面向教學科研的汽車電氣與電子控制系統(tǒng)開發(fā)及測試實驗室

概述

智能汽車時代，車內(nèi)系統(tǒng)規(guī)模和復雜性日益增強，對EE架構(gòu)、軟件開發(fā)、網(wǎng)絡通訊以及測試驗證的能力和需求不斷提高，汽車正逐漸向開放、軟件定義汽車的方向發(fā)展。為滿足復合型人才的需求，解決當前學生工程開發(fā)及實踐能力不足的問題，需要與汽車行業(yè)實際的應用進行適配。經(jīng)緯恒潤以量產(chǎn)車型電子電氣開發(fā)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，推出與企業(yè)研發(fā)測試同步的面向教學科研的汽車電子電氣開發(fā)驗證實驗室，旨在從產(chǎn)業(yè)中來到教學中去，產(chǎn)教融合。

實驗室建設(shè)方案——以行業(yè)需求為導向提高教育競爭力

傳統(tǒng)的教學方式以基礎(chǔ)教育為導向，比如關(guān)注基礎(chǔ)理論教學，但缺少實踐。即使有實踐環(huán)節(jié)，也是以與企業(yè)工程實踐脫節(jié)的實訓為主。很難達學生所學即企業(yè)所需，但往往只有實驗設(shè)備但不掌握設(shè)計過程，不了解過程設(shè)計方法和流程，學生往往也是知其然而不知其所以然，也很難提高競爭力。

為了打破這種兩頭局面，經(jīng)緯恒潤圍繞智能網(wǎng)聯(lián)汽車電子電氣控制系統(tǒng)開發(fā)驗證實驗室建設(shè)為目標，以行業(yè)需求為導向，按照汽車行業(yè)“V”模式，導入從EE架構(gòu)設(shè)計到EE仿真測試驗證全鏈路流程，引入行業(yè)主流的開發(fā)工具與測試仿真設(shè)備。為教學科研建立完整的智能網(wǎng)聯(lián)實驗室，讓師生團隊掌握完成EE架構(gòu)開發(fā)流程體系及驗證方法，支撐后續(xù)應用。

在行業(yè)視角下，整車電子電氣開發(fā)會涉及到以下關(guān)鍵技術(shù)和過程：

• 整車電子電氣（EE）開發(fā)

— EE架構(gòu)設(shè)計

— 功能安全開發(fā)

— 信息安全開發(fā)

— 網(wǎng)絡架構(gòu)開發(fā)

— …

• 軟件開發(fā)

— 基于AutoSar的基礎(chǔ)軟件開發(fā)

— 嵌入式代碼集成

— 算法開發(fā)

— 應用軟件開發(fā)

— …

• 硬件開發(fā)

— 硬件開發(fā)

— 硬件測試

• 軟件測試

— 代碼測試

— 性能測試

— 信息安全測試

— 合格性測試

— …

• 仿真測試

— 智能駕駛域仿真測試

— 動力新能源域仿真測試

— 智能網(wǎng)聯(lián)域仿真測試

— …

• 基于實車的整車電子電氣測試

— 單部件及整車網(wǎng)絡測試

— 整車功能測試

— 功能安全測試

— 信息安全測試

— …

圖1 整車電子電氣開發(fā)流程

實驗室建設(shè)方案——以整車廠量產(chǎn)車型開發(fā)過程為基礎(chǔ)，構(gòu)建EE開發(fā)與測試全鏈路智能網(wǎng)聯(lián)實驗室

基于V模式的開發(fā)流程是汽車電子行業(yè)主流的開發(fā)模式，先進的開發(fā)模式保證了現(xiàn)代智能網(wǎng)聯(lián)汽車在電子電氣復雜度越來越高的情況下開發(fā)周期卻越來越短。

圖2 基于V模式的汽車電子電氣開發(fā)

EE開發(fā)及測試系統(tǒng)可以進行如圖所示的流程：

• EE架構(gòu)設(shè)計是整車廠開發(fā)的核心，一代EE架構(gòu)決定了圍繞這代架構(gòu)軟件、產(chǎn)品以及仿真測試。EE架構(gòu)先行，在整車開發(fā)初期需要對整車功能進行定義、功能實現(xiàn)方案的設(shè)計、網(wǎng)絡拓撲設(shè)計、通信系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)合虛擬整車要實現(xiàn)的功能點進行定義劃分、開發(fā)ECU控制器功能規(guī)范以及ECU控制器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)設(shè)計文件，指導下游ECU開發(fā)。
• 結(jié)合EE架構(gòu)中定義的目標功能完成相關(guān)功能的功能安全開發(fā)、信息安全開發(fā)，輸出功能安全和信息安全設(shè)計需求規(guī)范，指導下游ECUs開發(fā)。
• 對相關(guān)軟硬件平臺進行選擇，根據(jù)功能架構(gòu)、功能安全、信息安全開發(fā)定義內(nèi)容對相關(guān)控制器進行底層驅(qū)動、中間件、應用層開發(fā)，控制算法可以基于相關(guān)開發(fā)工具開發(fā)，并與控制對象物理模型組成閉環(huán)系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真(SIL)。
• 在開發(fā)的初期階段，快速地建立控制對象及控制器模型，并對整個控制系統(tǒng)進行多次的、離線的及在線的試驗來驗證控制系統(tǒng)軟硬件方案的可行性。這個過程我們稱之為原型控制器驗證。
• 開發(fā)過程中關(guān)鍵的一步是把原型控制器工具形成的代碼移植成高效的品代碼并轉(zhuǎn)移到控制器硬件上，形成最終的控制器產(chǎn)品。
• 在產(chǎn)品上車之前，采用真實的控制器，被控對象或者系統(tǒng)運行環(huán)境部分采用實際的物體，部分采用實時數(shù)字模型來模擬，進行整個系統(tǒng)的仿真測試，這個過程我們稱之為硬件在回路仿真(HIL)。
• 測試臺架測試是保證車輛滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵，包括臺架網(wǎng)絡測試、功能測試、功能安全測試、信息安全測試。

從整車EE開發(fā)過程維度各個過程/擬建設(shè)實驗室的之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

圖3 實驗室建設(shè)流程

配套課程方案

實驗室建成后，用于支撐教學及科研任務，具體可支撐教學課程規(guī)劃如下：

預期收益

• 人才培養(yǎng)

— 通過全鏈路的電子電氣開發(fā)驗證實驗室構(gòu)建了與企業(yè)研發(fā)同步的研發(fā)測試平臺，做到所學即所用，與企業(yè)無縫銜接，提高就業(yè)競爭力。

— 通過建設(shè)實驗室，院校可以為學生提供更加真實的實踐環(huán)境。學生可以在該平臺上進行實驗、實踐和項目開發(fā)，更好地理解和掌握系統(tǒng)的原理、技術(shù)和應用。這種實踐機會可以提高學生的實際操作能力和解決問題的能力，增強學生的就業(yè)競爭力。

— 實驗室可以促進跨學科的交流和合作。系統(tǒng)涉及到多個學科領(lǐng)域，如計算機科學、電子工程、車輛工程等。通過建設(shè)這樣的平臺，院?？梢源龠M不同學科之間的交叉融合，讓學生更好地理解和掌握跨學科的知識和技能。

— 實驗室還可以為院校的人才培養(yǎng)提供有力的支撐。通過這種平臺，院?？梢蚤_展更加深入、系統(tǒng)的人才培養(yǎng)活動，如課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、科研項目等。

• 學科建設(shè)平臺及科研平臺

— 建設(shè)實驗室平臺可以促進學科專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。整車電子電氣一直是近年來新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展的重點及創(chuàng)新點，各個環(huán)節(jié)都具有很強的技術(shù)性和應用性。通過建設(shè)專門的實驗室平臺，院校可以更好地滿足學生對汽車開發(fā)，仿真測試系統(tǒng)學習和實踐的需求，促進該學科的發(fā)展和壯大。

— 實驗室平臺可以提高院校在新能源和智能網(wǎng)聯(lián)EE架構(gòu)開發(fā)能力、汽車控制器開發(fā)及仿真的科研水平。通過建設(shè)實驗室平臺，院?？梢晕嗟目蒲腥藛T和專家學者參與相關(guān)研究，開展前沿技術(shù)研究和應用推廣，提升自身的科研水平和競爭力。

— 實驗室平臺還可以促進院校與企業(yè)的合作和交流。通過這種平臺，院?？梢耘c汽車制造企業(yè)、零部件供應商等相關(guān)企業(yè)進行更加緊密的合作，共同開展技術(shù)研發(fā)和應用推廣。同時也可以為院校帶來更多的科研項目和資金支持。