拓扑，一般要划分为多个功能域，即多个子网络。子网络和域的划分，要根据功能分配，进行合理定义。网络拓扑设计时，既要考虑通信的时效性要求，还要初步预估总线负载。总线的选型要综合考虑通讯实时性的要求、功能实现的最优方案以及成本因素。对于OTA在线升级技术，更是在进行网络拓扑设计时，就要考虑好后续的升级方案。模块化架构设计的主要目标是将方案模块化，从而提高系统的可借用性、扩展性和变化的灵活性。具体是采用集成式中央网关的方式，或是采用分布式各域控制器相连的方式，可以根据系统方案和功能需求进行选择。

网络拓扑设计可以设计为带中央网关和不带中央网关的方式，具体如图3所示。除图示的方式，还可以根据具体车型需求，进行适合需求的拓扑结构定义。

图 3 网络拓扑图设计类型

4.通信接口设计

无论采用CAN总线、CAN FD总线和LIN总线，还是以太网等，均需要对通信接口进行详细定义，而通信接口的定义要根据各子系统的详细功能逻辑，定义可以准确实现功能的信号。

在模块化电子电气架构设计中，通信接口的设计不仅仅局限于功能的定义，还应将通用性高的信号接口标准化，无论更换哪个系统或哪种实现方案，均可以发出相同的信号供整车所有节点使用，从而有效实现架构模块化的理念。同时需要进行总线负载的估算，确保各系统可以及时收发所需的信号。通信接口的定义内容可参考表2。

表 2 通信接口定义

5.硬线接口设计

硬件接口设计时，除根据功能需求定义所需的硬线连接外，也要综合考虑硬线信号和通信信号的组合使用。此外，能量管理和电源分配也需要充分考量。在进行模块化电子电气架构设计时，要综合考虑到平台化的参数，不能只考虑单一配置的电量消耗和电源分配方案，要考虑到配置的变化，是否会造成负载超出继电器承载范围、硬线连接的数量是否超出个别接插件的限定范围。以车身控制器为例，架构原理如图4所示。

图 4 车身控制器架构原理

模块化电子电气架构开发示例

1.网络拓扑设计示例

根据一般车型的功能需求，主要的功能域划分为以下几部分：动力控制域、底盘控制域、车身舒适域和信息娱乐域。每个域均设计一个域控制器作为网关，并集成系统内的一部分控制功能。
动力控制域包括发动机控制器、变速器控制器及相关控制单元。底盘控制域包括车身稳定系统控制、电子驻车系统、智能驾驶的各系统和传感器。车身舒适域包括一些舒适性功能的相关控制，比如车灯、车锁、天窗、座椅及空调等。信息娱乐域包括仪表、多媒体及抬头显示系统等。

模块化架构的优点为：如果动力总成部分更换新的发动机和变速器，涉及变更的只有动力域一个网络，其他功能域无变化。以某车型为例，设计的网络拓扑图可参考图5。

图 5 模块化架构网络拓扑设计

2.驾驶辅助系统设计示例

驾驶辅助系统按照高低配的不同定义，最低配为倒车雷达，中配为前后雷达，高配为带有12探头的盲区检测系统涵盖前后雷达功能。此系统部分的设计，按照模块化架构设计思路，设计为相对独立的一个功能模块。不同配置采用不同硬件的控制器，而通信接口却保持一致，采用相同的ID、Layout和信号定义，但根据配置不同，所发送的信号有一定差别，如表3所示。

表 3 驾驶辅助系统通信接口设计方式

这样设计后，显示雷达信息的仪表系统可以不做更改，仅通过在线配置等方式即可匹配不同配置。驾驶辅助系统的模块变更并未造成其他系统模块的更改，使架构具备了良好的灵活性。

结论

汽车电子电气发展正进入一个变革的时代，智能化、网联化的要求越发突出，市场对新车型的要求越来越高。模块化电子电气架构的设计方法，可以从平台化的角度着手，用模块化的设计理念，设计出更灵活和适应性更强的电子电气架构平台。既可以有效加快开发效率，也可以因模块化的平台共享带来成本上的降低。模块化电子电气架构将是未来电子电气架构设计的有效解决方案，为功能丰富、智能化的汽车提供灵活的电子电气基础。