电动汽车电气系统开发与生成设计

汽车电气和电子(E/E)系统正变得越来越复杂，这使得设计当今汽车的任务变得更加困难。信息娱乐、舒适和便利的功能，甚至是安全和关键任务系统，如转向和油门控制，都是通过电动计算机、执行器和传感器来实现的。

电动汽车只会增加这一挑战。全电动汽车没有像ICE这样的补充电源的支持。汽车所需的所有动力都是由储存在电池中的能量提供的。因此，电动汽车上电子功能的数量和复杂程度对车辆的行驶里程和性能有直接影响。ADAS系统通常包含摄像头、雷达和超声波传感器，以实现车道偏离预警系统、自动制动等功能。这些系统会持续消耗电池，因为它们总是处于活动状态。

电动汽车E/E系统

为了提高E/E系统的效率，从而提高行驶里程，工程师需要执行架构和权衡分析，以研究架构建议。电动汽车的权衡分析需要考虑数百个组件和数百万个信号，同时优化功能位置、网络延迟、错误率等。此外，工程师还需要管理向电动机或电动机输送电力的高压线路(图1)。这些线路通常需要特殊的布线和捆扎设计准则，必须考虑到这一点。

图1:电动汽车动力系统高压传输线在布线和与其他电线的捆绑方面有特殊要求，以防止其他信号的干扰，确保动力系统可靠运行。

由于这些独特的设计挑战，即使是主要的汽车原始设备制造商也将面临其传统设计流程无法处理的问题。特别是当公司将他们的电动汽车项目从研究、开发和一次性原型转向全面生产时，这将是正确的。E/E系统需要优化成本、重量和功耗，同时坚持汽车行业普遍存在的严格安全要求。为了竞争，这些公司将需要一种新的设计方法，使年轻的工程师能够设计出准确和优化的系统，而这只能通过获取资深工程师的经验和知识来实现。他们将需要生成式设计。

生成设计与工程

生成式设计将系统定义和需求作为输入，并使用基于规则的自动化(图2)为E/E系统的逻辑、软件、硬件和网络生成体系结构建议。这些规则获取了资深工程师的知识和经验，以指导年轻工程师进行整个设计。获取这些IP有助于公司在学习和实施现有公司知识的同时，开发车辆架构和新一代工程师。

图2:生成式设计使用基于规则的自动化为E/E系统的逻辑、软件、硬件和网络生成建议。

生成式设计流程从功能模型开始。功能模型表示要实现的电气系统的功能，而不指定应该如何实现。它包括通信网络、电源和组件等方面。这些模型可以以各种格式捕获，例如电子表格、SysML文件和MS Visio图表。

然后，设计团队在他们的电气系统设计环境中将这些不同的功能模型标准化为统一的格式。一旦标准化，工程师就可以为E/E系统逻辑、网络、硬件和软件生成潜在的体系结构。有价值的公司IP通过管理提案生成的设计规则自动集成到这些提案中。在这个阶段，电气工程师可以快速生成、评估和比较多个架构方案，从提出的初始解决方案优化设计。

从选定的体系结构方案中，工程师可以提取离散的逻辑系统，以生成平台级网络设计和配电系统(EDS)。有了这些，团队可以为每个子系统综合线束设计，生成制造辅助设备和流程成本清单，发布电气服务数据，并生成特定于vin的服务文档。

为什么是生成式设计?

现代汽车中不断增加的E/E内容已经将现有的设计方法推向了极限，而汽车系统的复杂性在未来只会继续增长。全电动汽车将包含极其复杂的电子/电子系统。仅动力传动系统和关键系统就需要一个复杂的系统，包括计算机、传感器和执行器，以管理电池充放电、控制系统和电动机。更重要的是，未来的电动汽车将包含数十个传感器、数百个ecu和数英里长的线路，以收集、处理和传输高级功能所需的数据。开发这些车辆的工程师还需要平衡性能要求与功耗、物理空间限制、重量和热方面的考虑。

生成式设计使汽车工程师能够解决电动汽车E/E系统设计的挑战。它采用基于规则的自动化技术进行快速设计综合，使工程师能够在整车平台的背景下进行设计，并紧密集成各个设计领域，以确保数据的连续性。

在整个过程中采用自动化将帮助设计团队管理设计复杂性，而不会增加上市时间。自动化有助于工程师专注于设计和验证E/E系统功能的最关键方面，并减少手动数据输入的错误。自动化还通过设计规则将公司IP应用于生成的提案，提高了设计的准确性和质量。在全平台环境下进行设计，有助于工程师理解信号、线路和其他组件在整个车辆平台上的实现方式，从而减少接口或由于线束复杂性造成的错误。该设计流程还使团队能够跨车辆平台重用经过验证的数据，以提高质量并降低开发成本。

最后，一个紧密集成的环境使电气工程师能够与其他领域(如机械或PCB设计)的工程师和工具共享数据。汽车的电气、机械和软件组件之间的相互作用正在增加。这些领域之间数据的无缝同步提高了它们集成到单个系统中的能力。

驱动通电

生成式设计将成为新兴和老牌汽车公司开发全电动汽车平台的关键推手。自动生成电气系统架构的能力使早期探索和优化设计成为可能，同时将公司IP嵌入到设计流程中。此外，单一数据源促进了领域之间的一致性、设计重用，并增强了变更影响的分析。最后，电气领域与机械和PLM工具之间的紧密集成简化了从概念到生产的整个设计流程。

电动汽车设计固有的巨大复杂性将继续推动汽车工程师使用的工具和方法。这在电子/电子系统领域尤其如此，因为它们开始主导车辆安全关键系统和设施的运行。这种颠覆性技术的赢家将是那些能够最有效地将全电动动力系统所需的先进技术整合到可靠、安全、对消费者有吸引力的一揽子方案中的公司，然后将这些技术快速、高质量地推向市场。