軟件定義汽車（SDV）在今天似乎已經(jīng)成為行業(yè)常態(tài)，原始設(shè)備制造商（OEM）及其價(jià)值鏈開始重新思考車輛的開發(fā)方式，將機(jī)械、電子、電氣系統(tǒng)與軟件等多層級(jí)子系統(tǒng)及領(lǐng)域整合為一套成功的車輛設(shè)計(jì)，而這其中的復(fù)雜度在不斷提升，這反過(guò)來(lái)推動(dòng)了數(shù)字化的持續(xù)普及。

（圖片來(lái)源：西門子）

具體而言，要在軟硬件開發(fā)的交叉領(lǐng)域取得成功，汽車制造商需優(yōu)化架構(gòu)、采用敏捷的軟件開發(fā)模式，以彌合傳統(tǒng)汽車開發(fā)流程與軟件開發(fā)流程之間的鴻溝。而這一變革的核心技術(shù)力量其實(shí)來(lái)自全面數(shù)字孿生—— 它可以為車輛提供“單一事實(shí)來(lái)源”，不僅能促進(jìn) OEM 內(nèi)部團(tuán)隊(duì)協(xié)作，也能支持供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同。

SDV 開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

成功開發(fā) SDV 的最大的挑戰(zhàn)在于：軟硬件相互依賴，卻未實(shí)現(xiàn)完全整合。在 SDV 中，車輛的實(shí)際操控需通過(guò)不同軟件層級(jí)實(shí)現(xiàn)，而這些軟件層級(jí)具有高度獨(dú)特性，無(wú)法通過(guò)通用的計(jì)算平臺(tái)滿足需求。軟件負(fù)載會(huì)影響硬件設(shè)計(jì)，反之硬件設(shè)計(jì)也會(huì)作用于軟件架構(gòu) —— 因此，軟件與計(jì)算平臺(tái)必須同步開發(fā)，以確保軟件負(fù)載能得到安全支持，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

要在緊迫的開發(fā)周期內(nèi)推進(jìn) SDV 項(xiàng)目，企業(yè)需在“解耦軟硬件開發(fā)”的同時(shí)，保持二者之間明確且緊密的需求關(guān)聯(lián)。硬件層面，目前存在將電子控制單元（ECU）整合為更少芯片的趨勢(shì)，這些芯片可搭載 16 核、32 核甚至 128 核 CPU，并共享多個(gè) GPU 核心；軟件層面，虛擬機(jī)監(jiān)控程序（hypervisor）需運(yùn)行不同操作系統(tǒng)，且這些系統(tǒng)在安全性與保密性上的重要等級(jí)各不相同。但在某些環(huán)節(jié)，軟硬件必須共享資源 —— 核心目標(biāo)是盡早解決二者在關(guān)鍵裕量需求上的沖突，并清晰評(píng)估這些設(shè)計(jì)需求對(duì)軟硬件雙方產(chǎn)生的影響。

軟硬件協(xié)同開發(fā)是高效識(shí)別并解決上述問(wèn)題的唯一途徑。其核心在于“持續(xù)集成、持續(xù)部署、持續(xù)調(diào)試”：通過(guò)這種模式，OEM 既能初步完成“軟件與硬件的映射開發(fā)”，又能在車輛全生命周期內(nèi)持續(xù)對(duì)軟件進(jìn)行運(yùn)維升級(jí)。

全面數(shù)字孿生：成功的關(guān)鍵

要順利過(guò)渡到“軟件定義”環(huán)境，全面數(shù)字孿生技術(shù)是不可或缺的。它整合電子、軟件與機(jī)械系統(tǒng)，提供必要的跨域視角，能在物理原型制造前就構(gòu)建出車輛的虛擬模型。從早期概念規(guī)劃階段開始，OEM 便可借助數(shù)字孿生明確系統(tǒng)需求，并在內(nèi)部團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)商之間高效傳遞這些需求。同時(shí)，數(shù)字孿生還能建立“需求一致性”，并作為“先進(jìn)流程知識(shí)庫(kù)”，為 SDV 的成功開發(fā)提供支撐。

更關(guān)鍵的是，數(shù)字孿生支持整個(gè)價(jià)值鏈的透明化與可追溯性：它能讓開發(fā)周期內(nèi)的需求得到持續(xù)完善，且隨著下一代 SDV 平臺(tái)的成熟，數(shù)字孿生在所有工程開發(fā)環(huán)節(jié)的保真度也會(huì)同步提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)硬件建模與軟件負(fù)載的協(xié)同成熟。此外，數(shù)字孿生還能管理供應(yīng)商及內(nèi)部工程團(tuán)隊(duì)的需求與更新。

在虛擬環(huán)境中，軟件團(tuán)隊(duì)可在硅基硬件就緒前，提前運(yùn)行并驗(yàn)證軟件工作。數(shù)字孿生提供的虛擬模型會(huì)隨系統(tǒng)開發(fā)不斷演進(jìn)、精度持續(xù)提升，這意味著：即使車輛仍處于“仿真狀態(tài)”，軟件開發(fā)也能在物理原型制造前啟動(dòng)。軟件可在虛擬環(huán)境中測(cè)試功能，在諸如西門子PAVE 360 這樣的硬件仿真設(shè)備上運(yùn)行 —— 這種“在硬件定型前提前測(cè)試軟件”的能力，能幫助 OEM 滿足更緊迫的產(chǎn)品開發(fā)周期要求。

隨著設(shè)計(jì)推進(jìn)，軟硬件協(xié)同測(cè)試與仿真驗(yàn)證假設(shè)同樣重要（圖片來(lái)源：西門子）

設(shè)計(jì)周期的透明化

由于多套互聯(lián)系統(tǒng)間存在大量連接節(jié)點(diǎn)，車輛設(shè)計(jì)周期的透明化具有極高價(jià)值。數(shù)字孿生能幫助 OEM 以“全維度”的方式，整合車輛的所有信息。與其他行業(yè)相比，汽車的預(yù)期使用壽命極長(zhǎng) ——OEM 需在停產(chǎn)后數(shù)年仍提供備件，這一要求同樣適用于軟件（尤其是自動(dòng)駕駛安全相關(guān)軟件）。OEM 不僅要具備軟件更新能力，還需清楚了解“一次更新會(huì)對(duì)不同版本車輛產(chǎn)生何種影響”。

數(shù)字孿生為這種透明化提供了核心支撐。許多 OEM 已找到通過(guò)“透明化”創(chuàng)造更多價(jià)值的方法：尤其在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車輛在公共道路上累積的行駛里程極具價(jià)值 —— 這些數(shù)據(jù)有助于發(fā)現(xiàn)“虛擬環(huán)境中未測(cè)試到的邊緣場(chǎng)景”，而這些場(chǎng)景可進(jìn)一步納入數(shù)字孿生，為未來(lái)產(chǎn)品開發(fā)提供支持。隨著汽車制造商不斷提升信息透明化程度，并將其融入開發(fā)流程，SDV 的開發(fā)效率也將顯著提升。

從早期概念到實(shí)際使用，開發(fā)的每個(gè)階段都應(yīng)通過(guò)全面數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，以持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)與軟件（圖片來(lái)源：西門子）

當(dāng)越來(lái)越多車輛的核心賣點(diǎn)從“機(jī)械參數(shù)”轉(zhuǎn)向軟件體驗(yàn)，無(wú)論是電動(dòng)汽車還是自動(dòng)駕駛汽車，都要求 OEM 及其價(jià)值鏈重新構(gòu)建軟件能力，而所采用的流程與工具也需順應(yīng)這一轉(zhuǎn)變。

成功 SDV 的基礎(chǔ)始于全面數(shù)字孿生，所有后續(xù)開發(fā)都圍繞這一“單一事實(shí)來(lái)源”展開。仿真不僅需要理解系統(tǒng)需求，還需考量“系統(tǒng)級(jí)層面的廣泛影響”；需求與車輛開發(fā)過(guò)程的透明化，有助于加速?gòu)?fù)雜產(chǎn)品的整合。如今，有“軟件定義”的汽車已行駛在道路上，而確保其開發(fā)流程的長(zhǎng)期可持續(xù)性，已成為行業(yè)當(dāng)下的關(guān)鍵任務(wù)。