过去几十年,汽车研发测试形成了一套成熟的验证流程:设计车辆、制造样车、进入试验场和道路测试,再根据结果不断优化。无论高温、高寒、耐久、碰撞还是操稳测试,真实车辆始终是汽车研发最重要的验证载体之一。一辆新车上市前,往往需要经历大量物理测试,确认其在不同环境和工况下的安全性、可靠性和性能。
但随着新能源汽车、智能驾驶和软件定义汽车快速发展,汽车研发正在发生变化。今天的汽车已经不再只是机械产品,而是由硬件、软件、算法和数据共同组成的复杂系统。软件逻辑、控制策略以及不同系统之间的协同,正在成为越来越重要的验证对象。
面对不断增加的软件版本、车型配置和测试场景,如果大量验证工作都要等到物理样车具备后再开展,就会面临周期、成本和覆盖范围方面的压力。因此,汽车验证开始向一个新的方向演进——Virtual-first,虚拟优先。
这里的“虚拟优先”并不是取消实车测试,而是把更多能够数字化的验证工作前移到模型、仿真环境和虚拟ECU中,在进入真实硬件和整车阶段之前尽可能发现问题。博世Mobility Virtualization Hub目前就明确提出面向汽车价值链的“virtual-first approach”,通过云端平台整合软件组件、仿真模型和虚拟ECU,开展跨域集成和验证。
博世Mobility Virtualization Hub虚拟化流程示意
图片来源:Bosch Mobility Virtualization Hub官方页面
为什么汽车越来越需要虚拟验证?
传统汽车开发中,底盘调校、制动性能、车身耐久、环境适应性等大量项目仍然依赖真实车辆。但智能汽车带来的新挑战,是软件功能和测试场景数量快速增长。
以ADAS为例,系统需要面对不同天气、道路、交通参与者以及大量低概率、高风险场景。如果完全依赖真实道路,不仅测试周期长、成本高,而且一些边界工况很难按照工程师的要求重复出现。
因此,对于智能驾驶系统而言,测试难点已经不仅是“跑了多少公里”,而是覆盖了多少真正有价值的场景。一辆测试车可以行驶很长距离,却未必遇到关键危险工况;而在虚拟环境中,工程师可以改变天气、车速、目标物行为和系统状态,对同一场景进行重复验证。
博世在《Beyond the hype: turning automotive disruption into opportunity》白皮书中也以ADAS为例指出,这类系统需要在大量环境条件和复杂交通情形下测试,传统方式耗时且成本较高,而仿真能够并行修改和测试多个场景,从而提高覆盖范围、降低成本。
从“样车出来再集中验证”到“验证前移”
Virtual-first真正改变的,不是简单把道路测试搬到电脑上,而是让验证更早发生。
过去很多问题需要等样车制造完成后才能暴露,一旦进入开发后期,再修改设计往往意味着更高的时间和成本代价。而在虚拟化开发体系中,模型、软件组件和虚拟ECU可以更早进入测试,一部分问题有机会在物理样车具备之前被发现。
博世将虚拟化描述为模型和仿真在整个产品生命周期中的系统化应用,其范围可以覆盖需求、产品设计、原型实现、测试规划和发布。这种方式能够减少硬件样件投入、扩大测试覆盖并加快验证过程。
博世Mobility Virtualization Hub的工作流则进一步体现了这种“shift-left”思路:不同来源的软件组件、仿真模型和虚拟ECU先在云端虚拟化环境中完成集成和验证,并形成“virtual release”,再部署到物理硬件。
因此,更准确地说,未来汽车验证不是“虚拟测试替代实车测试”,而是更多验证工作前移,物理测试逐级确认,最终仍回到真实车辆。
虚拟测试的边界在哪里?
虚拟验证发展得越快,一个问题越重要:既然大量功能可以在数字世界中测试,真实道路和试验场还有没有必要?
答案依然是肯定的。
汽车最终运行在物理世界中。轮胎与真实路面的作用、悬架和车身在复杂载荷下的响应、长期耐久、高低温环境、振动噪声以及驾驶员主观感受等,都需要真实车辆和物理试验提供最终依据。
更重要的是,仿真结果是否可信,本身也需要证明。如果车辆动力学、轮胎、传感器或者环境模型与真实世界存在明显偏差,那么再大规模的仿真也可能把误差一起放大。
虚拟开发的可信度需要覆盖工具、流程、基础设施、仿真模型、数据采集和参数化等环节。
因此,Virtual-first并不意味着“模型算完就结束”。真实试验数据需要持续用于模型校准和确认,而虚拟验证则帮助工程师把宝贵的实车资源集中到关键工况、复杂物理问题和最终系统确认上。
自动驾驶把虚拟验证推到了前台
如果说传统汽车很多测试项目可以在较固定的试验条件下重复执行,那么智能驾驶最大的不同,是场景组合几乎无穷。天气、道路结构、交通参与者、遮挡关系和突发行为发生变化,都可能形成新的测试场景。
虚拟环境的优势,就是能够把真实道路中难以重复的场景保存下来,再改变车速、天气、目标行为和传感器条件,反复验证软件不同版本的表现。因此,智能驾驶验证正在从单纯强调累计里程,逐步转向更加重视场景覆盖、边界条件和异常响应。
但真实道路仍承担另一项重要任务:发现原本没有被预先定义的情况。现实世界产生新的场景,再将这些场景转化为仿真案例;软件在虚拟环境中完成大量验证后,再回到台架和真实车辆进行确认。虚拟与现实由此形成持续的数据闭环。
Virtual-first,不是Virtual-only
从目前汽车开发趋势来看,实车测试不会消失,虚拟验证的重要性也会继续提高。更多适合数字化、可重复和大规模并行执行的任务,会被前移到虚拟环境;涉及真实物理特性、最终性能以及模型确认的工作,则仍需要台架、试验场和实际道路测试。
所以,Virtual-first真正改变的并不是“还要不要测实车”,而是测试什么时候开始、在哪里开展,以及哪些问题应该在哪个阶段被发现。
未来汽车测试的核心能力,也不会只是拥有多少测试车辆、跑了多少公里,而是能否建立从数字模型、虚拟ECU和软件验证,到台架、实车测试,再到真实道路数据回流的完整验证闭环。
虚拟世界负责把验证做得更早、更广、更高效,真实世界负责确认模型和软件最终能否经得住现实。
这才是Virtual-first时代汽车验证真正的边界。