数字化与车辆性能工程的未来（第 7 集）

• 数字孪生在车辆开发中的潜力及其局限性
• 高效使用人工智能和机器学习的作用和要求
• 如何管理系统集成并提高效率
• 协作和流程集成如何帮助应对整体复杂性
• 基于模型的系统工程 (MBSE) 如何帮助简化开发
• 以流程管理系统为主干的优势
• 品牌差异化的未来
• 人机界面在自动驾驶汽车中的重要性
• 跳过一个自动驾驶等级是明智的吗？自动驾驶汽车是一场演变还是一场革命？

亚历山大·海因策尔：

大家好，欢迎收听今天的播客。我们邀请到了 Siemens Digital Industries Software 的两位专家，热烈欢迎 Simcenter 汽车行业解决方案总监史蒂文·多姆和 Simcenter 工程和咨询服务总监汤姆·范·霍克。欢迎。

史蒂文·多姆和汤姆·范·霍克：

大家好！

亚历山大·海因策尔：

希望二位状态良好，今天我们将深入探讨数字化和车辆性能工程。这就引出了第一个话题。众所周知，数字化和虚拟仿真是当今的热门话题。那么我们就来谈谈机会和限制、未来的梦想和当前的现实。史蒂文，仿真或数字孪生在功能安全的开发、测试和验证中能起到什么作用？

史蒂文·多姆：

首先，我们需要思考或定义什么是数字孪生，因为关于这一点有很多看法。我总是喜欢先设定一个场景，然后从我们的角度谈谈什么是数字孪生。

史蒂文·多姆：

我们的工作主要是车辆开发，我认为数字孪生在任何开发阶段，都是使用计算机模型创建的现实（创建的车辆）的最佳表示。该计算机模型可以有许多不同的形式。它可以是一个概念模型，一开始只是系统仿真，有时人们称之为 1D 仿真。也可以是后来参与，采取非常详细的 CFD 计算的形式，是一个非常详细的 CFD 模型。在某些时候，也可以是基于测试的模型，是来自测试数据的表示。

史蒂文·多姆：

所有这些其实都是数字孪生。说只有一个数字孪生？嗯，也许有一个孪生是模型或作为模型的现实的最佳表示。

亚历山大·海因策尔：

如果我没理解错的话，仿真或数字孪生不会取代测试，但未来数字孪生和真实测试之间会产生互动，正如你所说的，它是开发过程中某个时刻的现实。

史蒂文·多姆：

是的。我想说，它是我们所知道的现实，或者我们在某个开发阶段看到的现实的最佳表示。显然，人们致力于在开发的早期阶段实现更多目标。当我们说仿真在什么方面发挥着主要作用时，你会说：我们希望在车辆开发中尽早使用计算机模型尽可能多地仿真现实。那是当然，但是为什么呢？答案非常简单。为了避免后期故障排除。

史蒂文·多姆：

自从我从事工程领域以来，这个主张就不绝于耳，相关讨论也持续不断。25 年前，我们已经在说，“哦，我们需要更早地做更多的事情。”事实是，随着技术的发展，我们能够在开发的早期阶段进行更多仿真，并且这种趋势还将继续下去。梦想永无止境。

史蒂文·多姆：

一些公司的最终目标是仿真一切，不再进行任何测试。但说到这一点，我们也许有不同的看法。汤姆，你拥有多年经验，意见如何？

汤姆·范·霍克：

嗯嗯（同意看法）。

史蒂文·多姆：

从这个意义上说，我们无法或并不总是能够仿真一切，尤其是在车辆开发过程中出现新技术和新概念的时候。

亚历山大·海因策尔：

汤姆，你同意史蒂文的观点吗，或者你是否认为这个话题在未来有其他的可能性，限制在哪里？

汤姆·范·霍克：

嗯，当然有更多的机会，我想说，它实际上通过两种演变得到了增强。首先，数据收集和存储不再受到限制。OEM 意识到他们拥有大量历史数据、测试数据和在用车辆的数据，可以通过应用机器学习技术提升或利用这些数据，然后创建模型，即定义车辆特性和性能之间关系的基于测试的模型。这是其中一种演变，另一种演变是，我们看到，随着计算能力的提高，将有可能实时运行更全面的数字孪生，并将其与测试结合使用。不仅是在开发阶段，在车辆的后期使用阶段也是如此，这样即使车辆已经上市并投入使用，也可以使用最新数据中的模型来优化和改进控制器和执行器。

史蒂文·多姆：

是的，这有点像“无限循环”的概念，它推崇的理念是，V 型周期并不是在结束后就戛然而止，而是会持续下去：您可以在车辆中使用模型，并发挥出它们应有的作用。在使用模型的过程中，以及在驾驶员使用车辆的过程中，您都可以改进车辆。我想说的是，您当然可以在使用车辆过程中更改它的控制软件，例如提供更新。

亚历山大·海因策尔：

您刚才还提到，在客户的驾驶过程中，车辆也在不断学习。这需要借助人工智能来实现。如今，人工智能在某些领域被炒得沸沸扬扬。您同意这种炒作，还是说：“哦，人工智能和许多其他工具一样，只是一种工具。它有自己的优势，和开发人员一样出色。”或者有何其他看法？

汤姆·范·霍克：

嗯，是的，基本上就是这样。的确，人工智能是一种工具，但我们要非常清楚自己在做什么。知道自己输入了什么，确保获得正确的输出。

汤姆·范·霍克：

举个例子，正如我之前所说，OEM 和车企意识到他们拥有大量过往数据，即历史数据。基准测试提供了大量数据，但如何正确使用这些数据？有三个要求。首先，必须正确存储和标记数据，以便重复使用和用于比较。其次，需要掌握机器学习技术的相关知识，以便使用正确的方法充分利用数据。第三，也是最重要的一点，需要掌握应用知识和技能。例如知道开发流程和数据库中的哪些特性是输入，这些都是描述设计的重要依据。

汤姆·范·霍克：

垃圾输入产生垃圾输出假设您正在描述车辆，想知道什么是 NVH 性能，还考虑到了汽车的颜色。您可能会得到一个输出：红色汽车的噪声总是较小。这完全说不通。因为另一方面，轴距、轮胎特性等也是需要考虑的重要因素。

汤姆·范·霍克：

而且不止于此。机器学习不仅可以分析历史数据，还可以做更多的事情。比如我们谈到的全面数字孪生。那么，如何在汽车运行过程中使用它，如何用它优化控制器？如今，使用全面数字孪生不可能做到这一点，但可以使用机器学习技术来减少模型数量，并用神经网络取而代之。从本质上讲，神经网络可以提供输入和输出之间的关系，因此可以在汽车运行过程中使用它们，并优化控制能力。

史蒂文·多姆：

汤姆，你的意思是可以把车辆模型放在车里。

汤姆·范·霍克：

是的，可以这样。

史蒂文·多姆：

听起来不错。

汤姆·范·霍克：

除此之外，我们还发现，机器学习还可以在软件开发过程中提供帮助，比如专家下一步会采取什么操作，下一步进行哪种分析，或者如果设计没有达到目标，你必须采取什么操作或分析哪些方面以改进设计，使其满足各项目标。也许最好的例子是，还可以使用人工智能定义类似人类的驾驶员行为，推动自动驾驶汽车的开发，并可能使它们更容易被大众接受。

亚历山大·海因策尔：

是的。如今，大多数人在汽车中没有体验到任何自动化功能，但我们稍后再讨论客户层面的问题。现在，我想请二位讨论另一个方面，即系统集成和流程集成主题，这与我们之前讨论的内容密切相关。我们都知道，车辆系统之间的联系越来越紧密，已经集成到一起。应该如何管理呢，这会带来哪些挑战？这一点都不容易，不是吗？史蒂文？

史蒂文·多姆：

好问题，因为随着车辆变得越来越复杂…我喜欢回顾过去的情况，比如二三十年前，汽车各个系统之间严重脱节。只有一个内燃机，可能还会有一些控件。时间再往前一点，甚至没有控件。只有计算器，基本是这样。以及油门踏板，对吧汤姆？一个带换档和离合器的变速器。所有这些系统之间的脱节问题非常严重。显然，它们连接在一起是为了驱动汽车，但没有太多的相互依赖关系。我喜欢将其与时下比较常见或日益常见的事物进行比较，以展示事物的两面性或演变过程。

史蒂文·多姆：

让我们讨论一下电驱系统。电动机、变速箱和电力电子设备基本上都内置在一个盒子里。为电动机做电磁学设计的人和为变速箱做齿轮设计的人已经不再是同一个人了。也许它是一个非常简单的变速箱，只是一个传动比，但它仍然是一个变速箱。然后是与该电动机相关的电力电子设备，它们可以完全独立地工作。我的意思是，有许多不同的系统，但很明显，来自不同领域的专家需要密切合作，以便设计一个高效的装置，或者一个集成式组件。

史蒂文·多姆：

市场上有很多这样的例子，我就不一一列举了，但你会发现，合作的效果并不尽如人意。仅以冷却系统为例。比如电动机需要冷却、变速箱需要冷却、电力电子设备需要冷却。如果冷却系统是作为一个整体冷却系统构建或设计的，并且同时考虑到所有不同的方面，那么热能工程师必须与两个或所有三个主要组件工程师合作，即电子系统工程师、变速箱设计工程师和/或电磁设计工程师。但是，如果他能做到这一点，与三位工程师密切合作，就能设计出一个很好的集成式冷却系统。但我看到市场上有些汽车的冷却系统仍然是彼此独立的。

史蒂文·多姆：

你可能会这样想：电子系统工程师设计出冷却系统后，让热能部门的某个人确保他的零件以适当的方式冷却，变速箱设计工程师和电磁设计工程师采取同样的做法。最后，会得到三个冷却系统，而一个集成式系统可能更适合，完成工作的效率可能更高。在当今市场上，汽车各个系统之间的集成度更高了。

史蒂文·多姆：

实际上，如果更进一步，汽车的 HVAC 系统也是如此。车内的空调也需要一个冷却回路或加热/冷却回路。一旦将这些东西连接在一起，并将其作为一个整体（集成式系统）进行优化，就可以实现更高的效率。因为任务的复杂性高，需要更深入地合作，采用一种更好的合作方式。

亚历山大·海因策尔：

有道理。从技术上讲，我们显然需要提高效率。我们需要优化产品，也要以客户愿意支付的合理价格将这些产品推向市场。但是这在流程方面意味着什么呢？这对开发的结构意味着什么？我的意思是，传统上汽车制造商采用按序生产模式。

史蒂文·多姆：

独立工作。

亚历山大·海因策尔：

这个部门负责发动机，另一个部门负责内饰，还有一个部门负责电子设备，需要有人发挥纽带作用，确保所有人能及时沟通。我认为未来仅仅这样可能还不够。你们认为未来需要进行哪些“流程”和组织变革？

史蒂文·多姆：

我想补充一点，现在的普遍现象是，在我们的客户群中，你会发现他们提出了很多想法，比如系统工程，这种方法本质上是将需求和需求的全面描述与需要在全局层面上实现的功能联系起来，然后将其级联到不同的子系统。接着创建一个流程，将验证管理、验证活动与每个功能联系起来，通过这个全面的流程验证所有不同的需求。航空航天工业基本上已经建立了这样的流程，并实行了很长时间，比如太空计划基本上是纸质化形式。我知道这是汽车行业，但事实是，在航空航天工业环境或领域，系统互连已经比汽车行业更明显或更早地成为一个问题。

史蒂文·多姆：

在当今的汽车领域，我们看到人们经常谈论流行词，比如“基于模型的系统工程”和“基于模型的开发”，客户试图在他们的开发中实施类似的想法和概念，以便真正支持这种关联。但这一点也不容易。

汤姆·范·霍克：

是的，这并不容易。每个人都意识到必须朝着这个方向前进，但如何交换必要的信息，最终如何交换模型呢？你希望每个部门、负责车辆某个部分的每个人都能够以正确的方式获得所有信息。如果你负责控制设备风险，那就是你的领域。你需要了解其中的所有细节，但对于连接的其他组件，只需要知道这些组件对齿轮系中发生的事情的影响。

汤姆·范·霍克：

因此，需要有正确的流程来实现这一目标，即交换模型、交换信息。在主干中，需要一个良好的系统，一个可以起到增强作用的好工具。

亚历山大·海因策尔：

是的。请继续。

史蒂文·多姆：

PLM 系统或流程管理系统的正确组件。怎么称呼它并不重要，但重要的是可能性和工具，或者流程中的工具，因为流程是最重要的部分，但也需要工具为其提供支持，以便能够真正实现密切合作，例如一个领域的非专业人士可以使用另一个领域的专家创建的模型。

史蒂文·多姆：

这样就可以在整个开发过程中真正考虑系统集成，而不是领域或特定属性。我可以只是一名传统意义上的噪声和振动工程师，但现在的情况有所不同。举个简单的例子，过去我使用工具添加质量或添加一些阻尼，以减少某个噪声特征。但现在，我想也许还可以与控制工程师合作，因为也许我的传动系统颤动是由变速箱和电动机共同作用引起的，可能改变电动机上的控制电子元件，而需要进行任何机械更改，就能缓解这种颤动效应。所以要认识到这是合作完成的任务。从这个意义上说，这也打开了不同工程师的思路。

亚历山大·海因策尔：

顺着这个想法，我们可以畅想到纯电动汽车。不需要设计变速箱，因为电动机不需要换档。每辆汽车都有线控转向系统、线控驾驶系统和线控制动系统。每辆车的自动驾驶等级是 L3 级或 L4 级。

亚历山大·海因策尔：

在这种情况下，宝马仍然是宝马，法拉利仍然是法拉利，Golf 仍然是 Golf。也许拿 Golf 举例不太恰当，因为谁会买 Golf 呢？可能为了情怀购买。我们还是来讨论一下品牌差异化的未来吧。鉴于我刚才概述的事实，您认为未来哪些新 IP 会让品牌与众不同？

史蒂文·多姆：

好的。这是一个好问题。答案不是非黑即白。我在想，随着自动驾驶汽车的兴起，如何实现品牌差异化？当我们谈论电动汽车时，仍然涉及驾驶元素。就像你提到的宝马，该德国汽车品牌仍然声名在外，这点可从汽车评论窥见一斑，我们不是为宝马打广告，但 i4 系车主表示这款纯电动汽车开起来感觉跟油车差不多，这是个好兆头。我认为应该关注汽车内的用户体验，这仍然是品牌差异化的主要方面。体验至上！这对 OEM 来说是一个挑战，因为需要让用户一进入奔驰车，就体会到宾至如归的感觉。而 Golf，也许 Golf 在转弯时仍应抬起内侧右轮，这是 Golf 好几代车型的标志性特点。这样行驶速度大大提高。

亚历山大·海因策尔：

我现在就有一辆，是这样的情况。

史蒂文·多姆：

开车时，内侧后轮会离开地面。这就是 Golf 的一个特点。我敢肯定，工程师们在几代车型的开发中都考虑这一点。虽然从未得到证实，但是客观事实。

史蒂文·多姆：

因此，用户体验将非常重要。你还会注意到，不同的 OEM 都在思考：如何让自己与众不同？如何利用车内创建的环境来打造用户体验，彰显品牌的独特风格？如要观察自动驾驶汽车，挑战会更大，因为你只是一名乘客，对吧？

汤姆·范·霍克：

是的，他们之前也是这么说的。你只是一名乘客。那是什么感觉呢？是否仍然与自己驾驶的感觉相同？

史蒂文·多姆：

这是个好问题，因为如果你有一辆自动驾驶的劳斯莱斯，它是否应像飞毯一样神速？而宝马汽车，是否应像运动型汽车一样自动驾驶？

亚历山大·海因策尔：

嗯嗯（同意看法）。

史蒂文·多姆：

你认为...

亚历山大·海因策尔：

客户接受吗？尤其是汤姆，你刚才提到了，关于自动驾驶、真正的自动驾驶汽车，我们谈论的是 L5 级，你只是一名乘客，但我认为它在 L4 级也是有效的，或者可能已经有效。你认为未来 HMI（人机界面）在品牌差异化方面将发挥更大的作用，为不同的汽车呈现专属的风格吗？

史蒂文·多姆：

肯定会的。就像我说的，用户与车辆互动的方式将成为该汽车品牌的不同之处。包括如何与车辆建立联系，车辆如何根据它的标识和特征来定义自己。HMI 是其中的一部分，还有它的驱动方式。我认为 HMI 是一个重要方面，最典型的例子是，当你开的是自动驾驶汽车时，其实跟乘客角色差不多，但是车辆的行为、车辆的舒适度，以及你将获得的舒适水平或类型都会受到影响。我想汤姆指的是这种模拟人类的驾驶方式。

汤姆·范·霍克：

是的。今天我们剖析了很多问题，人们如何开车？但问题是，这是否会继续具有现实意义，也许不会，因为我们还没有做好准备。市场还没有为此做好准备。我们已经看到，欧洲市场花了很长时间才真正接受自动变速器。自动驾驶汽车还有很长的路要走。当然，它必须是安全的，这是第一要务，同时还要提供舒适感。人们需要让汽车接管驾驶控制。[串音 00: 25: 59]。

亚历山大·海因策尔：

我们刚刚…

史蒂文·多姆：

大约 80% 的人关闭了他们汽车中的所有其他功能。那么问题是，如果每个人都关闭的话，要想让他们接受自动驾驶汽车，OEM 还有很长的路要走。老实说，我已经把它们关掉了。我完全承认这一点。我不是说我开的那辆车。

亚历山大·海因策尔：

在很短的时间内，我们就拥有了世界市场上第一辆 L3 级汽车，即豪华车市场上的奔驰 S 级轿车。正如你所说，普通客户很久之后才能买得起这款车，然后享受驾驶体验。我认为，这是最相关的问题之一。我们如何为市场做准备？如何为市场和客户做好准备？因为大多数客户的汽车中甚至没有自适应巡航控制系统。我们如何为他们做好准备，从而为 L3、L4、L5 级汽车市场做好准备，以便能够销售这些汽车呢？

史蒂文·多姆：

我认为最重要的是说服他们。不仅要让他们做好准备，还要真正说服他们接受自动驾驶汽车。就像你说的，80% 的人在他们的汽车中关闭了这些功能。所以他们并没有接受，没有做好准备。

汤姆·范·霍克：

没有接受的原因是，我们不知道客户想要什么。我们不知道客户的期望是什么。你可能认为，客户当然也希望驾驶安全，而如今的自动驾驶功能可以确保驾驶更加安全，但客户还是不接受。

史蒂文·多姆：

是的。

汤姆·范·霍克：

因为它并没有完全按照客户要求去做。因此，首先要了解客户的期望，然后才能采取下一步行动。

史蒂文·多姆：

你说得很对。这也是市场准备工作的一部分。要了解驾驶员如何才能真正放心地交出车辆驾驶控制权。而事实上，其中一些功能现在的运行方式可能有点出乎意料，但可能也是安全的。这并不意味着汽车的行为不安全，而是有些行为不在驾驶员或乘客预料范围之内，导致汽车无法继续自动驾驶，或者至少没有采取纠正措施。

汤姆·范·霍克：

不过，我认为原因是，一开始拥有自动化功能是件很酷的事情，OEM 在设计时也会把重点放在安全性上。拥有自动化功能、驾驶员辅助功能本来是一件很酷的事情，但后来发现人们没有使用它们，因为没有达到他们的要求。我认为这是一种不断进步的见解。

汤姆·范·霍克：

一开始，重点是我们如何实现车辆自动化？如何实现功能自动化？如何提高安全性？“安全性”一词针对自动驾驶汽车，或电动汽车中已经实现自动化的某些功能。但现在我们的看法发生了变化。现在我们知道还必须考虑客户。如果我们希望客户使用它，就应该知道他们想要什么。不仅仅是安全性，舒适性同样重要，必须兼顾用户体验。

史蒂文·多姆：

当然可以。

亚历山大·海因策尔：

有时你会听到专家说，“我们就从第 L2 级直接升到 L4、L5 级。不需要 L3 级。”所以假设你刚才说的，你更相信是一场演变而不是革命。你不会说跳过等级是明智的，因为知道现在大多数客户都难以接受。

史蒂文·多姆：

我不是 100% 确定。也许如果你真的可以立即获得一辆 L5 级车辆，假设这是可能的。你可能接受起来更快，因为可以不再参与驾驶。汽车会做它该做的事，对吧？您得到了制造商或政府的确认，他们证明了车辆的所有行为是安全的，你不再承担任何责任。或者至少你觉得自己不用再承担责任。我认为，这将在人们的心目中产生很大的不同。

史蒂文·多姆：

当然，另一方面，让自动驾驶汽车自然演变显然是必由之路，因为所有汽车制造商都会在自动化功能可用时将其添加到汽车中，因为这是正确的方法。如果从营销的角度考虑，你不会仅仅因为自己认为客户还没有准备好接受它，就拒绝为他们提供汽车的某些功能。

史蒂文·多姆：

这实际上也是一个要素，比如说奔驰：“我想率先生产商用汽车”。好的。奔驰 L3 级商用自动驾驶汽车。这给他们带来了一定的声望，合情合理。从奔驰的角度来看，这样做是完全可以理解的。

史蒂文·多姆：

我相信，当我们进入 L3 级、L4 级，最后可能是 L5 级，也许十年后可能是 L5 级，只是假设而已。我无法预测未来，说不准我们何时会拥有具有 L5 级自动驾驶系统的商用车。从技术上讲，时间可能提前，或者说从技术上讲，可能更早实现，但从立法的角度来看，也会存在一系列挑战和其他难题。让我们拭目以待，但人们或者汽车制造商会在这些功能可用时发布这些功能。仅从商业角度来看，他们需要这样做。我无法想象他们会对此有所保留。

汤姆·范·霍克：

但我不确定这是一场演变还是一场革命，因为一旦你朝着全自动驾驶汽车的方向发展，那么还需要拥有自己的汽车吗？还是我们现在正朝着共享出行的方向发展？假设可能有一些城市采取了安装此类系统的行动。然后你不能只允许一些人朝着那个方向发展，接着就会彻底重新思考自己的出行概念。

汤姆·范·霍克：

也许我们 OEM 不喜欢谈论这个问题，但这确实是我们必须考虑的问题，它为我们带来了各种可能性。我认为这也可能是接受汽车接管的一种方式，如果你看到一些可能性。不是每个人都需要拥有自己的汽车，但需要完全重组基础设施和移动性。

史蒂文·多姆：

说得真好！实际上，我认为大多数 OEM 确实在朝着这个方向思考，我们将如何保持相关性，或者汽车公司如何在共享出行类型的环境中保持相关性？我认为还有很多问题等待解答。那么问题来了，假设某个品牌就是朝着这个方向做的，或者说，当谈论共享出行时，如何获得品牌识别？品牌标识将是另一个层次的问题，另一个层次的不确定性。在共享出行的环境中，我是支付额外费费用自己开车，还是打滴滴叫一辆奔驰车，而不是中产阶级品牌的汽车？这是个好问题，但老实说，我没有答案。

亚历山大·海因策尔：

我想我们都不知道答案。最后，我想说在未来的某个时间点，性能和操控等标准将转移到背景标准，舒适性和可靠性将保留，而互联性和用户界面等新标准将成为购买这款或那款车型的标准，二位是否认同？请简要回答。

史蒂文·多姆：

当然。

汤姆·范·霍克：

简短回答：认同。

史蒂文·多姆：

简短回答当然是认同。我的意思是，如果汽车自动驾驶，谁会在乎性能和操控性呢？汽车需要处理这个问题，但你会担心车内的舒适度。这是显而易见的。我的意思是，你希望在车里感到舒适，也要考虑可靠性，当然，如果你考虑到更远的未来，就像汤姆在谈论共享出行时提到的那样，可靠性和耐用性会突然变得越来越重要，而不是像过去那样，人们说：“好吧，我们设计的汽车可以行驶 170 200,000 公里，然后就会开始发生故障”。现在，共享汽车实际上每天行驶的距离可能不只是 50 公里，而是上千公里。我认为你不想改变，这些车辆在三个月左右之后淘汰也是不可接受的。这只是一个疯狂的想法，但你需要从这个意义上考虑这些事情。

亚历山大·海因策尔：

先生们，非常感谢！史蒂文和汤姆，感谢你们的精彩谈话。希望二位收获了愉快的访谈体验，也希望收听播客的朋友们喜欢本集内容。谢谢大家！保持安全。祝大家度过愉快的一天。下次再会！