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从汽车行业看基于模型设计流程的价值

上网日期: 2014年08月19日 ?? 作者: 邵乐峰 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:基于模型的设计? 成熟度架构? MathWorks?

为了在有限的预算和时间内满足苛刻的技术目标,2008年,当时名气远未如今天这般火爆的电动汽车制造商Tesla通过采用MathWorks基于模型的设计工具(Model-Based Design, MBD),成功开发出世界第一辆电动跑车Tesla Roadster。

当时,Tesla公司设计团队依靠Simulink和MATLAB对整个汽车和其主要子系统建模。工程师将汽车每个主要系统独立的模型(包括电动机、电池、传动机构、制动器、轮胎、电力以及控制系统)集成到一个完整的系统模型中。他们在构建样机之前使用这些模型仿真计算和预测总体车辆性能,然后对比仿真结果和样机路面测试结果,以优化整个系统设计。

如何从快速原型到产品

从快速原型到产品,Tesla的成功让更多企业看到了MBD流程的价值。但这一体系如何导入?如何评估?如何使用?仍是相当多企业为之困扰的难点所在。MathWorks全球技术咨询服务总监Paul Smith用“九宫格”的方式来描述从原型到产品的开发路径。通常,很多的产品开发都是从左下角的“图形化规范(Graphical specification)”阶段开始,终点是右上角的“完全利用MBD (Fully-leveraged MBD)”,企业会依据自身的产品、市场优势选择不同的路径。

他认为这些路径没有所谓的“好”与“不好”之分,公司的技术实力、产品定位与当前需求将是影响路径选择的三大要素。例如对从事汽车主动安全系统开发的企业来说,由于对安全性测试有着较高的要求,他们往往选择从“图形化规范”到“硬件在环(Hardware-in-the-Loop)”。但硬件在环对生产雨刷、车窗的企业来说成本显然太高,他们就会直接跳过。

早在上世纪90年代,汽车行业和MathWorks公司就提出了基于模型设计的系统开发理念。其意义在于用虚拟模型描述系统中相对应的每一部分的物理原型,并在一个软件环境中对整个系统进行仿真,以便在开发流程的早期阶段发现系统和控制的设计问题,及时做出改进。

“我们把它称之为V型设计。”Paul解释说,这是因为基于模型设计就是要先将算法模型化、物理系统模型化,以及环境模型化,然后基于MATLAB与Simulink平台,在后续的设计中不断进行仿真,再用自动代码生成工具产生实际控制系统所需的软件代码。这种设计方法可以让工程师在设计初期即能运用实际可行的模型进行系统测试与仿真,实际上是将测试提前到了仿真阶段,力争尽早发现并解决问题,而且可以排除由于手工编程可能导致的错误。

(电子工程专辑)
图1:MathWorks全球技术咨询服务总监Paul Smith。

下一页:中国企业对MBD流程的接受和采用程度如何?


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