汽車架構設計的案例
純電動汽車架構設計(二)：電池布局與造型變化
原創： 王朋波
來源：模態空間
7 動力電池的形式
續航里程是純電動汽車最關鍵的性能指標。因此在相當一段時間內，純電動汽車架構設計應盡量考慮增加動力電池空間，純電動車總布置應圍繞電池空間進行。
動力電池是由多個電芯堆積而成，電芯先打包成模組，然后再組合成整個電池包。電池包里面除電芯之外，還有安全開關、繼電器、保險絲、主動冷卻和加熱設備、電池控制器（BMS）等。
電芯按形狀分成3種：圓柱形電芯、方形電芯和軟包電芯。如圖12，特斯拉 Model S 使用18650圓柱型電芯，大眾汽車使用三星方形電芯，奧迪則采用了LG軟包電芯，均為立式放置。
圖12 從左到右分別是：大眾、奧迪和特斯拉的電池模組
動力電池包的高度主要由電芯高度決定。在電芯高度方向還要布置水冷板、絕緣隔熱材料和上下殼體結構，所以電池包的高度一般比電芯高度高40-60mm，例如特斯拉Model S所使用的圓柱電芯高度為65mm，電池包整體高度則是110mm。
因此，動力電池電芯形式和尺寸對整車架構設計相當重要，應作為前期設計中的關鍵參數，由主機廠和電池廠家根據車輛布局、電芯通用性和多車型適應性在早期進行規劃。如三星根據不同主機廠的要求，開發了不同尺寸的方形電池。LG則嘗試采用不同的電芯堆疊方式，以適應不同車型，如圖13，因為電芯電極位置不同，對散熱方式有不同要求。
展開 基于新架構的智能汽車整車線束設計研究
本文從成本的角度、電連接性能以及汽車電子電氣新架構角度出發，對整車線束的設計進行了研究，達到了提高車輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。
1. 電子電氣架構對汽車影響
電子電氣架構起到電子電氣系統總布置的功能。在功能需求、法規和設計要求等特定約束下，通過對功能、性能、成本和裝配等各方面進行分析，所得到最優的電子電氣系統模型。就現代汽車制造業來說，汽車電子電氣架構設計集中反映出消費者對于汽車舒適度、人性化、智能化以及美觀性的消費需求。同時，汽車電子電氣架構是一項系統、復雜的工作，廣泛涉及軟件、硬件、網絡、線路等多方面內容。
2. 電子電氣架構設計流程
針對汽車電子電氣架構的設計，國際通用的開發模式為V模式開發流程。電子電氣架構整體設計工作和流程優化，需要遵循六個步驟進行，電子電氣架構開發流程見圖1。
圖1 電子電氣架構開發流程
1）對于汽車功能需求進行定義。在該階段實施期間，需要根據市場對汽車的實際需求、客戶的具體需求進行分析，并對這些數據進行整理、分析以及統計等工作，保證在初期工作中，能夠對整車需求進行統計與評估，也能對進電子電器系統需求進行定義，這樣才能使電氣測試規范的制定滿足相關需求。
2）對整個電子電器系統的架構進行設計，保證其制定的合理性。期間，需要根據電子電氣系統的實際需求，對各個系統以及電氣加工方案進行合理制定，在整體上，保證整車電子電氣架構方案物理、邏輯架構的充分設計。
3）對電子電器件進行具體設計。在實際工作執行期間，需要根據一個環節，對電子電氣架構方案進行物理、邏輯的優化設計，保證在真正含義能夠促進電氣電器件解決方案的優化設計。
展開 純電動汽車架構設計(一) ：電動車架構設計核心與前懸架選擇
架構設計是汽車頂層設計的一部分，在架構設計層面我們需要權衡技術、市場與消費者期望和物料、研發成本，而引入的技術也可以反哺平臺或服務后續車型。
圖3 架構設計要合理組合汽車所有關鍵部件和人體
因此平臺是穩定、普適的，而架構是靈活、專一的。特定車型的架構設計在大框架上應該存在最優解。例如前橫置前驅+麥弗遜懸架組合，以及機艙縱梁+車身縱梁、門檻梁、中央通道的傳力路徑組合，已經成為傳統燃油車型的標準架構。
3 現階段電動車的平臺架構設計的追求
中國的純電動車行業，細節設計如NVH、強度分析、臺架試驗等能力已經逐漸形成，但是對平臺架構和整體設計研究依然進展寥寥，隨著汽車電動化浪潮的推進，頂層設計能力薄弱的問題愈發凸顯。
合理的電動車平臺規劃有利于充分利用電動車的零部件特點和整車總體優勢，例如成員艙空間、車身碰撞性能、更好的整車尺寸等，此外對于零部件選型和設計也有很強指導意義。開發一個平臺就可以拓展出很多車型，看上去非常美好。但是只有設計生產過多個車型后才有可能提煉出一個有效的平臺。國內電動車企業起步很晚，產品的迭代次數不足，缺乏足夠積累，這種現狀下，開發一個有足夠競爭力可多次拓展使用的整車平臺難度極大。
所以現階段國內的電動車開發，首要任務是確定一個通用的整車架構而不是開發整車平臺。
展開 基于新架構的智能汽車整車線束設計研究
來源 |
汽車功能安全
本文從成本的角度、電連接性能以及汽車電子電氣新架構角度出發，對整車線束的設計進行了研究，達到了提高車輛可靠性、降低成本、提升電連接性能的目的。
1. 電子電氣架構對汽車影響
電子電氣架構起到電子電氣系統總布置的功能。在功能需求、法規和設計要求等特定約束下，通過對功能、性能、成本和裝配等各方面進行分析，所得到最優的電子電氣系統模型。就現代汽車制造業來說，汽車電子電氣架構設計集中反映出消費者對于汽車舒適度、人性化、智能化以及美觀性的消費需求。同時，汽車電子電氣架構是一項系統、復雜的工作，廣泛涉及軟件、硬件、網絡、線路等多方面內容。
2. 電子電氣架構設計流程
針對汽車電子電氣架構的設計，國際通用的開發模式為V模式開發流程。電子電氣架構整體設計工作和流程優化，需要遵循六個步驟進行，電子電氣架構開發流程見圖1。
圖1 電子電氣架構開發流程
1）對于汽車功能需求進行定義。在該階段實施期間，需要根據市場對汽車的實際需求、客戶的具體需求進行分析，并對這些數據進行整理、分析以及統計等工作，保證在初期工作中，能夠對整車需求進行統計與評估，也能對進電子電器系統需求進行定義，這樣才能使電氣測試規范的制定滿足相關需求。
2）對整個電子電器系統的架構進行設計，保證其制定的合理性。期間，需要根據電子電氣系統的實際需求，對各個系統以及電氣加工方案進行合理制定，在整體上，保證整車電子電氣架構方案物理、邏輯架構的充分設計。
3）對電子電器件進行具體設計。
展開 
一文盤點博世、豐田、特斯拉等6家主流智能汽車電子架構
來源 | 智能網聯汽車網
本文對幾家主流智能汽車的架構設計概念進行了技術分析，并對幾種智能汽車的架構設計概念進行了評價。
智能汽車電子架構研究現狀
傳統分布式汽車電子電氣架構的設計 思想為硬件定義規格，硬件架構采用CAN總線網絡和分布式功能單元，單功能單控制器，軟硬件不能解耦，專用傳感，專用控制器，專用算法。傳統汽車電子電氣架構面對汽車“四化”的挑戰和需求難以支撐，汽車行業主要企業都給出了自己的解決方案，對未來智能汽車的電子電氣架構進行了思考，提出了新型的汽車電子電氣架構概念。
博世
博世作為整車Tire1供應商的重要代 表，提出了未來智能汽車電子電氣架構的 演進方向（圖 1）。從整個演進過程分為6個階段：分布式功能模塊、功能模塊合并、多域控制器架構、功能域逐漸融合階段、域融合終極階段汽車大腦，最后遠景云端計算階段。
博世汽車電子電器架構的演進概念清晰指明了未來汽車電子電氣架構算力會逐漸集中化，最終會發展到云端計算。當前架構主流處于功能模塊合并階段，正在朝多域控制器架構方向發展。
圖1 博世汽車電子電氣架構演進路線圖
聯合電子
聯合汽車電子有限公司面向未來智能汽車，設計開發了擴展型域控制器平臺， 將于2020年實現量產。聯合電子設想未來汽車電子電氣架構分為三層（如圖2），頂層為云服務平臺，中層為計算與控制，下層標準化的執行器和傳感器。中層計算與控制包括五個功能域的主控和以太網主干網、車載無線通訊共七個架構主要構成元素。聯合電子面向未來智能汽車的架構思路為集中式域控制器架構。
圖2：聯合電子未來汽車電子電氣架構
安波福
安波福提出了智能汽車架構的概念以適應自動駕駛的需求。
展開 一文盤點博世、豐田、特斯拉等6家主流智能汽車電子架構
本文對幾家主流智能汽車的架構設計概念進行了技術分析，并對幾種智能汽車的架構設計概念進行了評價。
智能汽車電子架構研究現狀
傳統分布式汽車電子電氣架構的設計 思想為硬件定義規格，硬件架構采用CAN總線網絡和分布式功能單元，單功能單控制器，軟硬件不能解耦，專用傳感，專用控制器，專用算法。傳統汽車電子電氣架構面對汽車“四化”的挑戰和需求難以支撐，汽車行業主要企業都給出了自己的解決方案，對未來智能汽車的電子電氣架構進行了思考，提出了新型的汽車電子電氣架構概念。
博世
博世作為整車Tire1供應商的重要代 表，提出了未來智能汽車電子電氣架構的 演進方向（圖 1）。從整個演進過程分為6個階段：分布式功能模塊、功能模塊合并、多域控制器架構、功能域逐漸融合階段、域融合終極階段汽車大腦，最后遠景云端計算階段。
博世汽車電子電器架構的演進概念清晰指明了未來汽車電子電氣架構算力會逐漸集中化，最終會發展到云端計算。當前架構主流處于功能模塊合并階段，正在朝多域控制器架構方向發展。
圖1 博世汽車電子電氣架構演進路線圖
聯合電子
聯合汽車電子有限公司面向未來智能汽車，設計開發了擴展型域控制器平臺， 將于2020年實現量產。聯合電子設想未來汽車電子電氣架構分為三層（如圖2），頂層為云服務平臺，中層為計算與控制，下層標準化的執行器和傳感器。中層計算與控制包括五個功能域的主控和以太網主干網、車載無線通訊共七個架構主要構成元素。聯合電子面向未來智能汽車的架構思路為集中式域控制器架構。
圖2：聯合電子未來汽車電子電氣架構
安波福
安波福提出了智能汽車架構的概念以適應自動駕駛的需求。
展開 智能汽車區域控制器PDC功能及架構設計解決方案
對于如上圖所示針對整個車輛功能分配原則包含如下的設計性能需求：
① 設計相關功能系統框圖，判斷其中硬件需求；
② 制定功能策略，列出信號交互需求；
③ 分析不同UseCase，判斷是否設計跨域交互；
④ 策略（感知、仲裁、控制、執行）分層建模；
⑤ 根據不同層級分配不同的策略到相應的控制器中；
⑥ 對于時延要求高的場景，分析分配結果是否滿足性能要求；
⑦ 對于功能安全較高的場景，分析分配結果是否滿足功能安全要求；
基于SOA服務的智能汽車功能
下一代智能駕駛汽車需要進行面向服務的SOA設計，這一過程需要控制單元參照其所承擔的服務功能（車身舒適、AC、底盤、HCU 等）層面進行接口統一、服務轉化和封裝管理。用于其計算平臺功能調用，如功能激活、解閉鎖服務、車窗控制服務等。
如下將圍繞智能汽車駕駛域進行相關功能控制說明。當前，PDC 中 ADAS 功能主要集中在簡單的傳感信息處理上，也即對其中的12個超聲波雷達信號處理。包含提供如基礎服務或增強服務等。12個超聲波雷達USS 對應自動泊車、代客泊車配置。同時，對于如上的12個超聲波雷達，需要根據其安裝位置分別布置于車身不同的機艙內。如果是前后各一個PDC的模式，則是分別分配前后六個USS到兩個不同的PDC中，如果是4個PDC模式，則是區分前左、前右、后左、后右分別各掛3個USS的方式進行信息處理。
展開 【技術帖】基于架構開發的汽車懸架控制臂優化設計
摘要：為有效解決汽車架構開發中懸架控制臂的疲勞耐久問題，研究了某架構項目后懸架下控制臂的設計優化方法。采用多體動力學、有限元方法、耐久評估、結構優化設計等技術，研究架構項目調試件參數對后下控制臂載荷和耐久性能的影響規律，找出架構帶寬中對于控制臂設計最惡劣的參數組合，對其耐久性能進行仿真分析和優化，使其耐久性能可滿足整個架構帶寬的需求，并借助臺架試驗和整車路試對其疲勞壽命進行考核和驗證。結果證明，文章提出的設計思路和方法有效，可拓展應用于其他底盤零件。
關鍵詞：控制臂；架構帶寬；調試參數；設計優化；試驗驗證
汽車行業的競爭日益加劇，為了把握高效率、高質量和低成本的開發與產品個性化間的平衡，各大車企均在重點研究整車架構的工程開發技術[1]。汽車底盤懸架作為重要的架構零件，在設計階段需充分考慮架構帶寬對零件設計的影響，滿足在架構平臺上的共用性要求。文章基于某架構項目的后懸架下控制臂的開發工作，采用多體動力學、有限元方法、耐久評估、結構優化設計等技術，結合設計包絡、標桿研究和設計制造經驗進行控制臂的設計，采用仿真工具對其耐久疲勞進行預測分析并進行結構優化，利用臺架對其耐久能力進行試驗，并搭載整車路試完成疲勞耐久驗證，進而實現架構項目控制臂的高效高質量設計開發。
展開 RTaW—基于車載以太網TSN的下一代E/E架構設計優化工具
面對日益復雜化的汽車電子電氣架構及網絡系統，人工計算與迭代的設計方式已很難適用。同時，驗證設計的合理性在成本壓力下愈發重要。今天我們對RTaW與BMW的合作應用案例（O.Creighton, N.Navet, P.Keller, J.Migge, 2020 IEEE-SA，“Towards Computer-Aided, Iterative TSN-and Ethernet-based E/E Architecture Design”）進行解讀，從兩個方面分析如何進行E/E架構設計優化：
電子電氣架構設計面臨哪些挑戰
如何使用RTaW進行E/E架構設計優化
1 BMW當前電子電氣架構設計面臨的挑戰
- 向可靠的整車范圍SOA轉變
隨著電子電氣架構的發展，以信號/功能為導向的傳統設計模式已不再滿足需求，而整車范圍SOA設計具有統一性、可靠性，可以帶來兩個核心優勢：
- 清晰的SOA層級劃分
- 明確的服務提供方和消費方定位
圖1 基于信號到基于服務的轉變
與傳統設計模式相比，SOA開發過程需要考慮更多的系統要求，如延時、帶寬、鑒權、冗余與安全、整車級別的運行配置等。在智能駕駛領域里，通過動態配置資源的高性能實時運算平臺（由軟件定義的、硬件高度集成的ECU）在大數據和AI算法的幫助下將擔負更多的角色。
圖2 BMW L3&L4可剪裁的自動駕駛架構
- 模塊化下的軟硬件擴展性和復用性
為了提高模塊化下的軟硬件開發效率、降低成本、提高復用性。
展開 MBSE產品模型架構應用：基于模型的系統工程 (MBSE) 在汽車傳動系統子系統架構中的應用
○ 輪胎特性的變化可以與半軸接頭設計限制自動關聯和比較
● 如果輸入假設超過設計限制，模型會顯示輸出錯誤，提醒工程采取行動
文章來源：系斯模科技
DDS與AUTOSAR融合實現汽車架構松耦合
概述
目前，由于受消費者對自動化和持續連接需求的推動，以及現在通信帶寬和數據計算能力飛躍，汽車行業正迎來前所未有的變革。變革的主要方法是針對現有的架構進行改變，鑒于傳統的電氣/電子架構無法為新的以數據為中心的通信方式提供必要的可伸縮性，未來的汽車將會走向軟件定義汽車的時代。
AUTOSAR?和DDS?是兩個能夠適應上述架構轉變并為其提供可拓展性的標準。AUTOSAR是為汽車ECU設計的標準化汽車開放系統架構。AUTOSAR的AP和CP為不同的的場景提供軟件的相應分層架構，尤其是AUTOSAR-AP主要為了解決下一代汽車的需要高性能和持續連接和集成的問題，目前有大量供應商采用了AUTOSAR的架構。
DDS標準是一種中間件協議和以數據為中心的連接框架，它可以將分布式系統的組件集成在一起.DDS能夠實現低延遲、高可靠、高實時性的數據融合服務，能夠從根本上降低軟件的耦合性、復雜性提高軟件的模塊化特性，融合了DDS的汽車軟件能夠更好的運行在下一代汽車的體系架構中，更能降低開發的成本、縮短研發的時間，更快的將產品推向市場。
展開 
談談純電動汽車高壓電氣架構
散漫說，純電動汽車高壓部件包括電池、電驅、電力電子及充電部件。本文通過分析純電動汽車高壓架構功能要求，對比目前典型純電動汽車高壓電氣架構，提出了一種全新高壓架構設計方案。以下為正文。
1 純電動汽車高壓電氣架構功能要求
圖1 高壓電氣原理圖
純電動汽車高壓部件包括電池、電驅、電力電子及充電部件。如圖1所示，電池是整個高壓系統的能源，為電驅及電力電子部件提供能量。充電系統包括慢充和快充，為電池提供能量。合理的高壓部件方案及集成設計，可以優化整個高壓系統的導線、繼電器、熔斷絲及接插件數量。另外，整個高壓架構需滿足高壓安全要求，高壓互鎖、主被動放電、絕緣監測、預充電、繼電器監測和線路保護等功能，合理的設計可滿足安全的需求并實現成本的最優。
2 高壓電氣架構設計
2.1 高壓架構設計輸入
高壓架構設計要求包括整車性能及系統安全要求，整車性能包括加速、續航里程、充電時間、低壓用電功耗及熱系統用電功耗等。根據整車性能相關需求，通過計算仿真確定高壓動力電池電壓范圍，額定輸出電壓，電池總能量，電機功率，慢充及快充功率，DC／DC、PTC、ACCM、Heater等高壓部件功率。表1是根據整車性能要求仿真的直流母線瞬態電流信息，供導線及熔斷絲選型設計。
表1 直流母線瞬態電流
2.2 典型純電動汽車高壓電氣架構分析
圖2是產品車A高壓拓撲圖，整個高壓系統通過HPDM模塊實現高壓能量的分配，各模塊相對獨立，無集成設計。優點：滿足系統安全要求，由于各模塊獨立設計，可實現獨立控制和診斷。缺點：系統成本高，各模塊需要獨立高壓線束連接及熔斷絲保護；增加整車布置空間及整車質量。
展開 車載SOA軟件架構設計
SOA設計—圖表設計
SOA設計和軟件架構( architecture)數據應以表格格式或圖表形式可視化。
應使用定制的表格格式來可視化SOA設計數據和軟件架構定義面向服務的體系結構圖(SOAD):該圖應可視化給定功能或服務、服務角色(服務提供者和服務使用者)、服務端口和服務接口。下面是SOA圖的示例視圖:
軟件架構圖（SWAD）：
一旦SOA定義完成，就應該定義軟件組件方面的服務部署。此圖顯示了用于數據交換的軟件組件、軟件端口及其之間的連接（軟件程序集連接器）。還應顯示每個軟件組件上部署的邏輯功能。下面是軟件架構圖示：
車載SOA軟件架構：服務設計
服務定義
服務使用SOME/IP總線向客戶端提供一些功能。所提供的功能既可以作為請求消息公開，也可以作為發送消息公開。
服務集群劃分
服務是基于子系統重新劃分群集的。
服務描述模板
服務描述必須包括以下信息：
服務描述：服務目的的簡單描述。
消息類型：方法或事件。
訊息名稱：訊息名稱。
消息描述：消息用途的簡短描述。
消息輸入參數：此規范類型使用的輸入參數的完整列表。
返回參數：此規范類型使用的返回參數的完整列表。
此外，必須描述枚舉和自定義類型。
展開 架構設計到底在做什么？
來源 | 侯哥工作感悟
知圈 | 進“電子電氣群”請加微13636581676,備注架構
架構設計到底在做什么？這個好像不應該成為問題，因為每個人都會回答：架構設計就是設計架構唄。然而，設計架構又是設計什么東西呢？
讓我們先回顧一下以前聊過的一個話題：什么是電子電氣架構？架構是基于復雜系統的一個概念，體現的是系統之內的元素的基本結構和關系，是一種系統設計和演進的原則。
對于汽車的EEA（Electronic Electrical Architecture）來說，定義的就是汽車上電子部件之間的相互關系，及所有的電子部件（包含硬件實體及其中的軟件）所共同承載的邏輯功能之間的關系，以及為了設計和維護這些電子部件所規定的各種原則。
(Source:Bing)
從上面這個定義中可以看出，架構并不是一個具象化的實體，而是一個抽象的東西，任何一種具象化的東西都沒有辦法完整的表示出什么是架構。而且，架構一定是依賴于系統而存在的。
汽車的電子電氣架構EEA依賴的就是汽車上的電子電氣E/E系統。談到EEA，一定離不開這個E/E系統。架構是系統的架構。
網絡拓撲是架構的一部分，電氣拓撲也是架構的一部分，但是它們都沒有辦法來代表完整的架構。它們所表示的僅僅是EEA的一部分特性或者屬性。
接下來，讓我們從城市的設計建造過程來理解E/E系統的開發工作以及EEA設計的工作。
雖然我以前曾經以一個大樓的設計、建造過程來解釋過EEA設計的工作，可是從事EEA的工作越久，就越覺得汽車上EEA設計的復雜。由于現代車輛本身的高度復雜性，整車電子EEA設計更像城市規劃。
展開 汽車芯片需要怎樣的處理器架構？
而只有高性能、支持安全的矢量DSP架構，才能實現下一代車輛主動安全系統所需的性能、設計成本效益和最高的ASIL 級別。新思科技DesignWare? ARC? EV7xFS 處理器IP，可簡化IP集成商在展示SoC級別的證據方面的工作和論證，滿足下一代汽車設計的這些需求。
