将系统工程应用于复杂的联网车辆

随着汽车变得越来越复杂，里卡多一直在应用基于模型的系统工程，帮助原始设备制造商在汽车、非公路和建筑市场领域开发更好的互联和自动化产品。

系统工程是一门跨学科的系统方法，通过在开发周期的早期关注客户需求来成功实现产品。在20世纪70年代和80年代，车辆相对简单，主要是机械独立系统。今天的产品极其复杂，包含大量相互作用的系统，其中大部分包含电子设备和软件。随着新系统的加入，复杂性变得复杂，成为原始设备制造商面临的主要挑战。所有的功能都需要相互作用，安全可靠，并提供汽车制造商想要的属性。

人员和货物流动性变化的影响，特别是自动驾驶和互联互通的影响，增加了车辆的复杂性，推高了开发成本和风险，给汽车制造商带来了压力。连接性和自动化有许多潜在的好处和驱动因素(图2)，尽管需要仔细检查每个潜在应用程序的价值，以了解考虑实现的潜在复杂性是否存在业务用例。

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自主性和连接性正在加速图1所示的功能爆炸的增长。有许多新的系统、传感器和执行器，需要新的架构来支持先进的安全概念。当我们在产品中包含连接性时，我们需要将产品视为更大生态系统的一部分，这样产品就不只是一个独立的工具，它必须与系统的其他部分交互。

近期的许多自动道路车辆在连接方面都受到一定限制。然而，我们已经看到非公路和建筑应用的连通性在增加，通过更大的车对车和“车2一切”连通性以及智能交通系统的发展，道路车辆将获得更多的连通性。

通过基于模型的系统工程方法可以获得许多潜在的好处(图3)。系统工程使产品能够实现其潜力，降低风险和开发成本。越来越多的原始设备制造商对系统工程感兴趣，认为这是一种早期开发精心设计的产品的方式，可以避免在汽车投放市场后解决问题(尤其是安全问题)所带来的巨大成本。系统工程的另一个关键好处是它促进了重用，这样产品设计就不会被丢弃，并且可以在未来的产品中重新应用。

Ricardo采用了一种基于特性驱动模型的系统工程方法(图4)，它将特性驱动对客户需求的关注与v模型开发模型结合在一起。我们将重点放在V的左边，在这里，功能驱动开发方法可以有效地管理车辆的复杂性。该方法集成了物理和功能建模工具和技术;需求管理和建模是一个关键部分。该方法包括考虑功能性能、功能安全性、数字弹性和预期功能(SOTIF)的安全性。Ricardo的系统工程专家充当客户利益相关者和开发团队的技术实现之间的桥梁，确保需求以最小的缺陷转化为组件设计。

图5更详细地显示了特性驱动过程。该过程从理解问题开始，应用领域专业知识来捕获OEM输入并将其细化为功能定义，然后可以回放给OEM。特性被细化为特性流，功能、功能场景和用例被建模。合并和边界涉及到将相似的函数分组在一起并减少重叠量。在设计步骤中，里卡多提出了预期的功能概念，包括安全概念、安全概念和性能概念。在细化步骤中，里卡多对产品将如何运行进行了整合，并在概念之间达成了一致和权衡。

里卡多为许多不同的原始设备制造商采用了这种方法，包括先进的队列自动化、自动化移动服务、受限区域自动化以及非公路和建筑自动化。图6显示了一个施工示例，其中OEM感兴趣的功能是在机器驾驶和操作时保护现场工人，以及在受限场地内的安全导航。

Ricardo使用系统建模语言(SysML)定义系统行为并分析用例和场景，然后定义系统性能和约束。定义了功能体系结构，导出了功能安全、安全性和SOTIF概念。然后，在导出物理架构之前，根据预期的技术性能和可用性确定传感器和执行器。在此基础上，里卡多将场景和模型与施工环境一起进行仿真，并设计和开发控制算法。

使用基于特征驱动模型的系统工程方法，使我们能够在模拟中确定各种用例的传感器位置和位置，并访问各种车辆特性的影响。该方法为OEM建筑产品系列的控制算法和传感器配置提供了高度的可重用性和可伸缩性，用于车辆移动和建筑设备操作。更改对车辆、环境或用例的影响可以很容易地进行分析和模拟，以及评估架构中的权衡。

车辆的复杂性将会增加，特别是随着人员和货物的新移动概念以及连接和自动化的进步。采用基于模型的系统工程方法是管理这种复杂性和按时并在预算内交付高质量产品的关键。

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