汽车电子电气工程化设计技术

    目前，人们对于汽车性能要求的提高以及政府部门的限制性措施，导致典型的汽车机电系统平均数目已经从4个增加到了20个，而一些高端豪华轿车基于复杂的车载网络架构甚至已经整合了80机电一体化系统。同时，这些ECU在整车中所占的成本也迅速上升，2004年这个比例已经达到23％，预测2010年将达到40％。因此不难发现，以提高整车系统电子化水平、确保质量可靠性、提升效率、控制成本、确保研发进度等为目的的汽车电子电气设计自动化技术和环境平台建设，成为赢得未来汽车市场主动权的重要因素。

    汽车电子电气架构中机电一体化子系统的迅速增加，极大推动了汽车复杂性的提升。电子电气子系统在汽车领域应用非常广泛，而且其设计整合了多门工程学科，需要面向硬件、软件、机械等及其相互交织而导致的复杂问题的解决方案。

    所以，汽车厂商同时面临来自几个方面的严峻考验：电子电气系统的数量和复杂性快速提升，研发周期不断缩减，新车型的发布提速，研发预算降低，质量成本迅速攀升。

汽车电子电气设计自动化技术介绍

    随着多路技术的引入，ECU与子系统之间的通讯和相互作用迅速增多，汽车系统及其设计过程就变得异常复杂。汽车电子电气系统的设计和验证过程主要分为两个部分：

    单个ECU和汽车部件的设计与验证。

    完整系统的设计、整合和验证。

电控单元设计技术

芯片设计技术

    芯片的设计包括三个方面：首先是FPGA或是FPSoC的设计，其次是定制IC的设计，第三是ASIC以及SoC的设计。

    基于对设计复杂程度、研发进度、研发成本以及芯片量产规模等的预测，ECU可能要对芯片的实现模式作出决策。首先是芯片实现的功能以及芯片需要集成的内容，如果芯片需要整合模拟电路、数模混合电路甚至是射频电路，那么必须采用定制IC或者数模混合IC的设计实现技术；如果芯片所需要集成和整合的内容全部是数字逻辑电路，那么FPGA、ASIC就成为可能的选择。其次是研发投入以及研发风险方面的考虑，IC／ASIC的研发投入较高，投入成本和风险都较大，SoC在研发投入和研发风险方面就更高，而FPGA在这些方面具有显著的优势。第三是从芯片可能的量产规模来考虑，IC／ASIC／SoC显然适合规模化量产，而FPGA在大规模量产(通常认为大于1万片以上的规模)的情况下具有成本上的劣势。第四是研发的进度，IC／ASIC研制周期较长，SoC研制周期更长，FPGA研制周期则很短。

PCB设计技术

    ECU系统最终物化为一组互连的PCB板，因而PCB的设计、仿真分析以及生产加工制造就成为ECU研发的重要一环。由于新器件性能的提高，PCB上的高速电路问题日益突出，影响到ECU系统的性能和可靠性，直接表现为设计的ECU系统通常不能达到设计指标的要求。常见现象主要有：设计的系统只能工作在比设计规格低的时钟频率以及数据传输率上；需要严格筛选元器件，ECU系统才能正常工作；设计需要返工等。彻底解决这些问题需要长期经验的积累，以及严格规范的设计流程和设计平台。

    HDI(高密度互联)PCB设计支持微过孔技术、埋盲孔技术等，可以迅速提升设计PCB的密度，缩小产品的面积、体积和功耗。而且在一些特殊的领域中也有重要的应用，如在依靠电池供电强调低功耗、体积小、重量轻的ECU系统中，这一点是非常重要的。

二次集成的模块化设计技术

    二次集成的模块化设计是指设计工程师从事部分特殊电路芯片的研发，如符合特定应用需求的接口电路、驱动电路等，再将研发出的这部分电路芯片的裸片连同从行业采购的CPU裸片、ADC裸片等通过MCM(多芯片模块)或者混合电路的模式进行二次集成。

    二次集成的模块化设计技术在小型化、质量可靠性、高频特性、散热等方面具有显著的优势，因而应用范围很广泛。

电气系统建模与仿真技术

    机电系统的设计通常包括混合的模拟和数字电路，也包括机械、电磁以及其它的多种物理成分。与此同时，用来控制这些系统的嵌入式软件也越来越多，并且越来越复杂。

    目前的系统设计方法通常包括创建结构框图和传递函数，而忽略了具体的物理设计实现细节。因而这样的虚拟环境不能实现系统集成，必须等到实际的物理硬件已经就绪方可进行。这种处理方法容易导致无法预测的复杂情况以及昂贵的设计变更的出现，而基于精确部件模型的系统仿真则完全可以避免这些损失。

    Mentor公司的SystemVision应用业界标准模型和“连续验证”理念实现了革命性的突破，为ECU甚至完整的汽车设计提供虚拟实验室，支持包括电气系统以及非电气负载效用在内的完整汽车设计方案的探测。