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

　　集成系統時(shí)的一個(gè)大挑戰就是零配件總是不變地來(lái)自多家供應商，這使得安全性和質(zhì)量打了折扣。在開(kāi)始ECU-軟件集成時(shí)，可能出現數千個(gè)錯誤。人們越晚發(fā)現這些問(wèn)題，解決這些問(wèn)題的代價(jià)就越高。而一旦問(wèn)題在汽車(chē)已交到顧客手中時(shí)才顯露出來(lái)，修復就變得非常昂貴?！渡虡I(yè)周刊》曾報道豐田在2009至2010年的召回，使公司損失超過(guò)20億美元，包括法律費用、銷(xiāo)售損失和保修支付。

　　系統工程和仿真

　　那么伴隨著(zhù)車(chē)輛的電氣化，汽車(chē)設計團隊如何能夠征服系統設計挑戰呢？這個(gè)問(wèn)題的著(zhù)眼點(diǎn)不只限于軟件和電子設備——設計團隊還必須考慮機電系統?？赡艿慕鉀Q方案需要支持詳細的物理建模，概念性設計和實(shí)現，以及并行的、多層次的建模和驗證。

　　汽車(chē)電子的歷史已經(jīng)從簡(jiǎn)單的發(fā)電和送電，經(jīng)過(guò)電子控制系統，演進(jìn)到電子駕駛系統。電子部件所占成本的比例已經(jīng)從10%增加到電子混合動(dòng)力汽車(chē)的60%。成本不是在軟件（軟件的制造幾乎是免費的），而是構成車(chē)輛的電子、電氣和機電組件。

　　基于模型的嵌入式系統工程

　　汽車(chē)制造商因為多種目的而需要模型：

　　● 分析/驗證產(chǎn)品的需要；

　　● 為電子工程系統定義軟件應用；

　　● 支持仿真和驗證工廠(chǎng)/多物理/汽車(chē)系統模型。

　　因此，建模需要使用多種不同的框架：

　　● AUTOSAR——運行在一個(gè)虛擬處理器上的軟件；

　　● EAST-ADL2——運行在一個(gè)環(huán)境（包括工廠(chǎng)）中的軟件；

　　● VHDL-AMS/MAST——機電一體化建模和電氣系統；

　　● SystemC/SystemC-AMS——各種系統級芯片（SoC）的系統級描述和相互連接；

　　● SystemVerilog/Verilog-AMS——SoC實(shí)現，以及SPICE—IC模擬。

　　將所有這些元素匯集在一起需要一個(gè)能夠建模和進(jìn)行物理系統仿真的平臺，它支撐了整個(gè)系統的虛擬原型驗證，可用于模擬/電力電子，電力產(chǎn)生、轉換、輸送和機電一體化等應用（如圖1所示）。

圖1 系統級的物理建模和仿真

發(fā)電、管理和輸送

　　車(chē)輛的核心功能依然是電力的產(chǎn)生、管理和消耗。隨著(zhù)電氣化的程度提高，這個(gè)趨勢則益發(fā)明顯，因為發(fā)電機現已成為所有這些領(lǐng)域的一個(gè)因素。所有的電氣系統需要利用低功耗技術(shù)，以使車(chē)輛的耗電量能夠減少，同樣也縮小電池的大小。

　　我們能夠通過(guò)優(yōu)化12/24/48V負載，減少車(chē)輛中的電線(xiàn)數量，并且設計更有效率的HVAC暖通空調（采暖，通風(fēng)和空調）系統，來(lái)降低電池上的電力負載。

　　與汽車(chē)相比，其他諸如手機行業(yè)等領(lǐng)域擁有多得多的應用低功耗技術(shù)的經(jīng)驗。電池巡航時(shí)間在決定像Android那樣的移動(dòng)軟件平臺的成功與否上扮演了重要角色。反過(guò)來(lái)，軟件在決定電池巡航時(shí)間時(shí)也發(fā)揮著(zhù)很大作用。例如，一項僅為8秒鐘的更新而每10分鐘喚醒電話(huà)的應用，能夠將它的待機時(shí)間減半。任何功率效率低下的軟件或故障可以迅速導致其待機時(shí)間縮短5倍或更多。

　　用于節能和能源管理的、復雜的而高度分散的軟件實(shí)體必須被垂直化整合和相互協(xié)作，以確保高效地使用手機里的電池。手機的使用場(chǎng)景扮演了一個(gè)重要的角色，因為它們定義了手機如何與環(huán)境進(jìn)行交互。但是，當手機被鎖住放在你的口袋里時(shí)，你怎么能去為你的手機糾錯？你怎么能確保場(chǎng)景都是確定匹配不同實(shí)現選項？

　　為功率類(lèi)缺陷除錯帶來(lái)另一個(gè)重要問(wèn)題。在諸如“暫?！边@樣的低功耗模式中，嵌入式系統的除錯服務(wù)可能也被暫停了。此外，與設備的任何除錯互動(dòng)都是侵入性的并嚴重地損害功率數據。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，如果去實(shí)施足夠精細的粒性功率分析來(lái)甄別哪個(gè)元器件最為關(guān)鍵，就需要使用昂貴的實(shí)驗設備。

　　設計師所面臨的各項挑戰在很多方向上都正在融合，不論他們設計的是手機抑或是電動(dòng)汽車(chē)。