吴和
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1. 汽车电气系统的物理视图和逻辑视图
架构视图是设计和描述汽车电子电气架构的最重要技术方法之一。一个架构视图是对从某一视角或某一点上所看到的汽车电气系统所作的简化描述，描述中涵盖了汽车电气系统的某一特定方面，而忽略了与此方面无关的因素。逻辑视图和物理视图是最基本的2种架构视图。笔者将“汽车电气系统”定义为：汽车所有电气零件以及电气零件所实现功能的集合，这个定义本身就使用了物理视图（关注物理方面：零件）和逻辑视图（关注逻辑方面：功能）对汽车电气系统进行了组成部分的分类。
2. 汽车电气系统的物理子系统划分
汽车电气系统可以利用物理视图的架构设计技术方法划分为各个物理子系统。一般将所实现电气功能相近的一组电气零件划分到同一个物理子系统。一个典型的物理子系统包括开关、传感器、控制器、执行器等电气零件，一个电气零件一般只归属到一个物理子系统中。传统的汽车电气系统开发方式一般为先开发各个物理子系统，然后将开发完成的各个物理子系统进行集成的方式来完成汽车电气系统的开发。在整车厂中，每个物理子系统所包含的电气零件一般都会归属到一个专业部门负责开发(同时，这个物理子系统所需要实现的电气功能也归属到了这个专业部门)，因此这种将汽车电气系统划分为各个物理子系统的方式非常适合整车厂中各专业部门的分工协作，有利于开发管理。例如，所有“空调物理子系统”所包含的电气零件（室外温度传感器、室内温度传感器、空调控制面板、空调控制器、温度电机、内外循环电机、鼓风机等）都由负责空调物理子系统的专业部门负责开发，同时空调物理子系统所需要实现的电气功能，例如温度调节、鼓风机风量调节、内外循环模式切换、乘客舱制冷等也由负责空调物理子系统的专业部分负责开发。上述的这种基于物理子系统的开发方式能够得以顺利进行有一个很重要的前提条件，即空调物理子系统所实现的子系统级电气功能基本上也都是整车级电气功能，这意味着整车级电气功能可以完全由一个物理子系统所包含的电气零件来实现。在这个前提条件下，空调物理子系统就可以作为汽车电气系统的一个相对独立的物理子系统来进行设计、集成和验证，因为子系统级电气功能开发的成功足以保证整车级电气功能的开发成功。
3. 汽车电气系统的功能子系统划分
随着车载总线技术的迅速发展和普及，越来越多的整车级电气功能采用分布式控制策略，即至少通过2个以上的控制器互相协作来共同实现控制策略。如果按照将汽车电气系统划分为各个物理子系统的方法，这些采用分布式控制策略的整车级电气功能一般需要2个以上的物理子系统中的电气零件来共同实现。例如，对于“远程车辆启动”这个整车级电气功能，它的目标是使用户可以在无需进入车辆的情况下，通过操作手机发送远程指令控制车辆进行启动。要实现整车级电气功能“远程车辆启动”（笔者以某纯电动汽车电气系统技术方案为例进行描述）需要车载通信控制模块接收手机的远程控制指令、需要车身控制模块进行远程车辆启动的主控制逻辑处理、需要整车控制单元进行车辆动力系统启动控制。因此，如果按照物理子系统对汽车电气系统进行划分，“远程车辆启动”这个采用分布式控制策略的整车级电气功能需要通过3个物理子系统的电气零件（除控制器类电气零件车载通信模块、车身控制模块以及整车控制单元以外，还涉及开关、传感器、执行器等电气零件）去实现。采用分布式控制策略可以最大程度地利用汽车电气系统已有的软硬件资源和成熟的技术方案，从而有效地降低重量和成本并缩短开发周期。但分布式控制策略也导致各个物理子系统之间的相互协作关系复杂，增加了在各个物理子系统之间平衡需求以及将各个物理子系统进行系统集成时的工作难度，这会在一定程度上增加开发成本，但只要车型具有一定规模的销量，这些开发成本可以被节省下来的软硬件资源费用所抵消，因此对于复杂的涉及多个物理子系统的整车级电气功能，采用分布式控制策略已经成为一种主流趋势。综上所述，对于类似于“远程车辆启动”这种采用分布式控制策略的整车级电气功能，单个物理子系统的开发成功已经不能保证整车级电气功能的开发成功。为了解决这个问题，从开发管理的角度，必须从传统的对物理子系统负责的开发方式转变为对整车级功能负责的开发方式。
从对架构视图技术应用的角度，物理子系统是利用物理视图将汽车电气系统进行划分，而功能子系统是利用逻辑视图对汽车电气系统进行划分。逻辑视图设计着重考虑功能需求，即功能子系统应当向用户提供什么样的服务。逻辑视图的关注点主要是行为或职责的划分，这不仅应包括用户可见的电气功能，还应包括为实现用户可见的电气功能而必须提供的“辅助功能模块”。为了转变为对整车级电气功能负责的开发方式，首先需要利用逻辑视图的架构设计技术方法将汽车电气系统划分为各个电气功能子系统，并将所有的整车级电气功能归属到各个电气功能子系统中。在此基础上，将电气功能子系统指定到各个专业部门负责，从而使各个专业部门从传统的对物理子系统负责转变为对整车级电气功能负责，有效地解决了开发分布式控制策略的整车级电气功能中所产生的问题。接下来本文将介绍如何将汽车电气系统划分为各个电气功能子系统以及如何将一个整车级电气功能归属到电气功能子系统的方法。
4. 电气功能子系统划分方法
对于一个特定的汽车电气系统来说，应该将它划分为多少个电气功能子系统的问题并不存在标准答案。电气功能子系统的数量与汽车电气系统的复杂程度有关、与开发团队的规模和专业部门的组织结构有关。笔者以某纯电动汽车为例，对电气功能子系统的划分方法进行介绍，这种方法并不依赖于最终所划分的电气功能子系统的数量，因此具有普遍适用性。
在划分电气功能子系统之前，首先应该建立最高层级的电气功能域。电气功能域与电气功能子系统是属种关系，每个电气功能子系统都归属到唯一1个电气功能域中。电气功能域是最大粒度的电气功能分类，其名称一般可参考在汽车技术领域中广泛使用的分类名称（例如，空调控制、底盘控制等。这里注意，为了强调是从电气功能角度划分而不是从电气零件角度划分，电气功能域的名称使用“底盘控制”而不是“底盘”。“控制”两个字表明了是指底盘控制相关的电气功能，而不是底盘控制所使用的电气零件），再结合整车厂的特色电气功能进行适当补充（例如，纯电动汽车具有充电和能量回收功能，因此建立“能量管理”电气功能域）。电气功能域应该数量适中且保持相对稳定，以便于电气功能子系统的归属，参考表1。
表1 电气功能域与电气功能子系统的划分例子
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电气功能域 |
电气功能子系统 |
整车级电气功能 |
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车身控制 |
外灯控制 |
位置灯控制、转向灯控制、自动灯光控制 |
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车窗控制 |
驾驶员车窗控制、副驾驶车窗控制 |
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内灯控制 |
前顶灯控制、后顶灯控制 |
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安全防盗 |
无钥匙进入无钥匙启动 |
无钥匙进入、无钥匙启动 |
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车辆防入侵 |
周边警戒 |
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车辆防盗 |
动力系统防盗、换挡杆锁止控制 |
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门锁控制 |
驾驶员门锁控制、副驾驶门锁控制 |
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整车状态管理 |
整车电源管理 |
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能量管理 |
充电控制 |
慢充控制、快充控制 |
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能量回收 |
制动能量回收 |
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空调控制 |
空调控制 |
空调基本控制、高压PTC电加热 |
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动力传动 |
动力控制 |
定速巡航、经济驾驶模式控制 |
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传动控制 |
档位控制 |
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底盘控制 |
制动控制 |
制动防抱死、自动驻车控制 |
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转向控制 |
电动助力转向控制 |
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驻车控制 |
自动拉起、自动释放、防溜坡 |
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被动安全 |
安全气囊控制 |
驾驶员气囊控制、副驾驶气囊控制 |
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安全带控制 |
驾驶员安全带未系提醒 |
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主动安全 |
泊车辅助控制 |
车辆后部障碍物检测、倒车影像控制 |
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车道辅助控制 |
车道偏离报警 |
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智能互联 |
远程车辆安防 |
车辆忘锁提醒、车门未关提醒 |
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远程车辆控制 |
远程门锁控制、远程空调控制、远程车辆启动、远程位置灯控制 |
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远程车辆查询 |
续驶里程查询、剩余充电时间查询 |
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信息娱乐 |
仪表显示 |
总里程显示、小计里程显示 |
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影音娱乐 |
导航、语音识别、收音功能 |
电气功能子系统的划分首先需要考虑专业部门的组织结构，由于一个电气功能子系统中所包含的整车级电气功能需要分解到一个专业部门去负责，因此划分电气功能子系统的粒度不能太大，需要与专业部门的开发能力相匹配。如果划分电气功能子系统的粒度偏小，则可以将多个电气功能子系统划分到同一个专业部门。电气功能子系统的数量可以根据特定汽车电气系统的车型配置高低增加或者减少，但电气功能子系统的名称要尽量保持稳定，以便于将其分配到各个专业部门负责。电气功能子系统的划分基于其所属的电气功能域，并结合专业部门的组织结构分工来进行。例如，在“底盘控制”电气功能域之下，按照专业部门的组织结构可以划分为“制动控制”、“转向控制”以及“驻车控制”3个电气功能子系统。电气功能子系统的名称需要具备一定的通用性，以满足其所包含的所有整车级电气功能。电气功能子系统在数量上至少能够包括特定汽车电气系统的所有整车级电气功能。表4-1展示了某纯电动汽车的电气功能域、部分电气功能子系统以及部分整车级电气功能以及它们之间的归属关系。利用逻辑视图的架构设计技术方法对汽车电气系统进行电气功能域、电气功能子系统以及整车级电气功能的划分有很多优点，其中的一个便是这种划分与具体的技术方案无关（例如，电气功能是由哪些具体的电气零件来实现的），从而保证了这种划分结果对于不同汽车电气系统开发的通用性。
5. 整车级电气功能归属到电气功能子系统方法
由于每个整车级电气功能都需要归属到唯一的电气功能子系统中，因此必须提供如何进行归属的方法。首先对于每个整车级电气功能，必须规定其所涵盖的功能范围，这是将其归属到电气功能子系统的前提条件。以表1中的整车级电气功能“位置灯控制”为例，它包含通过操作位置灯开关使位置灯点亮或熄灭的功能、组合仪表对位置灯开启状态的指示功能以及当驾驶员准备离开车辆而忘记关闭位置灯时对驾驶员的提醒功能。但并不是所有对位置灯进行控制的功能都属于“位置灯控制”的功能范围。例如，通过操作手机远程控制位置灯是属于“智能互联”电气功能域中的“远程车辆控制”电气功能子系统的“远程位置灯控制”。例如，当车辆安装了环境光线传感器，位置灯则可以根据环境光线的变化自动点亮或熄灭，这属于“外灯控制”子系统的“自动灯光控制”整车级电气功能。以上所述的确定一个整车级电气功能包含功能范围的方法所遵循的重要原则为：对于相同的执行器类电气零件（例如，位置灯），对它的不同控制方式（例如，开关控制、手机远程控制以及根据环境光线变化自动控制）所形成的功能应该对应于不同的整车级电气功能。
