基于虛擬平臺的電動汽車的虛擬設計和驗證解決方案

　　集成系統時的一個大挑戰就是零配件總是不變地來自多家供應商，這使得安全性和質量打了折扣。在開始ECU-軟件集成時，可能出現數千個錯誤。人們越晚發現這些問題，解決這些問題的代價就越高。而一旦問題在汽車已交到顧客手中時才顯露出來，修復就變得非常昂貴。《商業周刊》曾報道豐田在2009至2010年的召回，使公司損失超過20億美元，包括法律費用、銷售損失和保修支付。

　　系統工程和仿真

　　那么伴隨著車輛的電氣化，汽車設計團隊如何能夠征服系統設計挑戰呢？這個問題的著眼點不只限于軟件和電子設備——設計團隊還必須考慮機電系統。可能的解決方案需要支持詳細的物理建模，概念性設計和實現，以及并行的、多層次的建模和驗證。

　　汽車電子的歷史已經從簡單的發電和送電，經過電子控制系統，演進到電子駕駛系統。電子部件所占成本的比例已經從10%增加到電子混合動力汽車的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

　　汽車制造商因為多種目的而需要模型：

　　● 分析/驗證產品的需要；

　　● 為電子工程系統定義軟件應用；

　　● 支持仿真和驗證工廠/多物理/汽車系統模型。

　　因此，建模需要使用多種不同的框架：

　　● AUTOSAR——運行在一個虛擬處理器上的軟件；

　　● EAST-ADL2——運行在一個環境（包括工廠）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實現，以及SPICE—IC模擬。

　　將所有這些元素匯集在一起需要一個能夠建模和進行物理系統仿真的平臺，它支撐了整個系統的虛擬原型驗證，可用于模擬/電力電子，電力產生、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

發電、管理和輸送

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

　　我們能夠通過優化12/24/48V負載，減少車輛中的電線數量，并且設計更有效率的HVAC暖通空調（采暖，通風和空調）系統，來降低電池上的電力負載。

　　與汽車相比，其他諸如手機行業等領域擁有多得多的應用低功耗技術的經驗。電池巡航時間在決定像Android那樣的移動軟件平臺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間時也發揮著很大作用。例如，一項僅為8秒鐘的更新而每10分鐘喚醒電話的應用，能夠將它的待機時間減半。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體必須被垂直化整合和相互協作，以確保高效地使用手機里的電池。手機的使用場景扮演了一個重要的角色，因為它們定義了手機如何與環境進行交互。但是，當手機被鎖住放在你的口袋里時，你怎么能去為你的手機糾錯？你怎么能確保場景都是確定匹配不同實現選項？

　　為功率類缺陷除錯帶來另一個重要問題。在諸如“暫停”這樣的低功耗模式中，嵌入式系統的除錯服務可能也被暫停了。此外，與設備的任何除錯互動都是侵入性的并嚴重地損害功率數據。進一步來說，如果去實施足夠精細的粒性功率分析來甄別哪個元器件最為關鍵，就需要使用昂貴的實驗設備。

　　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汽車。