P01 Système Electricité Electronique 电子电力系统

Target

不同级别的驾驶任务委派（在级别之间产生差异的增量）；特征数量级

Les différents niveaux de délégation(les incrémentsqui font la différence entre un niveau et le précédent) ; ordres de grandeur caractéristiques
距离计算：在恒定速度下的行驶距离、制动距离 distance de freinage或位移距离distance de déplacement（纵向longitudinale或横向latérale）在恒定减速度下的计算，根据问题数据进行求解；
碰撞测试中的减速度和碰撞时间：计算在正面碰撞测试Crash test frontal中基于问题数据的减速度décélération和碰撞时间temps de choc
实时性方面Aspects temps réel：典型时间的数量级（最差情况pire cas下的人的反应时间、对驾驶员来说可接受的警报响应时间 temps de manifestation d’alerte acceptable、车载计算和车载通信calcul à bord et communication à bord的典型计算时间）
电动汽车续航里程autonomie d’un véhicule électrique计算：根据功率数据，基于问题数据计算电动汽车的续航里程
计算单元的工作环境（如热环境等）；寿命加速测试Tests accélérés de durée de vie；故障率Taux de défaillance；阿累尼乌斯定律 Loi d’Arrhenius、韦伯定律Loi de Weibull和Coffin-Manson疲劳寿命定律Loi de Coffin-Manson
电磁兼容性Compatibilité électromagnétique：静音mutisme和抗干扰immunité
功能需求分析/危险和风险分析Analyse Fonctionnelle du Besoin/Hazard and Risks Analysis：识别主要功能FP；识别约束功能FC
电气/电子架构Architecture Electrique/Electronique：三种网络（电力网络puissance、信号网络signaux和通信网络comm），ECU（电子控制单元），CAN总线……（注：无需记住课程中的示意图！但要理解每个网络的作用和意义）
功能安全（定义，作用）；单一故障点Single point of failure（定义、寻找原因、识别方法及补救措施）；冗余Redondance（原理和意义）
能够分析简化架构对功能安全的优缺点（例如，识别单点失效、低冗余等）

自动汽车与电子电器结构 Vehicule autonome et architecture eletrique electronique

用于计算的数量级 [2,3,4]

时间与距离（Time and Distance）

速度：100 km/h，相当于 28 m/s。
微控制器重启时间：100 毫秒，对应 2.8 米的行驶距离。
系统级芯片（SOC）重启时间：1 秒，对应 28 米的行驶距离。
人类反应时间：
- 训练有素的驾驶员：反应时间为 500 毫秒，对应 14 米的距离。
- 普通驾驶员：反应时间约为 1 秒，对应 28 米的距离。

燃油消耗（Fuel Consumption）

城市：6.7 L/100 km
城外：4.3 L/100 km
综合：5.2 L/100 km
二氧化碳排放：119 g/km

加速度（Acceleration）、减速度（Deceleration）、侧向加速度（Lateral）

加速度（摩擦系数 μ=1）：
- 舒适：纵向加速度最大为 0.2g，侧向加速度最大为 0.15g。
- 性能：最大为 0.3g。
减速度（摩擦系数 μ=1）：
- 舒适：最大为 0.2g。
- 性能：最大为 1g。
侧向加速度（摩擦系数 μ=1）：
- 舒适：最大为 0.15g。
- 性能：最大为 0.8g。

自动驾驶分级/Levels of delegation/niveaux de délégation [1]

这玩意随便找个电车4s店都能看到

SAE 级别	SAE LEVEL 0	SAE LEVEL 1	SAE LEVEL 2	SAE LEVEL 3	SAE LEVEL 4	SAE LEVEL 5
驾驶员的职责	1. 你在驾驶/you are driving/`vous conduisez`

辅助驾驶/driver support/assistance à la conduite — 1,2,3,4 | 3. 持续监督 constantly supervice/surveillance constante — 1,2,3,4 | 4. 加速 accelerate/accélérer，刹车 brake/freiner，转向steer/tourner — 1,2,3,4 | - 你不在驾驶车辆 vous ne conduisez pas；

但当功能要求时lorsque la fonction le demande，你需要驾驶vous devez conduire | - 你不在驾驶车辆 vous ne conduisez pas；
不要求接管Ces fonctionnalitès de conduite automatisée n'a pas besion de vous reprendre le contrôle. | - 你不在驾驶车辆 vous ne conduisez pas；
不要求接管Ces fonctionnalitès de conduite automatisée n'a pas besion de vous reprendre le contrôle. | | 这些功能的作用 | 这些功能仅限于提供警告和瞬时辅助ces fonctionnalités se limitent à fournir des avertissements et une assistance momentanées | 这些功能为驾驶员提供转向或刹车/加速支持 ces fonctionalité fournissent une assistance de drection ou de freinage/accélération au conducteur | 这些功能为驾驶员提供转向和刹车/加速支持 ces fonctionalité fournissent une assistance de drection et de freinage/accélération au conducteur | 在有限的条件下，这些功能可以驾驶车辆；只有在所有所需条件满足时才会启动
conduire le véhicule dans des conditions limités | 在有限的条件下，这些功能可以驾驶车辆；只有在所有所需条件满足时才会启动 conduire le véhicule dans des conditions limités | 这些功能可以在所有条件下驾驶车辆 fonctionnalité dans toutes les conditions | | 示例功能 | - 自动紧急制动freinage d’urgence automatique
盲点警告avertissement d’angle mort
车道偏离警告avertissement de sortie de voie | - 车道居中 maintien de voie ou -自适应巡航控制régulateur de vitesse adaptatif | - 车道居中 maintien de voie et -自适应巡航控制régulateur de vitesse adaptatif | - 堵车辅助驾驶 chauffeur de bouchon | - 本地无人驾驶出租车 taxi autonome local
踏板/方向盘可能安装也可能不安装pédales/volant peuvent être installés ou non | - 与4级相同，但可以在所有条件下驾驶 |
0至2级：为驾驶辅助assistance à la conduite功能，驾驶员需始终保持监督。
3至5级：为自动驾驶conduite automatisée功能，无需驾驶员监督，级别越高所需条件越少，5级可在所有条件下自动驾驶。

功能分析/ Functional analysis/Analyse Fonctionnelle [8]

功能分析的主要步骤：

定义系统边界：
- 确定分析对象的范围，即要研究的系统是整个产品、产品的一个子系统，还是某个特定的功能模块。
识别主要功能（Primary Functions）：
- 找出系统必须完成的主要任务或核心功能。这些主要功能是系统存在的根本原因，通常与用户需求和系统的总体目标密切相关。
识别次要功能或约束功能（Secondary Functions or Constraints）：
- 找出支持主要功能的辅助功能，以及限制系统操作的约束条件。这些功能可以是操作上的要求，也可以是环境或资源的限制。
建立功能关系：
- 通过功能图或流程图展示功能之间的相互关系和依赖性。例如，某些功能可能依赖于其他功能的完成，或需要特定条件才能启动。

电气/电子架构`Architecture Electrique/Electronique` [9]

组件	描述（中文）	描述（法语）
电力网络（puissance）	电力网络负责为车辆各个部件提供电能，包括发动机、传动系统、制动系统和照明系统等。它主要通过电池和发电机供应电力，以支持高功耗部件的正常运作。
- 14V	- fournit de l'énergie

le moteur, le système de transmission, le système de freinage et les systèmes d'éclairage. -la batterie, l'alternateur -14V | | 信号网络（signaux） | 信号网络用于传输传感器和执行器之间的低速信号，这些信号包括控制指令、状态信息和系统反馈。常用于非关键系统，如座椅调节、窗户控制等。 | - transmet des signaux à basse vitesse entre les capteurs et les actionneurs -systèmes non critiques: le réglage des sièges et le contrôle des vitres. | | 通信网络（comm） | 通信网络在ECU之间传输大量数据，支持车辆系统之间的高速信息共享，典型协议包括CAN总线和以太网。 | - Le réseau de communication transmet de grandes quantités de données entre les ECU -partage rapide des informations entre les systèmes du véhicule.
Les protocoles typiques incluent le bus CAN et Ethernet. | | 电子控制单元（ECU） | ECU是控制车辆各个系统的独立模块，每个ECU负责一个或多个特定功能模块的控制和监视。 | L'ECU est un module de contrôle autonome pour différents systèmes du véhicule, chaque ECU étant chargé de surveiller et de contrôler un ou plusieurs modules fonctionnels spécifiques. | | CAN总线（CAN Bus） | CAN总线是一种常见的汽车通信协议，用于在多个ECU之间实现可靠的数据交换。CAN-HS提供500 kb/s，CAN-FD可达2 Mb/s。 | Le bus CAN est un protocole de communication automobile utilisé pour l'échange de données fiable entre plusieurs ECU. Le CAN-HS offre une vitesse de 500 kb/s, tandis que le CAN-FD peut atteindre 2 Mb/s. |

主要趋势：

分散和分布的ECU/ECU segmentés et distribués➔ 集中式计算机系统/Système informatique centralisé
封闭和静态/Fermé et statique ➔ 开放和即插即用/Ouvert et Plug-n-Play
不可扩展/Non évolutif ➔ 可升级、可定制、模块化架构/Architecture évolutive, personnalisable et modulaire

功能安全等级 Automotive Safety Integrity Level/ASIL [10]

三个主要因素：

严重性gravité
暴露度exposition（发生风险的概率）
可控性contrôlabilité（在系统失效的情况下是否能手动控制）

ASIL等级

ASIL A：最低风险等级。适用于一些功能性故障可能会带来轻微的安全影响défaillances fonctionnelles qui peuvent entraîner des impacts mineurs sur la sécurité，且驾驶员可以较轻松地应对le conducteur peut gérer relativement facilement。这类系统的设计要求最低，但仍需满足一定的安全性。
ASIL B：中低风险等级。适用于中等风险的系统。此类故障可能会带来一定的安全隐患un risque modéré，但一般情况下驾驶员仍有一定的控制能力来避免事故。
ASIL C：中高风险等级。适用于严重性较高gravité élevée的系统，比如动力系统或辅助驾驶系统les systèmes de propulsion ou les systèmes d’aide à la conduite。如果这类系统失效，可能会导致严重事故。需要较高的冗余和安全措施来防止失效。
ASIL D：最高风险等级。适用于那些一旦失效可能直接危及生命的系统，比如制动系统、转向系统les systèmes de freinage ou de direction等。ASIL D的系统需要最严格的安全保证措施和冗余设计，以最大限度地降低单点失效带来的风险。

简化架构，单一故障点，冗余和结构分析 /simplifier architecture, single point of failure, redondance, analyse de structure[10, 11]

存在单一故障点，线路不应该在同一线束中。线束失效则导致ASIL D。不应该使用同一个电源，电源失效导致ASIL D。 Il existe un point de défaillance unique (Single Point of Failure), les câblesne devraient pas être dans le même faisceau. Une défaillance du faisceau entraînerait un niveau de sécurité ASIL D. Il ne faut pas utiliser la même source d'alimentation, car une défaillance de l'alimentation entraînerait également un niveau de sécurité ASIL D.

两个控制器和两个EPS之间均具有冗余连接路径。使用两个线束避免了单一线束损坏导致的ASIL D，提高可靠性。通过两个电源的冗余避免了电源失效导致ASIL D。

Les deux contrôleurs et les deux systèmes EPS disposent chacun de chemins de connexion redondants. L'utilisation de deux faisceaux permet d'éviter que la défaillance d'un seul faisceau entraîne un niveau de sécurité ASIL D, augmentant ainsi la fiabilité. La redondance avec deux sources d'alimentation évite également qu'une défaillance de l'alimentation entraîne un niveau de sécurité ASIL D.

错误的电源冗余，以及线路冗余不一致。Redondance d'alimentation incorrecte et incohérence dans la redondance des lignes.

过于复杂和昂贵的冗余。Redondance trop complexe et coûteuse.

电动汽车续航里程计算/calcul d’autonomie d’un véhicule électrique [5]

自动驾驶车辆电子的技术环境 Environnement Technique automobile pour l’électronique du véhicule autonome

计算元件的工作环境/environnement d’un calculateur [6]

影响因素

温度 température [膨胀 dilatation，性能降低 réduction de performance，形成裂纹 fissurations，固定点锻炼 rupture des points d’ancrage] {散热 dissipation，通风 ventlation}
湿度 humidité [离子导电 Conduction ionique，冷凝 Condensation，溶解Absorption] {封装、屏蔽、保护罩等 Encapsulation, écran, cloche，PCB保护层 Couches de protection sur PCB，不可腐蚀材料 Matériaux inaltérables} (盐雾测试：功能性腐蚀和/或外观标准Brouillard salin : corrosion fonctionnelle et/ou critère cosmétique，湿热测试：膨胀 + 渗透（物理耐受性）Chaleur humide : dilatation + pénétration (tenue physique )
水（水流、浸泡、高压清洗等） Eau (ruissellement, immersion, karcher…)
灰尘 – 机械性侵入 Poussière – Intrusions mécaniques
腐蚀性物质 Agents corrosifs
温度冲击 Chocs thermiques
机械性冲击与振动 Chocs & vibrations mécaniques [碎石冲击 Gravillonnage，减速带 Dos d’âne，路面坑洼Nid de poule] {增强稳健性 Rendre robuste, Choix des matériaux, Positions / Orientations des composants, Technologies d’assemblages，隔离系统 Isoler le système, Protection/maintient des composants sensibles, Types de fixations, Absorbants}
大气压力 Pression atmosphérique

测试

Endurance cyclage thermique: fatigue thermomécanique 热循环耐久性：热机械疲劳

Fissuration à l’interface de différents matériaux utilisés. (Résine d’encapsulation, capacité céramique)
Fissuration / circuits ouverts entre composants et PCB (Joint de brasure)

Endurance humidité constante 恒定湿度耐久性

Corrosion des métallisations, migrations de métal entre pins
Migration de métal entre pistes

Endurance thermique 热耐久性

Dégradation d’interface (courant), électro migration
Dysfonctionnement dû aux dérives de plusieurs paramètres de composants
Croissance des intermétalliques
Rétention de données en EEPROM

定理

故障率（Taux de défaillance）

故障率表示在特定时间间隔内计算单元发生故障的概率 Nombre de pannes / Nombre d’heures composants

其单位通常为每小时的故障次数（pannes par heure）或每10亿小时的故障次数（FITs）。

可分为早期故障期、恒定故障率期和老化故障期，形成“浴盆曲线”（courbe en baignoire）来表示计算单元的生命周期)。
阿累尼乌斯定律（Loi d’Arrhenius）

阿累尼乌斯定律是一种用于预测温度对反应速率影响的模型 prédire l'effet de la température sur la vitesse de réaction，可应用于热老化测试tests de vieillissement thermique。

通过计算温度的增加对反应速率的影响，预测计算单元在高温条件下的寿命变化，帮助工程师在设计时进行材料和元件的选择。
韦伯定律（Loi de Weibull）

\[ \lambda(t)=\frac{\beta}{\eta}\left(\frac{t-\gamma}{\eta}\right)^{\beta-1} \]

韦伯定律是一种可靠性分析工具，用于描述不同故障模式下的失效率随是时间变化。该定律使用形状参数（β）来表征产品的不同寿命阶段，例如β<1时表示随机故障，β=1时表示稳定故障，β>1时则代表老化故障。

Caractérise un système non réparable et en principe un seul mode de défaillance
- 年轻阶段的失效常与制造过程不当或产品功能特性分布过宽相关。
- 成熟阶段的失效通常与特定的使用环境或操作方式有关。
- 老化阶段的失效则多与产品设计缺陷或制造不合规导致的早期老化有关。
Coffin-Manson疲劳寿命定律（Loi de Coffin-Manson）

Coffin-Manson定律专门用于分析由温度循环引起的材料疲劳寿命analyser la durée de vie en fatigue des matériaux sous l'effet de cycles thermiques。

该定律能够帮助工程师评估计算单元在反复的热应力条件下发生裂纹或失效的可能性，这在设计耐热和耐用性高的产品时尤为重要。