上海2014年2月19日電 /美通社/ --電子設(shè)計自動化技術(shù)的領(lǐng)導廠商 Mentor Graphics近日發(fā)布一份題為《走向更高！針對汽車多媒體系統(tǒng)設(shè)計的熱模擬》的研究報告。本報告最初發(fā)表于明導旗下刊物《Engineering Edge》，由大陸汽車集團的Uwe Lautenschlager 博士撰寫，中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=242。
1.引言
國際汽車 OEM 廠商的系統(tǒng)供應商大陸汽車集團設(shè)有三個部門：底盤與安全系統(tǒng)部、動力總成系統(tǒng)部和車身電子系統(tǒng)部。車身電子系統(tǒng)部由四個業(yè)務單元組成：儀表與人機界面、信息娛樂與智能通訊、車身與安全和商用車與售后部件及服務。
信息娛樂與智能通訊業(yè)務單元的產(chǎn)品包括收音機、具備互聯(lián)能力的收音機和導航、多媒體系統(tǒng)、嵌入式車載智能通訊解決方案、車載無線通訊系統(tǒng)以及軟件與專用解決方案，尤其側(cè)重于娛樂、信息、導航和通訊。
汽車多媒體系統(tǒng)所面臨的一個較大挑戰(zhàn)是它們必須在各種環(huán)境條件下工作：
具有嚴格的設(shè)計標準：
2.全文要點與大綱如下：
a.一個遠不止物理原型設(shè)計的世界
設(shè)計滿足這些要求的系統(tǒng)所要做的工作比設(shè)計完成之后的物理原型設(shè)計多得多。事實上，大陸汽車的模擬愿景是“只需一次就打造出理想中的產(chǎn)品”(Get the Product Right the First Time)；他們的戰(zhàn)略是通過“依托模擬做出設(shè)計決策”實現(xiàn)這一愿景。因此，模擬現(xiàn)已高度整合進設(shè)計流程。
大陸汽車采取全方位 3D 系統(tǒng)級建模，模擬中包含所有熱相關(guān)部件以及氣流部件。幾何描述基于機械 CAD 數(shù)據(jù)，所有相關(guān)部件和模塊的輸出/輸入均來自 CAD 系統(tǒng)。然而，幾何描述可以實現(xiàn)簡化和理想化。使用的復雜性取決于模擬目標：使用較少的細節(jié)分析各種初步概念，而成熟設(shè)計的建模則包括更多細節(jié)。
b.“專業(yè)知識”--大陸汽車的競爭優(yōu)勢
大陸汽車已擁有大量與復雜電子系統(tǒng)和子系統(tǒng)（包括物理硬件和潛在的冷卻解決方案）熱模擬模型（FloTHERM 模型）建立和驗證相關(guān)的內(nèi)部專業(yè)知識。
| 與硬件相關(guān)的 | 與冷卻解決方案相關(guān)的 |
| 機架：1-DIN、2-DIN、客戶定制、 CD、HDD 和 DVD 驅(qū)動器（只讀存儲器、視頻）、轉(zhuǎn)換器 屏蔽框 前顯示器（LED 背光） 連接器和電纜 部件：主 CPU、處理器、存儲器、 印刷電路板 (PCB) 模塊：電源、驅(qū)動器、GPS 電話、功放、調(diào)諧器、顯示器等 |
風扇（類型、特性曲線、方向） 接觸電阻（導熱膏等） 通風孔、過濾器（開孔率、壓力損失） 吸熱器、熱導管、散熱器 IC 封裝（類型、大小、熱模型類型 導熱填充墊等 環(huán)境條件、使用案例 功率耗散：最小值、一般值、較大值、使用案例 度量傳感器位置 |
設(shè)計過程各階段各種未知情況、建模假設(shè)和簡化導致的不確定性通過驗證得以緩解，正如以下兩個案例所闡述的。
案例：調(diào)諧器模塊建模
該模塊可建模成擁有均勻功率耗散分布的單塊，或者擁有所有內(nèi)部電氣部件和屏蔽的詳細模型，或者這兩個模式之間的一種模式。在大陸汽車的經(jīng)驗中，一個簡化模塊通常足以應付全面的系統(tǒng)分析。然而，有關(guān)內(nèi)部部件溫度的結(jié)論卻要從以下描述的參考模擬中得出。
示例：底盤型號驗證
底盤的一部分被用作汽車功放的冷卻散熱片。底盤的一個重要方面在于頂部支架和底蓋的熱接觸程度（關(guān)乎制造公差）。對模型假設(shè)進行驗證是提高模型精確度的關(guān)鍵。這樣可以測量產(chǎn)品原型并利用測量結(jié)果來比較模擬模型。方案1 (g1) 無間隙（完全熱接觸），而方案2(g2) 則存在0.3毫米的間隙，因此蓋子之間沒有熱接觸。通過比較所測量的外殼溫度，方案2（有間隙）似乎最能代表支架的接觸程度。
c.超越高逼真度模擬
大陸汽車對模擬的專注不會止步于熱模型的構(gòu)建及驗證。旨在改善散熱設(shè)計的決策可能會影響產(chǎn)品的機械、電氣和電磁兼容性 (EMC) 性能。大陸汽車設(shè)計人員就此提出了一個關(guān)鍵問題：
“我們怎樣才能在保持決策自由度的同時實現(xiàn)設(shè)計的靈活性并做出更好的設(shè)計決策呢？”
要找出這個答案需要分析該產(chǎn)品在所有學科方面的表現(xiàn)并確認獨立和耦合系統(tǒng)變量。多學科設(shè)計優(yōu)化 (MDO) 技術(shù)與模擬、優(yōu)化（含依賴于學科的目標和約束條件）以及實驗設(shè)計 (DOE) 和響應面法技術(shù)可以用來解決這個設(shè)計問題。事實上，DOE 工具為探究概念并完成強大設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。DOE 的兩個主要方面是對數(shù)值模擬的規(guī)劃和統(tǒng)計分析。
離散和連續(xù)設(shè)計變量的數(shù)目可能非常大。篩選模擬支持將對主要因素（設(shè)計驅(qū)動因素）的挑選納為 MDO 的設(shè)計變量。即便如此，所需的計算工作量也是非常巨大的。
d.連續(xù)改進設(shè)計
為提升整體設(shè)計做出調(diào)整，如產(chǎn)品的機械、電氣和 EMC 性能間的協(xié)調(diào)以及溫度限制、可制造性或成本等其他限制條件，有利于實現(xiàn)連續(xù)改進。對每個學科而言，這些改進可以看作是對基礎(chǔ)設(shè)計的完善。在進行熱設(shè)計時，則可視為對監(jiān)控點溫度的調(diào)整，從而與將用作測量物理原型的傳感器的位置相匹配。
e.業(yè)務優(yōu)勢
針對汽車應用的現(xiàn)代化收音機和導航系統(tǒng)（即多媒體系統(tǒng)）極為復雜，包含大量機電零部件。這些汽車多媒體系統(tǒng)的設(shè)計必須符合從機械穩(wěn)定性和熱管理到電磁兼容性和光學均勻性等要求，因而需要機械、電氣和軟件工程師相互配合。掌握多門學問很有必要。
大陸汽車必須快速響應瞬息萬變的客戶要求。產(chǎn)品的開發(fā)必須顧及客戶信心以及質(zhì)量、成本和設(shè)計時間。多學科設(shè)計優(yōu)化 (MDO) 非常適合用于在多學科環(huán)境中找到更好的設(shè)計解決方案。模擬支持知識生成，并且有助于以更低的成本、更短的時間和更大的產(chǎn)品靈活性更深入地了解產(chǎn)品表現(xiàn)，從而提高客戶對產(chǎn)品的信心。
