虚拟化在软件定义汽车汽车软件开发中的关键作用

汽车行业正在经历一场深刻的变革。车辆不再只是机械机器，它们正在成为充满电子和智能的复杂软件定义平台。随着现代汽车中电子控制单元 （ECU） 数量的攀升（一些汽车现在包含多达 150 个 ECU），集成、验证和确认硬件和软件之间复杂相互作用的挑战也越来越大。这种复杂性推动了汽车软件开发中对虚拟化的需求不断增长。

向软件定义汽车 （SDV） 的转变

当今的车辆是来自多个供应商的硬件和软件的融合，每个供应商都有自己的依赖关系和集成要求。对新功能、更快上市时间和更高质量的需求是无情的。消费者，尤其是年轻一代，期望在他们的汽车中获得无缝的数字体验，从流媒体音乐到在电动汽车充电时观看视频。

但随着这些进步的出现，变得更加复杂。在北美，超过 65% 的车辆在 2022 年因电子或软件缺陷而被召回。缩短开发周期、管理召回和快速创新的压力从未如此之大。传统的开发和测试方法正在努力跟上步伐。

传统测试的局限性

从历史上看，硬件和软件的集成是一个顺序过程。只有在硬件可用后才会开发和测试软件，从而导致瓶颈和延迟问题发现。物理测试台（硬件在环，或HIL）价格昂贵、可用性有限且配置和维护耗时，所有这些都会影响测试策略的测试覆盖率和可扩展性。因此，由于多个错误导致的集成问题通常会在开发周期的后期浮出水面，有时甚至导致汽车在停车场无法销售，而软件故障得到了解决。

然而，在当今的开发环境中，最大的延迟通常不是来自硬件可用性，而是来自组织流程。验证车辆中的新功能通常需要完整的应用程序构建、ECU 刷新和安装，然后才能在汽车中测试该功能。对于高集成度ECU，这个周期可能需要10-20周或更长时间。如果需要进行微小的更改，整个循环就会重新开始，从而大大减慢创新和反馈速度。

进入虚拟化和电子数字孪生

虚拟化通过创建电子数字孪生 （eDT）、车辆电子设备及其环境的虚拟表示来应对这些挑战。开发人员无需等待物理原型，而是可以在虚拟 ECU （vECU） 上构建、测试和验证软件，这些软件在各种抽象级别上准确模仿真实硬件的行为。

至关重要的是，虚拟化不仅仅是为了避免硬件等待，还是为了绕过组织延迟。开发人员可以在新功能到达车辆之前很久就立即在逼真的模拟环境中试用新功能。例如，可以虚拟设置和测试限速场景（例如 100 → 50 或 50 → 30），从而允许即时完善逻辑并加速应用程序成熟度。

这种左移方法具有几个主要优势：

• 并行开发：多个团队可以同时开发和测试软件，比物理原型提前几个月开始，从而增加测试覆盖率。

• 早期集成测试：来自不同供应商的软件组件可以虚拟集成和测试，从而减少后期意外。

• 自动化和可扩展的测试：虚拟环境可以部署在云中，从而实现持续集成/持续部署 （CI/CD） 管道、自动回归测试和快速反馈循环。

• 回归安全网：并行构建回归测试库允许团队验证新功能是否有效，而不会降低现有功能。

• 可追溯性和覆盖范围：TPT 等工具提供结构化评估，将测试结果与需求和功能联系起来，确保系统覆盖。

• 节省成本和时间：通过将大部分测试转移到虚拟平台，组织可以减少对昂贵的 HIL 设置的依赖，最大限度地减少停机时间，并加快整体开发时间。

• 提高质量：虚拟化可以在单元、组件和系统级别进行更彻底的测试，捕获仅在物理测试中可能遗漏的问题，并降低代价高昂的召回风险。

现实世界的影响

领先的汽车公司已经从虚拟化中获益。例如，梅赛德斯-奔驰已经展示了如何在虚拟和物理测试台上运行相同的测试用例，从而简化反馈流程并提高每次迭代的软件准确性。自动化和虚拟测试使一些组织能够将验证周期从近一个月缩短到几天。

生态系统和开放性

虚拟化的成功取决于互作性和强大的生态系统合作伙伴关系。开放的 API 和集成框架确保来自不同供应商的工具可以无缝协作。这对于必须协调来自不同供应商基础的软件和硬件的制造商来说至关重要。

重新思考测试范式

虚拟化不仅仅是物理测试的替代品，更是一个重新思考整个开发和验证过程的机会。通过在多个抽象级别实现模块化、单元级测试和灵活集成，组织可以更早地发现和修复问题，简化测试管理，并充满信心地支持无线软件更新。

最重要的是，虚拟化消除了“为集成而移交的功能”和“汽车中第一个可观察的行为”之间的组织差距，使开发人员能够快速迭代并更快地交付成熟的应用程序。

通过集成虚拟化的综合解决方案推进汽车软件开发

新思科技和IPG Automotive正在密切合作，为汽车软件开发和测试提供全面的虚拟化环境。通过将 eDT 与高保真车辆和环境仿真相结合，它们正在帮助行业应对 SDV 日益复杂的问题，从而实现更早的开发、更高的质量并缩短上市时间。

电子数字孪生集成

• Synopsys 提供用于创建 eDT 的高级解决方案，允许工程师在物理硬件可用之前在虚拟环境中开发和测试汽车软件。

• IPG Automotive 专注于通过 CarMaker 等工具模拟虚拟车辆原型、车辆动力学和基于场景的测试。通过将新思科技的虚拟ECU（vECU）与IPG的虚拟车辆原型集成，开发人员可以在真实的驾驶场景中测试真实软件。

系统级协同仿真

Synopsys Silver 和 IPG CarMaker 可实现无缝系统集成，允许集成到虚拟化车辆中的多个虚拟 ECU 在逼真的仿真环境中进行交互。这有助于团队更早地执行集成测试，更快地发现问题，并在转向物理原型之前优化整个系统。

组合解决方案支持自动化测试编排，可以有效地管理测试场景、执行和结果分析。这在 CI/CD 管道中尤其有价值，可以减少手动工作并加快验证周期。

生态系统和开放性

新思科技和 IPG 都强调互作性和开放 API，确保他们的工具协同工作，并可以与汽车开发生态系统中的其他解决方案集成。这种方法使原始设备制造商和供应商更容易将不同的软件和硬件组件整合在一起。

前进的道路

在汽车软件开发中采用 eDT 和虚拟化已经在改变行业。它使公司能够：

• 更早并行地开始开发。

• 提高生产力并降低成本。

• 缩短新车和新功能的上市时间。

• 构建回归安全网，确保系统化的测试覆盖率。

• 提供更高质量、更安全、更可靠的 SDV。

随着行业不断向越来越复杂、互联和智能的汽车发展，虚拟化将成为实现更快创新、无缝集成和强大质量保证的基石。汽车的未来在于采用这些数字工具——不仅是为了提高效率，也是为了释放软件定义移动的全部潜力。