現代汽車結構內含復雜的動力系統、防撞系統、溫度控制系統、駕駛輔助系統以及車載娛樂系統。在半導體設計當中,要處理如此復雜的系統,就是透過建模(modeling)來提高抽象層級。然而,技術人員尚未確定在汽車設計如此復雜的情況下,要執行系統模擬(system simulation)的可能性。
根據Semiconductor Engineering網站報導,要替整臺汽車做系統模擬(system simulation)并不容易,因此汽車產業目前仍在初步研究階段。Ansys全球汽車產業總監Sandeep Sovani表示,系統模擬在不同階段處理連接不同的領域,包括全系統層級、子系統層級以及元件層級。
在全系統層級,模擬作業會定時監測汽車的駕駛表現,包括汽車整體表現、油耗效率、不同駕駛循環的扭力等等。而這些系統模擬模型往往也得對子系統做出假設,因為全系統層級無法還蓋所有子系統細節。
就連汽車元件本身也是復雜系統,煞車系統不只是機械元件,而是需要從元件層級就開始做細致的系統模擬模型,進而打造3D元件模型。今日,建模作業由汽車供應鏈里面許多不同的人員、工具、部門、公司共同打造。
測試人員得設計能捕捉特定子系統行為的模組化模型,并且將該模型連接制更高層級的系統模型。而即使已有部分元件的模組化模型,當把這些元件模型組在一起時,會變成一巨大、難以執行的系統模型。
利用模型降階法(Model Order Reduction;MOR)或降階模型(Reduced-Order Model),則可在任何子元件或子系統模型完成后,就同時出現一降階模型。降階模型雖然快速,但精確度也會相對減少,因此科學家仍致力鉆研如何兩全其美。
汽車生態系統基本上是一座由系統組成的系統,因此沒有任何清楚的起始點,明導國際(Mentor Graphics)歐洲與印度技術行銷部門經理Thomas Heurung表示,系統建模作業可從很多角度切入,像是軟體、硬體、一座系統或是整體系統流量。
而汽車設計生態系統雖復雜,最重要的仍是鎖定系統本身。此外,也得整合供應鏈、提供正確的規格與工程需求。成功的終端產品仰賴生態系統內成員之間有效的溝通規格需求。
工程團隊會將資料抽象化、去蕪存菁,而驗證任務也得分配妥當,才不至于產生重復的工作與路徑。系統層級建模也有許多其他挑戰,像是非定時的TLM、更高層級的抽象化硬體,或是模擬與軟體的抽象運算式。
至于標準方面,ISO 26262包含建模與需求追蹤,以取得建模抽象化之間的連結,以及驗證的追蹤紀錄,有效協助追蹤OEM至終端系統的IP元件。廠商普遍認為系統設計愈趨復雜,卻并未達到解決方案共識。
電子設計自動化(EDA)顧問Bernard Murphy表示,集成車載網路CAN擁有70個以上的控制器與約1億個程式碼,此外,這些系統還得即時提供服務,套用當今建模、模擬驗證法相當具挑戰。
而汽車系統往往在相當吵雜的環境下運作,還有內部與外部的EM干擾跟長達5公里的線纜,最后還得提供至少10年壽命的安全操作保證,因此得擔心軟、硬體穩定性與出錯率等等。因此,有專家認為,抽象化、區隔問題(separation of concerns)與標準化等作業是唯一解決方案。
Marvell Technology Group汽車解決方案部門產品線經理Alexander Tan強調,系統建模是打造新一代容錯(fault-tolerant)汽車用網路的電子/?電動架構的重要關鍵,其中包含針對產品原型網路做階段性測試,確保系統設計正確。
除了從元件與網路協定層級去建模以外,也可從通道層級去偵測系統的預期表現。再結合原型系統測試,即有可能開發與精進系統層級的汽車設計。不過,這些方法與假設是否真有效,都仍有待時間與數代汽車產品的考驗。