本文為西門子數字化工業軟件汽車與交通運輸行業副總裁 Nand Kochhar向智駕網發布的署名文章，旨在探討如何利用數字孿生技術設計具備自動駕駛功能的汽車。

以下為全文：

汽車行業今天正在發生根本性變革，技術、社會需求以及環境法規都在推動車輛不斷邁向更可持續、更安全、更可訪問和更智能的高度。隨著行業競爭的不斷加劇，汽車制造商必須專注于先進功能的開發，而自動駕駛是其中不可或缺的一項，其帶來的獨特設計挑戰也對車企提出了嚴苛考驗。

復雜的移動技術

高級駕駛輔助系統（ADAS）日益標準化，這有助于提高現代汽車的車載處理能力和傳感器、執行器和網絡的數量。先進的信息娛樂系統也變得越來越普遍，其中許多系統都具有連接功能，這些都增加了電子電氣（E/E）網絡和車輛軟件的復雜性。

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收集和處理數兆字節的數據。

車輛軟件也從低端嵌入式功能發展到可以管理和控制多種車輛功能的全車軟件系統。

自動駕駛汽車的軟件更為復雜，其需要結合人工智能和機器學習來處理傳感器數據、做出決策，并向車輛周圍實時發送指令。

因此，構成自動駕駛汽車的各種子系統，從電子和軟件到機械系統，都需要在車輛運行時持續交互，以支持車輛周圍的信息移動。

在電動汽車領域，這些先進組件和子系統還需集成到全電動汽車平臺中，同時保持續航里程和性能特征不被傳感器、致動器和處理設備的電力需求所消耗。此外，這種集成帶來的挑戰還包括確保車輛網絡能夠支持自動駕駛汽車的數據需求，以及隱蔽性的設計，以保證車身的流暢度和美觀性。

數字化解決方案帶來“全局”視野

解決這些挑戰的方法從車輛設計過程的數字化轉型開始。

數字化轉型使車企能夠采用新的移動解決方案開發和工程方法，通過數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。合作伙伴企業也可以安全地納入數字骨干，確保組織之間能夠更快速、更容易地協作。

全面的數字孿生是其中的關鍵所在，它可以捕捉車輛設計和生產的各個方面，幫助車企消除電氣、電子、軟件和機械領域工程團隊之間的障礙。這不僅有助于克服自動駕駛車輛的復雜性，還能在公司中培養一種新的協作模式和創新文化。

自動駕駛車輛設計的第一步是描述預期的車輛行為、運行環境和性能目標。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系統，包括車輛內的各種子系統將如何相互作用，以及相關法規、制造能力、供應鏈，甚至車輛周圍的智能基礎設施會與車輛產生怎樣的交互等等。

因此在設計開始前，需要將全部情形轉化為一組要求和約束條件，這組要求和約束條件概述了設計空間、約束條件和車輛所需的能力。

傳統上，設計團隊使用基于文檔的方法在整個組織中描述、級聯和分解這些需求，但這種方法對于今天復雜的自動駕駛車輛而言顯然是不適宜的。

通過數字化，對于設計的總體理解可以與產品生命周期相集成，從而在整個組織中分解需求的結構化并實現可追溯性。

隨著這種高級描述的分解，工程團隊能夠獲得具體的目標和約束條件，以指導每個組件和子系統的開發。

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、基礎設施、行人等）。

分解這一要求可以確定實現360度感知所需的傳感器類型和數量，以及每個傳感器在車身中的最佳位置；再進一步分解封裝、功率、熱性能等原因，會對這些傳感器的尺寸和位置產生約束，基于此，工程師就可以開始設計和放置傳感器，確保滿足各種要求和約束條件。

汽車設計過程的數字化也可以增強和加速各個工程團隊的設計工作。數字化設計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到每個設計團隊一樣，組件和子系統設計數據、仿真結果和更改可以傳達到車輛級別，甚至可以跨其他工程團隊和領域。

這種跨領域快速有效溝通的能力至關重要。自動駕駛車輛依賴于電子、軟件、機械設備和架構的高度集成系統。傳統上，這些系統的開發是與其他系統隔離進行的，當它們最終結合在一起時往往會導致集成問題。

數字化使工程團隊，甚至是原始設備制造商和供應商之間的團隊，能夠在設計過程的早期開始合作。車輛數字孿生使連接人員、項目、模型和數據的數字主線能夠有效地解決這些復雜問題，幫助集成電子電路設計和仿真、機械CAD、計算流體動力學（CFD）、E/E架構的數字化解決方案，以及更多幫助工程團隊從整體車輛角度進行設計的解決方案。

工程數據可供所有利益相關者使用，助力多領域仿真、設計優化和設計工作的早期驗證。隨著系統設計的不斷完善，數字工程解決方案還可以幫助團隊根據成本、熱性能、功耗、ECU利用率、重量等因素在設計選項之間進行評估和選擇。此外，工程變更可以快速傳達給其他關聯團隊，確保信息的及時性，進而縮短開發周期。

今天的自動駕駛車輛必須擁抱數字化，打破工程領域和產品開發階段之間的界限。全面的數字孿生能夠幫助汽車制造商捕捉車輛設計的各個方面，貫穿其整個生命周期，連接來自電氣、電子、軟件和機械領域的工程團隊，為團隊提供更深入的洞察力，縮短開發周期，提高效率，進而提高市場靈活性。

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