Volkswagen 與 Ansys 共同透過全新汽車工作流程應對電子輔助轉向系統的需求

十月 29, 2024

READ ALOUD

PAUSE READ

Lothar Pfeifer | Ansys 應用工程資深經理

探索一款端對端基於模型的工具鏈如何協助一家汽車製造商，解決系統安全性和複雜性的問題，進而推動自動化轉向功能的發展。

雖然我們還未達成這個目標，但近期的統計數據顯示，自駕車、共乘服務和自駕物流服務的接受度，或許指日可待。麥肯錫未來移動中心的報導指出，自動駕駛可在 2035 年前創造 3,000 億至 4,000 億美元的營收。對於已投入自駕車 (AV) 開發的原始設備製造商 (OEM) 和層級供應商而言，無疑是個大好消息。然而，其成功與否取決於幾項要素，包括有無取得全新技術的以及解決安全疑慮的能力。

Volkswagen 在開發先進電動輔助轉向 (EPS) 系統時，就打算藉此跟上瞬息萬變的汽車產業環境及自駕技術的演進。該公司憑藉著 Ansys 軟體快速提升 EPS 的效能和安全性，以滿足要求標準，同時強化品牌舉世聞名的精確和靈敏的操控性。

Volkswagen AG 軟體系統與工具部門主管 Dr. Johannes Grau 表示：「我們針對安全關鍵開發專案而開發的軟體工具，為我們的工具鏈增添了價值。Ansys 產品是我們得以符合要求的關鍵所在。」

以汽車專業技術為根基放眼未來

如今的 EPS 系統更為複雜，能在不同情境下廣泛控制轉向過程。因此，現代的汽車已具備許多自動化功能，包括在高速公路的環境下，執行車道維持輔助及臨時自駕、自動泊車，甚至是無人駕駛的自動召喚功能。

展望未來，下一階段的革命性發展將是線控轉向系統：駕駛人與前輪之間沒有機械連接的系統。這些轉向系統將實現高度自動駕駛 (SAE 等級 3 以上)，最終則進化至無人駕駛控制，無須方向盤或仰賴人為介入。這一觀點顯示出對具備故障操作能力系統的需求，以確保在所有可能的情境中維持車輛控制。

對於Volkswagen而言，轉向系統的開發工作至關重要，因為駕駛和操控的品質大多取決於轉向感。任何操作上的差異，通常可取決於以毫秒級為單位的微小差距，這需差距是由於車輛軟體功能所引起的異。這些看似無法察覺的差異，但如今的駕駛人仍會不自覺地感受到，進而影響對車輛效能的明確評價。在自動駕駛技術下，缺乏駕駛者的介入使得這種評估變得更加複雜。

Volkswagen 目前正著手開發一款先進的模組化轉向系統，該系統可整合至高端電動平台 (PPE) 車輛中。在組合中加入額外軟體組件，有助於提供對駕駛人體驗極其重要的客製化「運動」感。值得注意的是，轉向系統軟體必須提供可套用至特定車型體驗的行為，同時符合整體品牌對於 PPE 產品系列效能的期望。如此一來，Volkswagen 可減緩與 AV 功能相關的道路風險，包括轉向輔助突然失效或出其不意的轉向。

為了應對在自動駕駛環境中成功開發 EPS 所需的複雜性，需要在跨領域和多重物理場進行測試。系統硬體、軟體和機械特性必須一併納入考量。這對約 150 名的 Volkswagen 工程師而言是一項艱鉅的挑戰，他們負責針對符合成本效益的小型電子控制裝置 (ECU) 所產生的 750,000 行程式碼，著手測試、確認和驗證 8,000 項以上的要求。

更為複雜的是，為執行軟體系統元件的連續分析，所需的所有測試項目需要耗費超過24 小時。為了在時間和成本上保有競爭力，Volkswagen 必須加快精簡流程和產品的步伐。

Ansys 資深應用工程師 Soeren Schreiner 表示：「您面臨的是一個高度複雜性且高變異性的解決方案，它需要具備相當的適應力，但同時也需要對成本敏感，並且兼顧安全性。安全性是構成開發成本最大的一個要素。」

在單一工具鏈中達成 ISO 26262 ASIL-D 和 ASPICE L2 合規性

自動駕駛技術仰賴硬體結合軟體來實現無須駕駛者介入的操作。在此情況下，AV 硬體負責蒐集系統軟體所整理及編譯的數據。接著，這些數據會透過機器學習演算法做處理，或透過由訓練來解讀真實世界情境的程式碼進行分析。

為確保安全，Volkswagen 工程師必須積極證明他們有按照強制性安全標準來開發系統軟體。這一點需要符合 ISO 26262，該標準為國際標準化組織 (ISO) 發布針對電氣或電子車輛系統功能安全的公認標準。ASIL-D 是 ISO 26262 的構成要素，其建立了協助開發 EPS 等安全相關電氣和電子 (E/E) 系統的架構。

此外，Volkswagen 轉向系統必須符合 ASPICE L2 要求。ASPICE 定義了嵌入式軟體在開發汽車時的最佳實作範例。在等級 2 (L2) 中，它驗證工作產品能可靠地交付，並幾乎或完全達到 ASPICE 標準。

在 Ansys SCADE Architect、SCADA Suite、SCADE Test 和 SCADA LifeCycle 等開發工具的協助下，成功創建了一個端對端基於模型的系統及軟體設計工具鏈。在建立高度複雜的安全相關系統時，新的工具鏈支援 Volkswagen 高效開發和部署軟體，同時遵循 ISO 26262 ASIL-D 和 ASPICE L2 的安全限制條件。

Schreiner 表示：「我們與 Volkswagen 開發的產品，正是深具效率且靈活的工作流程。該流程讓我們能指定及維護相當複雜的多層級軟體架構模型，並自動與軟體設計模型及功能測試專案同步，同時實現完整的要求可追蹤性。」

在協助打造工具鏈方面，SCADE Suite 和 SCADE Test 軟體亦減少了 Volkswagen 為達成合規性所需的活動數量。

Grau 表示：「我們在使用軟體開發工具時，若軟體工具的認證為工具開發的一部分，可為我們的工具鏈增加價值。Ansys SCADE Suite 軟體等認證工具，可讓我們在安全相關的開發程序中，減少投入審查方面的心力。」

運用 SCADE 軟體解決方案破解秘密代碼

SCADE 平台的軟體是建立 Volkswagen 模型式 EPS 系統和軟體設計工具鏈的核心。下列功能讓其在提升自駕車功能的安全性方面，佔有獨特的定位：

完全符合資格的程式碼生成、基於模型的測試及報告，讓 Volkswagen 能夠主張所有與 ISO 26262 相關的模型層級活動 (測試、覆蓋率、審查) 無需在源代碼層級重複進行。如此一來，工程師便可跳過一般需要執行的背靠背的連續測試，來證明模型的行為方式如同程式碼所示。
AUTOSAR (即 AUTomotive Open System ARchitecture，車輛開放系統架構) 相容的軟體生成，可為開發並建立開放的標準化架構，供電子控制單元（ECU）使用，以實現更大的可擴展性。這項標準主要用於將介面進行匹配，讓不同公司或層級供應商製造的組件能夠相互組裝且順利通訊。