ADAS和HMI開發是仿真解決方案的新應用領域。

在沒有實體原型的情況下進行新車設計、研發和制造的想法通常會被認為是不切實際的。就算如今的虛擬開發能力越來越強，專家依舊認為需要用實體原型來驗證虛擬模型的保真度。

但對于提供實時仿真和駕駛模擬器的頂級供應商來說，“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的董事總經理Guido Bairati表示：“我們的客戶公司有部分已經將其第一個實體原型的建造放在設計周期最后的階段了。這樣的原型車實際上就是預生產的汽車了。”

總部位于德國達姆施塔特的VI-grade由思百吉集團于2018年收購。Bairati認為，憑借其豐富的仿真工具系列，該公司即將實現在汽車與ADAS（一個迅速成長的應用領域）開發中徹底淘汰實體原型的愿景。通過構建車輛仿真模型，工程師能夠在計算機上進行多次離線運行，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行評估。這樣一來，工程師們就可以預先研究問題并完成?V-model（驗證與確認）最后階段的大量開發工作。

Bairati在接受SAE采訪時說：“基本上，整個開發過程都會提前——越早發現問題，就越容易解決它們。”只要當某個硬件部件（比如轉向系統、阻尼器、攝像頭或激光雷達）準備就緒，就可以將其納入結合了硬件在環（HiL）測試和VI-grade駕駛模擬器的開發流程中。工程師不再需要完整的實體原型，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，另一些則是實體硬件。

Bairati繼續解釋道：“實際上，駕駛模擬器可以說是一個將所有資源整合起來的平臺。”最新的仿真技術可幫助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，原本需要一個月才能在試驗場完成的任務現在只需一周即可完成。Bairati說：“這還不包括建造原型、將原型運送到試驗場以及派遣工程師和駕駛員到試驗場的時間和成本。”

福特汽車關鍵方法與仿真/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世界，但這并不是為了替代真實世界，而是給出一種更完善的工作方法。”他表示福特在研發末期仍會使用實體驗證，“但如果能在沒有原型的情況下完成80%的開發工作，我們取得的成果也會更加穩定。就算還是需要投入20%的時間制作原型，那依然是劃算的。”福特的仿真設施正在不斷擴大，并以100%的產能運行。對此，Jamail的團隊也在“一步一步”將仿真融入福特的整個產品研發體系，以幫助工程師和技術人員全面了解這些工具。Jamail 補充說：“我曾是一名測試駕駛員，也做過開發工程師。我希望能把我累積了二十多年的知識應用在虛擬領域中。”

用仿真開發ADAS

仿真技術有望減少開發時間及成本并簡化產品開發流程，它點燃了全球汽車仿真解決方案市場。據某OEM仿真經理所說，SAE也統計過，有三十多家公司已經在開展駕駛模擬器業務，其中VI-grade、AB Dynamics等公司被各OEM的仿真部門經理公認為業界翹楚。Technavio Research 發布于2023年1月的一份報告稱，僅駕駛模擬器市場就將預計增長3.81億美元，復合年增長率為5.65%，在預測期內，北美預計將占市場增長的34%。

但專家表示市場增長仍將面臨阻力，比如仿真驗證的高成本會導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的旗艦產品DiM250動態駕駛模擬器，包括建造、安裝和人工成本在內的總投資高達500萬美元。根據Technavio的說法，汽車仿真領域的驗證流程較為有限，尤其是對于那些采用人為因素仿真的研究。全面驗證人為因素駕駛員在環（DiL）仿真器的極高成本還會繼續上升。

然而，這些潛在阻力并沒有阻礙OEM將仿真戰略整合進汽車開發的組織架構中。就在福特迪爾伯恩仿真中心試運行全新的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”數據包。這些公司現在正在努力將3D虛擬數據集成到駕駛模擬器中，模擬福特在南京的測試賽道。

仿真不僅在傳統的車輛動力學領域發揮穩定，在ADAS和自動駕駛汽車開發中也自然而然地找到了落腳點。Progress Technologies Group是一家來自日本的工程服務公司。CEO中山岳人近日宣布將在其最新建成的工程設施中使用全新的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，還能在“自動駕駛系統功能驗證和高級安全控制系統”與該公司基于模型的系統工程（MBSE）和基于模型的定義（MBD）技術相集成時對其進行“功能驗證”。

改變產品開發的游戲規則

加拿大安大略省McMaster大學首席研究工程師Lucas Bruck觀察道：“誰都知道仿真既能節省成本，也能縮短開發時間，也確實如此。但在我看來，駕駛模擬器最有價值的貢獻在于其提供的設計靈活性，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等應用來說改變了游戲規則，特別是對于ADAS與硬件在環結合的情況。”

在ADAS和自動駕駛的開發中，駕駛模擬器正在“改變游戲規則”。它把環境因素（如天氣以及無數現實世界的駕駛條件）引入協作工作環境的模型中，而不會讓這些條件在現實世界中對工程師造成阻礙。

現為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、牽引控制和穩定性控制系統的開發工程師。他表示：“隨著工程師采用越來越多的人工智能技術，ADAS與自動駕駛系統的驗證會成為駕駛模擬器的熱門應用領域。以前，我們是有一套測試場景，但相對有限。因為我們知道最終表現還是取決于人類駕駛員，我們只是起到輔助作用。但現在，全自動駕駛系統必須能夠應對現實世界中的每一個可能發生的場景。”

據Bairati介紹，VI-grade針對ADAS的仿真解決方案無縫連接了控制系統設計、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境之中，以驗證常見的SAE L2級自動駕駛的功能，比如自動緊急制動、自適應巡航控制和車道偏離警告；也可以在子系統和系統級別下進行硬件測試。

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

作為上述靈活性優勢的又一印證，還可以通過傳感器融合測試將傳感器測試擴展到駕駛模擬器中，從而在進行真實道路測試之前，在實驗室環境中對ADAS功能（包括駕駛員對測試參數的反應）進行全面且安全的評估優化。

未來的機會

專家們提到另一個可以發揮仿真價值且正在開發的領域：訓練測試工程師。他們富有遠見和實踐經驗，能夠在賽道上進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。駕駛模擬器訓練課程可以讓測試工程師理解當參數發生變化時，車輛的感覺如何變化。Abuelsamid斷言稱：“讓他們收獲相關經驗后，還可以反過來訓練軟件。”

駕駛模擬器的另一個正在增長的應用領域是人因設計，因為人機交互（HMI）的開發對于乘員的安全性、舒適性和便利性十分重要。駕駛模擬器可以用于優化HMI設計，改善車輛與司機之間的通信，確保駕駛員保持注意力，并在車輛內部設計方面發揮作用，以提高駕駛和運輸體驗。

對于車輛開發團隊以及為實現這一目標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。McMaster大學的虛擬仿真和測試專家Bruck說：“我相信‘零原型’能完全實現嗎？其實不然。我這么說是因為我已經在這個行業工作了10年。不過我相信，大幅減少原型是可以實現的。”

編輯：黃飛

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