使用基于模型的系统工程开发 ADAS 功能的全面数字孪生

MBSE 方法

全球自动驾驶车辆 (AV) 市场迅速扩张。据 Statista 预测，到 2025 年，该市值将达到近 4000 亿美元。富智康集团是鸿海科技集团（富士康）的子公司，在过去几十年间，因其为手机、移动和无线通信设备以及电子消费品提供垂直整合、端到端设计、开发和制造服务而闻名。随着对新兴技术的需求日益增长，富智康将其专业知识扩展到先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶汽车 (AV) 市场。

2021 年，富智康与全球领先的汽车制造商和移动出行服务提供商斯特兰蒂斯携手合作，与富智捷科技有限公司 (MobileDrive) 成立合资企业。 MobileDrive 主要开发信息娱乐、远程信息处理和云服务平台，以及辅助硬件和软件。为了快速交付出类拔萃的高质量软件以满足市场需求，MobileDrive 选择了 Simcenter™ 工程和咨询服务来协助开发基于模型的系统工程 (MBSE) 方法，以帮助实现其宏大的 ADAS 目标。

MobileDrive 意识到 Simcenter Engineering 可以帮助他们利用强大的数字主线，让他们能够捕获数据以优化所有关键领域的系统。

ADAS 战略合作伙伴

开发 ADAS 要求在应用和功能安全方面具有丰富的知识和经验。Simcenter Engineering 在这些领域拥有久经验证的专业知识，因此与 MobileDrive 高度适配。

MobileDrive 主要希望学习如何使用基于模型的框架为车道保持辅助 (LKA)、车道保持和紧急转向辅助 (ESA) 等常见 ADAS 应用开发算法和软件控制系统。他们选择了 Simcenter Engineering 团队作为技术合作伙伴来开发这些功能，并为其工程人员传授所需的软件专业知识。

同一 ADAS 愿景下实现双重目标

MobileDrive 的初始目标是成为中国大陆和中国台湾原始设备制造商 (OEM) 在开发 ADAS 应用软件方面值得信赖的合作伙伴。MobileDrive 的未来目标是成为领先的汽车电子设备供应商。

为了助力 MobileDrive 实现这些目标，Simcenter Engineering 团队制定了一个路线图来帮助该公司向 MBSE 方法过渡，先从供应商和 OEM 需求入手，然后再将这些需求级联到软件需求。

双方团队协商一致，决定开发六项功能，包括 LKA、紧急车道保持 (ELK)、车道线跟踪控制 (LFC)、自动变道辅助 (ALC)、ESA 和自动紧急转向 (AES)，作为初次推出的横向控制器的组成部分，以助力 MobileDrive 实现其宏大的上市时间目标。

“我们需要良好地掌握 Simcenter Engineering 团队所传授的基础知识， 包括如何满足需求以及如何构建初始架构，”MobileDrive 首席技术官 (CTO) 温斯顿·许 (Winston Hsu) 说道。“我们还需要理解编写和管理测试用例的典范做法，以指导软件开发。”

Simcenter Engineering 为 MobileDrive 的 ADAS 愿景提供了完整的方法和路线图，包括编写功能和技术安全要求、执行功能安全测试、生成测试用例，以及使用领先的系统仿真平台 Simcenter Amesim™ 软件和 Siemens Digital Industries Software 的虚拟 ADAS 验证产品组合 Simcenter Prescan™ 软件来基于仿真模型开发和测试系统。此外，使用西门子的云端应用程序生命周期管理 (ALM) 工具 Polarion™ 产品组合还提供了对需求的完全可追溯性。Simcenter Engineering 团队还使用 Polarion 开展了全面的技术转移，以确保 MobileDrive 内部可以复刻该技术。 Simcenter Engineering 及上述这些产品都是 Siemens Xcelerator 这一全面、集成式软硬件和服务产品组合的一部分。

构建仿真模型

这个项目需要 Simcenter Engineering 团队建立一个详细的车辆动力学模型来验证横向控制器。为了实现这一目标，Simcenter Engineering 专家开展了市场研究，以根据整车需求确定系统需求。

Simcenter Engineering 随后将这些知识及其在 ADAS 方面的丰富经验应用于对所有车辆动力学进行建模，并为控制器验证提供了一个虚拟测试环境。通过将 Simcenter Amesim 与 Simcenter Prescan 相耦合，团队能够为不同驾驶场景定义环境，包括与功能安全相关的场景。虚拟环境还允许系统集成各种 ADAS 传感器，如用于传感器融合的摄像头以及短程和远程雷达，将其作为 ADAS 控制功能的一部分。然后，将控制器集成到虚拟测试环境中，在该环境下，于不同软件平台之间的闭环框架中对若干功能进行测试。

这个框架使团队能够将产品作为一个全面的数字孪生来进行观察。这具有极高价值，因为他们能够使用这些信息来快速找到系统和软件性能问题，让他们能够在开发周期的早期解决这些问题。

跟踪需求

Polarion 的使用在此项目中发挥了关键作用。Simcenter Engineering 团队将其用于存储各种不同来源的各级需求，例如用例、客户需求、OEM 需求、系统、软件、功能安全以及故障模式需求。然后，这些需求经过级联和分解，便可用于开发软件架构和软件功能需求规范，这些规范使用 Simulink 实施，用于模型在环 (MiL) 闭环测试。通过在需求、测试用例和技术安全需求之间建立完全的可追溯性，Simcenter Engineering 还利用 Polarion 功能来维护和捕获大量验证测试，用于验证控制软件。这有助于 MobileDrive 实现遵从 Automotive SPICE (ASPICE) 和国际标准化组织 (ISO) 26262 法规的愿望。

Simcenter Engineering 使用 Polarion 为所有需求创建测试用例，呈现测试用例和需求之间的可追溯性，并结合使用 Simulink 控制器和基于 Simcenter 的车辆和交通模型在闭环仿真中执行这些测试用例和需求。然后，这些结果将自动返回 Polarion，为 MobileDrive 和 Simcenter Engineering 团队提供一个仪表板，其中呈现了有关通过/未通过标准和关键性能指标 (KPI) 参数的实时指标。这让项目管理团队及其他团队能够自行实时评估有多少需求通过或未通过其验证测试。

接下来，Simcenter Engineering 团队通过在云端托管 Polarion 服务器，确保西门子与 MobileDrive 之间的通信能够实现同步。这简化了团队之间的沟通，使他们能够在同一位置进行提问、交换数据和查看仪表板。

云端解决方案还允许双方团队单独或一同远程审核、评论和批准需求。

仿真阶段结束后，MobileDrive 在电子控制单元 (ECU) 中对结果进行了测试。“我们欣慰地发现 Simcenter Engineering 团队所传授的 MBSE 方法相当成功，”MobileDrive 项目经理伯特·陈 (Burt Chen) 如是说。“所有功能都像承诺的那样良好运行，这让我们对为 OEM 交付高质量软件充满了信心。”

不仅仅是开发者

在项目收尾阶段，Simcenter Engineering 团队向 MobileDrive 提供了实施方法和技术转移。这一切都在培训课程中完成。在培训课程中，Simcenter 团队开展了多个实践研讨会论坛，旨在帮助 MobileDrive 团队掌握对 MBSE 框架的使用。该团队就所有 Polarion 项目进行了技术转移， 以确保 MobileDrive 能够完全了解其需求，可以轻松地对其进行复刻，用于未来开发。

在这些技术转移会议期间，Simcenter Engineering 团队的首要任务是向 MobileDrive 演示业内的典范做法，说明如何使用虚拟测试框架高效地解决问题，以及如何将软件转换应用于其自己的开发和生产环境中。所设计的每个模型、仪表板和技术都可直接用于 MobileDrive 的生产，不但易于更新，甚至还可以根据客户需求进行扩展。

使用 MBSE 和数字孪生

“Simcenter Engineering 团队为我们传授了在 V 型图中开发和使用 MBSE 的业内典范做法，”陈说道。“我们现在完全掌握了如何在产品开发过程中加速我们的算法和验证活动。通过使用 Polarion，我们还了解了如何才能变得更加合规和结构化，以满足 ISO26262 等功能安全标准。”

MobileDrive 和 Simcenter Engineering 团队共计花费一年半的时间来开发功能、开展培训和交流技术。

通过使用 Polarion，MobileDrive 能够实时更改控制器软件需求，而无需通过供应商进行更改。凭借 Polarion， MobileDrive 可以时常访问其需求，基于需求进行构建、更改并将其作为资产使用，而无需向供应商重新购买。

最终，MobileDrive 早在物理原型构建之前就成功缩短了 ADAS 产品周期。这是因为他们现在能够在早期使用 Simcenter Amesim 和 Simcenter Prescan 在全面数字孪生环境中验证 ADAS 软件功能，而无需在硬件在环 (HiL) 测试台或在试车道上进行测试。

“MobileDrive 的终极目标是成为 ADAS ECU 的领先供应商，”许说。“得益于我们与 Simcenter Engineering 团队的合作，我们预计将能够以更精简、更高效的方式将这些 ECU 推向市场。”