朱 榮（同濟大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 200000）

基于PREEvision的車輛變型管理設(shè)計淺析

朱 榮
（同濟大學(xué)汽車工程學(xué)院，上海 200000）

摘 要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用在汽車上的模塊越來越多，整車電子電氣架構(gòu)也越來越復(fù)雜，由于EEA形式多樣，采用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法無法對其進行有效的評價與選擇，因此，對整車的變型設(shè)計成為整車電子電氣架構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵因素之一。變型管理的主要目標(biāo)是在不同的架構(gòu)之間進行比較，經(jīng)過比較之后選擇最優(yōu)的解決方案用于進一步的建模工作，文章主要介紹了基于PREEvision的車輛變型管理設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車；PREEvision；變型管理

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.025

CLC NO.: U469.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-66-03

引言

縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和生產(chǎn)制造周期，是當(dāng)今車企面臨日益激烈和不斷國際化的市場競爭的必然選擇。只有提高市場快速響應(yīng)能力，才能獲取更多的客戶，贏得最大的經(jīng)濟效益，產(chǎn)品變型設(shè)計是企業(yè)實現(xiàn)快速響應(yīng)市場的重要手段。同時，隨著我國市場經(jīng)濟體制的不斷完善，企業(yè)的生產(chǎn)模式己經(jīng)由傳統(tǒng)被動的指令性計劃模式轉(zhuǎn)向自覺適應(yīng)市場需求的訂單生產(chǎn)模式。市場需求的復(fù)雜性、個性化特征對企業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求，如何使企業(yè)產(chǎn)品滿足用戶的不同使用特性，快速適應(yīng)市場需求的多變性，以快交貨、低成木、高質(zhì)量來占有市場，提高企業(yè)的產(chǎn)品變型設(shè)計能力是其關(guān)鍵因素之一。本文主要研究基于汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計軟件PREEvision進行車輛變型管理設(shè)計，提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭能力。

1、基于PREEvision的電子電氣架構(gòu)設(shè)計流程

PREEvision工具是德國Vector公司的一個自上而下的電子電氣架構(gòu)開發(fā)工具，它整合了需求分析、功能設(shè)計、軟硬件及網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、線束及拓撲結(jié)構(gòu)等多個電子電氣部件相關(guān)的領(lǐng)域，其核心的技術(shù)就是基于模型的開發(fā)，層與層之間相關(guān)滲透和便于用于評估的算法工具?；赑REEvision工具的電子電氣架構(gòu)設(shè)計主要是按照分層設(shè)計的思路展開的，分為需求定義層、功能網(wǎng)絡(luò)層、硬件架構(gòu)層和線束拓撲層。

PREEvision提供了一種高度可配置的機制來實現(xiàn)變型管理的功能，該機制基于一個涵蓋了多種變型的電子電氣平臺進行電子電氣架構(gòu)變型的建模工作。這種方法可以稱之為“150%模型”，在這個模型中包含了在所有的變型中可能包含的所有模型元素的超集。變型管理的機制在“150%模型”的所有元素中挑選相應(yīng)的模型元素用于構(gòu)建可用的架構(gòu)變型。

2、基于PREEvision的車輛變型管理設(shè)計

整車電子電氣架構(gòu)開發(fā)過程中，同時設(shè)計多個方案，用于比較和選型的方法，稱為“變型”?；谀Ｐ瓦M行開發(fā)能夠容易地將整體模型分解成多個模型部件，并能為模型部件建立多個備選方案，并進行重新整合。通過架構(gòu)評估的功能可以有效評估各種方案的優(yōu)劣，并得到可靠的電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)模型。

另外基于模型的開發(fā)方式能夠很好的綜合整車的電子系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)，能夠?qū)φ嚨碾娮与姎膺M行全局優(yōu)化；電子電氣模型非常容易再次利用，利于公司的技術(shù)積累。

基于PREEvision的車輛變型管理設(shè)計過程中會用到一系列抽象的概念，有150%模型、概念空間、架構(gòu)變型、配置模板、配置模板示例、概念模板、概念模板實例、模型組等概念。

2.1 150%模型

變型管理的基礎(chǔ)是假設(shè)用戶建立了一個非常全面的模型，該模型中包含了任何變型中都可能出現(xiàn)的所有元素。該模型稱之為“150%模型”，因為其不僅僅包含了一種可能的變型，而是包含了所有可能的變型。下圖中顯示了一個在網(wǎng)絡(luò)層中的150%模型的一個簡單的例子。

該例子中顯示了一個車身控制單元（BodyController），該車身控制單元有可能連接到車身CAN總線（BodyCAN）或者底盤CAN總線（Chassis CAN）中，四個車輪的輪速傳感器有兩種不同的情況，一種是直接通過硬線連接到ECU中，另外一種是沒有通過ECU而直接連接到CAN總線中。150%模型則把兩種情況的畫在了一張圖中，就如同二者同時存在一樣。

變型管理的功能就是通過在150%模型中選擇不同的內(nèi)容來構(gòu)成不同的架構(gòu)變型。

2.2 變型管理基本概念

變型管理的基本概念可以用一個正方體來描述，如下圖所示。

（1）最大的灰色正方體代表了與概念模板相關(guān)聯(lián)的概念空間，概念模板會與概念空間一同使用，概念模板屬于概念空間的一部分。對于所有的架構(gòu)變型來講，概念空間中的內(nèi)容是可以復(fù)用的。

（2）黑色箭頭表示了概念模板。一個概念模板描述了在車輛某一個特定部分的所有可能的實現(xiàn)（比如，車上的影音娛樂系統(tǒng)會存在多種的實現(xiàn)方案，因此對于影音娛樂系統(tǒng)來講，就需要有一個概念模板）。

（3）概念模板實例是概念模板中的一個具體的實現(xiàn)。每一個概念模板實例描述了一種與概念模板相對應(yīng)的特定的實現(xiàn)。影音娛樂系統(tǒng)實現(xiàn)的例子來講，具體的實例可以根據(jù)不同的劃分方式有所變化，比如可以按照部件的不同連接方式劃分，也可以按照應(yīng)用的不同的通信協(xié)議進行劃分。

（4）綠色箭頭的為與概念模板類似的配置模板，配置模板由模板實例組成，用戶可以從模板實例中選擇一個。唯一的不同是，對于整個架構(gòu)變型來講，只能選擇唯一一個配置模板實例。

（5）配置模板實例描述了可用的汽車配置（設(shè)備指的是用戶能夠體驗到的需求和特性）。因此對于整個架構(gòu)變型來講，只能有一個設(shè)備模型實例。舉例來講，設(shè)備模型實例可以從以下內(nèi)容中選擇：低端的帶有單CD機的旋鈕式FM收音機；帶有擴展接口及CD切換裝置的高端收音機；每個座位都有音頻和視頻支持的高端影音娛樂系統(tǒng)。

（6）架構(gòu)變型是基于概念空間的。架構(gòu)變型是由概念空間中所有的概念模型實例和設(shè)備模型實例所構(gòu)成的。

2.2.1 概念空間

概念空間關(guān)聯(lián)了所有可能的概念模板，以及架構(gòu)變型可能會用到的所有的基本元素。它以一種盒子的形式呈現(xiàn)出來，并且是一個可復(fù)用的元素?？梢酝瑫r存在多個概念空間，不同的概念空間關(guān)聯(lián)不同的概念模板。概念模板可以關(guān)聯(lián)到多個概念空間中，能夠?qū)崿F(xiàn)非常靈活的設(shè)置。

2.2.2 架構(gòu)變型

架構(gòu)變型是一種由150%模型中的特定元素所構(gòu)成的一個可行方案。在圖2中，架構(gòu)變型是由概念空間中的一個配置模型實例以及所有可能的概念模型實例所組成的網(wǎng)狀圖形。架構(gòu)變型是模型的一部分，用戶能夠選擇不同的模型變型。架構(gòu)變型由模板實例組成，模板實例關(guān)聯(lián)了可能被包含在內(nèi)或者不被包含在內(nèi)的模型組。包含在模型組內(nèi)的元素可以通過模型組被包含在內(nèi)或者不被包含在架構(gòu)變型內(nèi)。

2.2.3 配置模板

在所有可能的配置模板中，在每一個當(dāng)前的變型中，只能選擇僅僅一個配置模板實例。配置模板不是概念空間的一部分，因為對于所有的架構(gòu)變型來講，所有的配置模板都是可用的。配置模板如上圖中的綠色箭頭所示。

2.2.4 配置模板實例

如上圖2所示，在綠色箭頭上的原點就是對應(yīng)的配置模板實例。每一點代表了一個專門的配置，用戶在這些配置中必須選擇一個。

2.2.5 概念模板

概念模板是直接與概念空間相關(guān)聯(lián)的。概念模板如上圖中的黑色箭頭所示。每一個箭頭代表了一個汽車上一個特定的 域(domain)，在這個域中可能會存在多個概念實現(xiàn)。

2.2.6 概念模板實例

每一個概念模板實例代表了汽車上一個特定的概念域(conceptional domain)的實現(xiàn)。因此概念模板實例以對應(yīng)的域的維度（概念模板的箭頭）上的一個點來表示。

2.2.7 模型組

模型組用來管理在變型管理功能中的架構(gòu)元素。模型組由模型元素組成，同樣的模型元素可以包含在不同的模型組中。模型組的結(jié)構(gòu)對于變型管理非常重要，因為在變型管理的后期，模型組能夠快速的改變變型的內(nèi)容。如果模型組的分組非常恰當(dāng)?shù)脑挘Ｐ徒M的復(fù)用性會非常好，這樣一個模型組就能夠而且應(yīng)當(dāng)被多個模板(templates)所利用。模型組越多，變型的靈活性就越高，但從另一個角度來講，模型組越多，模型就會越復(fù)雜。這就需要在設(shè)計的過程中需要增加必要的模型組，同時減少不必要的模型組。另外模型組能夠與其他的模型組之間進行嵌套。

3、變型管理應(yīng)用

車輛設(shè)計中車身控制模塊和電氣中心是對整車模型影響極為龐大的兩個變量，在這兩個變量的基礎(chǔ)之上，我們還提出了線束重新分割，線束對接接插件位置的重新安排，車身控制模塊位置的移動等等影響較小的變量。所有的變量可以對立成軸，而這些變量的組合，就形成了面，即電子電氣架構(gòu)方案。如下圖所示。

每一個架構(gòu)方案需要在基準(zhǔn)模型上進行應(yīng)用，修改線束層、原理層和網(wǎng)絡(luò)層的連接關(guān)系，在拓撲圖上修改模塊位置，線束布局，再次進行映射，一致性檢查和路由之后得到待評估的新電子電氣架構(gòu)方案。

4、總結(jié)

PREEvision里集成了變型管理系統(tǒng)（同時設(shè)計多個方案，以備比較和選擇，稱為“變型”），將整體模型分解成為多個模型部件，并能為模型部件建立多個備選方案，并進行重新整合，這樣就能有效評估各種方案的優(yōu)劣，并最終得到可靠的電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)模型。同時，系統(tǒng)架構(gòu)工程師能夠建立一系列的評價指標(biāo)，根據(jù)用戶的需求，來評估各個備選方案優(yōu)劣，這些評價指標(biāo)可以是以下目標(biāo)的最優(yōu)化：重量、成本、總線負載率、耐久性等等。通過對各方案進行評估，能夠有效地在多個備選方案里得到符合用戶需求的最佳方案。同時，通過對標(biāo)工作得到的結(jié)論也能用于新的評價指標(biāo)的制定，或者為進一步的架構(gòu)優(yōu)化提供參考。

參考文獻

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測試試驗

Analysis of vehicle variant management design based on PREEvision

Zhu Rong
( College of automotive engineering of tongji university, Shanghai 200000 )

Abstract:With the development of electronic technology, application in automobile module more and more, vehicle electrical architecture is becoming more and more complex, because of the diversity of the form of EEA, using traditional optimization methods can’t the for effective evaluation and selection. Therefore, the variant of the vehicle design to become one of the key factors for the vehicle electrical architecture design optimization. The main goal of variant management is to compare the different architectures, and then choose the best solution for further modeling. This paper mainly introduces the design of vehicle variant management based on PREEvision.

Keywords:automobile; PREEvision; variant management

作者簡介：朱榮，就讀于同濟大學(xué)汽車工程學(xué)院。

中圖分類號：U469.6

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-66-03