悄無(wú)聲息的三大汽車發(fā)展趨勢(shì)

Jeff Phillips

不僅僅是汽車的未來(lái)，而且未來(lái)大眾的出行方式將充滿了期待和機(jī)遇。網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的技術(shù)革命也帶來(lái)了汽車電氣化、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及車輛與車輛以及與周圍基礎(chǔ)設(shè)施之間通信方式的變化。由于大部分人的焦點(diǎn)都放在了趨勢(shì)變化，在某些程度上市場(chǎng)正在忽略目前制造安全可靠車輛的挑戰(zhàn) - 即如何配置測(cè)試來(lái)應(yīng)對(duì)日益縮減的時(shí)間期限、 集中式ECU以及缺乏高效的企業(yè)數(shù)據(jù)管理解決方案等問題。

世界處在不斷變化的過程中。對(duì)于交通運(yùn)輸行業(yè)，這種變化是最明顯的。不僅僅是汽車的未來(lái)，而且未來(lái)大眾的出行方式將充滿了期待和機(jī)遇。網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的技術(shù)革命也帶來(lái)了汽車電氣化、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及車輛與車輛以及與周圍基礎(chǔ)設(shè)施之間通信方式的變化。未來(lái)，我將深入探討這些趨勢(shì)及其對(duì)當(dāng)前車輛的日常設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)所產(chǎn)生的影響。由于大部分人的焦點(diǎn)都放在了趨勢(shì)變化，在某些程度上市場(chǎng)正在忽略目前制造安全可靠車輛的挑戰(zhàn) - 即如何配置測(cè)試來(lái)應(yīng)對(duì)日益縮減的時(shí)間期限、集中式 ECU以及缺乏高效的企業(yè)數(shù)據(jù)管理解決方案等問題。對(duì)于每一個(gè)挑戰(zhàn)，我們都會(huì)參考相鄰行業(yè)來(lái)找到解決問題的方法。

測(cè)試配置

法國(guó)小說家Jean-Baptiste Karr經(jīng)常被引用的一句話，翻譯下來(lái)大致意思是“越多事情改變，改變的部分就越少”（The more things change， the more they stay the same）。我訪問過世界各地汽車客戶的驗(yàn)證工程師，包括OEM和一級(jí)供應(yīng)商，對(duì)話的主題是不同的，但本質(zhì)是非常相似的，大多圍繞“沒有足夠的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)試”和“沒有預(yù)算購(gòu)買新設(shè)備”等問題展開。現(xiàn)在許多系統(tǒng)直接控制或連接到非常注重安全的系統(tǒng)，測(cè)試這些設(shè)備以確保安全性和可靠性的重要性已不言而喻。

其中最重要的莫過于看似簡(jiǎn)單的“測(cè)試配置”任務(wù)。曾經(jīng)很簡(jiǎn)單的汽車零部件 - 例如車頭燈或汽車座椅 - 現(xiàn)在變成復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，它將ECU、傳感器、執(zhí)行器以及與車輛其他部分的通信結(jié)合在一起?，F(xiàn)在驗(yàn)證這些子系統(tǒng)的行為需要不同的測(cè)試方法。以前車門、車窗、轉(zhuǎn)向柱、照明和座椅的測(cè)試都是純粹的物理測(cè)試 - 驗(yàn)證物理性能和生命周期。這些機(jī)械測(cè)試采用的工具包括振動(dòng)臺(tái)、環(huán)境室、執(zhí)行器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這些組件包含了更多的傳感、計(jì)算和控制功能，物理組件已經(jīng)演變成車輛子系統(tǒng)，需要的設(shè)計(jì)和測(cè)試方法必須能夠反映動(dòng)力總成的設(shè)計(jì)行為。隨著設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)適應(yīng)這一新的現(xiàn)實(shí)，建模、軟件設(shè)計(jì)、回歸測(cè)試，硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試和系統(tǒng)集成所帶來(lái)的測(cè)試挑戰(zhàn)并不是花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間或投入更多資金就可以解決的。

解決這一挑戰(zhàn)需要專門的工具進(jìn)行一次性測(cè)試，然后過渡到編程工具進(jìn)行自動(dòng)化，或者在改變時(shí)間長(zhǎng)度、溫度、天氣因素、碰撞力等不同變量的情況下反復(fù)進(jìn)行相同的測(cè)試。這種類型的專業(yè)化也體現(xiàn)在鄰近行業(yè)，比如半導(dǎo)體，其中工具專業(yè)化降低了測(cè)試的總體成本，并允許供應(yīng)商更快地將產(chǎn)品推廣上市四。這一趨勢(shì)也即將發(fā)生在運(yùn)輸行業(yè)。事實(shí)上，已經(jīng)有一些產(chǎn)品開始提供這種專業(yè)化，比如NI FlexLogger，該軟件提供了基于配置的數(shù)據(jù)記錄交互。

集中式還是非集中式（ECU）

隨著智能和邊緣處理添加到汽車組件中，每輛車的ECU數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。從邏輯上講，這意味著組件設(shè)計(jì)更模塊化，故障傳播的概率更低。隨著我們朝著5級(jí)自動(dòng)駕駛汽車（奧迪已經(jīng)宣布2019年A8將成為世界上第一輛3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車）努力，來(lái)自各種傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合必將給當(dāng)前分散式ECU趨勢(shì)造成影響。

一種觀點(diǎn)是將子系統(tǒng)集成到一個(gè)集中式ECU之下，有時(shí)稱為融合ECU。處理器集中化有助于簡(jiǎn)化軟件更新、數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)流、成本和關(guān)鍵路徑測(cè)試。這意味著原始設(shè)備制造商可選擇其差異化優(yōu)勢(shì)，直接內(nèi)部進(jìn)行開發(fā)，并采用一級(jí)供應(yīng)商提供的完全集成的端到端傳感器系統(tǒng)。例如，對(duì)于電動(dòng)汽車，許多原始設(shè)備制造商正在嘗試將他們的IP（包括制動(dòng)、充電和動(dòng)力總成）隔離到一個(gè)ECU中，并通過業(yè)界的商用現(xiàn)成ECU來(lái)減少測(cè)試負(fù)擔(dān)，降低成本以及分散責(zé)任。對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈來(lái)說，了解這些系統(tǒng)如何集成在一起并共享標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

無(wú)論如何，驗(yàn)證ECU上嵌入式軟件的行為這一挑戰(zhàn)將變得更加困難，而快速開發(fā)和構(gòu)建HIL測(cè)試設(shè)備的能力將變得至關(guān)重要。目前HIL系統(tǒng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是從端到端構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，這聽起來(lái)很有吸引力。過去這種模式行之有效，但兩個(gè)重要的發(fā)展正在改變這一格局。首先，市場(chǎng)變化的速度導(dǎo)致這些“黑匣子”測(cè)試設(shè)備成本過高，因?yàn)槊看巫兓夹枰_發(fā)全新的黑匣子。其次是ADAS的演變。隨著ECU的功能越來(lái)越多，并將來(lái)自不同供應(yīng)商的信息聚集在一起，所以這些知識(shí)和IP更為重要，因?yàn)槠嚬拘枰獡碛性揑P并深入了解才能對(duì)其測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的修改 - 黑匣子就無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一目的。

歷史上，這種“內(nèi)部所有權(quán)”一般體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制中。然而，我認(rèn)為ADAS系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和所有權(quán)道路上的新“動(dòng)力總成”，這意味著擁有ADAS的IP將同樣重要。由于缺乏靈活性，無(wú)法適應(yīng)未來(lái)需求，加上定制服務(wù)的成本過高，工程師正在尋求其他解決方案。此外，還存在由于缺乏大規(guī)模應(yīng)用而導(dǎo)致的成本問題。這些“黑匣子”測(cè)試方案不再適用于較小的子系統(tǒng)，而且即使是小型系統(tǒng)，也包含大量的軟件邏輯。

數(shù)據(jù)管理解決方案

這里我們不必要了解采集的數(shù)據(jù)量如何呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。對(duì)于交通行業(yè)來(lái)說，采集的數(shù)據(jù)只會(huì)隨著汽車朝5級(jí)自動(dòng)駕駛方向發(fā)展而不斷增加。來(lái)自雷達(dá)、激光雷達(dá)和相機(jī)等傳感器的數(shù)據(jù)將整合在一起，以了解汽車周邊的環(huán)境。生物識(shí)別傳感器的數(shù)據(jù)將有助于了解駕駛員的狀態(tài)和健康狀況。汽車將基于這些數(shù)據(jù)自動(dòng)啟動(dòng)車道變換輔助系統(tǒng)和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。而且更令人興奮的是，AI的應(yīng)用也即將在汽車領(lǐng)域全面爆發(fā)。

對(duì)于測(cè)試工程師來(lái)說，由于采集的數(shù)據(jù)量龐大、驗(yàn)證采集數(shù)據(jù)的步驟增加以及實(shí)時(shí)分析這些大型數(shù)據(jù)集的需求，數(shù)據(jù)問題將會(huì)加劇。最近發(fā)生的特斯拉死機(jī)就是即時(shí)數(shù)據(jù)處理挑戰(zhàn)的一個(gè)例子。正確做出決策無(wú)疑會(huì)帶來(lái)無(wú)限的潛在影響。

我們來(lái)設(shè)想一種情況。系統(tǒng)發(fā)生崩潰。系統(tǒng)會(huì)分析汽車上傳感器的數(shù)據(jù)并識(shí)別自動(dòng)駕駛算法中的錯(cuò)誤。

如果用于測(cè)試這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與用于監(jiān)控和評(píng)估這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相同，那么接下來(lái)的步驟可能是……

錯(cuò)誤被修復(fù)并自動(dòng)更新到存在該錯(cuò)誤的車上。相同的數(shù)據(jù)會(huì)在驗(yàn)證系統(tǒng)時(shí)生成新的測(cè)試參數(shù)，以確保不會(huì)重復(fù)發(fā)生錯(cuò)誤。

這種情況是未來(lái)十年我們對(duì)自動(dòng)駕駛算法、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)期。但是，目前這種情況并發(fā)生，因?yàn)楸M管我們加載的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，但并沒有真正對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（見圖表1）

這一問題的關(guān)鍵在于不僅可能，而且能夠輕松存儲(chǔ)、共享、查找和分析測(cè)量數(shù)據(jù)的企業(yè)數(shù)據(jù)管理解決方案。雖然這極具挑戰(zhàn)性，還是有一些汽車公司采取了相應(yīng)的解決方案，并取得了顯著的成效。豐田將分析數(shù)據(jù)所需的工時(shí)減少了50%；道依茨將數(shù)據(jù)分析時(shí)間減少了90%。捷豹路虎將其測(cè)試數(shù)據(jù)的百分比從10%提高到了95%，而且時(shí)間縮短了20倍。這些案例的共同點(diǎn)在哪里呢？答案就是標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)管理和分析企業(yè)方案。

發(fā)展趨勢(shì)

變化是汽車領(lǐng)域的新元素，其中變化的不僅僅是汽車的使用體驗(yàn)或采用的技術(shù)。政府法規(guī)和責(zé)任保險(xiǎn)覆蓋范圍即將發(fā)生未知的變化；汽車經(jīng)銷商和汽車租賃公司紛紛倒閉。這些變化的重中之重是用于驗(yàn)證和測(cè)試這些組件的系統(tǒng)和方法，不僅要確保低成本、快速上市時(shí)間、高可靠性，同時(shí)最重要的就是確保安全性。幸運(yùn)的是，用于定義這些新系統(tǒng)的組件并不新穎。我們已經(jīng)看到相同的技術(shù)正在應(yīng)用到半導(dǎo)體和國(guó)防和航空航天的測(cè)試環(huán)境，后者具有許多相同的“自動(dòng)駕駛”功能。NI在測(cè)試方面擁有40多年的卓越歷史，并且我們也專注于汽車行業(yè)。在未來(lái)的博客文章中，我們將討論從鄰近行業(yè)類似挑戰(zhàn)中汲取的許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，重點(diǎn)介紹汽車領(lǐng)域的許多發(fā)展趨勢(shì)以及它們對(duì)測(cè)試工程師的意義，并最終展示汽車行業(yè)取得的一些重大成功案例。