依维柯集团使用虚拟车辆仿真加速电动汽车软件开发
全虚拟车辆实现更快、可扩展性更强的电动汽车软件测试
在汽车行业，软件开发传统上推进缓慢。工程师需要硬件、测试平台、实车，还需要技术人员操作这些设备，才能对一行代码进行验证。这套流程耗时久、资源消耗大，很难适配现代软件开发的迭代节奏。依维柯集团是一家生产 eDaily 电动厢式货车以及各类卡车、客车的意大利商用车辆厂商。对于该集团来说，消除上述差距，意味着可以效仿顶尖科技企业的模式来开发软件。
“在科技行业，一名 16 岁的青少年在卧室里就能改变世界，因为技术赋予了他们能力，无需请示任何人。”依维柯集团车辆控制与动力学软件开发负责人 Alessio Canepa 说道。“但在汽车行业，情况往往完全相反。您总是得等着别人。”
Canepa 领导的团队负责开发依维柯集团自研车辆控制软件 eVECOP。随着软件复杂性不断提升，测试工作量也随之增加。随着团队不断新增功能，只要发生任何改动，就需要重新运行大量测试。在实体硬件上手动完成这些测试已变得不现实。
依维柯全系列。（图片所有权：依维柯集团）
依维柯集团给出的解决方案是 Virtualis，一套基于 MATLAB® 与 Simulink® 开发的虚拟车辆仿真器。它可以让依维柯集团在实体硬件尚未问世时，就在一套完全虚拟的车辆（包含虚拟电池、逆变器与充电系统）上运行真实生产软件。
为 Virtualis 适配 eVECOP
eVECOP 平台处于依维柯集团电动汽车控制系统的核心位置，用于协调轻型车辆、重型卡车、客车的数十项互相关联的功能。这些功能涵盖牵引力控制、再生制动、热管理、功率分配等全部内容，整套自研软件平台几乎完全基于 MATLAB 与 Simulink 开发。
此前，只要发生任何改动，完整集成模型的重新编译大约需要 20 分钟。现在，仅需要 4-5 分钟即可完成模型编译。一部分性能提升来自切换到 Simulink 的加速模式。
维护 eVECOP 的整洁性与可扩展性需要 Canepa 所说的模块化架构：每项软件功能都放置在其独立自包含模块中，模块边界清晰定义。他表示，一名优秀的架构师对于软件平台团队至关重要。在架构设计得当的情况下，经验尚浅的工程师可以开发独立组件，不需要理解整套系统。由此，平台可以扩展适配新车型，工程师不需要从头开始开发。
依维柯集团基于相同理念构建了 Virtualis。使用 Simulink 中的引用模型，这套虚拟车辆仿真器将各个软件模块相互隔离。这就意味着发生改动时，只需重新编译改动过的模块。
电动汽车控制平台 (eVECOP)。
此前，只要发生任何改动，完整集成模型的重新编译大约需要 20 分钟。现在，仅需要 4-5 分钟即可完成模型编译。一部分性能提升来自切换到 Simulink 的加速模式。加速模式牺牲少量调试灵活性，换取执行速度大幅提升。更大的性能增益来自引用模型本身。代码生成引擎只会重新编译改动过的部分，因此大多数编译任务会直接跳过绝大部分工作。对于需要持续对大量不同功能进行迭代更新的团队，该优势会快速累积放大。
到了仿真阶段，速度更是关键。Virtualis 可以实现快于实时的仿真运行，这样团队就能够在云中创建多个并行实例，同时运行多个测试。Canepa 表示，该思路的灵感来自观察科技软件公司的运作模式。
Simulink 中的虚拟车辆模型。（图片所有权：依维柯集团）
“如果您要设计自己的 Android® App，您需要使用模拟器。您可以独立自主地完成端到端测试，”他说道。“我们开展的很多工作，思路都源于云服务与 App 开发领域。”
Virtualis 背后的核心认知：只有整套环境百分之百虚拟化，才能实现这类快速测试。只要还有百分之一的测试依赖实体硬件，就无法在云端运行、并行运行，也无法快于实时地运行。这道门槛让 Virtualis 与以往的方案有着本质区别。
无限制测试
全虚拟环境带来的优势不止速度。部分测试无法在实体测试平台或者实车上开展；汽车以每小时 100 公里行驶时，对车辆电子元件与线路做测试，既不安全也不现实。而在 Virtualis 中，这类测试属于常规操作。“使用虚拟平台，您拥有无限可能，”Canepa 说道。
“使用虚拟平台，您拥有无限可能。”
当前，Virtualis 可以在软件部署到硬件之前发现大约 70% 的软件集成类问题。Canepa 表示该数值很难精确衡量，并且残存的差距与其说是一种固定的局限，不如说反映了团队尚未认识到的部分。如果经过 Virtualis 测试的软件在实车上出现故障，依维柯集团就将其视为一种信号，表示虚拟环境需要更新以进一步反映真实情况。随着时间的推移，这套处理机制就会缩小仿真与现实之间的差距。
现存的差距属于结构性问题，而不是偶然性问题。Virtualis 执行一级虚拟化，也就是说它不会对底层固件或电子设备进行仿真。这是有意做出的取舍。仿真层级更深固然可以覆盖更多场景，但工程师将无法在仿真运行中途暂停，检查每个变量，精准掌握软件在任意时刻的行为。
“硬件系统出故障后，您只能事后查看日志，”Canepa 说道。“而在 Virtualis 中，您可以让整个仿真停下来。”
这种转型改变了依维柯集团看待自身测试管道的思路。现在，依维柯集团专门将硬件在环测试用于 Virtualis 覆盖不到的部分：操作系统、底层驱动，以及依维柯集团外部提供的实体硬件（例如软件所对接的 ECU 供应商提供的硬件）。该层级之上的全部问题，都可以更早、更快、以更低成本解决。
跟上软件迭代速度
Virtualis 能够达到如今的状态并非一帆风顺。要将 MATLAB 与 Simulink 环境扩展到处理如此复杂度的软件，同时维持较短编译时间与调试灵活性，需要处理诸多没有唯一标准答案的架构抉择。依维柯集团与 MathWorks 工程师密切合作，共同探索技术可能性的边界。
“我们构建出的这套工作模式与以往截然不同。开发环节省下的时间越多，您就越有精力打磨真正出色的产品。”
“我们希望在极短周期内实现最高质量标准。这是我们双方共同面临的最大挑战，”Canepa 说道。
双方协作的重点在于提升执行效率、设计模型架构，支持多名工程师同时提交更新而不产生冲突，构建一套端到端自动运行的持续集成与测试管道。只要开发人员提交新代码，Virtualis 就会自动触发测试。工程师在数小时之内就可以拿到测试结果。没有人需要记得去跑测试，因为系统根本不给他们忘记的机会。
Virtualis 虚拟车辆示意图。
依维柯集团将节省下来的时间投入到产品本身。现在，依维柯集团的工程师不再花费数周时间开展正式验证流程，从而获得更多用于打磨车辆本身的迭代周期，Canepa 认为这才是衡量软件质量的真正标准。
Virtualis 还潜移默化地改变了团队的工作模式。在传统汽车开发模式下，一名工程师开发某项功能，但可能永远看不到该功用在哪以及它会对整车产生什么影响。Virtualis 让每位开发人员置身于完整的虚拟车辆之中，任何改动的效果都能立刻在整车环境中看到。这种可见性改变了人们对待工作的态度。工程师可以将新功能原型化，测试它对整套系统的影响，并且在演示时就确认它可以正常工作。
“当下，对人员赋能至关重要，”Canepa 说道。
对他来说，Virtualis 的意义不止是更快的构建速度或是更高效的测试管道。无论车企是否做好准备，它们都正在转型成为软件企业。谁能像科技企业那样开发和测试软件，快速、迭代、虚拟优先，谁就能跟上节奏。依维柯集团正立志成为其中一员。依维柯集团立志成为其中一员。
“我们构建出的这套工作模式与以往截然不同，”他说道。“开发环节省下的时间越多，您就越有精力打磨真正出色的产品。”
