Ứng dụng MBSE trong kỹ thuật ô tô: Quy trình làm việc của Vietsol với Capella, Sim4Sys & Virtual Bench

MBSE (Model-Based Systems Engineering) đang thay đổi cách các kỹ sư tiếp cận thiết kế, phân tích và kiểm chứng hệ thống trong lĩnh vực ô tô. Thay vì làm việc với hàng chồng tài liệu rời rạc, MBSE tạo ra một luồng làm việc thống nhất, từ giai đoạn ý tưởng cho đến mô phỏng, giúp truy vết yêu cầu xuyên suốt, giảm rủi ro tích hợp và rút ngắn chu trình thiết kế. Điều này đặc biệt có giá trị trong các bài toán phức tạp như phần mềm xe hơi và hệ thống nhúng.

SE vs MBSE: Khác biệt nằm ở đâu?

Nói ngắn gọn: SE vẫn phù hợp với các hệ thống đơn giản, nhưng khi phần mềm, phần cứng và môi trường vật lý bắt đầu tương tác chặt chẽ với nhau, như trong ô tô hiện đại, MBSE mới là cách tiếp cận đủ sức đáp ứng.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ minh hoạ điều đó qua một quy trình thực tế, sử dụng bộ công cụ gồm Capella (OBEO), Sim4Sys Designer và Virtual Bench của CIL4Sys, triển khai trên kịch bản Valet Parking System do CIL4Sys Hub cung cấp. Đây là ví dụ cụ thể cho thấy một chuỗi công cụ tích hợp có thể chuyển yêu cầu của stakeholder thành các model có cấu trúc và sẵn sàng để kiểm thử.

Xây dựng nền tảng MBSE cho hệ thống Valet Parking

Operational Analysis (OA)

Áp dụng phương pháp ARCADIA trong Capella, Vietsol cấu trúc hệ thống qua bốn tầng kiến trúc. Tầng đầu tiên – Operational Analysis – ghi lại kỳ vọng của stakeholder và các tương tác với môi trường bên ngoài.

Các tác nhân bên ngoài chính gồm:

• Driver: Gửi các lệnh điều khiển như đỗ xe, kiểm soát tốc độ, hoặc chuyển chế độ vận hành.
• Parking System: Hạ tầng bãi đỗ bao gồm cảm biến, điều khiển cổng vào và tín hiệu barrier.
• Environment: Bối cảnh vật lý như ánh sáng, thời tiết.

Các chức năng vận hành cốt lõi gồm: quản lý và kiểm soát tốc độ, phát hiện và tránh vật cản, điều hướng tự động đến vị trí đỗ xe.

System Analysis (SA)

Ở tầng System Analysis, các nhu cầu vận hành được cụ thể hóa thành các chức năng hệ thống theo dạng black-box. Cụ thể, chúng tôi xác định luồng trao đổi dữ liệu và tín hiệu (Functional Exchange) giữa các tác nhân bên ngoài với hệ thống – Driver, Vehicle, Parking System và Environment. Từ đó, từng tính năng tổng quan được liên kết rõ với chức năng cụ thể mà hệ thống phải thực hiện, tạo nền tảng cho việc truy vết yêu cầu xuyên suốt các tầng kiến trúc.

Logical và Physical Architecture

Tiếp theo, Vietsol sẽ liên kết các chức năng black-box với các phần cứng thực tế trong xe – bao gồm Dashboard, Vehicle Control Unit (VCU), Steering Wheel và Pedal. Sau khi hoàn thiện các tầng kiến trúc này, model được chuyển sang Sim4Sys Designer.

Mô phỏng và kiểm chứng hành vi hệ thống

Trong Sim4Sys Designer, chúng tôi thực hiện:

• Xây dựng sơ đồ tuần tự (sequence diagram) cho các kịch bản quan trọng như phát hiện vật cản hoặc thay đổi tốc độ
• Tự động sinh mô hình chuyển trạng thái (state machine) từ các sơ đồ đó để đảm bảo tính nhất quán về hành vi hệ thống.
• Kiểm tra độ khớp giữa các tương tác chức năng và hành vi động của hệ thống.

Việc chuyển từ mô hình tĩnh sang mô hình động giúp phát hiện sớm các điểm không nhất quán ngay trong quá trình thiết kế, trước khi bước vào giai đoạn tích hợp.

Phần mô phỏng được thực hiện trên Virtual Bench của CIL4Sys, cho phép:

• Tái hiện các tình huống thực tế với trình tự và thời gian sự kiện chính xác, phản ánh đúng cách nhiều bên tương tác với nhau trong hệ thống
• Kiểm chứng hành vi hệ thống trong các tình huống bất thường mà không cần phần cứng vật lý
• Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng cả trong điều kiện vận hành bình thường lẫn khi có sự cố.

Tự động hóa đặc tả yêu cầu

Nhờ khả năng tự động hóa trong chuỗi công cụ, Vietsol tạo ra tài liệu mô tả yêu cầu hệ thống trực tiếp từ model – bao gồm cả yêu cầu hệ thống tổng thể lẫn yêu cầu từng chức năng cụ thể. Cách làm này giảm thiểu lỗi thủ công và đảm bảo tính nhất quán giữa các tài liệu, vì mọi đặc tả đều có thể truy ngược về model gốc.

Tại sao phương pháp ARCADIA quan trọng

ARCADIA (Architecture Analysis and Design Integrated Approach) là phương pháp kỹ thuật có cấu trúc do Thales phát triển, hỗ trợ thiết kế kiến trúc cho hệ thống, phần cứng và phần mềm – đặc biệt phù hợp với hệ thống nhúng và các bài toán kỹ thuật liên quan đến nhiều lĩnh vực cùng lúc.

Điểm mạnh của ARCADIA là phân tách rõ ràng từng khía cạnh thiết kế theo từng cấp độ, từ đó đảm bảo khả năng truy vết yêu cầu, hỗ trợ kiểm chứng, và giữ sự thống nhất trong các quyết định thiết kế giữa các bên liên quan. Phương pháp này hoạt động liền mạch với Capella, giúp kết nối chặt chẽ giữa nhu cầu người dùng, bối cảnh vận hành và giải pháp kỹ thuật.

Trong thực tế, ARCADIA dẫn dắt đội ngũ kỹ thuật qua một quy trình thiết kế từng bước rõ ràng: ghi lại nhu cầu vận hành → xác định các tính năng tổng quan của hệ thống → làm rõ kiến trúc ở cấp độ logic và vật lý → liên kết kiến trúc với các phần cứng và mô hình hành vi cụ thể.

Định hướng tiếp theo của Vietsol

Dự án Valet Parking không chỉ xác nhận khả năng của MBSE trong việc mô hình hóa các tương tác hệ thống phức tạp, mà còn mở ra tiềm năng áp dụng rộng hơn. Quy trình tương tự hoàn toàn có thể được tái sử dụng cho các tính năng tự lái và hỗ trợ lái khác, như tự động chuyển làn, hỗ trợ đỗ xe, hay di chuyển tự động ở tốc độ thấp.

Vietsol đang tích cực nghiên cứu cách tích hợp quy trình MBSE tương tự vào các lĩnh vực:

• Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)
• Thiết kế hệ thống xe điện (EV)
• Kiến trúc cập nhật phần mềm từ xa Over-the-Air (OTA).

Khi MBSE được áp dụng sớm trong quá trình thiết kế, các OEM và nhà cung cấp Tier 1 có thể dự đoán hành vi hệ thống trong nhiều điều kiện khác nhau, cải thiện khả năng truy vết yêu cầu và giảm đáng kể khối lượng chỉnh sửa lại trong giai đoạn tích hợp.

Câu hỏi thường gặp

MBSE có thay thế hoàn toàn Systems Engineering truyền thống không?
Không. MBSE là sự mở rộng của Systems Engineering, giúp cải thiện cách quản lý và mô hình hóa hệ thống, đặc biệt trong các dự án phức tạp.

Khi nào nên áp dụng MBSE trong dự án ô tô?
Ngay từ giai đoạn định nghĩa yêu cầu. Điều này giúp phát hiện vấn đề sớm và giảm chi phí chỉnh sửa về sau.

MBSE có phù hợp với các đội ngũ nhỏ không?
Có, nhưng hiệu quả rõ rệt nhất khi hệ thống có độ phức tạp cao hoặc nhiều nhóm cùng tham gia.

Capella, Sim4Sys và Virtual Bench đóng vai trò gì?
Capella dùng để xây dựng kiến trúc hệ thống, Sim4Sys để mô hình hóa hành vi, và Virtual Bench để mô phỏng và kiểm chứng trong môi trường gần thực tế.

MBSE có giúp giảm chi phí phát triển không?
Có. Nhờ phát hiện lỗi sớm và giảm phụ thuộc vào phần cứng, MBSE giúp tiết kiệm đáng kể chi phí.

Kết luận

Qua dự án Valet Parking, chúng tôi đã minh chứng rằng Capella, Sim4Sys và Virtual Bench có thể hoạt động liền mạch trong một quy trình kỹ thuật thống nhất – giúp rút ngắn chu trình thiết kế và nâng cao chất lượng kiểm chứng. Trên nền tảng đó, Vietsol hướng đến việc mở rộng cách tiếp cận này sang các lĩnh vực đòi hỏi độ an toàn cao hơn, như ADAS và hệ thống truyền động xe điện.

Về tác giả

Nguyễn Hùng Vỹ là Team Leader của nhóm Systems Engineering / MBSE tại Vietsol Co., Ltd., tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa tại Đại học Bách khoa Hà Nội.

Với gần hai năm kinh nghiệm trong lĩnh vực SE/MBSE ứng dụng trong ngành ô tô, anh đã tham gia phát triển các hệ thống ADAS bao gồm Rear Parking Assist và Occupant Monitoring System – đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như NCAP 2026. Anh thành thạo các phương pháp ARCADIA, UML, SysML và các công cụ IBM Rhapsody, OBEO Capella, IBM DOORS Next Generation và Siemens Polarion.

Bạn muốn triển khai MBSE cho dự án ô tô của mình? Liên hệ đội ngũ kỹ thuật hệ thống của Vietsol để được tư vấn hoặc demo thực tế theo nhu cầu cụ thể.