數(shù)字孿生“Digital Twin”概念最早提出是數(shù)字實現(xiàn)在航空航天領域。在2010年，孿生NASA提出了數(shù)字孿生概念，車輛當時數(shù)字孿生定義為“集成了多物理量、電系多尺度、統(tǒng)設多概率的計和系統(tǒng)仿真過程”當時數(shù)字孿生在飛行器設計、維修、數(shù)字實現(xiàn)故障情況預測和性能評估中有大規(guī)模的孿生應用。
數(shù)字孿生在汽車技術中車輛結構設計和制造及使用方面得到了廣泛應用。車輛例如汽車車輛結構件設計和制造，電系虛擬汽車生產(chǎn)產(chǎn)線等應用。統(tǒng)設但是計和在車輛電子系統(tǒng)設計和實現(xiàn)的相關的數(shù)字孿生應用，目前沒有廣泛的數(shù)字實現(xiàn)應用。
目前為了適應車輛開發(fā)需求的孿生變化，車輛開發(fā)體系也在尋找新的車輛開發(fā)方式，不論是在ASPICE流程體系下，還是引入Agile，車輛功能的驗證周期還是相對較長，如下圖所示在車輛電子系統(tǒng)開發(fā)過程中MIL，SIL和HIL，相互獨立，相互關聯(lián)較少。
如上圖所示，西門子整合相關工具，形成一套基于車輛電子系統(tǒng)設計和驗證的系統(tǒng)。通過Prescan工具對車輛行駛環(huán)境建模和仿真，環(huán)境模型將車輛行駛的相關數(shù)據(jù)傳遞給控制模型（simulink建立的控制模型），也可以將數(shù)據(jù)傳遞給中間件（LoLa），中間件中可以建立容器，容器包含了對環(huán)境數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合、控制策略的程序?？梢詫⒖刂撇呗缘?u>信號傳遞給Prescan，在搭建的仿真環(huán)境中，仿真車輛對環(huán)境的識別和控制策略的執(zhí)行。同時，可以將車輛相關環(huán)境和車輛控制數(shù)據(jù)傳遞到HMI的界面，在路測車輛行駛的過程中，觀察車輛行駛的情況。
在底層西門子也提供虛擬化仿真的工具，仿真ECU的硬件功能，中間件將相關數(shù)據(jù)傳遞給底層虛擬化的硬件，虛擬化的硬件對處理，同LoLa交互，從而實現(xiàn)整個電子架構的驗證。
如上圖所示，有一條數(shù)據(jù)路徑，Prescan將仿真數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式環(huán)境或是PC仿真的環(huán)境，嵌入式環(huán)境和PC仿真環(huán)境將數(shù)據(jù)發(fā)送到HMI顯示，另一條數(shù)據(jù)路徑，西門子Scraptor工具可以采集真實駕駛環(huán)境，路采數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式環(huán)境或是PC仿真的環(huán)境，嵌入式環(huán)境和PC仿真環(huán)境將數(shù)據(jù)發(fā)送到HMI顯示。
LoLa作為中間件，傳遞數(shù)據(jù)，LoLa可以建立數(shù)據(jù)節(jié)點，作為功能抽象的基本單元，節(jié)點可以部署在開發(fā)平臺，也可以部署在目標平臺（例如嵌入式系統(tǒng)）。
如上圖所示，除了虛擬硬件的方式建立虛擬ECU，還可以通過，建立節(jié)點模型，抽象ECU功能，建立虛擬系統(tǒng)，系統(tǒng)的抽象定義級別，級別范圍在CORE級別，SOC級別，ECU級別，車輛級別。
LoLa中的節(jié)點，對功能抽象，既可以作為MIL中的模型節(jié)點，也可以作為SIL中的模型節(jié)點。
節(jié)點接口有監(jiān)控功能，可以將節(jié)點的運行情況導出，觀察節(jié)點運行狀態(tài)。
開發(fā)流程方面，節(jié)點設計，節(jié)點部署，仿真驗證形成一個開發(fā)循環(huán)，能高效的將開發(fā)反饋，用來指導功能設計。
在開發(fā)過程中，可以將功能項目部署在不同平臺，例如開發(fā)的環(huán)境、目標環(huán)境或是影子環(huán)境中。這樣在系統(tǒng)不明確的情況下，開發(fā)進程依舊可以進行。
在大規(guī)模驗證的要求下，也可以使用數(shù)字孿生的體系，建立虛擬ECU，通過開發(fā)流程，將ECU的功能和性能進行評估，然后通過LoLa建立ECU的節(jié)點（功能節(jié)點的集合可以定義為ECU），節(jié)點間接口通信用來模擬總線。這樣就可以搭建一個虛擬的整車電子系統(tǒng)。
為了適應整車電子電器架構的體系開發(fā)，中間件LoLa支持ARXML文件，通過ARXML文件，可以將整車電子電器架構的設計導入數(shù)字孿生系統(tǒng)。
協(xié)議棧方面，體系通過LoLa的接口將不同的體系串聯(lián)起來，客戶也可以將之前開發(fā)的內(nèi)容在數(shù)字孿生體系中做仿真和驗證，也可以通過數(shù)字孿生體系對之前開發(fā)的產(chǎn)品進行優(yōu)化和更新。
依托于西門子完整開發(fā)體系，可以使用Capital建模，再結合Prescan和Scraptor，通過中間件LoLa建立模型節(jié)點，模型節(jié)點作為數(shù)字孿生的依托，建立一個包括環(huán)境、電子控制系統(tǒng)和系統(tǒng)驗證仿真的平臺。
在數(shù)字孿生的體系下，節(jié)點可以兼容不同產(chǎn)品功能，節(jié)點可以作為ECU的抽象或是模型，對ECU開發(fā)或是整車電子可以進行仿真和驗證。
審核編輯：彭靜
