基于虚拟平台的电动汽车的虚拟设计和验证解决方案

　　集成系统时的一个大挑战就是零配件总是不变地来自多家供应商，这使得安全性和质量打了折扣。在开始ECU-软件集成时，可能出现数千个错误。人们越晚发现这些问题，解决这些问题的代价就越高。而一旦问题在汽车已交到顾客手中时才显露出来，修复就变得非常昂贵。《商业周刊》曾报道丰田在2009至2010年的召回，使公司损失超过20亿美元，包括法律费用、销售损失和保修支付。

　　系统工程和仿真

　　那么伴随着车辆的电气化，汽车设计团队如何能够征服系统设计挑战呢？这个问题的着眼点不只限于软件和电子设备——设计团队还必须考虑机电系统。可能的解决方案需要支持详细的物理建模，概念性设计和实现，以及并行的、多层次的建模和验证。

　　汽车电子的历史已经从简单的发电和送电，经过电子控制系统，演进到电子驾驶系统。电子部件所占成本的比例已经从10%增加到电子混合动力汽车的60%。成本不是在软件（软件的制造几乎是免费的），而是构成车辆的电子、电气和机电组件。

　　基于模型的嵌入式系统工程

　　汽车制造商因为多种目的而需要模型：

　　● 分析/验证产品的需要；

　　● 为电子工程系统定义软件应用；

　　● 支持仿真和验证工厂/多物理/汽车系统模型。

　　因此，建模需要使用多种不同的框架：

　　● AUTOSAR——运行在一个虚拟处理器上的软件；

　　● EAST-ADL2——运行在一个环境（包括工厂）中的软件；

　　● VHDL-AMS/MAST——机电一体化建模和电气系统；

　　● SystemC/SystemC-AMS——各种系统级芯片（SoC）的系统级描述和相互连接；

　　● SystemVerilog/Verilog-AMS——SoC实现，以及SPICE—IC模拟。

　　将所有这些元素汇集在一起需要一个能够建模和进行物理系统仿真的平台，它支撑了整个系统的虚拟原型验证，可用于模拟/电力电子，电力产生、转换、输送和机电一体化等应用（如图1所示）。

图1 系统级的物理建模和仿真

发电、管理和输送

　　车辆的核心功能依然是电力的产生、管理和消耗。随着电气化的程度提高，这个趋势则益发明显，因为发电机现已成为所有这些领域的一个因素。所有的电气系统需要利用低功耗技术，以使车辆的耗电量能够减少，同样也缩小电池的大小。

　　我们能够通过优化12/24/48V负载，减少车辆中的电线数量，并且设计更有效率的HVAC暖通空调（采暖，通风和空调）系统，来降低电池上的电力负载。

　　与汽车相比，其他诸如手机行业等领域拥有多得多的应用低功耗技术的经验。电池巡航时间在决定像Android那样的移动软件平台的成功与否上扮演了重要角色。反过来，软件在决定电池巡航时间时也发挥着很大作用。例如，一项仅为8秒钟的更新而每10分钟唤醒电话的应用，能够将它的待机时间减半。任何功率效率低下的软件或故障可以迅速导致其待机时间缩短5倍或更多。

　　用于节能和能源管理的、复杂的而高度分散的软件实体必须被垂直化整合和相互协作，以确保高效地使用手机里的电池。手机的使用场景扮演了一个重要的角色，因为它们定义了手机如何与环境进行交互。但是，当手机被锁住放在你的口袋里时，你怎么能去为你的手机纠错？你怎么能确保场景都是确定匹配不同实现选项？

　　为功率类缺陷除错带来另一个重要问题。在诸如“暂停”这样的低功耗模式中，嵌入式系统的除错服务可能也被暂停了。此外，与设备的任何除错互动都是侵入性的并严重地损害功率数据。进一步来说，如果去实施足够精细的粒性功率分析来甄别哪个元器件最为关键，就需要使用昂贵的实验设备。

　　设计师所面临的各项挑战在很多方向上都正在融合，不论他们设计的是手机抑或是电动汽车。