虚拟控制器（virtual ECU）到底有什么价值？

lidenghui

汽车软件开发的时间越来越短，为了保证软件的充分验证，越来越多的测试验证工作需要在早期就开展起来，通过仿真建模技术搭建虚拟控制器，不在受限于控制器硬件，使得软件可以随时被仿真随时被测试。本文就从虚拟控制器的用户角度来分享:1 什么是虚拟控制器？  

虚拟控制器的概念其实一直都存在，可能稍微有点差异，与此相关的有主机厂或供应商的ECU系统仿真或或控制策略开发工作。简而言之，虚拟控制器是一种软件工具，用于模拟ECU的功能和性能，无需实际的ECU硬件载体。

source: 什么是虚拟ECU？- dSPACE空间虚拟控制器的原理主要是基于软件仿真技术，它可以模拟各种传感器的输入，执行器的输出和控制器的算法逻辑，它也可以模拟与实际控制器之间的通信接口，以便与其他ECU进行交互，如CAN总线通信等。这样就可以使用虚拟控制器进行实时仿真和测试，验证汽车控制器及其系统的功能和性能，同时优化相应的控制策略。

source: 什么是虚拟ECU？ - dSPACE空间虚拟控制器与实际控制器的主要区别有：

物理存在与否。实际控制器是汽车中的一个物理组件，负责控制汽车的各种电子系统；而虚拟控制器则是通过软件模拟的ECU，不存在物理形态，主要用于开发和测试阶段。功能与应用场景。实际控制器在汽车的生产和运行过程中发挥关键作用，控制汽车的动力系统和底盘系统等；而虚拟控制器主要用于开发和测试阶段，通过模拟控制器的功能来验证软件的正确性和性能，减少实际测试的成本和时间。性能与可靠性。实际控制器的性能和可靠性直接影响到汽车的安全性和稳定性，因此需要经过严格的测试和验证；而虚拟控制器虽然可以模拟大部分的控制器功能，但由于是基于软件的模拟，其性能和可靠性可能无法完全等同于实际控制器，特别是在高精度和高可靠性要求的场合。开发与测试成本。实际控制器的开发和测试成本较高，需要考虑硬件、生产以及测试的成本；而虚拟控制器的开发和测试成本相对较低，主要是软件开发和计算资源的成本，可以显著减少物理测试的需求。

总的来说，虚拟控制器是一种强大的软件工具，有助于加速汽车电子控制系统的开发过程，提高产品质量和可靠性。 2 为什么需要虚拟控制器？

汽车开发对成本和时间越来越高的要求，而虚拟控制器能解决这个需求，就如下图示意：

比如在开发前期，B样前，ECU的开发程度还不成熟，但是控制器功能需求通常比较明确，如果此时可以提前去验证这些功能，找出当前功能逻辑定义的缺陷，那么将后续的开发产生极其重要的作用，一方面前提充分的测试很有助于后期测试验证时间的缩短，另一方面前期尽可能多找出bug，后期修复bug的成本将大大地降低。再比如回到整车功能，一个功能通常需要多个控制器联合来实现，但是谁也没法保证这些控制器能在同一时间交付，为了弥补因某个控制器无法及时交付导致验证计划，如果此时有虚拟控制器来替补，那么将对功能交付产生非常积极的作用。

source:Silver – Virtual ECU以上是两个典型的虚拟控制器需求场景，总的来说这些需求产生的根本原因是时间和成本。通过使用虚拟控制器：一方面是加速开发过程，通过在 PC 上进行控制器的仿真和测试，不依赖于实际硬件，从而加快软件开发和测试的速度。另一个方面是降低成本，传统的控制器开发需要大量的硬件资源，如原型车、测试平台和 HIL 系统，这些都是成本高昂的。虚拟控制器可以在没有这些物理设备的情况下进行开发和测试，从而降低开发成本；同时促进了早期软件开发和测试，虚拟控制器使得软件开发和测试可以在硬件设计和生产完成之前开始，这有助于发现和修正早期的设计缺陷，提高最终产品的质量。      3 哪类企业需要虚拟控制器？

汽车软件研发是从整车功能开始逐层分解，最终分解到了各个控制器的软件需求，这些工作由主机厂和零部件供应商来完成。通常VTS, SSTS, CTS由主机厂来负责，SRS和SWRS由零部件供应商来负责。


针对这些需求规范的测试验证，通常基于HIL来进行，使用HIL就需要有实际控制器硬件，对于主机厂来说，自己不生产控制器，而是采购。在这样的背景下，主机厂要进行SSTS的HIL测试验证，比如动力总成系统的SSTS验证，通常涉及到多个控制器（VCU, BMS, OBC, MCU等），那意味着这些控制器软硬件到位了才能进行预期的测试，但是当前如此紧迫的项目节点下，谁又能保证这些控制器每次都能及时交付，此时就需要有虚拟控制器来替代某个控制器而保证测试的进行。



source: vVIRTUALtarget for Fast Testing and Development of AUTOSAR ECU Software另外，软件开发工作通常需要耗费数周或数月的时间，然后主机厂才能进行联调，联调通常都能发现bug，那意味着又需要花费额外的时间来debug，如果可以早期就可以通过虚拟控制器来联调验证，那么软件返工的次数应该会明显减少，即可以节省时间，也可以降低成本。因此在这样的背景下，我觉得主机厂对虚拟控制器的主观需求很强烈，因为主机厂有了意愿，但主机厂又不自己做控制器开发的话，那么主机厂就会把它的意愿传递给零部件供应商，让零部件供应商交付物中增加虚拟控制器的交付，这样零部件供应商也对虚拟控制器有了需求。         4 有哪些虚拟控制器供应商

1）dSPACE, VEOS   


Source：什么是虚拟ECU？ - dSPACE空间2）ETAS, COSYM  

Source: 细节 - COSYM – 协同仿真平台 - ETAS3）SYNOPSYS, Silver   



  

source:Silver – Virtual ECU4） 迪捷软件，SkyEye

SkyEye是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模。基于SkyEye搭建的嵌入式系统虚拟化运行环境，工程师可不受物理硬件限制，随时访问目标系统，快速搭建虚拟硬件模型并提前进行开发、测试和验证工作，实现高效率、高质量的软件交付。


source: SkyEye应用案例

5 虚拟控制器的关键属性

针对市面上有多家虚拟控制器的供应商，那么作为主机厂或零部件供应商应该选谁家的产品？就主机厂而言，对虚拟控制器的需求包括ECU控制功能和物理模型（Plant）等方面，因此在技术层面特别关注两点：

与实际ECU的接近程度。包括运行环境和所构建的控制软件等。与真实物理系统的接近程度。

这两者与真实的整车环境和控制越接近，那么虚拟控制器的价值就越大。除此之外，还包括虚拟控制器这个系统所提供的：

工具链的成熟度以及兼容性。

大家肯定不希望虚拟控制器是另一起炉灶，而是能够与现有的软件研发流程相结合，是一个很强兼容性的软件开发平台，兼容从需求到测试各类工具，同时还能与RCP和HIL测试系统兼容，以此朝着符号高质量软件开发流程的方向不断发展。



虚拟控制器只有具备这些关键属性，才能更全面真实地对基于 CAN等总线的ECU网络通信，诊断和控制功能等进行仿真，甚至可能将一些软件组件应用于量产开发中。另外，虚拟控制器系统的使用与操作也非常关键，使用便利，操作简单，能够上手快速才行。

Source: Stellantis/FCA：早期验证中的 SIL - dSPACE

6 虚拟控制器应用的关键点  

当选择好了虚拟控制器开发平台，那么如何应用将非常关键。据我以往开发经验，以下几点很关键：

虚拟控制器系统的架构设计。就主机厂的角度，虚拟控制器的应用场景需要包含多个控制器，这涉及到控制器之间的通讯网络构建，也涉及到每个控制器自身的传感器信号输入和执行器控制指令输出，另外也包括物理模型相关的接口。同时，还希望构建的虚拟控制器系统能够兼容HIL测试的接口，既可以支持纯虚拟环境的仿真，也支持虚实结合环境的测试。这样将导致虚拟控制器系统的接口数量十分庞大且复杂，因此，合理的架构设计极其关键。

虚拟控制器软件开发。按照量产软件开发的思路来构建虚拟控制器软件也非常重要，一方面使得更接近真实的量产软件，仿真才更有价值；另一方面构建出模块才部分量产化才变得可能。

物理模型的复杂程度。针对不同层级的仿真目的，构建不同复杂度的物理模型才更有价值，不能一味地追求物理模型逼近实际的程度。就好必于整车功能验证层级与电机控制器层级对电机模型的精细程度是完全不一样的。

综上，应用好虚拟控制器，需要深刻理解产品的功能和特性，深刻理解整车网络拓扑，同时也要具备综合的软件开发实践经验。

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目前来看对虚拟控制器有特别强烈需求可能还是主机厂，或者说虚拟控制器对于主机厂的价值要比零部件供应商大得多，不仅仅减小时间和成本的原因，同时还非常有助于提升研发能力。其实主机厂一直有这样的人做类似的事情，类似策略仿真这样的工作，可能现在叫法变了而已。如果有在主机厂做这样的事情，既要考虑功能开发还要细化到软件控制，应该是很有意思的事情，既有挑战又有乐趣。关于虚拟控制器推荐一篇质量很好的文章：https://view.inews.qq.com/k/20231117A01LMA00?no-redirect=1&web_channel=wap&openApp=false

mengmianren

虚拟控制器（virtual ECU）在汽车软件开发中具有重要价值。它是一种软件工具，用于模拟ECU的功能和性能，无需实际硬件载体。在软件开发周期越来越短的背景下，虚拟控制器的价值愈发凸显。

通过仿真建模技术搭建虚拟控制器，能够使得软件验证和测试工作更早、更灵活地展开。这不仅能够缩短开发周期，还能提高软件的质量和可靠性。此外，虚拟控制器使得开发者能够随时进行仿真和测试，不再受限于实际的控制器硬件。

总之，虚拟控制器是汽车软件开发中不可或缺的一环，对于提高开发效率、保证软件质量具有重要意义。在汽车行业的未来发展中，虚拟控制器的应用将会越来越广泛。dSPACE空间虚拟控制器作为该领域的重要技术之一，有着广泛的应用前景。

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