面向教学科研的汽车电气与电子控制系统开发及测试实验室

概述

       智能汽车时代，车内系统规模和复杂性日益增强，对EE架构、软件开发、网络通讯以及测试验证的能力和需求不断提高，汽车正逐渐向开放、软件定义汽车的方向发展。为满足复合型人才的需求，解决当前学生工程开发及实践能力不足的问题，需要与汽车行业实际的应用进行适配。经纬恒润以量产车型电子电气开发经验为基础，推出与企业研发测试同步的面向教学科研的汽车电子电气开发验证实验室，旨在从产业中来到教学中去，产教融合。

实验室建设方案——以行业需求为导向提高教育竞争力

       传统的教学方式以基础教育为导向，比如关注基础理论教学，但缺少实践。即使有实践环节，也是以与企业工程实践脱节的实训为主。很难达学生所学即企业所需，但往往只有实验设备但不掌握设计过程，不了解过程设计方法和流程，学生往往也是知其然而不知其所以然，也很难提高竞争力。

       为了打破这种两头局面，经纬恒润围绕智能网联汽车电子电气控制系统开发验证实验室建设为目标，以行业需求为导向，按照汽车行业“V”模式，导入从EE架构设计到EE仿真测试验证全链路流程，引入行业主流的开发工具与测试仿真设备。为教学科研建立完整的智能网联实验室，让师生团队掌握完成EE架构开发流程体系及验证方法，支撑后续应用。

       在行业视角下，整车电子电气开发会涉及到以下关键技术和过程：

• 整车电子电气（EE）开发

—  EE架构设计

—  功能安全开发

—  信息安全开发

—  网络架构开发

—  …

• 软件开发

—  基于AutoSar的基础软件开发

—  嵌入式代码集成

—  算法开发

—  应用软件开发

—  …

• 硬件开发

—  硬件开发

—  硬件测试

• 软件测试

—  代码测试

—  性能测试

—  信息安全测试

—  合格性测试

—  …

• 仿真测试

—  智能驾驶域仿真测试

—  动力新能源域仿真测试

—  智能网联域仿真测试

—  …

• 基于实车的整车电子电气测试

—  单部件及整车网络测试

—  整车功能测试

—  功能安全测试

—  信息安全测试

—  …

图1   整车电子电气开发流程

实验室建设方案——以整车厂量产车型开发过程为基础，构建EE开发与测试全链路智能网联实验室

       基于V模式的开发流程是汽车电子行业主流的开发模式，先进的开发模式保证了现代智能网联汽车在电子电气复杂度越来越高的情况下开发周期却越来越短。

图2   基于V模式的汽车电子电气开发

       EE开发及测试系统可以进行如图所示的流程：

• EE架构设计是整车厂开发的核心，一代EE架构决定了围绕这代架构软件、产品以及仿真测试。EE架构先行，在整车开发初期需要对整车功能进行定义、功能实现方案的设计、网络拓扑设计、通信系统设计、结合虚拟整车要实现的功能点进行定义划分、开发ECU控制器功能规范以及ECU控制器网络通信系统设计文件，指导下游ECU开发。
• 结合EE架构中定义的目标功能完成相关功能的功能安全开发、信息安全开发，输出功能安全和信息安全设计需求规范，指导下游ECUs开发。
• 对相关软硬件平台进行选择，根据功能架构、功能安全、信息安全开发定义内容对相关控制器进行底层驱动、中间件、应用层开发，控制算法可以基于相关开发工具开发，并与控制对象物理模型组成闭环系统进行联合仿真(SIL)。
• 在开发的初期阶段，快速地建立控制对象及控制器模型，并对整个控制系统进行多次的、离线的及在线的试验来验证控制系统软硬件方案的可行性。这个过程我们称之为原型控制器验证。
• 开发过程中关键的一步是把原型控制器工具形成的代码移植成高效的品代码并转移到控制器硬件上，形成最终的控制器产品。
• 在产品上车之前，采用真实的控制器，被控对象或者系统运行环境部分采用实际的物体，部分采用实时数字模型来模拟，进行整个系统的仿真测试，这个过程我们称之为硬件在回路仿真(HIL)。
• 测试台架测试是保证车辆满足设计要求的关键，包括台架网络测试、功能测试、功能安全测试、信息安全测试。  

       从整车EE开发过程维度各个过程/拟建设实验室的之间的关联关系如下：

图3   实验室建设流程

配套课程方案

       实验室建成后，用于支撑教学及科研任务，具体可支撑教学课程规划如下：

预期收益

• 人才培养

—  通过全链路的电子电气开发验证实验室构建了与企业研发同步的研发测试平台，做到所学即所用，与企业无缝衔接，提高就业竞争力。

—  通过建设实验室，院校可以为学生提供更加真实的实践环境。学生可以在该平台上进行实验、实践和项目开发，更好地理解和掌握系统的原理、技术和应用。这种实践机会可以提高学生的实际操作能力和解决问题的能力，增强学生的就业竞争力。

—  实验室可以促进跨学科的交流和合作。系统涉及到多个学科领域，如计算机科学、电子工程、车辆工程等。通过建设这样的平台，院校可以促进不同学科之间的交叉融合，让学生更好地理解和掌握跨学科的知识和技能。

—  实验室还可以为院校的人才培养提供有力的支撑。通过这种平台，院校可以开展更加深入、系统的人才培养活动，如课程设计、毕业设计、科研项目等。

• 学科建设平台及科研平台

—  建设实验室平台可以促进学科专业的建设和发展。整车电子电气一直是近年来新能源汽车和智能网联汽车的发展的重点及创新点，各个环节都具有很强的技术性和应用性。通过建设专门的实验室平台，院校可以更好地满足学生对汽车开发，仿真测试系统学习和实践的需求，促进该学科的发展和壮大。

—  实验室平台可以提高院校在新能源和智能网联EE架构开发能力、汽车控制器开发及仿真的科研水平。通过建设实验室平台，院校可以吸引更多的科研人员和专家学者参与相关研究，开展前沿技术研究和应用推广，提升自身的科研水平和竞争力。

—  实验室平台还可以促进院校与企业的合作和交流。通过这种平台，院校可以与汽车制造企业、零部件供应商等相关企业进行更加紧密的合作，共同开展技术研发和应用推广。同时也可以为院校带来更多的科研项目和资金支持。