汽車行業正在經歷一場深刻的變革。車輛不再只是機械機器，它們正在成為充滿電子和智能的復雜軟件定義平臺。隨著現代汽車中電子控制單元 （ECU） 數量的攀升（一些汽車現在包含多達 150 個 ECU），集成、驗證和確認硬件和軟件之間復雜相互作用的挑戰也越來越大。這種復雜性推動了汽車軟件開發中對虛擬化的需求不斷增長。

向軟件定義汽車 （SDV） 的轉變

當今的車輛是來自多個供應商的硬件和軟件的融合，每個供應商都有自己的依賴關系和集成要求。對新功能、更快上市時間和更高質量的需求是無情的。消費者，尤其是年輕一代，期望在他們的汽車中獲得無縫的數字體驗，從流媒體音樂到在電動汽車充電時觀看視頻。

但隨著這些進步的出現，變得更加復雜。在北美，超過 65% 的車輛在 2022 年因電子或軟件缺陷而被召回?？s短開發周期、管理召回和快速創新的壓力從未如此之大。傳統的開發和測試方法正在努力跟上步伐。

傳統測試的局限性

從歷史上看，硬件和軟件的集成是一個順序過程。只有在硬件可用后才會開發和測試軟件，從而導致瓶頸和延遲問題發現。物理測試臺（硬件在環，或HIL）價格昂貴、可用性有限且配置和維護耗時，所有這些都會影響測試策略的測試覆蓋率和可擴展性。因此，由于多個錯誤導致的集成問題通常會在開發周期的后期浮出水面，有時甚至導致汽車在停車場無法銷售，而軟件故障得到了解決。

然而，在當今的開發環境中，最大的延遲通常不是來自硬件可用性，而是來自組織流程。驗證車輛中的新功能通常需要完整的應用程序構建、ECU 刷新和安裝，然后才能在汽車中測試該功能。對于高集成度ECU，這個周期可能需要10-20周或更長時間。如果需要進行微小的更改，整個循環就會重新開始，從而大大減慢創新和反饋速度。

進入虛擬化和電子數字孿生

虛擬化通過創建電子數字孿生 （eDT）、車輛電子設備及其環境的虛擬表示來應對這些挑戰。開發人員無需等待物理原型，而是可以在虛擬 ECU （vECU） 上構建、測試和驗證軟件，這些軟件在各種抽象級別上準確模仿真實硬件的行為。

至關重要的是，虛擬化不僅僅是為了避免硬件等待，還是為了繞過組織延遲。開發人員可以在新功能到達車輛之前很久就立即在逼真的模擬環境中試用新功能。例如，可以虛擬設置和測試限速場景（例如 100 → 50 或 50 → 30），從而允許即時完善邏輯并加速應用程序成熟度。

這種左移方法具有幾個主要優勢：

• 并行開發：多個團隊可以同時開發和測試軟件，比物理原型提前幾個月開始，從而增加測試覆蓋率。

• 早期集成測試：來自不同供應商的軟件組件可以虛擬集成和測試，從而減少后期意外。

• 自動化和可擴展的測試：虛擬環境可以部署在云中，從而實現持續集成/持續部署 （CI/CD） 管道、自動回歸測試和快速反饋循環。

• 回歸安全網：并行構建回歸測試庫允許團隊驗證新功能是否有效，而不會降低現有功能。

• 可追溯性和覆蓋范圍：TPT 等工具提供結構化評估，將測試結果與需求和功能聯系起來，確保系統覆蓋。

• 節省成本和時間：通過將大部分測試轉移到虛擬平臺，組織可以減少對昂貴的 HIL 設置的依賴，最大限度地減少停機時間，并加快整體開發時間。

• 提高質量：虛擬化可以在單元、組件和系統級別進行更徹底的測試，捕獲僅在物理測試中可能遺漏的問題，并降低代價高昂的召回風險。

現實世界的影響

領先的汽車公司已經從虛擬化中獲益。例如，梅賽德斯-奔馳已經展示了如何在虛擬和物理測試臺上運行相同的測試用例，從而簡化反饋流程并提高每次迭代的軟件準確性。自動化和虛擬測試使一些組織能夠將驗證周期從近一個月縮短到幾天。

生態系統和開放性

虛擬化的成功取決于互作性和強大的生態系統合作伙伴關系。開放的 API 和集成框架確保來自不同供應商的工具可以無縫協作。這對于必須協調來自不同供應商基礎的軟件和硬件的制造商來說至關重要。

重新思考測試范式

虛擬化不僅僅是物理測試的替代品，更是一個重新思考整個開發和驗證過程的機會。通過在多個抽象級別實現模塊化、單元級測試和靈活集成，組織可以更早地發現和修復問題，簡化測試管理，并充滿信心地支持無線軟件更新。

最重要的是，虛擬化消除了“為集成而移交的功能”和“汽車中第一個可觀察的行為”之間的組織差距，使開發人員能夠快速迭代并更快地交付成熟的應用程序。

通過集成虛擬化的綜合解決方案推進汽車軟件開發

新思科技和IPG Automotive正在密切合作，為汽車軟件開發和測試提供全面的虛擬化環境。通過將 eDT 與高保真車輛和環境仿真相結合，它們正在幫助行業應對 SDV 日益復雜的問題，從而實現更早的開發、更高的質量并縮短上市時間。

電子數字孿生集成

• Synopsys 提供用于創建 eDT 的高級解決方案，允許工程師在物理硬件可用之前在虛擬環境中開發和測試汽車軟件。

• IPG Automotive 專注于通過 CarMaker 等工具模擬虛擬車輛原型、車輛動力學和基于場景的測試。通過將新思科技的虛擬ECU（vECU）與IPG的虛擬車輛原型集成，開發人員可以在真實的駕駛場景中測試真實軟件。

系統級協同仿真

Synopsys Silver 和 IPG CarMaker 可實現無縫系統集成，允許集成到虛擬化車輛中的多個虛擬 ECU 在逼真的仿真環境中進行交互。這有助于團隊更早地執行集成測試，更快地發現問題，并在轉向物理原型之前優化整個系統。

組合解決方案支持自動化測試編排，可以有效地管理測試場景、執行和結果分析。這在 CI/CD 管道中尤其有價值，可以減少手動工作并加快驗證周期。

生態系統和開放性

新思科技和 IPG 都強調互作性和開放 API，確保他們的工具協同工作，并可以與汽車開發生態系統中的其他解決方案集成。這種方法使原始設備制造商和供應商更容易將不同的軟件和硬件組件整合在一起。

前進的道路

在汽車軟件開發中采用 eDT 和虛擬化已經在改變行業。它使公司能夠：

• 更早并行地開始開發。

• 提高生產力并降低成本。

• 縮短新車和新功能的上市時間。

• 構建回歸安全網，確保系統化的測試覆蓋率。

• 提供更高質量、更安全、更可靠的 SDV。

隨著行業不斷向越來越復雜、互聯和智能的汽車發展，虛擬化將成為實現更快創新、無縫集成和強大質量保證的基石。汽車的未來在于采用這些數字工具——不僅是為了提高效率，也是為了釋放軟件定義移動的全部潛力。