本文為西門子數(shù)字化工業(yè)軟件汽車與交通運(yùn)輸行業(yè)副總裁 Nand Kochhar向智駕網(wǎng)發(fā)布的署名文章，旨在探討如何利用數(shù)字孿生技術(shù)設(shè)計(jì)具備自動駕駛功能的汽車。

以下為全文：

汽車行業(yè)今天正在發(fā)生根本性變革，技術(shù)、社會需求以及環(huán)境法規(guī)都在推動車輛不斷邁向更可持續(xù)、更安全、更可訪問和更智能的高度。隨著行業(yè)競爭的不斷加劇，汽車制造商必須專注于先進(jìn)功能的開發(fā)，而自動駕駛是其中不可或缺的一項(xiàng)，其帶來的獨(dú)特設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也對車企提出了嚴(yán)苛考驗(yàn)。

復(fù)雜的移動技術(shù)

高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）日益標(biāo)準(zhǔn)化，這有助于提高現(xiàn)代汽車的車載處理能力和傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量。先進(jìn)的信息娛樂系統(tǒng)也變得越來越普遍，其中許多系統(tǒng)都具有連接功能，這些都增加了電子電氣（E/E）網(wǎng)絡(luò)和車輛軟件的復(fù)雜性。

如今提供車載智能的SoC每秒要從車輛周圍的各種傳感器系統(tǒng)收集和處理數(shù)兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。

車輛軟件也從低端嵌入式功能發(fā)展到可以管理和控制多種車輛功能的全車軟件系統(tǒng)。

自動駕駛汽車的軟件更為復(fù)雜，其需要結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來處理傳感器數(shù)據(jù)、做出決策，并向車輛周圍實(shí)時(shí)發(fā)送指令。

因此，構(gòu)成自動駕駛汽車的各種子系統(tǒng)，從電子和軟件到機(jī)械系統(tǒng)，都需要在車輛運(yùn)行時(shí)持續(xù)交互，以支持車輛周圍的信息移動。

在電動汽車領(lǐng)域，這些先進(jìn)組件和子系統(tǒng)還需集成到全電動汽車平臺中，同時(shí)保持續(xù)航里程和性能特征不被傳感器、致動器和處理設(shè)備的電力需求所消耗。此外，這種集成帶來的挑戰(zhàn)還包括確保車輛網(wǎng)絡(luò)能夠支持自動駕駛汽車的數(shù)據(jù)需求，以及隱蔽性的設(shè)計(jì)，以保證車身的流暢度和美觀性。

數(shù)字化解決方案帶來“全局”視野

解決這些挑戰(zhàn)的方法從車輛設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型開始。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型使車企能夠采用新的移動解決方案開發(fā)和工程方法，通過數(shù)字骨干連接車輛的整個生命周期，使信息能夠在整個組織中流動。合作伙伴企業(yè)也可以安全地納入數(shù)字骨干，確保組織之間能夠更快速、更容易地協(xié)作。

全面的數(shù)字孿生是其中的關(guān)鍵所在，它可以捕捉車輛設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的各個方面，幫助車企消除電氣、電子、軟件和機(jī)械領(lǐng)域工程團(tuán)隊(duì)之間的障礙。這不僅有助于克服自動駕駛車輛的復(fù)雜性，還能在公司中培養(yǎng)一種新的協(xié)作模式和創(chuàng)新文化。

自動駕駛車輛設(shè)計(jì)的第一步是描述預(yù)期的車輛行為、運(yùn)行環(huán)境和性能目標(biāo)。換句話說，工程師必須了解自動駕駛車輛將如何工作，如何與外部世界互動，以及如何融入整個生態(tài)系統(tǒng)，包括車輛內(nèi)的各種子系統(tǒng)將如何相互作用，以及相關(guān)法規(guī)、制造能力、供應(yīng)鏈，甚至車輛周圍的智能基礎(chǔ)設(shè)施會與車輛產(chǎn)生怎樣的交互等等。

因此在設(shè)計(jì)開始前，需要將全部情形轉(zhuǎn)化為一組要求和約束條件，這組要求和約束條件概述了設(shè)計(jì)空間、約束條件和車輛所需的能力。

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用基于文檔的方法在整個組織中描述、級聯(lián)和分解這些需求，但這種方法對于今天復(fù)雜的自動駕駛車輛而言顯然是不適宜的。

通過數(shù)字化，對于設(shè)計(jì)的總體理解可以與產(chǎn)品生命周期相集成，從而在整個組織中分解需求的結(jié)構(gòu)化并實(shí)現(xiàn)可追溯性。

隨著這種高級描述的分解，工程團(tuán)隊(duì)能夠獲得具體的目標(biāo)和約束條件，以指導(dǎo)每個組件和子系統(tǒng)的開發(fā)。

例如，自動駕駛車輛要求能夠檢測到圍繞車身的全部物體（其他車輛、基礎(chǔ)設(shè)施、行人等）。

分解這一要求可以確定實(shí)現(xiàn)360度感知所需的傳感器類型和數(shù)量，以及每個傳感器在車身中的最佳位置；再進(jìn)一步分解封裝、功率、熱性能等原因，會對這些傳感器的尺寸和位置產(chǎn)生約束，基于此，工程師就可以開始設(shè)計(jì)和放置傳感器，確保滿足各種要求和約束條件。

汽車設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化也可以增強(qiáng)和加速各個工程團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)工作。數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中的信息流不是單向的。正如要求和約束被分解并級聯(lián)到每個設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一樣，組件和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果和更改可以傳達(dá)到車輛級別，甚至可以跨其他工程團(tuán)隊(duì)和領(lǐng)域。

這種跨領(lǐng)域快速有效溝通的能力至關(guān)重要。自動駕駛車輛依賴于電子、軟件、機(jī)械設(shè)備和架構(gòu)的高度集成系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，這些系統(tǒng)的開發(fā)是與其他系統(tǒng)隔離進(jìn)行的，當(dāng)它們最終結(jié)合在一起時(shí)往往會導(dǎo)致集成問題。

數(shù)字化使工程團(tuán)隊(duì)，甚至是原始設(shè)備制造商和供應(yīng)商之間的團(tuán)隊(duì)，能夠在設(shè)計(jì)過程的早期開始合作。車輛數(shù)字孿生使連接人員、項(xiàng)目、模型和數(shù)據(jù)的數(shù)字主線能夠有效地解決這些復(fù)雜問題，幫助集成電子電路設(shè)計(jì)和仿真、機(jī)械CAD、計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）、E/E架構(gòu)的數(shù)字化解決方案，以及更多幫助工程團(tuán)隊(duì)從整體車輛角度進(jìn)行設(shè)計(jì)的解決方案。

工程數(shù)據(jù)可供所有利益相關(guān)者使用，助力多領(lǐng)域仿真、設(shè)計(jì)優(yōu)化和設(shè)計(jì)工作的早期驗(yàn)證。隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷完善，數(shù)字工程解決方案還可以幫助團(tuán)隊(duì)根據(jù)成本、熱性能、功耗、ECU利用率、重量等因素在設(shè)計(jì)選項(xiàng)之間進(jìn)行評估和選擇。此外，工程變更可以快速傳達(dá)給其他關(guān)聯(lián)團(tuán)隊(duì)，確保信息的及時(shí)性，進(jìn)而縮短開發(fā)周期。

今天的自動駕駛車輛必須擁抱數(shù)字化，打破工程領(lǐng)域和產(chǎn)品開發(fā)階段之間的界限。全面的數(shù)字孿生能夠幫助汽車制造商捕捉車輛設(shè)計(jì)的各個方面，貫穿其整個生命周期，連接來自電氣、電子、軟件和機(jī)械領(lǐng)域的工程團(tuán)隊(duì)，為團(tuán)隊(duì)提供更深入的洞察力，縮短開發(fā)周期，提高效率，進(jìn)而提高市場靈活性。

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