전통적으로 자동차는 기계적인 운송수단으로 간주돼 왔지만, 이제는 크고 복잡한 전기기계 어셈블리라고 설명하는 편이 보다 정확할 것이다. 심지어 엔진 및 구동 계통은 전자 센서와 제어장치로 가득하다. 이 때문에 자동차 제조업체들은 타임-투-마켓과 비용을 절감하면서 탁월한 품질과 신뢰성 있는 제품을 제공할 수 있는 방법을 찾기 위해 경쟁하고 있다. 이로 인해 자동차 제조업체들은 하드웨어 프로토타입에 비해 한층 더 낮은 비용으로 소프트웨어 “모델”을 개발 하고 연구해서 최적화할 수 있는 가상 프로토타입 제작 기술을 도입하고 있다.
한 가지 중요한 모델링 애플리케이션은 전기 시뮬레이션으로, 이러한 목적을 위해 설계된 소프트웨어 툴을 통해 전기적인 동작과 성능을 예측한다. 하지만 전기 시뮬레이션은 기계적인 영역과 분리될 수 없으며 신호 감쇠 등과 같은 파라미터를 계산하기 위해서는 물리적인 정보가 필요하다. 두 가지 영역을 함께 사용하고 있는 설계자들은 교차 영역의 통합과 전기 및 기계적 영역에 대한 동기화, 데이터 관리, 설계 변경 관리 등을 고려해야 한다.
관련 기계 데이터에 대한 정보를 제공받는 전기 설계 툴은 시뮬레이션 기반 컴포넌트 선정, CAN 네트워크 신호 무결성 분석 등과 같은 이점들을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 비용을 절감할 수 있는 방법을 찾고 있는 제조업체와 경제적인 운송수단을 찾고 있는 소비자 모두에게 이점을 제공하는 제품수명관리(Product Life Management, PLM) 프로세스에 참여할 수도 있다.

전기 시뮬레이션을 통한 에러의 조기 발견

전기 시뮬레이션의 이점은 잘 알려져 있다. 초기 설계 단계에서의 전기 시뮬레이션은 재설계가 필요한 문제들을 찾아낼 수 있다. 전기 시스템과 물리적 설계는 상호의존적이기 때문에 전기 시스템의 변경으로 인해 기계적 패키징 역시 변경해야 할 경우가 있다. 전기 또는 기계적인 아키텍처에 상관없이 이와 같은 변경이 초기 설계 단계에서 이뤄진다면 보다 간단하고 비용 역시 낮아질 것이다.
시뮬레이션은 물리적 프로토타입 제작의 필요성을 낮추고, 시간과 비용 역시 낮다. 중요한 것은 컴퓨터 기반 방법도 물리적 프로토타입을 통해 달성할 수 있는 것보다 많은 설계 무결성 검증 프로세스를 거친다는 것이다. 자동차의 전기 시스템은 수천 개의 와이어와 컴포넌트를 포함할 수 있다. 각각 2개 이상의 위치를 가지는 수백 개의 스위치들로 인해 스위치 위치의 경우의 수는 방대하고, 임베디드 소프트웨어와 데이터 네트워크는 경우의 수를 한층 더 증가시킨다. 서비스 단계에서 주요한 문제를 일으킬 수 있는 조합이 존재할 수 있는데 물리적 프로토타입 제작은 우연이 아니라면 이러한 문제들을 찾을 수 없다. 아마도 이로 인해 전기적인 문제들이 과거에 제품 리콜의 일반적인 원인이 되었던 이유일 것이다. 반대로 전기 시뮬레이션은 심지어 가장 불분명한 문제들까지도 제품이 서비스되기 전에 발견할 수 있다.
전기 시뮬레이션은 또한 제품 설계에 있어서 2차적으로 중요한 요건, 즉 규제 준수 문제도 해결할 수 있다: 탄소 배출, 연료 소모, 안전성 등과 관련된 규정들이 향후 한층 더 엄격해질 것이 분명하다. 자동차 회사들은 자사의 제품들을 재검증하여 최상위 표준들을 충족시킬 수 있도록 재설계하기 위해 시뮬레이션 툴들을 필요로 하게 될 것이다.

시뮬레이션 툴을 통한 기술과제 범위의 확대

전기 설계 프로세스의 많은 단계들을 검증하고 지원할 수 있는 시뮬레이션 툴들이 제공되고 있다. 가장 일반적인 툴인 DC 시뮬레이션은 와이어, 퓨즈, 전력공급기 등의 크기를 검증하는 데 사용된다. 이러한 형태의 전기 시뮬레이션 토대는 전기 시스템의 디바이스와 와이어 각각에 대한 “전기 모델”이다. DC 분석을 위한 모델들은 상대적으로 간단한 저항 모델이지만, 과도전류 시뮬레이션 등과 같은 다른 형태의 시뮬레이션의 경우에는 한층 더 복잡해진다.
연속성/논리적(Continuity/Qualitative) 시뮬레이션은 DC 시뮬레이션의 변형으로서 DC 모델보다 간단한 전기 모델들을 사용하지만, 엔지니어들이 와이어링 설계를 개발할 때 강력한 설계 지원 기능을 제공한다. 이러한 형태의 시뮬레이션은 각 디바이스와 와이어가 배치되었을 때 연속성 및 오접속(misconnection) 문제를 확인하여 초기 설계 레이아웃이 전기적으로 모순이 없도록 보증한다.
순간전류(Transient) 시뮬레이션은 전기 시스템에 대한 시간 기반의 관점을 제공한다. 스타트-업과 정상 상태의 전력 소모가 상당한 차이를 나타내는 모터, 형광-방전 조명 등과 같은 컴포넌트들을 포함하는 유도 회로(inductive circuit)들을 모델링하는 데 광범위하게 사용되고 있다. 시뮬레이션 툴은 설계가 이러한 최악의 경우의 전류를 수용할 수 있도록 해준다.
네트워크는 현재 모든 차량의 일반적인 기능이다. 시뮬레이션 툴은 트랜스시버의 아날로그, 디지털, 혼합-신호(mixed-signal) 측면뿐만 아니라 전송 라인, 커넥터, 기타 컴포넌트의 동작을 모델링하여 이러한 시스템들의 동작이 정확한지를 검증할 수 있다. 성능에 상당한 영향을 미치는 이러한 디지털 네트워크의 물리적 구조, 컴포넌트들 간의 거리 등을 기록하는 것은 중요하며, 전기 설계 툴과 물리적 설계 툴의 긴밀한 통합이 필요하다.