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基於模型的設計導入汽車開發

上網時間: 2014年07月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:連網汽車  自動駕駛  App  產品生命週期  Model-Based Design 

汽車產業目前正夾在一種智慧化應用程式(App)與嚴峻開發環境之間的困境中。

一方面,汽車製造商感受到來自現代消費者越來越期望自已下一部車能像智慧型手機一樣智慧反應的壓力;另一方面,開發連網汽車自動駕駛已經變得如此複雜,使得未來的汽車開發困難度就像是在設計飛機一樣。

福特汽車公司(Ford Motor Co.)技術研究員兼電子電氣系統工程總監James Buczkowski在設計自動化大會(DAC)上「呼籲積極採取行動」。在一場與MathWorks公司技術經理Jim Tung聯袂發表的專題演說上,James Buczkowski指出,如果缺乏能夠跟得上汽車設計挑戰進展的工具與方法,汽車的複雜度將不斷增加。

為了說明汽車產業面臨的窘境,Buczkowski以消費者期待、產量、產品生命週期、操作環境以及所需維護與監管的觀點來比較汽車、智慧型手機與飛機。

智慧型手機、汽車與飛機:三種產業之間的比較
2012年全球GDP與全球IC市場成長預測
(來源:Ford)

Buczkowski表示,汽車與手機之間最大的區別就是「產品生命週期」。一般情況下,開發一款新車需要24-48個月的時間,同一開發平台可持續10年之久,其間只需小幅更新保持新鮮感即可。因此,一種新車款在開始大量生產以前約兩年或兩年以前就得先進行開發。

讓汽車變得更像是消費電子產品的關鍵在於二者都需要更可負擔得起,他說。然而,如果你比較在一年中約售出400萬輛汽車,以及一個週末就能賣掉400萬支智慧型手機的事實,二者的規模就大不相同了。汽車製造商不能只是不斷地添加更多的功能,也不能持續增加成本。也許更重要的是,汽車的設計必須分別為16歲和60歲採取不同的設計途徑與訴求。

儘管存在這些差異,消費電子產品和汽車仍有其相似點,因為二者都必須在一個競爭十分激烈的市場中仰賴微薄的利潤空間下求生存。

從監管要求方面來看,消費電子產品和汽車產業之間存在著巨大差異。Buczkowski指出,消費者並不一定都瞭解這方面的問題,而且法規規定不只是為了安全起見,同時也在於儘量減少駕駛人分心。此外,排放控制與燃油經濟也為汽車產業帶來壓力。

汽車開發的兩大主題

在專題演講中,Buczkowski表示,汽車製造商正專注於兩項主題:輔助/自動/自動駕駛,以及完全互連的行動性。

為了改造以駕駛人為導向的輔助與自主汽車設計,關鍵就在於感測器融合以及越來越多的軟體。軟體必須能夠調節與管理不同功能之間的相互作用。例如,在自適應巡航控制功能方面,電子穩定性和煞車系統必須能以最佳化方式互動。

在連網車輛中,汽車製造商越來越將汽車視為連接到網際網路的‘另一台機器’。Buczkowski說,它必須透過使用蜂巢式、Wi-Fi和其他網路來保持最佳化的連接性,還必須能夠使用有線/無線數據,同時動態地連接到資料來源與服務。

基於模型化的設計

結合這兩大開發主題來看,汽車工程師正面臨著合成電子、封裝材料、控制軟體、嵌入式軟體以及雲端服務帶來的挑戰。為了實現成功的設計,一種‘以模型化為基礎的系統設計途徑’(Model-Based Design)正成為一門關鍵的設計學科,MathWorks公司的Jim Tung表示。

他以開發汽車時必須持續降低油耗又必須達到性能目標為例。首先,工程師們必須著眼於汽車的變速器及其控制演算法。根據該系統設計途徑,他們必須先計算燃油利用、探測參數值,以及開發最佳化演算法。在進行系統級建模時,如果方法正確,那麼即使在產生程式碼以前,工程師們都能探索不同的設計方案,以及在模型化基礎上完成軟體最佳化。

總之,發表專題演說的兩位主講人均強調,電子產品與軟體的搭配變得越來越重要了。大量地利用電子設備,將使得汽車工程師在遵循摩爾定律(Moore's Law)的同時,也帶來為未來車款設計更多功能的機會。

兩位主講人也都同意,軟體正是關鍵。軟體可實現數據、訊號與經驗的融合,Buczkowski說,但這種整合也創造出「複雜的軟體,從而使其品質更受到挑戰。

最後但也十分重要的是,「工具與製程更是關鍵,」他說,汽車產業將充分利用ISO 26262功能安全標準,以實現‘安全至關重要的系統。」這將需要有利的工具,以便「有助於維持汽車產業專注於創造,而又不至於限制客戶所想像和所需要的體驗。」

功能安全標準

在專題演講之後,《EE Times》記者問Buczkowski,從晶片、代工廠與軟體到工具、模組、子系統與汽車本身的整個供應鏈中,汽車產業在為這些相關廠商建立ISO 26262認證計劃的道路上已經走到多遠了呢?

Buczkowski表示,針對ISO 26262認證整個生態系統方面,目前還有許多任務尚待完成。不過,我們正從飛機產業在功能性安全認證方面的成果學到經驗與啟示。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Design Cars Like Planes, Use Them Like Cellphones; Model-Based Design Comes to Automobiles,by Junko Yoshida)





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