本文原刊登于Ansys.com：《Volkswagen and Ansys Navigate Electronic Power Steering Requirements Together With a New Automotive Workflow》
作者：Lothar Pfeiferi | Ansys应用工程高级经理
了解基于模型的端到端工具链如何帮助汽车制造商对系统安全性和复杂性进行分类，以提升自动转向功能。
尽管还未实现，但最近的统计数据表明，大众普遍接受自动驾驶汽车、共享出行和送货服务的时代可能即将到来。据麦肯锡未来出行研究中心（McKinsey Center for Future Mobility，MCFM）预测，到2035年，自动驾驶技术将创造的市场价值达3,000亿到4,000亿美元。对于已经投资自动驾驶汽车（AV）研发的原始设备制造商（OEM）和各级供应商来说，这是一个好消息。不过，他们的成功取决于多个方面，包括获得新技术和解决安全问题的能力。
大众汽车希望在开发先进的电子助力转向（EPS）系统的过程中，跟上快速变化的汽车行业格局以及向自动驾驶的发展步伐。该公司依靠Ansys软件快速了解EPS性能和安全性，以满足需求阈值，同时进一步提高该品牌闻名遐迩的精确性、响应性处理能力。
大众汽车公司软件系统和工具负责人Johannes Grau博士表示：“我们专门为安全关键型研发项目应用而开发的软件工具，为我们的工具链增加了价值。Ansys产品对于我们的认证基础至关重要。”
如今的EPS系统更加复杂，能够在不同场景下实现广泛的转向控制功能。因此，现代汽车已经具备了许多自动化功能，包括车道保持辅助和高速公路场景中的临时自动驾驶、自动泊车，甚至还实现了自动无人驾驶召唤。
展望未来，下一步发展将是线控转向系统，即驾驶员和前轮之间没有任何机械连接的系统。这些转向系统将实现高度自动化驾驶（SAE L3+级），并最终发展为无需方向盘或人工接管功能的无人驾驶控制。从这种角度看，业界需要能在所有可能场景下都保持车辆控制的故障可运行系统。
由于驾乘体验和操控性在很大程度上由转向感决定，因此转向系统开发对大众汽车来说至关重要。任何操作差异通常都可以归结为车辆软件在几毫秒内的差异，而这些看似无法察觉的差异，现在仍然会被驾驶员无意识地感知到，并且驾驶员经常会基于此对车辆性能做出判断。在自动驾驶情况下，由于没有驾驶员操作，这种评估会变得极为复杂。
大众汽车正在研发一种先进的模块化转向系统，可集成到其Premium Platform Electric（PPE）车辆中。在产品组合中添加额外的软件组件有助于提供可定制的“运动”感受，这对驾驶员体验至关重要。值得注意的是，转向系统软件不仅需要提供应用于特定车型的体验，还应与整个PPE系列对整体品牌性能的期望保持一致。为此，大众汽车希望降低与AV功能相关的道路风险，包括转向辅助突然失效或意外转向。
为了充分考虑自动驾驶环境中的复杂性条件以实现成功的EPS开发，工程师不仅需要跨多个域和多物理场进行测试，还必须将系统软硬件和机械都考虑在内。这对于近150名大众汽车工程师而言是一项艰巨的任务，他们负责对一个小型、具有成本优势的电子控制单元（ECU）（可生成750,000行代码）进行测试、验证，并确认8,000多项要求。
更复杂的是，执行软件系统组件背靠背分析所需的所有测试案例需要超过24小时的时间。因此，为了在时间和成本方面保持竞争力，大众汽车需要加速简化流程和产品。
Ansys高级应用工程师Soeren Schreiner表示：“面对如此高的复杂性和可变性，解决方案需要具有强大的适应性，同时还要满足成本和安全性的要求。安全性是占据了大部分开发成本的因素。”
高性能：大众汽车PPE平台电子转向系统
在统一工具链中实现ISO 26262 ASIL-D和ASPICE L2合规性
自动驾驶技术依赖于软硬件的结合，以便在没有驾驶员输入的情况下可靠运行。在这种情况下，AV硬件负责收集数据，然后由系统软件进行组织和编译。接下来，该信息通过机器学习算法或经过训练以解释真实场景的代码行进行处理。
为了证明安全性，大众汽车工程师必须有效证明他们开发了符合强制性安全标准的系统软件。它需要符合ISO 26262要求，这是国际标准化组织（ISO）发布的一项国际公认的电气或电子车辆系统功能安全标准。ASIL-D是ISO 26262的一部分，它建立了一个用于帮助开发安全相关电气和电子（E/E）系统（如EPS）的框架。
此外，大众汽车的转向系统必须符合ASPICE L2要求。ASPICE定义了汽车开发中嵌入式软件的最佳实践。在L2级，它可验证工作产品（Work Products）是否能够以几乎或完全达到ASPICE标准进行可靠地交付。
在Ansys SCADE Architect、SCADE Suite、SCADE Test和SCADE LifeCycle等开发工具的帮助下，大众汽车可以创建基于模型的端到端系统和软件设计工具链。新的工具链支持大众汽车高效开发和部署软件，同时，作为高度复杂、安全相关系统的一部分，满足ISO 26262 ASIL-D和ASPICE L2安全约束要求。
Schreiner表示：“我们与大众汽车合作开发了非常高效且非常灵活的工作流程。该流程使我们能够指定和维护复杂的多级软件架构模型，这些模型可与软件设计模型和功能测试项目自动同步，同时实现全面的需求可追溯性。”
在优化工具链的过程中，SCADE Suite和SCADE Test软件还减少了大众汽车实现合规性所需的活动数量。
Grau表示：“使用软件开发工具，将软件工具认证作为工具开发的一部分，为我们的工具链增加了价值。在我们的安全相关研发流程中，Ansys SCADE Suite软件等经过认证的工具可帮助我们减少审核工作量。”
