进口弹弓皮筋四家在HiL仿真行业内的“先行者”,凭借其先发优势和核心技术,已经稳占市场主导地位,成为了业界公认的“四大龙头”。他们分别有什么特点?

　　随着汽车领域不断加速电动化和智能化“内卷”,“高阶”智能驾驶已不再是一种奢望,而是决胜的制高点。车企纷纷破茧而出,寻求如何将智驾技术推向更高峰。

　　但对于智驾系统来说,传统的道路测试不仅耗时漫长,成本高昂,而且其能够涵盖的场景及工况范围有限。尤其在应对那些罕见但危险的“Corner Case”时,它的局限性和风险性更为明显。此时,仿真测试展现出了令人赞叹的灵活性和全面性:不仅测试过程更为安全,还能有效地复现各种情境,大幅度提高测试效率。

　　近年来,硬件在环(Hardware-in-the-Loop, HiL)仿真测试技术凭借其无可争议的优势,开始脱颖而出。作为一种独特的测试策略,HiL能在真实环境中的嵌入式控制单元(ECU)上进行可重复的测试,从而实现全天候、全场景的实验室验证。这不仅大幅缩短了产品上市的时间,而且拓宽了测试场景的覆盖范围。在复杂和高度互联的电动和自动驾驶系统中,HiL测试成为确保系统可靠性的关键因素。

　　硬件在环仿真作为一个全面的测试解决方案,其应用还不仅限于汽车领域。从供应链的角度看,它涉及到多个层次,从上游的芯片和电子模块供应商,到中游的系统制造商和服务提供商,再到下游的广泛应用场景,如航空航天、电力电子、轨道交通等。但其中,汽车领域占据了近五成的应用比例,可见其在该领域的关键性。

　　多年的发展和不断的技术迭代让HiL行业从曾经的百家争鸣逐渐走向了“四分天下”的格局。dSPACE GmbH、ETAS LABCAR、National Instruments和 Vector Informatik,这四家是HiL仿真行业内的“先行者”,并凭借其先发优势和核心技术,已经稳占市场主导地位,成为了业界公认的“四大龙头”。那么,它们分别是什么背景?接下来,我们将一一进行深入剖析。

　　1988年,四位德国工程师共同创办dSPACE,起初主要为汽车行业提供先进的实时仿真平台,是行业里最早做HiL的公司。其创立之初就推出了具有划时代意义的产品:首个基于DSP的机电一体化实时开发系统、首个具有浮点处理器的实时系统、以及首款HiL硬件在环仿真器。

　　然而,该公司并未满足于此,随着业务领域的不断扩展,dSPACE业务逐渐涵盖了航空航天、电力、通信等多个行业,如今已成为全球范围内电子控制系统开发工具的领导者之一。

　　dSPACE公司在HiL领域的成就备受认可。从工程项目经验积累的角度上看,dSPACE是行业早期的玩家之一,至今已经具备30年的嵌入式系统开发和测试工具的经验,为全球整车厂和Tier1供应商提供HiL系统解决方案。例如,dSPACE自2005起就是通用汽车HiL全球供应商;戴姆勒和奥迪也在最近10年中为其新车平台均配备了dSPACE虚拟整车(Virtual Vehicle)硬件在环测试系统。

　　长期以来与全球各大整车厂和Tier1供应商的合作,确保了dSPACE的各类仿真测试解决方案的成熟稳定。这样的可靠性和稳定性又推动其几乎被全球整车厂和Tier1供应商所采用,得到了行业内的广泛认可。同时,dSPACE一直紧跟行业内最新的技术标准,例如功能安全认证ISO26262,并参与推动了AUTOSAR架构的落地。

　　以全球视野和领先的技术解决方案, dSPACE在HiL领域享有极高的声誉。但这一优势也造成了其在海外市场中相对较高的价格和使用门槛,比如dSPACE模型并非100%白盒交付,用户较难进行二次开发,这也给了其他企业“后来居上”的机会。

　　主要业务:提供基于硬件在环(HiL)测试解决方案,在汽车HiL细分领域位于TOP2位置。其IP包含全球12个国家的注册商标,20多项国际专利等内容

　　主要产品:LABCAR仿真测试系统,包括硬件和软件组件,用于开发、测试和验证车辆电子控制单元(ECU)

　　三十年前,博世公司一位名叫约翰的工程师,对于汽车电子系统的测试方法感到不满意。他发现传统的测试方式存在诸多限制,无法满足日益复杂的汽车电子系统的需求。于是,约翰决定使用一种全新的测试方式,即硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HiL)测试。他致力于将实际硬件与虚拟环境相结合,以更准确地模拟车辆运行情况,并测试电子系统的性能。约翰的努力和创新精神最终使得博世公司成功推出了LABCAR,并最终成为HiL领域的专业领导者。

　　1994年,德国博世公司的全资子公司ETAS GmbH成立,开始为汽车制造商、其供应商、工程服务供应商以及嵌入式行业其他领域的客户提供嵌入式系统工具,例如用于乘用车和卡车 ECU的开发工具(软件和硬件形式)、工程服务、咨询、培训和支持。

　　一经成立,ETAS就收获了汽车行业的大量关注,旗下的LABCAR是技术领先的 HiL解决方案之一,能够模拟汽车的任何部分,也正是因为LABCAR,ETAS才能在领域内获得响亮的名声。为了实现缩短开发周期、提高软件质量和改进故障分析的目标,自20世纪90年代初以来,汽车行业一直在使用此类工具。

　　LABCAR是用于汽车电子控制单元(ECU)开发和测试的硬件在环仿真系统。通过将实际的ECU与虚拟的车辆系统进行交互,LABCAR提供了一个全面的测试环境,以验证ECU的功能和性能。此外,它还是一套用于汽车电子系统开发和测试的综合解决方案,包括软件、硬件和模型架构。

　　与其它测试系统相比,LABCAR有着自己的独特优势:如它可以适应各种不同的测试需求和系统配置,具有很好的灵活性;可实时采集和处理大量的数据,并且能够以高频率进行数据传输和计算,具有高效性;此外,LABCAR还具有可靠性、易用性与扩展性,因而被全球汽车行业用户广泛使用。

　　2022年12月,来自中国的蔚赫信息收购ETAS全球LABCAR IP及技术,这是博世首次向中国转移研发类IP。蔚赫信息将扎根中国、着眼全球续写LABCAR品牌故事,为LABCAR带来新的活力。

　　据蔚赫信息创始人辛志鹏表示,ETAS的LABCAR是全球汽车HiL细分市场TOP2品牌,有近30年市场应用经验,被全球一流汽车制造商和零部件供应商广泛采用。随着汽车新四化持续发展及跨领域技术深度融合,HiL作为加速研发的一把利器,其重要性越发凸显。

　　主要业务:提供测量、自动化和嵌入式系统的硬件和软件解决方案,提供丰富的培训资源以及技术支持、咨询、集成和硬件服务

　　主要产品:NI硬件平台和LabVIEW软件,用于开发和测试各种应用领域的系统

　　应用领域:包括汽车行业,近年来NI开始尝试进入HiL领域,提供相关解决方案

　　孵化于德克萨斯大学奥斯汀应用研究实验室,NI(National Instruments)经过10年的发展后推出了一款旗舰产品——适用于Macintosh电脑的 LabVIEW图形开发平台。该软件允许工程师和科学家通过将图标连接在一起的方式进行图形编程。通过让人们使用更直观、结构更简洁的开发环境,他们的工作效率大大提高,LabVIEW因此大受欢迎。

　　随着LabVIEW的诞生,NI提出了“软件就是仪器”的口号,开辟了“虚拟仪器”的崭新测量概念。随后,他们继续拓展虚拟仪器的边界,发布了机器视觉软件和硬件(允许摄像头充当传感器)以及运动控制硬件和软件,这也为NI后续进入HiL领域奠定了基础。

　　2011年9月,NI发布最新版本基于配置的软件环境NI VeriStand 2011,用于实时测试和仿真应用,包括HiL仿真和Test Cell中的测控应用,大大提高了测试系统开发的灵活性和效率。除了VeriStand,NI的HiL产品还包括PXI平台、SLSC硬件以及TestStand。其测试系统以工具和技术为重点,能帮助用户构建HiL测试以准确仿真真实测试条件、分析数据、即时更改元素以及引入物理硬件,它所具有的灵活性能够帮助用户复用测试部件、更改需求和节省时间,从而确保设计满足产品规范和上市时间要求。

　　在四家HiL厂商中,NI以其解决方案的全面性著称。多年来,NI不断致力于开发基于计算机的测试测量与自动化平台,拥有500多款软硬件产品,应用遍布电子、机械、通信、汽车制造、生物、医药、化工、科研、教育等各个行业领域。从日本的Honda汽车测试、澳洲的心脏起搏器设计/验证,到英国电信电话线路性能测试,全世界数以万计的工程师和科学家们都在使用NI的产品。

　　然而,由于过于全面的产品线,NI在HiL专业领域的重心相对较低,也限制了其在这一细分市场的深度发展。例如,NI原厂不直接向终端用户提供HiL设备,也不提供测试服务,其代理集成供应商根据自身的能力承接测试服务;其LaBVIEW有Licence限制,也需要深入学习软件应用,上手速度较慢等。2023年3月,美国工业集团艾默生电气公司同意以 82亿美元收购NI,结束了对这家测量设备制造商近一年的收购。

　　针对这次收购,NI首席执行官Eric Starkloff说:“我们很高兴艾默生认识到我们创造的价值,我们相信它们将帮助我们建立势头,进一步将NI定位为软件连接自动测试和测量系统的领先供应商。”

　　主要业务:具有全球领先的分布式系统设计开发工具、网络节点测试验证工具和嵌入式软件组件提供商,为汽车总线网络的设计、建模、仿真、分析、测试以及ECU的开发、测试、标定和诊断等过程提供一系列强有力的软硬件工具和组件

　　主要产品:CANoe、CANalyzer等软件工具,用于开发、测试和诊断车载电子系统和网络

　　应用领域:主要在汽车行业,近年来VECTOR也开始切入功能相对简单的电子模块的HiL测试

　　Vector软件有限公司由 Eberhard Hinderer、Martin Litschel和 Helmut Schelling于 1988年 4月 1日创立。自成立以来,Vector始终承担的使命就是简化汽车电子开发。“以工程师的视角,为工程师提供解决方案和工具,加速开发过程,判断问题所在,让测试变得更简单。”

　　在HiL领域,Vector于2019年收购TESIS GmbH公司来增强其在HiL领域的实力,如DYNA4是开放的仿真环境,用于乘用车和商用车的虚拟驾驶测试。DYNA4的物理模型包括车辆动力学、动力总成、内燃机、电机、传感器和交通环境,帮助用户进行安全高效的功能开发和测试,三维环境模拟则包括道路基础设施和交通,可为辅助驾驶和自动驾驶提供虚拟测试场。

　　十几年间,Vector也不断地丰富自己的产品线,如今已经拥有包括分布式系统开发,嵌入式源代码,ECU测试,车辆诊断,ECU标定,过程管理等六大工具链。目前,Vector已经成为全球领先的总线开发工具、网络节点测试验证工具和嵌入式软件组件供应商,为汽车总线网络的设计、建模、仿真、分析、测试以及ECU的开发、测试、标定和诊断等过程提供一系列强有力的软硬件工具和源代码,支持CAN、LIN、MOST、FlexRay、以太网、SAE、J1939、OSEK/VDX和AUTOSAR等多种总线、协议和标准。

　　在不断设立海外子公司的同时,Vector也在逐步拓展业务领域,涉足航空电子网络、物联网、医疗健康、轨道交通等多个领域,成为领先的软件工具和嵌入式组件制造商。Vector的工具和服务为工程师提供了决定性的优势,使具有挑战性和高度复杂的主题领域变得尽可能简单和易于管理。全球汽车、商用车、航空航天、运输和控制技术行业的客户都依靠独立的 Vector集团的解决方案和产品来开发未来交通技术。

　　Vector以稳健的发展和对车载总线领域的深度专注而著名。然而,与其他三大龙头相比,Vector HiL的品牌力在全球范围内相对较弱,尚需进一步提升。

　　经过三十余年的发展,硬件在环(HiL)仿真技术行业已从老牌“四大龙头”的统领走向了开放与多元化的新时代。整合与并购成为了不可或缺的战略途径,如中国企业蔚赫信息收购ETAS LABCAR和美国艾默生电气公司收购National Instruments,这两起收购案例令人瞩目。

　　去年12月,中国企业蔚赫信息收购了LABCAR,这一事件给HiL行业的发展注入了新的活力。LABCAR得以率先直面中国客户,还有可能借助蔚赫信息在中国的供应链优势,推动LABCAR在全球范围内的技术创新。目前,中国电动汽车保有量逐步赶超欧美,蔚赫信息的加入或将促使LABCAR走上新阶段,并给HiL行业带来新的变化。

　　同样,艾默生电气公司的加入也给HiL行业带来了新的繁荣。今年3月,艾默生以 82亿美元收购National Instruments,以提高自身在自动化控制和虚拟仪器等领域的技术实力,这一举措不仅拓宽了HiL技术的应用领域,而且重新定义了其在全球市场中的位置。它不再是一个小众而垂直的市场,更是世界巨头角逐的对象。

　　事实上,随着全球电动汽车市场的不断扩张,HiL行业的前景也愈加光明。数据显示,2022年,全球上路电动汽车超过2600万辆,较2021年增长60%。智驾市场爆发出的新潜力由此助推了HiL技术的再度繁荣。新资本和新势力的加入,也无疑会让这个行业更加多元和充满活力。

　　未来的HiL行业仍由“四大龙头”继续主导,还是出现“一超多强”的新格局?这还有待市场的进一步检验。然而,可以肯定的是,它正走向一个创新与变革并行、充满无限可能的未来之路。