ADAS和HMI開發(fā)是仿真解決方案的新應(yīng)用領(lǐng)域。

在沒有實(shí)體原型的情況下進(jìn)行新車設(shè)計、研發(fā)和制造的想法通常會被認(rèn)為是不切實(shí)際的。就算如今的虛擬開發(fā)能力越來越強(qiáng)，專家依舊認(rèn)為需要用實(shí)體原型來驗(yàn)證虛擬模型的保真度。

但對于提供實(shí)時仿真和駕駛模擬器的頂級供應(yīng)商來說，“零原型”并不只是一句口號。就像對VI-grade來說，“零原型”是一場改革。

VI-grade的董事總經(jīng)理Guido Bairati表示：“我們的客戶公司有部分已經(jīng)將其第一個實(shí)體原型的建造放在設(shè)計周期最后的階段了。這樣的原型車實(shí)際上就是預(yù)生產(chǎn)的汽車了?！?/p>

總部位于德國達(dá)姆施塔特的VI-grade由思百吉集團(tuán)于2018年收購。Bairati認(rèn)為，憑借其豐富的仿真工具系列，該公司即將實(shí)現(xiàn)在汽車與ADAS（一個迅速成長的應(yīng)用領(lǐng)域）開發(fā)中徹底淘汰實(shí)體原型的愿景。通過構(gòu)建車輛仿真模型，工程師能夠在計算機(jī)上進(jìn)行多次離線運(yùn)行，識別邊緣場景，甚至可以在建造首個原型之前，使用駕駛模擬器對這些場景進(jìn)行評估。這樣一來，工程師們就可以預(yù)先研究問題并完成?V-model（驗(yàn)證與確認(rèn)）最后階段的大量開發(fā)工作。

Bairati在接受SAE采訪時說：“基本上，整個開發(fā)過程都會提前——越早發(fā)現(xiàn)問題，就越容易解決它們?！敝灰?dāng)某個硬件部件（比如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、阻尼器、攝像頭或激光雷達(dá)）準(zhǔn)備就緒，就可以將其納入結(jié)合了硬件在環(huán)（HiL）測試和VI-grade駕駛模擬器的開發(fā)流程中。工程師不再需要完整的實(shí)體原型，而是使用Bairati所稱的“混合原型（hybrid prototype）”，其中一些部件由軟件模擬，另一些則是實(shí)體硬件。

Bairati繼續(xù)解釋道：“實(shí)際上，駕駛模擬器可以說是一個將所有資源整合起來的平臺?！?a href="http://www.brongaenegriffin.com/article/zt/" target="_blank">最新的仿真技術(shù)可幫助VI-grade客戶獲得各種利益。例如，沃爾沃報告稱，其最新SUV平臺的開發(fā)周期減少了50%。VI-grade的另一個主要客戶福特汽車聲稱，使用仿真技術(shù)，原本需要一個月才能在試驗(yàn)場完成的任務(wù)現(xiàn)在只需一周即可完成。Bairati說：“這還不包括建造原型、將原型運(yùn)送到試驗(yàn)場以及派遣工程師和駕駛員到試驗(yàn)場的時間和成本?！?/p>

福特汽車關(guān)鍵方法與仿真/VAI駕駛模擬器主管Louis Jamail解釋說：“我們試圖使用仿真來模擬真實(shí)世界，但這并不是為了替代真實(shí)世界，而是給出一種更完善的工作方法?！彼硎靖Ｌ卦谘邪l(fā)末期仍會使用實(shí)體驗(yàn)證，“但如果能在沒有原型的情況下完成80%的開發(fā)工作，我們?nèi)〉玫某晒矔臃€(wěn)定。就算還是需要投入20%的時間制作原型，那依然是劃算的?！备Ｌ氐姆抡嬖O(shè)施正在不斷擴(kuò)大，并以100%的產(chǎn)能運(yùn)行。對此，Jamail的團(tuán)隊(duì)也在“一步一步”將仿真融入福特的整個產(chǎn)品研發(fā)體系，以幫助工程師和技術(shù)人員全面了解這些工具。Jamail 補(bǔ)充說：“我曾是一名測試駕駛員，也做過開發(fā)工程師。我希望能把我累積了二十多年的知識應(yīng)用在虛擬領(lǐng)域中?！?/p>

用仿真開發(fā)ADAS

仿真技術(shù)有望減少開發(fā)時間及成本并簡化產(chǎn)品開發(fā)流程，它點(diǎn)燃了全球汽車仿真解決方案市場。據(jù)某OEM仿真經(jīng)理所說，SAE也統(tǒng)計過，有三十多家公司已經(jīng)在開展駕駛模擬器業(yè)務(wù)，其中VI-grade、AB Dynamics等公司被各OEM的仿真部門經(jīng)理公認(rèn)為業(yè)界翹楚。Technavio Research 發(fā)布于2023年1月的一份報告稱，僅駕駛模擬器市場就將預(yù)計增長3.81億美元，復(fù)合年增長率為5.65%，在預(yù)測期內(nèi)，北美預(yù)計將占市場增長的34%。

但專家表示市場增長仍將面臨阻力，比如仿真驗(yàn)證的高成本會導(dǎo)致仿真器的總持有成本（TCO）增加。舉例來說，福特迪爾伯恩仿真中心的核心是VI-grade的旗艦產(chǎn)品DiM250動態(tài)駕駛模擬器，包括建造、安裝和人工成本在內(nèi)的總投資高達(dá)500萬美元。根據(jù)Technavio的說法，汽車仿真領(lǐng)域的驗(yàn)證流程較為有限，尤其是對于那些采用人為因素仿真的研究。全面驗(yàn)證人為因素駕駛員在環(huán)（DiL）仿真器的極高成本還會繼續(xù)上升。

然而，這些潛在阻力并沒有阻礙OEM將仿真戰(zhàn)略整合進(jìn)汽車開發(fā)的組織架構(gòu)中。就在福特迪爾伯恩仿真中心試運(yùn)行全新的DiM250后不久，福特南京研究工程中心就啟用了一臺新的VI-grade緊湊型仿真器，并配備了“虛擬測試跑道”數(shù)據(jù)包。這些公司現(xiàn)在正在努力將3D虛擬數(shù)據(jù)集成到駕駛模擬器中，模擬福特在南京的測試賽道。

仿真不僅在傳統(tǒng)的車輛動力學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮穩(wěn)定，在ADAS和自動駕駛汽車開發(fā)中也自然而然地找到了落腳點(diǎn)。Progress Technologies Group是一家來自日本的工程服務(wù)公司。CEO中山岳人近日宣布將在其最新建成的工程設(shè)施中使用全新的VI-grade DiM駕駛模擬器。他希望這一工具不僅可以用于人為因素開發(fā)，還能在“自動駕駛系統(tǒng)功能驗(yàn)證和高級安全控制系統(tǒng)”與該公司基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）和基于模型的定義（MBD）技術(shù)相集成時對其進(jìn)行“功能驗(yàn)證”。

改變產(chǎn)品開發(fā)的游戲規(guī)則

加拿大安大略省McMaster大學(xué)首席研究工程師Lucas Bruck觀察道：“誰都知道仿真既能節(jié)省成本，也能縮短開發(fā)時間，也確實(shí)如此。但在我看來，駕駛模擬器最有價值的貢獻(xiàn)在于其提供的設(shè)計靈活性，它可以添加操控性和性能，讓工程師可以提早研究這些問題。這對ADAS等應(yīng)用來說改變了游戲規(guī)則，特別是對于ADAS與硬件在環(huán)結(jié)合的情況?！?/p>

在ADAS和自動駕駛的開發(fā)中，駕駛模擬器正在“改變游戲規(guī)則”。它把環(huán)境因素（如天氣以及無數(shù)現(xiàn)實(shí)世界的駕駛條件）引入?yún)f(xié)作工作環(huán)境的模型中，而不會讓這些條件在現(xiàn)實(shí)世界中對工程師造成阻礙。

現(xiàn)為Guidehouse Insights電子移動解決方案部門首席研究分析師的Sam Abuelsamid曾任ABS、牽引控制和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的開發(fā)工程師。他表示：“隨著工程師采用越來越多的人工智能技術(shù)，ADAS與自動駕駛系統(tǒng)的驗(yàn)證會成為駕駛模擬器的熱門應(yīng)用領(lǐng)域。以前，我們是有一套測試場景，但相對有限。因?yàn)槲覀冎雷罱K表現(xiàn)還是取決于人類駕駛員，我們只是起到輔助作用。但現(xiàn)在，全自動駕駛系統(tǒng)必須能夠應(yīng)對現(xiàn)實(shí)世界中的每一個可能發(fā)生的場景?！?/p>

據(jù)Bairati介紹，VI-grade針對ADAS的仿真解決方案無縫連接了控制系統(tǒng)設(shè)計、交通仿真、天氣條件、傳感器融合和駕駛模擬器。車載傳感器陣列可與車輛一起建模到交通仿真環(huán)境之中，以驗(yàn)證常見的SAE L2級自動駕駛的功能，比如自動緊急制動、自適應(yīng)巡航控制和車道偏離警告；也可以在子系統(tǒng)和系統(tǒng)級別下進(jìn)行硬件測試。

針對ADAS研究，一套經(jīng)典的VI-grade駕駛模擬器配置包括靜態(tài)或全動態(tài)模擬器（公司表示，大多數(shù)客戶都會配備兩種以測試和調(diào)整不同類型的系統(tǒng)）；一個真實(shí)汽車的駕駛座（提供真實(shí)沉浸的駕駛體驗(yàn)）；還有主動安全系統(tǒng)（如為駕駛員提供額外警示的安全帶和座椅震動器）?？刂葡到y(tǒng)、傳感器和其他設(shè)備都能夠以SiL或HiL的形式添加。公司稱，在ADAS的研究中，使用HiL可以用真實(shí)硬件組件（單個或融合傳感器）對嵌入式控制器進(jìn)行測試。如此，便可在最終系統(tǒng)集成之前更好地模擬真實(shí)世界的條件。

作為上述靈活性優(yōu)勢的又一印證，還可以通過傳感器融合測試將傳感器測試擴(kuò)展到駕駛模擬器中，從而在進(jìn)行真實(shí)道路測試之前，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對ADAS功能（包括駕駛員對測試參數(shù)的反應(yīng)）進(jìn)行全面且安全的評估優(yōu)化。

未來的機(jī)會

專家們提到另一個可以發(fā)揮仿真價值且正在開發(fā)的領(lǐng)域：訓(xùn)練測試工程師。他們富有遠(yuǎn)見和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠在賽道上進(jìn)行五圈測試后提出諸如阻尼率需要增加百分之幾的Ns/m等意見。駕駛模擬器訓(xùn)練課程可以讓測試工程師理解當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時，車輛的感覺如何變化。Abuelsamid斷言稱：“讓他們收獲相關(guān)經(jīng)驗(yàn)后，還可以反過來訓(xùn)練軟件。”

駕駛模擬器的另一個正在增長的應(yīng)用領(lǐng)域是人因設(shè)計，因?yàn)槿藱C(jī)交互（HMI）的開發(fā)對于乘員的安全性、舒適性和便利性十分重要。駕駛模擬器可以用于優(yōu)化HMI設(shè)計，改善車輛與司機(jī)之間的通信，確保駕駛員保持注意力，并在車輛內(nèi)部設(shè)計方面發(fā)揮作用，以提高駕駛和運(yùn)輸體驗(yàn)。

對于車輛開發(fā)團(tuán)隊(duì)以及為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供解決方案的公司來說，零原型是一個具有高價值的目標(biāo)。McMaster大學(xué)的虛擬仿真和測試專家Bruck說：“我相信‘零原型’能完全實(shí)現(xiàn)嗎？其實(shí)不然。我這么說是因?yàn)槲乙呀?jīng)在這個行業(yè)工作了10年。不過我相信，大幅減少原型是可以實(shí)現(xiàn)的。”

編輯：黃飛

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