基于虛擬平臺(tái)的電動(dòng)汽車的虛擬設(shè)計(jì)和驗(yàn)證解決方案

　　集成系統(tǒng)時(shí)的一個(gè)大挑戰(zhàn)就是零配件總是不變地來自多家供應(yīng)商，這使得安全性和質(zhì)量打了折扣。在開始ECU-軟件集成時(shí)，可能出現(xiàn)數(shù)千個(gè)錯(cuò)誤。人們?cè)酵戆l(fā)現(xiàn)這些問題，解決這些問題的代價(jià)就越高。而一旦問題在汽車已交到顧客手中時(shí)才顯露出來，修復(fù)就變得非常昂貴?！渡虡I(yè)周刊》曾報(bào)道豐田在2009至2010年的召回，使公司損失超過20億美元，包括法律費(fèi)用、銷售損失和保修支付。

　　系統(tǒng)工程和仿真

　　那么伴隨著車輛的電氣化，汽車設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)如何能夠征服系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？這個(gè)問題的著眼點(diǎn)不只限于軟件和電子設(shè)備——設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還必須考慮機(jī)電系統(tǒng)。可能的解決方案需要支持詳細(xì)的物理建模，概念性設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及并行的、多層次的建模和驗(yàn)證。

　　汽車電子的歷史已經(jīng)從簡單的發(fā)電和送電，經(jīng)過電子控制系統(tǒng)，演進(jìn)到電子駕駛系統(tǒng)。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)力汽車的60%。成本不是在軟件（軟件的制造幾乎是免費(fèi)的），而是構(gòu)成車輛的電子、電氣和機(jī)電組件。

　　基于模型的嵌入式系統(tǒng)工程

　　汽車制造商因?yàn)槎喾N目的而需要模型：

　　● 分析/驗(yàn)證產(chǎn)品的需要；

　　● 為電子工程系統(tǒng)定義軟件應(yīng)用；

　　● 支持仿真和驗(yàn)證工廠/多物理/汽車系統(tǒng)模型。

　　因此，建模需要使用多種不同的框架：

　　● AUTOSAR——運(yùn)行在一個(gè)虛擬處理器上的軟件；

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

　　● VHDL-AMS/MAST——機(jī)電一體化建模和電氣系統(tǒng)；

　　● SystemC/SystemC-AMS——各種系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）的系統(tǒng)級(jí)描述和相互連接；

　　● SystemVerilog/Verilog-AMS——SoC實(shí)現(xiàn)，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(tǒng)仿真的平臺(tái)，它支撐了整個(gè)系統(tǒng)的虛擬原型驗(yàn)證，可用于模擬/電力電子，電力產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、輸送和機(jī)電一體化等應(yīng)用（如圖1所示）。

圖1 系統(tǒng)級(jí)的物理建模和仿真

發(fā)電、管理和輸送

　　車輛的核心功能依然是電力的產(chǎn)生、管理和消耗。隨著電氣化的程度提高，這個(gè)趨勢(shì)則益發(fā)明顯，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)現(xiàn)已成為所有這些領(lǐng)域的一個(gè)因素。所有的電氣系統(tǒng)需要利用低功耗技術(shù)，以使車輛的耗電量能夠減少，同樣也縮小電池的大小。

　　我們能夠通過優(yōu)化12/24/48V負(fù)載，減少車輛中的電線數(shù)量，并且設(shè)計(jì)更有效率的HVAC暖通空調(diào)（采暖，通風(fēng)和空調(diào)）系統(tǒng)，來降低電池上的電力負(fù)載。

　　與汽車相比，其他諸如手機(jī)行業(yè)等領(lǐng)域擁有多得多的應(yīng)用低功耗技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。電池巡航時(shí)間在決定像Android那樣的移動(dòng)軟件平臺(tái)的成功與否上扮演了重要角色。反過來，軟件在決定電池巡航時(shí)間時(shí)也發(fā)揮著很大作用。例如，一項(xiàng)僅為8秒鐘的更新而每10分鐘喚醒電話的應(yīng)用，能夠?qū)⑺拇龣C(jī)時(shí)間減半。任何功率效率低下的軟件或故障可以迅速導(dǎo)致其待機(jī)時(shí)間縮短5倍或更多。

　　用于節(jié)能和能源管理的、復(fù)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(jī)里的電池。手機(jī)的使用場(chǎng)景扮演了一個(gè)重要的角色，因?yàn)樗鼈兌x了手機(jī)如何與環(huán)境進(jìn)行交互。但是，當(dāng)手機(jī)被鎖住放在你的口袋里時(shí)，你怎么能去為你的手機(jī)糾錯(cuò)？你怎么能確保場(chǎng)景都是確定匹配不同實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)？

　　為功率類缺陷除錯(cuò)帶來另一個(gè)重要問題。在諸如“暫?！边@樣的低功耗模式中，嵌入式系統(tǒng)的除錯(cuò)服務(wù)可能也被暫停了。此外，與設(shè)備的任何除錯(cuò)互動(dòng)都是侵入性的并嚴(yán)重地?fù)p害功率數(shù)據(jù)。進(jìn)一步來說，如果去實(shí)施足夠精細(xì)的粒性功率分析來甄別哪個(gè)元器件最為關(guān)鍵，就需要使用昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

　　設(shè)計(jì)師所面臨的各項(xiàng)挑戰(zhàn)在很多方向上都正在融合，不論他們?cè)O(shè)計(jì)的是手機(jī)抑或是電動(dòng)汽車。