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    [導讀]軟件定義汽車帶來的,不僅僅是消費者所能接觸到汽車最終形態上的體驗升級,背后是整個汽車開發行業生態的革命。系統工程、數據驅動、虛擬車輛、軟件工廠...面對如此多的全新技術趨勢和應用升級,行業需要一個統一的開放的平臺能夠將所有不同的技術和開發人員都集合在一起,加速實現虛擬車輛的仿真和開發,包括后期車輛運營過程中的數據驅動。

    軟件定義汽車帶來的,不僅僅是消費者所能接觸到汽車最終形態上的體驗升級,背后是整個汽車開發行業生態的革命。系統工程、數據驅動、虛擬車輛、軟件工廠...面對如此多的全新技術趨勢和應用升級,行業需要一個統一的開放的平臺能夠將所有不同的技術和開發人員都集合在一起,加速實現虛擬車輛的仿真和開發,包括后期車輛運營過程中的數據驅動。

    利用MATLAB重塑汽車軟件開發體系

    在近期召開的 2022 MathWorks中國汽車年會上,MathWorks中國區汽車技術經理董淑成和我們分享了軟件定義汽車的挑戰,以及如何實現汽車軟件開發體系的重構。


    軟件定義汽車:汽車行業的第二次數字化轉型

    縱觀整個汽車行業的發展歷史,大致有兩次重要的數字轉型階段。第一次是“軟件提升硬件”,最早的應用在于發動機控制上,實現更少的排放。隨后一些和安全、性能相關的零部件,也通過軟件疊加電子電器硬件的方式去提升車輛性能。

    早在20年前,很多軟件開發還是基于匯編語言的,對于機械背景的汽車工程師而言,相關的軟件開發工作非常生疏,開發難度極大。此外從設計上來看,很多利益相關方沒法進行有效的溝通和評審,到了實現過程中才發現問題,導致修復成本極高。

    也正是面臨著第一次數字轉型中出現的挑戰,在那個時間節點,“基于模型的設計”開始被引入到了汽車開發過程中來,將整個開發體系進行了提升。開發者可以使用模型,用圖形化的方式去構建算法;在Simulink平臺上進行仿真,做一些提前測試;一些圖形化的算法可以直接被轉換成代碼,大大降低軟件開發的門檻,讓汽車背景的工程師也可以從事汽車行業的軟件開發工作。

    而今,我們來到了汽車行業的第二次的數字化轉型期,也就是“軟件定義汽車”。這時候的汽車,軟件的價值變得更大,甚至可能會超越汽車本身的機械價值。汽車被稱為四個輪子上的手機,一些整車廠甚至公開表示已經成為了一家軟件公司。電動化、智能化、網聯化和共享化的技術變革給汽車開發體系提出了新的挑戰。

    董淑成表示,軟件定義汽車的關鍵在于整合系統、軟件和數據。要實現系統工程和軟件開發的能力,將敏捷開發融入到汽車V字型開發中,推動軟件的標準化自動化,集成模型驅動和數據驅動的流程,從而應對第二次數字化轉型帶來的挑戰。通過系統工程、軟件工廠和數據驅動,疊加在一起實現虛擬車輛概念的真正落地。這里提到的虛擬車輛,并不僅僅是局限于汽車部分功能的實現,而是將模型仿真度提高,例如虛擬標定,從參數優化實現性能提升。


    整合系統、軟件和數據,重塑汽車軟件開發體系

    在智能汽車、新能源汽車領域,中國已經走在了世界前列。此前汽車行業中為人詬病的軟件成熟度的問題,已經在近十年得到了很大的提升。下一步的關鍵第一在于優化開發流程,提高開發效率,提高成本優勢;第二,通過優化算法來提高產品性能。

    【將系統工程的范圍擴大】

    系統工程是為了應對復雜多學科系統設計而產生的一門學科,針對汽車的系統工程,我們期望系統功能能夠解決的不僅僅是技術問題,還要包括一些更高級別的目標。這些更高的目標包括例交付周期、開發費用、后市場需求、盈利狀況等等?;诋斍暗南到y工程需求,MathWorks擴大了“系統”的范圍,系統工程開發從MBD升級到了MBSE。

    MBD更多側重軟件開發,而MBSE則是針對整個系統。如上圖所示,MBD包括子系統設計和子系統實施兩個部分;而MBSE則將范圍擴大,把系統需求、系統功能和架構、系統集成和認證、開發和維護都涵蓋了進來。董淑成表示,系統工程師可以從不同的維度去看這個模型,不同的部門從不同的維度使用這個模型。

    【汽車軟件:敏捷開發融合和DevOps】

    具備持續快速交付高質量軟件的能力,是汽車軟件工廠存在的關鍵。傳統的汽車研發周期可能有5年之久,而今業界已經壓縮到了1~2年的時間,這對于軟件的開發和交付提出了更高的要求。在IT行業中常見的敏捷開發的方式,也開始融合進了汽車行業的V字型開發中。

    另一個汽車軟件方面的重要趨勢是開發運營(DevOps),也就是一邊開發一邊運營,將運營中產生的運行數據反饋回開發階段,實現軟件的不停迭代。

    MathWorks在軟件工廠中提供了非常全面的開發支持,例如從算法開發層面,Simulink進行系統仿真;在測試層面提供各種測試工具給開發者進行模型和代碼測試;在后期運營層面提供云計算、大數據和深度學習的算法支持。

    董淑成表示,很多車企已經開始了持續集成(CI)、持續交付(CD)的過程,走的更快的已經開始做開發運營(DevOps)。

    MATLAB特點在于可以提供豐富的API接口,所有的操作幾乎都可以有API接口去調用。這意味著在CI/CD的過程中,開發者可以通過已經寫好的一些過程描述和腳本,去調用MATLAB執行一些操作。而通過Simulink實現基于模型的設計,圖形化的設計可以更方便不同團隊之間交流,實現早期快速驗證和代碼生成。這都極大地推動了CI/CD,以及DevOps的發展。

    【AI算法集成賦能系統開發】

    目前一輛智能汽車一天就可以產生幾個T的數據,如何將這些數據進行高效挖掘是行業關心的話題。面對大量數據時,如何實現數據特質提取、數據建模和人工智能算法的訓練和部署,是能否實現成功的數據驅動的關鍵。掌握數據優化的能力,訓練自己的AI算法模型,是車廠和汽車服務商未來的競爭力的體現。

    作為一款數學軟件,MATLAB在數據處理上有著天然優勢。MATLAB提供了端到端的工作流程,從數據預處理到AI建模、仿真測試和算法部署一整套的流程。

    其中算法部署是值得稱贊的一個特點,它可以推動軟硬件解耦趨勢發展。開發者只需關注算法開發的工作,MathWorks可以將算法自動生成符合特定硬件平臺或云平臺的代碼類型。不論是MCU、CPU、GPU、FPGA或是服務器,都可以自動生成與之相應的代碼。

    【虛擬車輛:建立仿真車輛的完整功能行為】

    前文已經提到,虛擬車輛的概念已經不僅僅是部分功能的驗證,更重要的是通過優化參數實現汽車性能的提升。所謂虛擬車輛指的是讓功能設計者能夠在幾分鐘內,以適當的詳細程度集成系統、軟件和數據創建出一輛虛擬車輛,用于對功能進行仿真,從而開展原型設計、虛擬標定和虛擬驗證。

    一個強大的仿真平臺,是虛擬車輛的核心。MATLAB提供了豐富的即用功能、多樣的開放接口,通過仿真實現最大程度的流程前置。

    據悉,近年來MathWorks提供了如動力總成工具箱、車輛動力學工具箱等,幫助開發者快速構建車輛模型。對于一些非常專業的子系統,如果用戶想進行更詳細的設計,也可以使用Simscape去做更詳細的設計。同時Simulink平臺還可以去集成其他的建模仿真軟件,如下圖所示,基本上汽車行業內大部分仿真軟件都可以集成到Simulink平臺上,從而實現車輛仿真,構建一個虛擬車輛出來。


    總結

    在當下軟件定義汽車的發展趨勢下,芯片廠商、Tier1供應商以及主機廠,都已經使用MathWorks提供基于MATLAB和Simulink的平臺開發了非常多實際案例。汽車的第二次數字化轉型,要將系統、軟件和數據集成在一起,構建虛擬車輛的仿真。這種汽車開發體系的革命,需要一個功能齊全的、可擴展、能夠覆蓋完整流程的軟件平臺支持。MathWorks已經做好了準備,并且將持續提供更多的功能升級和工具箱,和汽車行業的不同參與者,共同完成汽車行業第二次數字化轉型。

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