汽车电子电器系统集成技术

汽车电子电器系统集成技术

刘树彤 刘飞

长城汽车股份有限公司 河北省保定市 071000 长城汽车股份有限公司 河北省保定市 071000

摘要：随着汽车工业和科技的发展，人们为在汽车中追求更佳的舒适性、便捷性和安全性，便在汽车内加装了越来越多的电器设备和电子控制器，因此今天的汽车对电子电器系统的集成性提出了更高的要求。本文主要探讨了OSEK和AUTOSAR软件架构，以及功能驱策的系统方法论。

关键词： 电子电器； 汽车； 系统集成

前言：随着现代汽车的电器化程度的发展，其电子控制器数量也越来越多，因此车企想要增强车辆电子电器系统集成能力的意愿越发强烈。由于嵌入式软件是系统集成化的重要途径，软件架构与系统方法论相结合是十分高效的技术方式。嵌入式软件平台使用软件架构能够使电子电器系统达到更高的集成性。

1、系统方法论

在汽车电子电器系统的研发之初，开发者只需要满足市场很少的简单功能需求，因此每个子系统之间保持各自完全独立，相互没有影响。但在当今国际市场对车辆功能不断提出更高要求后，车辆内部的子系统数量越来越多，且子系统之间更加紧密，彼此间开始出现相互干涉，这便逐渐淘汰了早期建立的系统方法论。所以，各车企开始认可、使用由上而下的功能驱策系统方法论，且根据此系统方法论积极开发自有功能平台，并明确了具体的边界条件、控制算法和分配方式等。通常研发一款全新车型时，要求先市场等多方面的具体需求，调取数据库内有关功能需求，配合子系统的实际限制，凭借功能分配方式明确子系统的具体功能以及交互方法，建成电子电器系统构架。

2、软件架构

2.1OSEK

为追求开发功能更加强大的电子电器嵌入式软件，增强软件的可复制性，提升各车辆配件供应商间控制模块的兼容性，在20世纪末德国便提出了电子电器开放式系统及接口软件规范（OSEK）

，一年后法国国内也发布了与OSEK性质相同的规范—VDX，在OSEK与VDX的长期发展过程中，逐渐演化为现行使用的OSEK/VDX软件构架。

2.2HIS

在汽车行业发展过程中，嵌入式软件的功能越来越强大，因此车企需要不断加强自身在软件设计以及质量安全相关的水平和实力，这便推动了德国多家汽车巨头企业联合建立了HIS软件联盟。 车企们依靠HIS来提升设计开发不同车辆的软件测试、软件工具以及软件模块的标准化程度,以此降低车辆配件等供应商的适应性开发。

3、AUTOSAR 及其发展

3.1AUTOSAR的发展基础

在OSEK/VDX软件架构的实际使用过程中不断暴露出一些不足。第一，功能需求的追踪程序仍不健全，存在不同车辆主机厂与车辆配件供应商间缺少高兼容性的工具；第二，车企将很多精力浪费在了用户并不在意的基础软件的升级和改善；第三，当子系统需要进行硬件变更时，企业需要花费大量精力更改当前的软件，面对新功能和新需求，企业同样需要耗费很多精力来更改软件接口；第四，企业对多个子系统间的功能分配和局部功能复用进行操作时，必须消耗很多时间和人力；第五，由于调整基层软件接口的工作十分繁杂，基层软件与建立模型软件间没有确切的接口定义，从而导致小改仍无法再规定的期限内结束。面对以上五条问题，宝马、大众、福特、标志、丰田、通用、戴克七家车辆主机厂与博世、西门子及大陆三个车辆配件供应商共同与建立汽车开放软件架构联盟（AUTO-SAR），该组织在此后的时间里不断纳入世界主流车辆主机厂、工具供应商和车辆配件供应商。其组织主要意图在于三个方面，一是对日益繁杂的电子电器系统进行管理；二是增强产品变更、优化升级的灵活性；三是增强了相同产品线内多个方案间的可删减性。

3.2AUTOSAR的设计方法

AUTOSAR依靠OMG设定的SPEM对设计方法实施系统描述。首先，系统分配输入能够辨识出全部约束信息，并同步选取有关的软件构件。其分配系统可以自动选择满足要求的软件构件并传递于相应的ECU，并形成描述文件，此文件涵盖全部系统有关信息（构架等），包括此软件构件的描述。 抽象特定的ECU可以从系统配置描述中调取ECU的有关信息，并输出文件ECU系统配置。然后凭借编译链接形成最后的可执行文件。此方式以系统角度对系统设计的不同阶段做出了明确的描述，这与过去以独立 ECU 为基础的开发方式不同，所有工作内容十分确切，范围更加明确。

3.3AUTOSAR的基础软件

AUTOSAR设计方法针对ECU的基础软件给出了明确的描述。其中AUTOSAR把基础软件分解成11部分，总共包含应用层提供标准化接口，同时基础软件模块能够经过RTE进行实施配置。因此，依靠 RTE与标准化程序接口，把汽车主机厂特别在意的功能软件与基础软件两部分区分开来，使汽车配件供应商仅开发功能软件即可，以此降低其重复开发基础软件的工作量。

3.4AUTOSAR的应用

通过AUTOSAR能够有效的推动基于功能驱策系统开发论的实施。其中使用MBD对功能实施设计与验证阶段，同时针对底层软件进行接口标准化，然后使用自动代码形成软件构件。在功能描述方面，MBD是十分高效的设计方式，虽然很多工具均能够实现模型的描述，但UML更加注重上层模型的描述。当前大部分先进的汽车企业都会基于AUOTSAR进行产品前期的预开发阶段。今天，为满足新市场的需求，AUTOSAR将在其自适应平台的第四个版本中继续发布一大批应用程序。随着 AUTOSAR影响力的快速扩大，预计不久的将来，全球所有的车辆都将会拥有一部分基于AUTOSAR的ECU， 因此要想将国产自主品牌汽车做大做强，并与国际一流汽车制造商接轨，就必须重视AUTOSAR，并积极了解、加入AUTOSAR联盟。

4、电子电器开发现状与展望

在自主品牌中级车项目的系统集成开发过程中，吸收当前主流的系统方法论建立了功能驱策的系统开发过程。首先，架构工程师形成整车的功能需求，其中包括对功能的完整描述，包括控制算法、实时特性、安全等级等。然后架构和网络、诊断、零部件工程师根据功能需求和子系统约束条件完成功能/子功能的分配。在此基础上，完成各子系统和网络、诊断的需求规范。在子系统实施层面上，零部件供应商集成根据子系统需求规范，结合技术中心指定并配置的网络诊断基础软件，生成最终的可执行文件。交样装车后，集成测试工程师将按照功能需求对电气系统进行Labcar、实车等一系列测试验证，确保系统需求的实现。在具体功能开发领域，已经应用基于模型方法开发了防盗功能并应用于量产零部件和车型，积累了很多这方面的知识和经验。为了提高中国汽车行业的自主创新能力，我们正寻求通过产业技术联盟的形式联合国内其他自主品牌携手产业链，将以系统方法论和软件架构为核心的系统集成技术标准化，从而达到共享技术成果、缩短开发周期、降低技术风险的目的。这必将对中国汽车电子电器技术和产业的发展带来积极的意义和深远的影响。

结语：本文详细阐述并分析了系统方法论与软件架构两部分汽车电子电器系统集成的关键技术，从传统系统方法论到功能驱策的系统方法论，从OSEK到AUTOSAR软件架构，分别介绍了其发展现状和发展前景，对整车电子电器系统集成开发具有一定程度的参考作用。

参考文献：

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