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電子電氣架構(gòu)的開發(fā)，需要涉及整車開發(fā)中的大部分系統(tǒng)、功能與部件，橫跨軟件開發(fā)、硬件開發(fā)、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料科學(xué)、生產(chǎn)工藝、人機(jī)交互和造型設(shè)計(jì)等各個工程領(lǐng)域，而且各個車企都有自己的獨(dú)特之處，加之智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，新的挑戰(zhàn)與應(yīng)對方法在不斷出現(xiàn)，任何一本書都無法詳盡地描述電子電氣架構(gòu)的所有開發(fā)活動……
然而，萬變不離其宗，當(dāng)拋開各種細(xì)節(jié)之后，其本質(zhì)可以被視為系統(tǒng)工程理論在汽車電子電氣系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用。
電子電氣架構(gòu)專家侯旭光先生在《智能汽車：電子電氣架構(gòu)詳解》一書中，將汽車電子電氣系統(tǒng)開發(fā)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述和簡化總結(jié)（如下7項(xiàng)）；本文摘取書中片段進(jìn)行分享，希望給大家以啟發(fā)~
按照需求工程的方法收集、確認(rèn)和管理需求。將需求進(jìn)行細(xì)化分解并分配到各個子系統(tǒng)。將各個子系統(tǒng)的需求分解到各個部件。各個部件按照步驟1至3進(jìn)行部件級的設(shè)計(jì)。開發(fā)部件的軟件、硬件和機(jī)械等子系統(tǒng)。進(jìn)行部件、子系統(tǒng)、電子電氣系統(tǒng)、整車等各個層級的集成、驗(yàn)證與確認(rèn)。電子電氣系統(tǒng)交付與持續(xù)迭代。
【1】一個源頭：需求?
一切的設(shè)計(jì)都源于需求，設(shè)計(jì)的目的是滿足需求。需求來自各種利益相關(guān)者，雖然收集需求并不一定是架構(gòu)師需要完成的工作，但對需求的判斷和分析卻是架構(gòu)師責(zé)無旁貸的義務(wù)。通過對各種需求的分析，將決定哪些需求被納入開發(fā)范圍、以何種方式實(shí)現(xiàn)等，并將其轉(zhuǎn)化為電子電氣架構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。大部分的需求將被以樹狀結(jié)構(gòu)的形式被不斷分解和拓展，在不同的層級被進(jìn)行不同的細(xì)化工作，最終變?yōu)榫唧w的軟件、硬件和機(jī)械等的需求，從而得以實(shí)現(xiàn)，并被逐層和逐條的驗(yàn)證。
并不是所有的需求都有唯一的來源，有很多下層的需求可能來自上一層級的多個需求。這些錯綜復(fù)雜的需求構(gòu)成了一張龐大的網(wǎng)，共同撐起了電子電氣架構(gòu)。盡管電子電氣架構(gòu)的形態(tài)可能會大幅度變化，但很多需求卻并不依賴電子電氣架構(gòu)的形態(tài)而存在，它們只與原始的功能或性能需求相關(guān)。對于任何一個車企而言，積累各個層級的需求就是積累自己的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)能力，只不過有些車企的能力存在于人的大腦中，有的存在于各種文檔里，有的則存在于各種工具鏈中。
能夠提出正確且全面的需求，就是實(shí)力的體現(xiàn)。不斷創(chuàng)造出新的需求，就是不斷地成長。掌握需求，就是掌握自己的命運(yùn)。
【2】 兩條主線：功能與性能?
整個電子電氣系統(tǒng)的開發(fā)有兩條主線：功能與性能，它們均以需求的形式進(jìn)入到電子電氣架構(gòu)開發(fā)的活動中，是電子電氣架構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、開發(fā)的起點(diǎn)。
功能的設(shè)計(jì)多以邏輯設(shè)計(jì)為主，最終以軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。性能的滿足雖然大多以硬件為最終實(shí)現(xiàn)載體，但在軟件占比越來越大的情況下，越來越多的電子電氣相關(guān)性能需要軟硬件結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。例如：最為常見的EMC性能的滿足不但需要硬件層面良好的設(shè)計(jì)，軟件控制邏輯的配合也已經(jīng)成為必不可少的保障。
沒有良好的功能，就不可能有良好的用戶體驗(yàn)與產(chǎn)品競爭力。而沒有良好的性能，一切都是鏡花水月。
【3】兩個工作：分解和分配
對于任何復(fù)雜的事物，對其進(jìn)行合理的分解都是一種可以對其了解或掌握的基本手段。電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中主要活動的核心方法可以使用兩個詞來表示：分解和分配。
鑒于電子電氣系統(tǒng)的龐大和復(fù)雜，一般需要將其進(jìn)行縱向分解和橫向分解。
下圖展示了一種電子電氣系統(tǒng)的分解方式，首先按照邏輯功能開發(fā)的過程分為三個層級：需求層、子系統(tǒng)層和部件層（主要為ECU，傳感器和執(zhí)行器可被視為ECU的一部分）。然后將每一層中的主要組件進(jìn)行分解：需求層中的組件為Feature/Function，子系統(tǒng)層的組件為子系統(tǒng)及其所包含的邏輯功能，部件層的核心組件為ECU。各種性能需求和基礎(chǔ)技術(shù)的需求將按照實(shí)際情況被非分解和分配到每一層中的每一個組件。
電子電氣系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)
? ? ? ? 為了方便管理，每一層中的原子組件一般都會被分配到本層中的較大一些的組合組件中。如Feature/Function會被歸類到各個域中，如車身域、動力域等。邏輯功能組件會被分配到各個邏輯子系統(tǒng)中。部件層的組件也會被歸類到各個域中，或是更小一些的系統(tǒng)中。
總結(jié)一下?在整個電子電氣架構(gòu)的開發(fā)過程中，首先進(jìn)行的工作是收集各種需求，其中的功能性需求（特性或功能）將被細(xì)化和分解，從而轉(zhuǎn)變?yōu)閷唧w子系統(tǒng)的需求。由于每個子系統(tǒng)都會承接來自需求層的眾多具體需求，同時也會收到各種性能和基礎(chǔ)技術(shù)的需求，這些需求在子系統(tǒng)層進(jìn)行匯總并整合，進(jìn)而產(chǎn)生了對每個LF的詳細(xì)需求。同時，每個子系統(tǒng)的詳細(xì)邏輯設(shè)計(jì)、軟件架構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)也會被完成，并轉(zhuǎn)換為對部件的各種詳細(xì)需求。將軟件組件和對硬件端口需求部署到各個部件之后，電子電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作就基本完成。余下的工作就是部件的開發(fā)、實(shí)現(xiàn)和測試驗(yàn)證了。
對于任何一個車企而言，如果能夠?qū)⑿枨髮雍拖到y(tǒng)層的設(shè)計(jì)全面掌握在自己的手中，那么零部件供應(yīng)商就只需要按照車企的需求進(jìn)行軟硬件實(shí)現(xiàn)。另外，不同ECU的差異主要在軟件與硬件，相對而言，硬件設(shè)計(jì)的工作量要小于軟件。在上述分層結(jié)構(gòu)中，ECU的軟件主要取決于對軟件組件的部署，如果軟件組件的設(shè)計(jì)都掌握在車企自己手中，那么ECU之間的合并、拆分或是控制邏輯的集中就只取決于部署的結(jié)果。無論對于集中式架構(gòu)設(shè)計(jì)、區(qū)域控制器設(shè)計(jì)，還是車企自己進(jìn)行軟硬件開發(fā)，對需求層和系統(tǒng)層的深度掌握是必備的基礎(chǔ)。
【4】兩種思路：增量與重構(gòu)?
回顧整車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展歷史，我們可以明顯的關(guān)注到一個持續(xù)不變的現(xiàn)象：變化--形態(tài)在變化、功能在增加、性能在提升。雖然每隔一段時間，電子電氣架構(gòu)就會由于新技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)生較大的變化，但很少進(jìn)行徹底的“重構(gòu)”。無論是軟件還是硬件，基本都是基于以前的基礎(chǔ)逐漸發(fā)展而來。
對于車企而言，雖然不同代際的電子電氣架構(gòu)中很多控制器都變化很大，但這并不意味著進(jìn)行了真正的重構(gòu)，因?yàn)槟切┛刂破鞯奶峁┱呷匀粫赜迷械暮芏嘣O(shè)計(jì)，僅僅在物理形態(tài)上發(fā)生了一定的變化，其內(nèi)部的很多電路仍然會借鑒甚至沿用原來的設(shè)計(jì)。
軟件邏輯層面更是如此，代碼級的沿用和移植是每個供應(yīng)商都會采用的方式?？刂破魃壍闹饕康氖枪δ艿脑黾优c性能的提升，其增量與變更部分才是大量資源被投入的地方。這個過程如同很多人在共同堆起一座高山，每增加一點(diǎn)高度，其實(shí)都是在前人的基礎(chǔ)上填了一筐土而已，只是當(dāng)山越來越高的時候，填土的成本越來越高，人們不得不換一種方法繼續(xù)增加山的高度。域控制器也好，中央計(jì)算機(jī)也好，無非是將原來的土用新的形式進(jìn)行了整合。這一點(diǎn)可以從很多領(lǐng)域功能的增長變化看出：車身控制、底盤、信息娛樂等領(lǐng)域所增加的功能無一不是對新需求的滿足，而那些基本的功能則很久沒有本質(zhì)地變化了，更鮮見有消失的功能。即使是自動駕駛等“新興”領(lǐng)域，也是在逐漸地增加功能，從基本的ADAS逐漸拓展而成。
然而，量變不斷積累必然會引起質(zhì)變。隨著芯片與軟件等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，汽車電子這棟大廈從“石頭與茅草”為主要材料變成了“鋼筋和水泥”的“現(xiàn)代化”，實(shí)現(xiàn)手段有了翻天覆地的變化。這主要體現(xiàn)在以各種控制器和通信總線為核心的電子電氣架構(gòu)的形態(tài)上，以及設(shè)計(jì)工具上。
如果拋開電子電氣架構(gòu)的物理形態(tài)，那么其內(nèi)部的邏輯在過去的幾十年中一直處于不斷增長的狀態(tài)。邏輯的增長源于功能需求的增加。電子電氣架構(gòu)是逐漸成長起來的，其中的每個子系統(tǒng)也是成長起來的。只不過當(dāng)今電子電氣架構(gòu)中的子系統(tǒng)數(shù)量在不斷地增加，每個子系統(tǒng)中的邏輯與相應(yīng)的需求也在不斷地增加。
如果我們將視角聚焦在電子電氣架構(gòu)的物理形態(tài)，那么，電子電氣架構(gòu)工程師就不得不面對一個現(xiàn)實(shí)的問題：使用增量模式還是完全重構(gòu)的方式來設(shè)計(jì)新的電子電氣架構(gòu)。雖然兩種方式的共同點(diǎn)都是要在新電子電氣架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)相比原有電子電氣架構(gòu)的功能和性能的拓展，但其開發(fā)難度和成本投入有很大差異。簡而言之，這兩者之間的差異可以類比為城中村的改造與拆遷重建之間的差異。改造的實(shí)施成本低、周期短、資源消耗少，但可擴(kuò)展的功能與性能有限。而拆遷則可以將一切現(xiàn)有的東西推倒重來，按照當(dāng)前最理想的情況重新構(gòu)建，但必然會要求投入大量的資源與時間，相應(yīng)的成本和風(fēng)險必然要更高。
究竟哪個方式更好，無法一概而論。這取決于企業(yè)當(dāng)前的資源擁有情況以及企業(yè)的目標(biāo)。如果企業(yè)的人力與資金豐富，現(xiàn)有的產(chǎn)品線能夠在未來很長一段時間內(nèi)仍然支撐其收入和市場拓展，且其目標(biāo)是構(gòu)建領(lǐng)先所有競爭對手的全新技術(shù)平臺，那么完全重構(gòu)的電子電氣架構(gòu)也許可以為其帶來未來幾年的領(lǐng)先優(yōu)勢。
在進(jìn)行兩種方式的選擇時，還有一個重要因素?zé)o法回避——電子電氣架構(gòu)相關(guān)技術(shù)的可獲得性與電子電氣系統(tǒng)的總成本。如果將實(shí)現(xiàn)一個完美電子電氣架構(gòu)所需要的各種技術(shù)能力的總和定為100分，那么無論是車企還是各種供應(yīng)商都無法獨(dú)自達(dá)到100分的要求，但車企和各個供應(yīng)商能力的總和卻可能達(dá)到這個要求。如果車企的能力較強(qiáng)，則可以以較低的成本獲得自己所欠缺的技術(shù)能力。反之，獲得成本就會很高。還有一種情況是雙方能力的總和低于100分，即車企的能力較弱，合作的供應(yīng)商的能力也不夠強(qiáng)，那么，他們合作完成的電子電氣架構(gòu)的質(zhì)量就一定會低于預(yù)期值。
評估一個電子電氣架構(gòu)的成本及其收益，單從開發(fā)成本或系統(tǒng)BOM成本的角度都是不完整的。至少要將二者結(jié)合起來，并考慮該電子電氣架構(gòu)所能搭載的車型的總銷量，而且還要考慮新電子電氣架構(gòu)帶來的各種其他附加收益：如功能的增加、質(zhì)量的提升、品牌美譽(yù)度的提升、數(shù)據(jù)的收集、各種生產(chǎn)和售后成本的下降等。對于如此之多的因素，很難有任何一個企業(yè)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行完整評估，因此，實(shí)際情況是大家仍然較多地采用系統(tǒng)BOM成本作為一個主要的評估標(biāo)準(zhǔn)。
【5】一個問題：架構(gòu)設(shè)計(jì)是技術(shù)還是管理?
架構(gòu)設(shè)計(jì)無疑是一個對技術(shù)能力和經(jīng)驗(yàn)要求很高的工作，這是任何一個汽車行業(yè)的從業(yè)者都不會否定的事情。但對于架構(gòu)設(shè)計(jì)工作的范圍或邊界究竟該如何確定，在不同的車企中卻有不同的看法。架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)和各種基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)等一直有剪不斷理還亂的復(fù)雜關(guān)系。以下的架構(gòu)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容是各方基本可以達(dá)成共識的。
- 架構(gòu)設(shè)計(jì)是一種電子電氣系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)工作。架構(gòu)定義了平臺開發(fā)的邊界以及開發(fā)框架：需求，限制和解決方案等。架構(gòu)設(shè)計(jì)是整個電子電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分，更多著重于系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)這一方面，至少包括物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)等，但也包括那些對系統(tǒng)的性能、可靠性、成本和演進(jìn)性等有關(guān)聯(lián)、有影響的其他方面。各種設(shè)計(jì)原則的制定也是架構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工作。架構(gòu)設(shè)計(jì)的工作不直接包括具體子系統(tǒng)和部件的開發(fā)實(shí)現(xiàn)，但與上述組件的實(shí)現(xiàn)緊密相關(guān)?；A(chǔ)設(shè)施（如軟硬件平臺選擇、通信總線、中間件等）的選擇同樣也是架構(gòu)的主要工作內(nèi)容。相關(guān)流程、方法論和工具的設(shè)計(jì)和管理維護(hù)也是架構(gòu)工作中的重要部分。
以上各項(xiàng)工作中，設(shè)計(jì)工作無疑是占比最大的，但設(shè)計(jì)工作不等于沒有管理的成分。頂層設(shè)計(jì)的結(jié)果必然會影響眾多的人、事、資金等的配置與走向。管理是指在特定的環(huán)境條件下，以人為中心通過計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)、控制及創(chuàng)新等手段，對組織所擁有的人力、物力、財(cái)力、信息等資源進(jìn)行有效的決策、計(jì)劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)、控制，以期高效的達(dá)到既定組織目標(biāo)的過程。按照上述定義，將架構(gòu)設(shè)計(jì)定義為一種技術(shù)管理工作并不為過。
架構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中對各種方案所做的決策，本身就是一種管理工作。對電子電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更是決定了眾多人的工作內(nèi)容與工作量。而且，由于電子電氣架構(gòu)開發(fā)的復(fù)雜性，缺少權(quán)威與管理職能的架構(gòu)團(tuán)隊(duì)是難以完成任務(wù)的。即使電子電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)最終得以落實(shí)，其開發(fā)效率也必然是差強(qiáng)人意。
我們再來簡單總結(jié)一下架構(gòu)師的主要工作?
完成電子電氣系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的對象為給定的目標(biāo)電子電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（關(guān)系）與原則。
原則的確定要先于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
在電子電氣系統(tǒng)的開發(fā)過程中，架構(gòu)師需要參與整個項(xiàng)目開發(fā)的全部過程，包括需求開發(fā)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、零部件開發(fā)、系統(tǒng)集成、各個階段的測試和驗(yàn)證等各個階段，負(fù)責(zé)在整個項(xiàng)目中對技術(shù)活動和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行指導(dǎo)和協(xié)調(diào)。
架構(gòu)師在項(xiàng)目開發(fā)過程中要擔(dān)當(dāng)技術(shù)權(quán)威的角色。他需要協(xié)調(diào)所有的開發(fā)人員，與開發(fā)人員一直保持溝通，始終保證開發(fā)者依照架構(gòu)意圖去實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。
任何一個具體的零部件或者系統(tǒng)都不是架構(gòu)師的交付物，架構(gòu)師的最終交付物是整個的電子電氣系統(tǒng)。為了交付整個電子電氣系統(tǒng)，架構(gòu)師還需要設(shè)計(jì)很多供各個系統(tǒng)和零部件所公用的原則和規(guī)范，包括但不限于開發(fā)工作的方法論、流程和工具等。
架構(gòu)師不僅要保持與開發(fā)者的溝通，也需要與項(xiàng)目經(jīng)理、需求分析員，甚至與最終用戶保持溝通。所以，對于架構(gòu)師來講，不僅有技術(shù)方面的要求，還有人際交流方面的要求。
在架構(gòu)實(shí)施的過程中，架構(gòu)團(tuán)隊(duì)還有一件最重要的任務(wù)，就是知識與經(jīng)驗(yàn)的積累，從而可以為整個組織的下一次架構(gòu)設(shè)計(jì)活動提供支撐，并讓整個組織的能力得以提升。
無論是確定目標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)還是設(shè)計(jì)各種原則，本質(zhì)都是做出一系列決策的過程，這也是架構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中最難的工作。
（本文摘編自機(jī)械工業(yè)出版社圖書《智能汽車：電子電氣架構(gòu)詳解》，作者侯旭光）
侯旭光，?智能汽車領(lǐng)域資深技術(shù)專家，在汽車電子電氣相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)超過20年，現(xiàn)就職于廣汽集團(tuán)汽車工程研究院，電子電氣架構(gòu)總師；曾就職于西門子和吉利汽車，在吉利汽車從事整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)和車身電子產(chǎn)品的開發(fā)與管理工作；中國汽車工程學(xué)會智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)架構(gòu)分會委員。
侯哥工作感悟：侯哥?@Roy 專注汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)
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