張新豐，吳 斌

（1.同濟大學汽車學院，上海 201804；2.上海汽車乘用車技術(shù)中心，上海 201800）

在汽車工業(yè)競爭日益激烈的今天，傳統(tǒng)造車方式使用的高昂模具及生產(chǎn)設(shè)備費用，均攤到年銷量較小的車型上，很難取得盈利［1］，而傳統(tǒng)車企動輒3～5年的研發(fā)周期，也無法滿足汽車產(chǎn)品快速迭代的需求。如何以更低的成本、更高的效率，開發(fā)更多車型，是擺在所有車企面前的難題［2］。為此，各國車企紛紛采用平臺化戰(zhàn)略。汽車平臺化是將汽車的基礎(chǔ)零件如發(fā)動機、車身結(jié)構(gòu)、底盤等設(shè)計得基本一致，只在造型和軸距上加以區(qū)分，從而滿足細分市場的需求［3］。平臺化戰(zhàn)略能使車企復用一半以上的零件，節(jié)約2～4成零件研發(fā)費用和采購成本，并將整車開發(fā)周期縮短三成以上［4］。

同時，汽車電子技術(shù)發(fā)展迅猛，汽車電子占整車成本比重逐年上升。然而大部分汽車電子零件不涉及造型，其連接形式、接口關(guān)系并非消費者關(guān)注點，故平臺化戰(zhàn)略尤其適合汽車電氣設(shè)計。采用一致的平臺化接口方案，可實現(xiàn)零件復用和降本增效。本文結(jié)合作者的實際工作經(jīng)驗，提出可靠的汽車電氣零件平臺化接口制定方法——接口制定五步法。

1 平臺化接口制定五步法基本思路

接口制定五步法 （以下簡稱五步法）是對平臺化接口方法制定的經(jīng)驗總結(jié)，適合所有車企。接口制定五步法流程如圖1所示。五步法具體步驟如下。

1）系統(tǒng)接口的范圍和優(yōu)先級劃分。目的是劃分接口范圍和識別重要接口，并制定接口計劃。由于主機廠人力資源限制，不能同時對所有電氣系統(tǒng)制定平臺化接口。應確定各接口的優(yōu)先級，并制定合理的接口制定計劃，便于開展后續(xù)工作。

2）系統(tǒng)方案的平臺化策略研究。此步驟是制定合理的平臺化接口的基礎(chǔ)，包含需求分析、潛在供應商分析、方案分析和性能分析。通過各項分析，可以對子系統(tǒng)有一個全面的認識。

3）系統(tǒng)接口的平臺化提案和優(yōu)化?；诘?步的深入分析，可以提出系統(tǒng)接口的平臺化提案。提案需經(jīng)由各層審核，項目驗證通過，最終將接口方案編制成平臺化接口規(guī)范，用于指導和約束后續(xù)項目。

4）平臺化方案實施策略。平臺化接口規(guī)范將直接在項目中應用，如出現(xiàn)新老平臺過渡或低成本項目，導致某些接口無法使用平臺化方案，則這些接口需要偏差認可，應提供偏差報告。

5）經(jīng)驗總結(jié)。平臺化接口在項目實際應用過程中遇到的問題、實施的經(jīng)驗應及時記錄下來。對于接口方案導致的重大問題，應考慮改進或重新制定平臺化方案。對于具有典型性的實施經(jīng)驗應補充到接口文檔的實施要點中。項目進行過程中和項目結(jié)束后都需要總結(jié)經(jīng)驗教訓。前期充分的分析可以有效避免后期由于接口方案引發(fā)的問題。

圖1 接口制定五步法流程圖

2 平臺化接口制定實例

下面將結(jié)合實例——巡航開關(guān)檢測的平臺化接口制定過程，對接口五步法進行詳細闡述。

2.1 系統(tǒng)接口的范圍和優(yōu)先級

一般將整車的系統(tǒng)劃分為13個域：車身，車輛進入和起動、安全，電源管理，空調(diào)，混合動力，傳統(tǒng)動力，底盤，被動安全，主動安全，無線通信，人機接口，信息娛樂，架構(gòu)。整車所有電氣類功能都可以分配到這13個域中。系統(tǒng)劃分完成后，應確立接口優(yōu)先級。一般將接口優(yōu)先級分為3個等級：①全局性和跨部門零件的接口，如電源模式、車速、環(huán)境溫度等。此類接口涉及面廣，爭議多，對整車的影響和意義大，其中動力、底盤和安全相關(guān)的接口最關(guān)鍵。②單一部門負責的跨零件接口。此類接口不涉及外部門，爭議和影響較小，可降低優(yōu)先級。③單個零件的接口。此類接口對整車的影響極低，可最后制定平臺化方案。

本節(jié)將以一個動力相關(guān)的接口，即定速巡航開關(guān)檢測為例，介紹接口五步法的具體應用方法。

2.2 系統(tǒng)方案的平臺化策略研究

平臺化策略研究分4個方面：需求分析、方案分析、潛在供應商分析和性能分析，下面逐一介紹。

2.2.1 需求分析

需求分析是指對子系統(tǒng)功能及相關(guān)方的需求進行分析。子系統(tǒng)功能可從3方面獲?。孩偈袌龇治?，即客戶的功能期望；②法規(guī)分析，尤其是國家標準和安全要求；③對標分析，可參考主機廠以往做法或競品車型功能。

本例的巡航控制主要功能是在安全狀態(tài)下，讓車輛按駕駛員的指定速度自行保持勻速運動。具體功能如下：①定速巡航啟用和禁用；②定速巡航目標速度設(shè)定；③定速巡航目標速度取消和恢復；④定速巡航目標速度增加或減少。

明確子系統(tǒng)功能后，需要考慮所有功能實現(xiàn)方的需求，通常借助對標分析獲得相關(guān)方信息。本例中定速巡航功能涉及的實現(xiàn)方需求分析如下：①定速巡航開關(guān)：根據(jù)駕駛員操作，輸出相應請求。②網(wǎng)關(guān) （GW）：檢測定速巡航開關(guān)輸入，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送定速巡航開關(guān)信號。③發(fā)動機控制模塊 （ECM）：定速巡航控制，包括判定巡航是否滿足激活條件，所需輸出的扭矩計算和控制等。④變速器控制模塊（TCM）：輔助實現(xiàn)定速巡航功能。如配合ECM，實現(xiàn)增扭、降扭等。當TCM故障時，ECM需要禁止巡航功能。⑤電子穩(wěn)定程序 （ESP）：檢測輪速，并換算成車速。輸出信號給ECM，用于定速巡航控制。⑥儀表 （IPC）：指示巡航激活，待命及故障的狀態(tài)。⑦電子駐車制動系統(tǒng) （EPB）：巡航禁止或退出條件。在EPB被激活時，請求ECM禁止巡航功能。⑧制動踏板，離合器踏板：在巡航激活時，踩下制動或離合器踏板，巡航將進入待命狀態(tài)。⑨加速踏板：當加速踏板開度超過定速巡航模擬的加速踏板開度時，進行加速，巡航暫時處于待命狀態(tài)。⑩安全氣囊 （SDM）：用于記錄整車狀態(tài)。11○車身控制模塊 （BCM）：檢測制動踏板和離合器踏板的狀態(tài)，如果與ECM檢測的踏板狀態(tài)不一致，記為故障，退出巡航。

2.2.2 潛在供應商分析

通過潛在供應商分析，可了解市面上已有的成熟技術(shù)方案，對平臺化接口方案制定有一定的借鑒意義。通常整車廠為減小開發(fā)壓力，只對重點零部件進行研發(fā)，其余的開發(fā)任務交由供應商完成，只需提供需求文檔即可。成熟的平臺化接口標準也是需求文檔的一部分。在選擇供應商時，應結(jié)合技術(shù)成熟度和成本兩方面綜合考慮，可靠的供應商可以使平臺化方案更完善地實施。通常需要全面評估供應商能力。表1是對供應商能力評估的簡單示例。實際供應商評估過程中，應涵蓋更多方面。

2.2.3 方案分析

通過對標分析，可獲取以往項目的方案以及競品車型的技術(shù)方案和產(chǎn)品信息。結(jié)合需求和潛在供應商分析，可得出多種潛在技術(shù)方案，此時需進行方案分析。方案分析時應該從多個維度進行綜合考慮，如成本、可實現(xiàn)性、可擴展性、可維護性等。結(jié)合架構(gòu)工具，如Preevision可以量化方案指標，便于方案評估。表2是巡航開關(guān)接法的對比分析示例。

表1 巡航開關(guān)潛在供應商分析

表2 巡航開關(guān)方案分析

2.2.4 性能分析

性能分析也是重要一環(huán)，常見指標有可靠性、功耗、響應時間等。通過電路分析，可以得出電器性能優(yōu)良的方案。下面以名爵銳騰巡航開關(guān)接口采集電路 （圖2）為例進行電路性能分析。

此電路是分段采集電路，其要求是將各個分段的電壓較為均勻地分割開，并設(shè)置合理的死區(qū)電壓，防止誤采集。該類接口推薦電阻值列表見表3。表3中典型值為電路推薦值，實際電路允許有1%的上下偏差。基于表3，可以計算1號引腳和2號引腳在各個擋位的電阻和電壓情況，具體見表4～表7。3號引腳只是簡單的高有效和低有效，故不計算。表5和表7中的距離+和距離-是為自適應巡航開關(guān)做預留的，定速巡航開關(guān)實際上并無這2個開關(guān)。

表3 巡航開關(guān)推薦電阻值

表4 開關(guān)信號1引腳輸出端的電阻

表5 開關(guān)信號2引腳輸出端的電阻

表6 開關(guān)信號1引腳輸出端的電壓

表7 開關(guān)信號2引腳輸出端的電壓

可進一步計算各個擋位間的隔離幅度和最大最小電壓的差值，見表8和表9。

從表8和表9中可以看出電壓最大值與最小值的差值逐漸減小，而隔離幅度逐漸增大。但總體來說，電壓分段比較清晰，易于檢測，電壓隔離度較大，不容易出現(xiàn)誤采集現(xiàn)象。

圖2 名爵銳騰巡航開關(guān)接口采集電路

表8 1號引腳電壓隔離幅度和電壓差值

表9 2號引腳電壓隔離幅度和電壓差值

2.3 系統(tǒng)接口的平臺化提案和優(yōu)化

經(jīng)過2.2的詳細分析，可提出接口草案，草案應與最終的接口規(guī)范使用相同模板，以便于管理，方便討論和后期的標準制定。接口模板應結(jié)合公司的實際情況進行定制。本文以定速巡航開關(guān)檢測接口為例，介紹上汽平臺化接口規(guī)范的模板。

1）接口描述，用于描述接口的功能。定速巡航開關(guān)檢測的接口描述如下：定速巡航控制是將車輛保持在一個穩(wěn)定速度行駛的功能。巡航開關(guān)可實現(xiàn)巡航功能的激活、待命、關(guān)閉或增減車速等。

2）升級記錄，用于記錄接口的修改歷史。定速巡航開關(guān)檢測的升級記錄見表10。

表10 定速巡航開關(guān)檢測升級記錄

3）信號流，用于顯示接口相關(guān)信號的流向。定速巡航開關(guān)檢測的信號流如圖3所示。

4）硬線接口電路，用于顯示接口相關(guān)的硬線連接關(guān)系。定速巡航開關(guān)檢測的硬線接口電路如圖4所示。

5）非ECU零件內(nèi)部電路，用于示意非控制器類零件的內(nèi)部電路，一般是傳感類或執(zhí)行類零件內(nèi)部電路。定速巡航開關(guān)檢測的非ECU零件內(nèi)部電路見圖2左。

6）ECU零件內(nèi)部電路，用于示意控制器類零件的內(nèi)部電路。定速巡航開關(guān)檢測的ECU零件內(nèi)部電路見圖2右。

圖3 定速巡航開關(guān)檢測信號流

圖4 定速巡航開關(guān)檢測硬線接口電路

7）串行數(shù)據(jù)信號，用于規(guī)范網(wǎng)絡(luò)信號的具體內(nèi)容和格式。定速巡航開關(guān)檢測的串行數(shù)據(jù)信號如圖5所示。

8）實施要點，用于記錄項目實施過程中的重點注意事項。定速巡航開關(guān)檢測的實施要點如下：定速巡航控制開關(guān)為手柄式開關(guān)，布置在左轉(zhuǎn)向燈手柄的下端。開關(guān)信號3只輸出定速巡航開和關(guān)兩種狀態(tài)，用于實現(xiàn)開關(guān)斷開時的主動限速功能。安全氣囊控制模塊接收Cruise Control Switch Status On Switch Active，用于記錄氣囊點爆時整車狀態(tài)，便于事故分析。

圖5 定速巡航開關(guān)檢測的串行數(shù)據(jù)信號

9）背景信息，用于補充接口制定過程中的背景信息。定速巡航開關(guān)檢測的背景信息如下：定速巡航開關(guān)的平臺化方案后續(xù)可擴展成自適應巡航開關(guān)的接口電路，僅需在開關(guān)信號2這一路的開關(guān)內(nèi)部增加距離加減的開關(guān)即可實現(xiàn)。

上述1）～9）即為上汽平臺化接口規(guī)范模板。該接口提案是個人提案，存在局限性，需經(jīng)各層面審核。首先經(jīng)由科室內(nèi)部評審，再通過會議或其他形式經(jīng)由部門內(nèi)的專家審核、修改和通過，即部門內(nèi)部審核。未涉及跨部門零件的接口只要通過部門內(nèi)部審核即可?？绮块T的接口，還應與相關(guān)部門聯(lián)合評審。經(jīng)多方審核是必要的，因為跨部門的接口牽扯面廣，單個部門制定跨部門接口，必然偏向本部門，非最佳方案?？绮块T接口方案的制定過程要平衡各方利益，最終方案必須站在整個公司高度來評估。本例中的巡航開關(guān)檢測平臺化方案主要涉及開關(guān)、線束、網(wǎng)關(guān)、發(fā)動機、安全氣囊控制器，至少需與上述零件的主管工程師進行確認。在電器部內(nèi)部審核后，還需通過發(fā)動機部相關(guān)專家的審核。完成上述評審后，應搭載一到兩個項目進行驗證。驗證過程中遇到的問題需及時經(jīng)驗總結(jié)。如果驗證過程中發(fā)現(xiàn)接口的重大問題，應修改接口方案，重新驗證。直到驗證通過后，才可以將該接口方案固化為平臺化接口標準規(guī)范，并在后續(xù)項目中推廣實施。

2.4 系統(tǒng)接口的平臺化提案和優(yōu)化

在制定完平臺化接口規(guī)范后，后續(xù)項目一般直接使用接口規(guī)范中的定義，無需再進行系統(tǒng)評審。對于有多種方案的平臺化接口，項目應用工程師應該與接口相關(guān)方確認使用哪一種方案。如果接口相關(guān)方因特殊原因，如供應商切換或零件型譜升級等，導致無法使用平臺化方案時，應該采取偏差認可。偏差認可的接口需提供偏差報告。報告應包括無法使用接口規(guī)范的原因和偏差方案。偏差報告應得到所有接口相關(guān)方的認可且只能在單個項目中使用，不能將偏差報告沿用到下一個項目。因為偏差只是應急處理方案，不應該是常態(tài)。若確認偏差方案會在后續(xù)項目中長期應用，則應將此偏差方案加入到平臺化接口方案中?？傊?，合理的流程應該是先制定平臺化接口規(guī)范，然后再將平臺化接口方案實施到項目中，盡量避免偏差認可。

2.5 經(jīng)驗匯總

在項目實際應用接口規(guī)范的過程中所產(chǎn)生的經(jīng)驗應及時記錄到相關(guān)接口的實施要點，如布置、安裝等。此外隨著外界因素波動，如產(chǎn)品使用時間、氣候等，產(chǎn)生相關(guān)接口的失效問題，經(jīng)過原因分析，也需要提煉出針對這個接口的實施要點，完善更新標準。這些實際問題產(chǎn)生的經(jīng)驗對后續(xù)避免這些問題和制定新系統(tǒng)的接口規(guī)范都有重要的借鑒意義。

3 總結(jié)

本文針對汽車電子電器零件的平臺化，提出一套較為可行的平臺化制定方法——接口五步法。五步法充分分析了需求，又通過了嚴格的審核和驗證，運用該方法制定的平臺化接口較為嚴密。當然，再嚴密的接口制定流程，也難免會有遺漏，但修改平臺化方案的代價巨大。因為平臺化方案一旦應用，其應用量必然很大，所以問題產(chǎn)生的影響和更改成本巨大，這是平臺化最大的問題。此外，新老平臺方案切換過程中的零件配合也容易出錯。因此，在方案設(shè)計之初就充分考慮各種問題，減少修改。