Wie Virtual Prototyping die Entwicklung von Elektrofahrzeugen unterstützt

Der Automobilsektor ist zweifellos der wettbewerbsintensivste weltweit. Sein Tätigkeitsbereich ist enorm, ebenso wie seine Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Der Automobilmarkt hat sich im Laufe der Jahrzehnte von einfachen Transportmitteln zu hochmodernen, funktionsreichen, zuverlässigen und leistungsstarken Mobilitätsplattformen entwickelt.

Wir können uns glücklich schätzen, dass die Technologie rasante Fortschritte macht und Lösungen für Nachhaltigkeitsprobleme hervorbringt, da das Bewusstsein für Nachhaltigkeit in den letzten zehn Jahren gestiegen ist und wir Menschen unsere Auswirkungen auf die Erde besser verstehen. Automobilhersteller reagieren auf den Trend zur Elektrifizierung von Fahrzeugen, indem sie ihre Palette an batteriebetriebenen Fahrzeugen erweitern und, wie im Fall von GM, sich das Ziel setzen, bis 2035 emissionsfreie Fahrzeuge anzubieten. Infolgedessen wurde ein neues virtuelles Autodesign entwickelt.

• Diejenigen, die sich um den Klimawandel sorgen, begrüßen diese Initiativen, aber Elektrofahrzeuge (EVs) haben noch einen langen Weg vor sich, bevor sie sich durchsetzen können. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) wurden 2019 weltweit 2,1 Millionen Elektroautos verkauft, was 2,6 Prozent der weltweiten Autoverkäufe entspricht und den Gesamtbestand dieser Fahrzeuge auf 7,2 Millionen Einheiten erhöht. Während der Ausbruch von COVID-19 voraussichtlich Auswirkungen auf den Absatz von Personenkraftwagen haben wird, geht die Internationale Energieagentur (IEA) davon aus, dass der Absatz von elektrischen Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen im Jahr 2020 stabil bleiben und etwa 3 % des weltweiten Automobilabsatzes ausmachen wird. Laut Deloitte wird der weltweite Absatz von Elektroautos von 2,5 Millionen im Jahr 2020 auf 11,2 Millionen im Jahr 2025 und 31,1 Millionen im Jahr 2030 steigen. Die folgenden Variablen sind laut den Analysten von Deloitte für diesen Anstieg verantwortlich:
• Kundenbedarf
• Richtlinien und Gesetze der Regierung
• Das Engagement der Automobilhersteller für Elektrofahrzeuge
• Firmenflotten stellen auf Elektrofahrzeuge um.

Entwicklung von Elektrofahrzeugen

Dank bahnbrechender Fortschritte in der Batterietechnologie und kontinuierlicher Innovation verfügen Elektrofahrzeuge nun über die Reichweite und die spritzige Leistung, die sich die meisten Fahrer für ihren täglichen Weg zur Arbeit wünschen. Hinter den Kulissen erfordern diese Entwicklungen jedoch ein hohes Maß an technischem Fachwissen sowie moderne Konstruktionswerkzeuge und Ressourcen. Schauen wir uns an, wie Techniken der elektronischen Entwurfsautomatisierung (EDA) dazu beitragen können, die Entwicklung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen und gleichzeitig die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Laut Deloitte wird der Gesamtabsatz von Elektrofahrzeugen bis 2025 voraussichtlich 11,2 Millionen erreichen. Im Jahr 2020 lag er bei 2,5 Millionen.

Früherkennung von Design- und Softwareproblemen

Die Automobilhersteller von EV Virtual Prototyping müssen bei der Konstruktion von Elektrofahrzeugen die richtige Balance zwischen Leistung, Reichweite, Kosten und Effizienz finden. Außerdem müssen sie sich mit den Schwierigkeiten auseinandersetzen, die sich aus den rauen Betriebsbedingungen der Fahrzeuge sowie dem Zusammenspiel von elektrischen und mechanischen Komponenten in dieser Umgebung ergeben. Um die Wirtschaftlichkeit zu steigern, haben sich viele OEMs dafür entschieden, mehr Hardware und Software einzusetzen, um ihre Fahrzeuge mit Intelligenz auszustatten, und weniger elektromechanische Elemente zu verwenden.

Die Entwicklung elektronischer Systeme zur Unterstützung von Elektrofahrzeugen hat neue Probleme in den Bereichen Hardware-Design, Software-Entwicklung, EV-Ladegeräteund Systemtests. Die frühzeitige Erforschung des Designraums, die Auswahl der elektrischen Komponenten, die Softwareentwicklung und die Komplexität der Integration, die Prüfung der funktionalen Sicherheit und die Kosten für die Prototypenentwicklung sind allesamt wichtige Faktoren.

Prüfstände werden seit jeher von Automobilkonstrukteuren zur Validierung elektronischer Systeme eingesetzt. Prüfstände sind jedoch teuer, und eine Fehlerinjektion ohne Zerstörung der Hardware ist nahezu unmöglich.

Elektronische Fahrzeuge können mithilfe von virtuellem Prototyping das gesamte elektronische System validieren, ohne auf physische Hardware angewiesen zu sein. Darüber hinaus ermöglicht virtuelles Prototyping in dieser Kultur des Homeoffice ein einfaches Testen von überall auf der Welt.

Entwicklung von Elektrofahrzeugen an einem Ort

Im vergangenen Sommer haben wir eine umfassende, multidisziplinäre Lösung für das virtuelle Prototyping von Elektrofahrzeugen vorgestellt, mit der Konstrukteure Designoptionen prüfen, Kompromisse abwägen, eingebettete Software entwickeln und viele Verifizierungsphasen abschließen können, bevor sie mit der Herstellung der Hardware beginnen. Die einheitliche Lösung ist auf die besonderen Anforderungen von Elektrofahrzeugdesign, wie zum Beispiel:

• Leistungselektronik, Batteriesysteme, Mikrocontroller und AUTOSAR-Komponenten sind alle in EV-Modellbibliotheken vertreten.
• Für eine detaillierte Untersuchung wird eine mehrstufige Schnellsimulation verwendet, die von abstrakt bis hochpräzise reicht.
• Unterstützung bei der funktionalen Sicherheit, der Hardware- und Software-Fehlersuche, der Variationsanalyse, der Abdeckungsanalyse und der Kalibrierungsgestaltung durch Fehlersuche, Analyse und Testen der Funktionalität
• Unterstützung für die Functional Mock-up Interface (FMI) und andere Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs), die die Integration in andere Automobilabläufe und -werkzeuge ermöglichen (FMI)

Die EV-Lösung für virtuelles Prototyping umfasst die folgenden Komponenten:

• VirtualizerTM und Virtualizer Development Kits (SDKs) sind Tools zum Erstellen, Verteilen und Verwenden virtueller Hardware-Prototypen.
• Für eine effektive Entwicklung von Motorsteuergerätesoftware (ECU) verlagert die virtuelle ECU-Plattform Silver die Entwicklungsaktivitäten von Straßen- und Prüfständen auf einen Windows®-PC.
• TestWeaver® ist ein intelligentes Testautomatisierungstool, das mit minimalem Spezifikationsaufwand Systemtests erstellt und ausführt, um Fehler zu entdecken und die Testabdeckung zu maximieren.
• SaberRD und SaberEXP sind integrierte Umgebungen zur Virtualisierung und Optimierung von leistungselektronischen und mechatronischen Systemen.

Unsere Lösung für das virtuelle Prototyping von Elektrofahrzeugen ermöglicht es einer vielfältigen Gruppe von Entwicklungs- und Testingenieuren, sich auf Bereiche wie Steuerungssysteme, Anwendungssoftware usw. zu konzentrieren. firmware, Leistungselektronik, Batteriesystemmanagement, Motorantrieb, Zuverlässigkeit, funktionale Sicherheit, Kalibrierung und System-/Softwareintegration, was zu einer verbesserten Produktqualität und -leistung sowie zu geringeren Entwicklungs- und Wartungskosten führt.

Um Zeit zu sparen und Iterationen zu reduzieren, kann virtuelles Prototyping als Teil einer Shift-Left-Strategie eingesetzt werden, bei der der Entwurfs- und Verifizierungsprozess auf einen früheren Zeitpunkt im Prozess verlagert wird. Darüber hinaus können Designer durch Online-Prototyping Fehler und Grenzfälle testen, die mit Hardware schädlich oder unmöglich zu realisieren wären. Der Triple-Shift-Left-Prozess von Synopsys umfasst die Erstellung eines virtuellen Prototyps parallel zur ECU-Entwicklung, die Verwendung von IP in Automobilqualität zur Ausführung bestimmter Funktionen auf Silizium und die Durchführung frühzeitiger und umfassender Tests der Automobilsoftware. Der Zweck von Triple-Shift-Left besteht darin, den traditionellen seriellen Automobilentwicklungsprozess in einen parallelen Prozess umzuwandeln, wodurch Zeit und Geld gespart und das System von Anfang an hinsichtlich funktionaler Sicherheit, Schutz und Zuverlässigkeit optimiert wird.

Fazit

Mit EDA-Techniken wie virtuellem Prototyping lässt sich die Entwicklung elektronischer Systeme für Elektrofahrzeuge erheblich vereinfachen und beschleunigen. Das sind großartige Neuigkeiten für Entwickler, die sich einen Namen machen möchten.

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Referenzen

https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/future-of-mobility/electric-vehicle-trends-2030.html

https://blogs.synopsys.com/from-silicon-to-software/2021/02/10/electric-car-design-virtual-prototyping/