" 虛拟化整車的最大價值就在于能夠極大地壓縮時間成本。"
2023 年 3 月 14-16 日,在 2023 第四屆軟件定義汽車論壇暨 AUTOSAR 中國日。易特馳中國首席技術官鄭心航表示,虛拟整車平台既可以由模型設計工程公司提供,也可以由整車廠基于收集的數據進行整合并逐步叠代,比如整車廠可以基于來自不同供應商的數據整合出一套整車虛拟化平台,未來,虛拟整車平台的開發過程可能涉及上百個不同的電子控制單元及對應版本,每月甚至每周都會經曆幾十個版本的叠代。
鄭心航特别提到,IT 基礎設施(包括持續部署、測試及虛拟化自動測試的框架)會是虛拟整車平台的重點建設内容。
易特馳中國首席技術官鄭心航
以下是演講内容整理:
行業内的很多同仁對于虛拟化的概念并不陌生。但是,在軟件定義汽車的大趨勢之下,整車虛拟化可以對整車的軟件開發産生極大影響。今天,我主要想通過回答以下四個問題的方式,爲大家闡釋易特馳對整車虛拟化的定義:第一,什麽是虛拟化?第二,現在是否是将整車虛拟化技術引入汽車行業的合适時機?第三,整車虛拟化能帶來哪些優勢?第四,分享一下易特馳在整車虛拟化方面的業務實踐。
什麽是虛拟化?
我相信在座的各位行業專家大部分都有軟件開發的背景,我想就軟件開發本身的實踐提一個問題:大家想一想,航空航天業的軟件開發和移動手機業的應用開發有什麽相似點?
在易特馳看來,雖然這兩個行業在開發過程中有極大的不同,但它們都緻力于減少對硬件測試資源的依賴。先說手機行業,雖然手機現在是一種家用消費品,但每一款手機應用的開發人員都會面臨數十種機型,需要針對其制定不同操作配置和軟件平台。在開發過程中,不可能針對每一類不同的機型都做一次配置,這就是爲什麽目前手機軟件開發被高度集中在兩個主流開發平台——安卓和蘋果上。
再回到航空行業,我們知道航空行業的軟件開發過程以高成本和高周期而著稱。
以 C919 爲例,我請大家猜一下,C919 在進入商業試運行之前的總共累計測試飛行時長是多少?根據 3 月份新華社的報道,是累計測試飛行 100 小時。從汽車行業的視角來看,這個數字少得不可思議。商業飛機測試飛行 100 小時并不是中國的特例,就算是美國行業内領先的企業波音,在從新機型設計到交付過程,到最終量産進入商業運行,實際飛行測試的小時數也是 100-200 小時之間。
那麽,這些航空公司是如何做到确保飛機上天的可靠性和安全性的呢?實際上,波音公司的實驗室能夠在 5 周之内進行密集的虛拟化測試,達到總計 45 年的飛行測試有效時長。正是通過大量應用虛拟化技術,即使像波音 777 這樣擁有超過 300 萬個零部件、7000 個研發人員以及數百個并行研發小組的項目,在開發過程中也能通過虛拟化減少對硬件測試飛行的依賴程度。
說完航空業,回到汽車行業。虛拟化在傳統汽車的深嵌入式軟件開發和仿真中已有運用,在這一過程中可以将控制軟件分爲兩類:一是基于傳統硬件進行實際開發;另一類就可以通過虛拟仿真技術加快研發速度。
我來舉一個簡單的例子。在 ABS 汽車防抱死系統出現前,司機必須使用點刹的方式控制車輛、避免打滑。但是,随着防抱死系統的逐步引入,這種情況發生了變化。防抱死系統是汽車行業内引入的一種自動控制系統軟件,可以由一套控制軟件發出高頻次的點刹指令,控制刹車片、輪胎以及地面之間的相互作用力,提升整體車輛在緊急情況下的操控性能,避免車輛失控。
該例子其實體現了兩種車輛控制的軟件架構:一是被控制對象,也就是輪胎、刹車片和液壓助力系統;另外是汽車控制系統。那麽虛拟化是如何在開發過程中發揮作用的呢?傳統的軟件開發需要基于實際硬件進行,在整車量産之前,由專業工程師在不同路況下通過大量測試找到最優參數,比如,通過測試确定防抱死系統需要通過多高的頻率發出點刹指令。
将虛拟化引入汽車軟件開發,就是通過虛拟化仿真,在實驗室和模拟計算機的環境下達到實測的相同效果。其原理就在于通過數學仿真工具,依托于各類數據建模,模拟組件在物理世界中可能産生的實際物理參數,比如說輪胎和地面的摩擦系數,刹車片和液壓系統之間的傳導力矩。
現在是将整車虛拟化技術引入汽車行業的合适時機嗎?
那麽,在軟件定義汽車的趨勢下,仿真和虛拟化會受到哪些影響?從博世和易特馳的角度看,我們認爲車内核心控制軟件的開發和測試将進一步走向融合。傳統開發方式不同零部件商自行獨立測試,比如刹車供貨企業會在自己的實驗室或獨立測試環境内,針對刹車控制軟件進行隔離測試。但随着電子電氣架構的發展,未來的電子控制軟件将走向融合。例如,現在整車的熱控制系統既要負責車内駕乘區域的舒适性,并根據電動車的駕控操作情況控制電池處于最佳溫度區域,多功能兼顧必然對仿真測試提出更高要求," 融合 " 就是其中的關鍵詞。
這也對整車廠提出了更高要求,主要體現在以下三方面。
首先,在 ECU 開發過程中必須具備采用合适工具,能夠從建模環節開始,自動化、高效精确地定義 ECU 控制軟件的邏輯和參數;其次,需要整車廠與零部件供應商對被控制備件(如刹車片、傳動系統或電池)進行精确地仿真和模拟,并依托一系列工具和控制軟件進行整合;最後是高度的整合需求,在智能化的趨勢下,整車 ECU 的數量會更加龐大,這就需要将來自不同零部件供應商和仿真部件供應商的軟件組件高效地整合在一起,搭建整車的高精度虛拟仿真平台。
整車虛拟化可以給汽車行業帶來哪些實際益處?
試想整車虛拟化可以給整車廠帶來的實際益處:一,可以極大幅度地降低整車的開發成本,在開發過程中減少對硬件的依賴;二,可以縮短開發周期。随着高精度虛拟仿真平台被投入應用,ECU 控制器一旦出現新版本,就可以自動導入整車廠提供的高精度虛拟整車平台,在虛拟環境下完成開發測試,而無需進行物理整車測試,這可以極大地壓縮生産周期。
第三,根據易特馳在行業中的實際項目經驗,整車虛拟化也可以極大程度地降低跨部門協作難度,打破部門協作壁壘。在開發過程中,越接近整車量産,越容易發現事先難以發現的高等級整車缺陷,這時往往容易發生各部門之間的扯皮和推诿。在這時,虛拟化整車概念就可以起到一定作用,因爲任何一個研發事業部在開發新功能的過程中,都會将新生成的虛拟 ECU 部署到高精度虛拟仿真平台上進行相關的仿真測試,這樣就可以厘清不同部門的分工,減少職責的相互推诿。
基于此,我們進一步發現,虛拟整車平台不僅可以打破研發部門之間的壁壘;還可以邀請整個軟件供應鏈上的供應商加入虛拟整車的開發中,共建生态圈。這也是傳統整車開發過程中企業經常碰到的痛點:零部件企業希望盡早、更頻繁地進行測試,而不是依托雲模型,等到接近量産後才能進行整車集成測試,這也是易特馳依托虛拟整車平台,打造未來開發生态系統的整體價值願景。
易特馳在整車虛拟化方面的業務實踐
剛才介紹了易特馳對這個行業趨勢,尤其是整車虛拟化上的理解以及我們對于它所帶來的行業價值。下面我們也非常高興介紹一下易特馳在整車虛拟化過程中的一些實際實踐。剛才已經提到了,虛拟化整車的最大價值能夠極大壓縮時間成本,核心的理念就是将傳統的雲模式和 IT 軟件開發行業當中持續部署和持續集成概念做一個有機融合。站在開發的者角度主要有三種循環。
站在開發的者角度看,易特馳高精度整車虛拟仿真平台在具體應用中主要會經曆三種數據循環:
第一種循環主要面向零部件供應商,零部件企業可以在開發前期導入高精度整車虛拟仿真平台,将所研發組件的具體參數輸入平台,将虛拟化組件動态、實時地部署到平台上,進行自動化的測試、驗證與更新,達到質量标準之後就可以實時提交給主機廠進行測試。第二種循環面向主機廠,高精度整車虛拟仿真平台可以将來自不同供應商的虛拟化零部件、ECU 控制器進行整合、驗證和标定。第三種循環對進入量産的車輛進行 " 影子标定 ",主機廠可以利用這些量産數據對自動駕駛等功能進行訓練、實現叠代與升級。
虛拟整車平台最大的挑戰是什麽?
目前,許多整車廠的未來目标是像航天航空業一樣,在整車虛拟化的過程中消除絕大部分依賴硬件的測試,其中的挑戰不言而喻。
那麽,虛拟整車平台和物理硬件測試的最核心差異是什麽?那就是必須保證虛拟整車的精度。必須保證在虛拟仿真環境下所産生的測試結果,同實際物理世界整車硬件測試的偏差較小,這樣才能節省測試成本、提高測試效率。
然而,在過去幾年内車聯網甚至車路協同的開發過程中,各個整車廠積累了大量數據,但這些數據基本處于閑置狀态,并沒有被很好地利用起來,幫助企業提升整車開發過程中的測試效率和仿真精度。對此,易特馳提出了 " 聯合标定 " 的概念。
這一概念的核心理念在于,以一對一的形式,将物理世界中的測試場景和測試用例和虛拟環境中的測試場景和測試用例進行對應。
第一步,在建設過程中仍采用傳統的整車測試标定過程,第一階段的主要測試對象是 ECU 軟件,可以由傳統測試标定工程師連接實際物理硬件,如刹車底盤或車内空調,在測試過程中通過各類标定參數調優,找到經過優化且實際對應整車物理特性的控制器軟件版本。
第一步結束後,可将相關控制器的軟件遷移到虛拟環境下,進入第二步,也就是使用對等的測試用例。但在第二個循環中,被測系統變成了被控對象模型,即虛拟環境下仿真出來的刹車片、電機或車輛空調系統。通過同樣測試用例,就可以用一對一的方式,用物理測試驅動虛拟環境下的被控對象進行模型仿真,此時的控制器軟件版本由于經過高度測試,可以符合實際的精度需求和質量預期。第二個循環的主要目标是提升被控對象模型的整體精度。
在達到質量目标之後,就可以認定控制器軟件,被控對象模型都可以符合整體質量标準,我們就可以進入第三個循環。
第三個循環中,整個虛拟環境、被控對象模型都成爲高精度測試環境的一部分,無論是控制器軟件發生參數變化,還是軟件經曆了叠代更新,這些都可以被直接投放到高精度整車平台上。此時,整車被控對象模型能夠高度仿真物理世界中車輛的實際表現。以上三個循環就是易特馳所說的 " 聯合标定 " 概念,其整體目标是提升虛拟化平台整車測試的仿真精度。
值得注意的是,整車開發上市并不意味着虛拟化過程結束。汽車量産後産生的數據同樣具備高價值,易特馳的基本思路是通過未來自動駕駛智能汽車内部的冗餘算力,動态投放實時标定算法。在整車測試和标定過程中,排放、動力總成和刹車性能都要滿足特定工況條件才具備意義。爲此,易特馳給整車開發企業,尤其是标定和測試驗證部門提供豐富的工具鏈,可以在特定情況下對系統進行标定,并根據工況識别實際的标定觸發點;再利用車内算力,将數據進行初步加工,生成有用标簽和相關車輛行爲分析,最終回傳雲端。
易特馳基于整車虛拟化的未來願景
未來,易特馳的願景在于利用虛拟化整車技術,構建汽車的虛拟化生态圈。高精度整車測試平台不僅可以用在整車廠的内部研發上,也可以在開發過程中開放給合作夥伴和供應商,不同企業可以選擇各種參與平台建設、進行決策的模式,比如可以開通雲平台賬号,在雲端生成和測試虛拟 ECU,并對軟件的不同版本進行管理。
針對仿真精度這一關鍵挑戰,聯合标定的概念之外,易特馳提出,虛拟整車平台既可以由模型設計工程公司提供,也可以由整車廠基于收集的數據進行整合并逐步叠代,比如整車廠可以基于來自不同供應商的數據整合出一套整車虛拟化平台,未來,虛拟整車平台的開發過程可能涉及上百個不同的電子控制單元及對應版本,每月甚至每周都會經曆幾十個版本的叠代。
同時,易特馳希望整合虛拟整車的聯合标定及影子标定,将數字化和虛拟化世界打通。這也是過去 10 年來行業所提到的整車數字孿生願景,易特馳希望通過整車虛拟化,助推這一願景的實現。
(以上内容來自易特馳中國首席技術官鄭心航于 2023 年 3 月 14 日 -16 日在 2023 第四屆軟件定義汽車論壇暨 AUTOSAR 中國日發表的《整車虛拟化将重新定義汽車軟件開發模式》主題演講。)