Synopsys and Ansys power the future of innovation—connecting silicon to systems.
當今的汽車電子模擬在其規模與複雜度上，不斷挑戰運算建模的極限。Ansys (現已與新思科技合而為一) 與 EMA 協助客戶藉由元模型建模減少時間、精力、成本與風險。
在期待電氣化、自主化與更多其他功能持續推動車輛開發的時代中，模擬仍是針對電磁相容性 (EMC) 為各類型汽車系統進行最佳化的一種成熟方法。領先的汽車製造商及其一級供應商仰賴模擬使它們能夠在設計最早期階段預測電子設備效能，藉此提升多個高密度系統之間的訊號清晰度與通訊能力。
隨著汽車電子的快速擴展，工程團隊不斷面臨處理器的運算極限，與突破傳統建模方法的挑戰。資料量持續成長、訊號數量不斷增加，而在日益增多的電磁「雜訊」中，電磁干擾 (EMI) 的來源也更難辨識與處理。
「就電磁環境而言，現代車輛極其複雜。」一位Ansys 技術合作夥伴 EMA (Electro Magnetic Applications) 公司 的資深科學家兼產品經理 Sebastian Soldwisch 指出。「例如，現代汽車中的電氣系統可能配有超過 1500 條纜線。」他表示。「即使是一個非常小的修改，例如移動單一條纜線，也可能導致車輛軟體與系統發生重大效能問題。精度至關重要。但隨著數值的複雜度不斷提升，工程團隊承受著必須精確建立模型並解決問題，同時仍要符合急迫的時間與成本限制的壓力。」
在完整車輛平台模型中，包含線束的電子外殼內之印刷電路板 (PCB)
訊號元模型建模：引領未來的趨勢浪潮
Ansys 與 EMA 正在攜手提升汽車產業對先進技術「元模型建模」的採用，此技術為模擬進階使用者提供清晰的發展路徑。。
電氣訊號元模型建模會使用模擬規則、先前結果、既定數學關係與自訂演算法，準確複製電磁輸入與輸出、預測潛在干擾來源，並隔離電子工程中其他預先定義的問題類別。現代元模型建模方法可讓工程師以運算效率更高的近似模型，取代數值規模龐大且複雜的模型，進而更快速且更俐落地排除雜訊。
元模型讓團隊能探索新的纜線配置與先進材料等設計創新，甚至設計完整的電動車架構，而無需承擔傳統上與這類分析相關的龐大運算負擔。他們可以先針對智慧模型進行一次訓練，之後便能即時探索設計的調整方向。
元模型建模不僅能減少單次模擬相關的時間、成本與風險，也能在工程師建立後續模型時，提升可重複使用性、彈性與效率。自適應神經網路、人工智慧 (AI)、機器學習 (ML) 技術與多物理整合等新興技術，正進一步提升元模型建模的速度與準確度。
「可以把元模型建模想成是為建模建立一個模型。」Soldwisch 解釋。「汽車電氣工程師現在可以在更廣泛的參數空間中即時預測電磁行為。當結合現今圖形處理器 (GPU) 處理技術的突破時，元模型建模代表著一場生產力革命。在某些 EMC 與 EMI 研究中，我們看到 10 倍到 50 倍的加速效果。工程師能夠以前所未有的速度與效率，模擬更多的物理現象、更大型的模型，以及更多的設計迭代。」
隨著全球汽車產業競爭加劇，同時消費者也提出更多電子功能的需求，元模型建模正快速從最佳實作範例轉變為汽車工程中的標準作業程序。
透過 Ansys 與 EMA 加速邁向元模型建模
Ansys 在訊號元模型建模領域領先業界，豪不令人意外。我們已在此領域積極投入，並與 EMA、NVIDIA 等領導者建立強大合作關係，讓我們的汽車客戶站在模擬創新的最前線。
透過與 EMA 的長期合作關係，我們顯著地強化了我們的元模型建模能力；EMA 是電磁模擬、顧問與量測服務的全球領導者，專精於 EMI、EMC 以及充電流程與現象等領域。我們共同開發了一套用於最佳化汽車電子的穩健解決方案。
- Ansys optiSLang 流程整合與設計最佳化軟體專為自動化複雜模擬工作流程而打造，可讓工程師擷取更深入的洞察，並高效率地最佳化設計。
- Ansys EMC Plus 電磁干擾與相容性模擬軟體是與 EMA 合作開發，可建立能自動化數千次設計迭代的工作流程。
- Ansys Charge Plus 電磁充電與放電模擬軟體同樣與 EMA 合作開發，可處理其他多物理挑戰，包括太空輻射、靜電放電與電漿物理，進一步補強這些功能。
透過應用這套完整工具組，電氣工程團隊可針對纜線與系統配置，自動產生並分析大型多物理資料集。由於工程師不再需要在每個模擬週期中進行手動調整，因此能快速探索數百甚至數千種設計變化。深度神經網路等機器學習演算法可協助建立元模型，以高準確度預測訊號完整性與干擾。
這些元模型會將傳統上離散且逐步進行的模擬流程，轉變為一個連續的設計空間，進而實現即時調整與最佳化。這項能力可直接因應汽車工程中的急迫挑戰，例如處理密集線束、確保符合安全標準，以及降低高壓與低壓系統之間的串擾。此外，透過使用 GPU 加速，即使是大型系統也能以驚人的速度執行支援元模型的模擬。
推動真實成果：元模型建模實際應用
「元模型建模帶來的突破性成果不只是理紙上談兵。它們已經在改變汽車產業。」Soldwisch 表示。
舉例來說，Ansys 的一位汽車客戶近期面臨了一項挑戰，需要在新的車輛架構中最佳化纜線佈線，以降低高壓與低壓纜線之間的串擾。透過搭配使用 EMC Plus 軟體與 optiSLang 軟體，工程師能夠自動化評估各種纜線配置，包括調整距離、長度與方向等參數。而藉由一系列迭代模擬，系統產生資料以訓練一個深度神經網路，進而得到高精準度的元模型，能夠預測無數配置下的電磁行為。
該客戶團隊特別關注纜線幾何中的細微變化，這些變化對模態轉換與 EMI 皆有顯著影響。例如，雙絞線纜中導體長度僅 1 mm 的變化，就會造成模態轉換出現超過 60 dB 的位移。
由於元模型可產生上述及其他寶貴的即時洞察，工程師很快便找出可將干擾降至最低、降低串擾，並符合汽車效能與安全標準的最佳配置。此範例展示了先進元模型建模與自動化工作流程如何加速複雜汽車系統的開發，同時仍能因應關鍵安全性與功能性挑戰。
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隨著電動車與自動駕駛車輛持續普及，確保高密度系統內的電磁相容性仍是一項關鍵挑戰。能在設計最早期階段預測並減輕串擾與 EMI 等問題的工程團隊，將在市場上具備顯著優勢。
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