基于虛擬平臺的電動(dòng)汽車(chē)的虛擬設計和驗證解決方案

　　汽車(chē)的電氣化是20世紀初以來(lái)這個(gè)行業(yè)最根本性的變化。我們已經(jīng)見(jiàn)證了過(guò)去10多年來(lái)電子類(lèi)子系統在常規的車(chē)輛中的擴散，同時(shí)對混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)的增長(cháng)性預測將給汽車(chē)半導體市場(chǎng)帶來(lái)顯著(zhù)推動(dòng)。

　　僅僅電子控制單元（ECU） 一個(gè)市場(chǎng)的規模在2010年就已經(jīng)接近480億美元，比2009年大約增長(cháng)了29%?？傮w上來(lái)看，預計到2015年電子類(lèi)汽車(chē)部品所占的比例每年都將以略低于8%的速度增長(cháng)。一些應用領(lǐng)域預期將會(huì )出現超高的增長(cháng)（超過(guò)50%），這些領(lǐng)域包括純電動(dòng)汽車(chē)、平視顯示器、睡意檢測、LED 照明、停車(chē)/啟動(dòng)、車(chē)道偏離警告和盲點(diǎn)監控。在2010年時(shí)，電子系統和軟件的成本已占通用燃油動(dòng)力汽車(chē)總成本的30%，在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)的總成本中占據了65%。

　　汽車(chē)電氣化是汽車(chē)制造商創(chuàng )新的關(guān)鍵。本文針對一個(gè)用于虛擬設計的平臺，分析了設計團隊所面臨的挑戰和他們所需的關(guān)鍵品質(zhì)。

　　關(guān)鍵的電氣連接

　　駕駛者的體驗（包括安全性、舒適性、生態(tài)和經(jīng)濟性）——汽車(chē)及其乘客間聯(lián)系的紐帶 —— 已經(jīng)變得與汽車(chē)作為交通工具這一目的同樣重要。該行業(yè)在過(guò)去20～30年一直專(zhuān)注于如何使車(chē)輛更加人性化。因此，電氣子系統支撐了很多汽車(chē)系統的功能。人與車(chē)之間的一些關(guān)鍵的聯(lián)系因素（包括已投入生產(chǎn)的和正在研究的兩方面）包括：

　　●駕駛員舒適性和娛樂(lè )領(lǐng)域的電氣化；

　　●動(dòng)力系統的電氣化以降低排放；

　　●導航、GPS、云導航等對即時(shí)信息的獲得；

　　●電力架構和功耗最小化；

　　●臨近車(chē)輛間安全駕駛，標識/行人/分道線(xiàn)識別，以及不必需要駕駛員的自動(dòng)駕駛。

　　要實(shí)現上述這些連接使汽車(chē)變得更復雜，究竟多么的更加復雜，可以從汽車(chē)工程師設計的軟件的數量分辨端倪。

　　汽車(chē)系統正在開(kāi)始接近現代操作系統所包含的同等級的軟件復雜性——都是令人吃驚的5000萬(wàn)行到3億行代碼。事實(shí)上，汽車(chē)系統實(shí)際上遠比其更復雜，因為汽車(chē)機械電子系統的相互作用要遠比一臺電腦更重要。汽車(chē)可以殺死你，而電腦可能不會(huì )。

　　系統挑戰

　　在2010年美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )SAE）國際大會(huì )上，來(lái)自本田、通用汽車(chē)、福特、寶馬、克萊斯勒、標致雪鐵龍和豐田的頂級工程師參加了一個(gè)“汽車(chē)制造商論壇”圓桌會(huì )議，在此間確定了汽車(chē)設計的主要系統挑戰。它們是：

　　功能和軟件配置及驗證：這項工作是當今汽車(chē)設計的核心。它涉及確定車(chē)輛的功能，并將其分配給相應的硬件和軟件資源。

　　系統工程和仿真：汽車(chē)工程師必須為實(shí)現電氣化而重新設計車(chē)輛中的每個(gè)系統。

　　發(fā)電、管理和發(fā)送：汽車(chē)的核心系統依然是電力的產(chǎn)生、管理和消耗，其范圍也正在被擴展到包括動(dòng)力系統等。

　　我們以下將更詳細地討論上述三個(gè)挑戰。

　　功能和軟件配置及驗證

　　汽車(chē)系統工程師面對的關(guān)鍵挑戰不只是增加可靠性，軟件使問(wèn)題變得更困難。制造不發(fā)生系統崩潰的汽車(chē)、為駕駛員提供信息而不引起分心、并且無(wú)污染，是這個(gè)行業(yè)所面對的最重大的系統工程挑戰。最重要的是，該行業(yè)的成功取決于對這些汽車(chē)是否有足夠的需求，這就意味著(zhù)設計團隊需要不斷地頂著(zhù)壓力去找到最新的“炫酷因素”。系統設計的本質(zhì)就是設計一個(gè)與各個(gè)物理系統互動(dòng)的分布式計算系統，然后在這個(gè)分布系統上定義和影射軟件。

　　當車(chē)輛中的每一個(gè)ECU都影射到一個(gè)單項的功能，并且ECU/軟件被都做成一個(gè)“黑盒子”交付時(shí)，這個(gè)任務(wù)就更加直接——這是一種意味著(zhù)在現今的高端汽車(chē)上通常都能找到100多個(gè)ECU的方法。為減少ECU的數量，現有的技術(shù)可以將多種功能整合到一個(gè)ECU 中。而各項功能的復雜性也已增加，以至于多個(gè)ECU 必須通過(guò)協(xié)作來(lái)實(shí)現高級功能，諸如自動(dòng)停車(chē)或防碰撞等功能就必須溝通和控制多個(gè)子系統。