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1.1 电子电气架构概述

1.1.1 什么是电子电气架构?

架构(Architecture)这一概念并不是在汽车行业中首次出现的,它在建筑设计、工业设计、计算机、航空飞行器、工业自动化等其他行业的控制系统中已有广泛使用。建筑的结构就是由板、梁、柱、墙、基础等建筑构件形成的具有一定空间功能、并能安全承受建筑物各种正常荷载作用的骨架结构。由于计算机、电子、软件等学科是继建筑之后的新兴学科,为了在引用Architecture时以示区分,将其翻译为架构。

卡内基梅隆大学的Mary Shaw和David Garlan于1996年写了一本叫作 Software Architecture perspective on an emerging Discipline 的书,提出了软件架构中的很多概念,例如软件组件、连接器、风格等。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件,在各个组件之间的连接则相对细致地描述组件之间的通信方式。在实现阶段,这些抽象组件被细化为实际的组件,比如具体某个类或者对象。

汽车电子电气架构(Electrical/Electronic Architecture,EEA)是集合了汽车的电子电气系统原理设计、中央电器盒、插接器设计、电子电气分配系统、控制器设计与程序等为一体的整车电子电气解决方案。具体就是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下,通过对功能、性能、成本和装配等各方面进行分析,将动力、控制、娱乐等功能转化为实际的电气功能分配、电源分配、控制器布局、信号网络、数据网络、诊断、电源管理等电子电气解决方案。

1.1.2 汽车电子电气架构的特点

1.功能的开放性

尽管有来自整车的系统配置和功能定义方面的约束(一般汽车企业整车开发都会先分解需求,然后生成诸如整车技术规范这样的技术文档),又有来自能耗和安全法规的约束,但电子电气架构的设计本身就是一项极具创造性的活动。

决定它最终结果的有很多影响因素,例如企业的时间和费用投入、所能掌控的供应商资源、很多时候还取决于管理者的意志(目标性)、团队的能力(可达性)。

2.学科的交叉性

汽车的电子电气架构是一个完全面向客户需求的应用技术,不仅包括车辆动力学、半导体与集成电路的应用技术、现场总线与通信技术、传感器应用技术、软件工程和嵌入式系统开发技术、控制工程与应用技术,智能网联汽车中还涉及无线网络通信、人工智能、大数据、云计算等多个学科。

想要彻底理解并掌握电子电气架构,需要宽广的理论知识和坚持不懈的学习、实践;在动辄上千人规模的企业研发体系和数以百计的供应链中工作,理解电子电气架构对于整车性能设计和实现无疑具有良好的促进作用。

3.求解的多样性

虽然汽车的平台化设计的目的是弥合因车型、配置不同带来的多样性,但这里讨论的电子电气架构求解多样性是在同一车型同一配置情况下,解决方案的不确定性和多样性。

从目标上来讲,至今为止,对电子电气架构的评价没有明确、公认的指标,从方法上来讲,在绝大部分能满足功能和性能的前提下,我们只能在小范围内进行一些优化,比如功能分配优化、线束拓扑优化、控制系统性能指标优化等。因此,它并不像通常的工程问题一样能够求得最优或者次优解,而是时常带有某些“设计理念”或“设计风格”的解决方案。

上述特点就注定了任何一个汽车电子电气架构均呈现给你一个“不太完美的答案”,读者在阅读过程中尤其要注意,不应揪住一些细枝末节不放,而应该注意理解本书所传达的主旨要意。

1.1.3 为什么是电子电气架构?

要回答这个问题,我们首先要审视汽车的价值创造过程,再回到价值创造的手段和工具。

如图1-1所示,现代许多汽车企业都经常以矩阵式管理方法来组织生产。企业内部往往包括战略规划、研究部/院、生产部门、质保部门、销售部门,为提高效率,有些企业还有专门的数字化部门(或IT部门)对企业的研发、生产、销售等进行数字化管理。

图1-1 采用矩阵式管理方法的汽车制造企业组织架构与价值创造过程示意

按照经典的管理学理论,企业价值创造主要分为这5个阶段:市场、研发、营销、销售、售后。从市场(Marketing)端分析需求,找到客户,再进行产品研发(Research & Development),研发的产品一定要针对用户的痛点(此处理解为客户重大需求);在研发和生产过程中,始终贯穿着性能、交付(时间节点)、质量和成本等多个产品的维度,营销和销售就是把产品卖出去,传统的渠道,如直营、经销、代理等途径和方法目前依然是汽车行业的主流,互联网公司发明的“地推”“网络主播”“自媒体”“私域流”等新式手法似乎正在颠覆许多传统营销理念;售后是产品生命周期的末端,产品进入流通到回收也可以通过各种服务、数据增值等获得收益。

如图1-1所示,从专业上看,汽车企业有大致4类:车身与空气动力学、底盘与操控、动力总成、电子电气。其实直到20世纪末,电子电气部门在汽车企业内部都不能算是一个主要部门,因为汽车作为“移动工具”,其主要价值来源还是底盘(承载)和动力(移动)。

然而进入21世纪后,电子电气系统在节能、智能、安全、环保、网联等领域所发挥的重要性已经不言而喻。我们仅用一项指标去说明这个问题:电子电气系统成本占比。由于成本的敏感性,且不同企业的车型和不同配置都有出入,我以公开文献报道数据为例 [4-6] 。目前紧凑型车的电子成本占比为15%左右,而纯电动车的汽车电子成本占比高达65%,随着新能源汽车更加智能,汽车电子成本占比仍将持续提升。我国中高端汽车销量快速增长,而汽车电子系统在中高端车型的成本占比可达30%~40%。且随着汽车智能网联、电动化趋势的不断发展,汽车电子价值占比将会继续提高。以乘用车为例,乘用车汽车电子成本在整车成本中占比由20世纪70年代的3%已增至2015年的40%左右,2030年有望达到50%(图1-2)。

图1-2 汽车电子产品乘用车整车成本占比(不含动力电池本体)

汽车电子电气系统如何作为主要技术手段,创造出现代汽车特有的价值呢?本书后续会深入详细地进行解答和叙述。 uVkCfQVmm/xWC8sqFd5NsctQ9kbGL1hLKNhMU2WFnuFXTj9z4jiJ9Ya5fadUCLx4

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