四家在HiL仿真行業(yè)內(nèi)的“先行者”，憑借其先發(fā)優(yōu)勢和核心技術(shù)，已經(jīng)穩(wěn)占市場主導(dǎo)地位，成為了業(yè)界公認的“四大龍頭”。他們分別有什么特點?
01.dSPACE GbmH——HiL行業(yè)先行者
02.ETAS LABCAR—— 中西合璧，新的希望
03.NI——解決方案豐富，布局全面
04.Vector Informatik——穩(wěn)健發(fā)展，專注細分
隨著汽車領(lǐng)域不斷加速電動化和智能化“內(nèi)卷”，“高階”智能駕駛已不再是一種奢望，而是決勝的制高點。車企紛紛破繭而出，尋求如何將智駕技術(shù)推向更高峰。
但對于智駕系統(tǒng)來說，傳統(tǒng)的道路測試不僅耗時漫長，成本高昂，而且其能夠涵蓋的場景及工況范圍有限。尤其在應(yīng)對那些罕見但危險的“Corner Case”時，它的局限性和風(fēng)險性更為明顯。此時，仿真測試展現(xiàn)出了令人贊嘆的靈活性和全面性：不僅測試過程更為安全，還能有效地復(fù)現(xiàn)各種情境，大幅度提高測試效率。
近年來，硬件在環(huán)(Hardware-in-the-Loop, HiL)仿真測試技術(shù)憑借其無可爭議的優(yōu)勢，開始脫穎而出。作為一種獨特的測試策略，HiL能在真實環(huán)境中的嵌入式控制單元(ECU)上進行可重復(fù)的測試，從而實現(xiàn)全天候、全場景的實驗室驗證。這不僅大幅縮短了產(chǎn)品上市的時間，而且拓寬了測試場景的覆蓋范圍。在復(fù)雜和高度互聯(lián)的電動和自動駕駛系統(tǒng)中，HiL測試成為確保系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。
硬件在環(huán)仿真作為一個全面的測試解決方案，其應(yīng)用還不僅限于汽車領(lǐng)域。從供應(yīng)鏈的角度看，它涉及到多個層次，從上游的芯片和電子模塊供應(yīng)商，到中游的系統(tǒng)制造商和服務(wù)提供商，再到下游的廣泛應(yīng)用場景，如航空航天、電力電子、軌道交通等。但其中，汽車領(lǐng)域占據(jù)了近五成的應(yīng)用比例，可見其在該領(lǐng)域的關(guān)鍵性。
多年的發(fā)展和不斷的技術(shù)迭代讓HiL行業(yè)從曾經(jīng)的百家爭鳴逐漸走向了“四分天下”的格局。dSPACE GmbH、ETAS LABCAR、National Instruments和 Vector Informatik，這四家是HiL仿真行業(yè)內(nèi)的“先行者”，并憑借其先發(fā)優(yōu)勢和核心技術(shù)，已經(jīng)穩(wěn)占市場主導(dǎo)地位，成為了業(yè)界公認的“四大龍頭”。那么，它們分別是什么背景?接下來，我們將一一進行深入剖析。
01 dSPACE GbmH —HiL行業(yè)先行者
公司全稱：dSPACE公司(dSPACE Inc.)
總部地點：德國帕德博恩
成立時間：1988年
主要業(yè)務(wù)：電子控制系統(tǒng)開發(fā)工具和解決方案
主要產(chǎn)品：實時仿真平臺、硬件-軟件協(xié)同開發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和回放系統(tǒng)等
應(yīng)用領(lǐng)域：汽車、航空航天、電力、通信等
1988年，四位德國工程師共同創(chuàng)辦dSPACE，起初主要為汽車行業(yè)提供先進的實時仿真平臺，是行業(yè)里最早做HiL的公司。其創(chuàng)立之初就推出了具有劃時代意義的產(chǎn)品：首個基于DSP的機電一體化實時開發(fā)系統(tǒng)、首個具有浮點處理器的實時系統(tǒng)、以及首款HiL硬件在環(huán)仿真器。
然而，該公司并未滿足于此，隨著業(yè)務(wù)領(lǐng)域的不斷擴展，dSPACE業(yè)務(wù)逐漸涵蓋了航空航天、電力、通信等多個行業(yè)，如今已成為全球范圍內(nèi)電子控制系統(tǒng)開發(fā)工具的領(lǐng)導(dǎo)者之一。
dSPACE公司在HiL領(lǐng)域的成就備受認可。從工程項目經(jīng)驗積累的角度上看，dSPACE是行業(yè)早期的玩家之一，至今已經(jīng)具備30年的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和測試工具的經(jīng)驗，為全球整車廠和Tier1供應(yīng)商提供HiL系統(tǒng)解決方案。例如，dSPACE自2005年起就是通用汽車HiL全球供應(yīng)商;戴姆勒和奧迪也在最近10年中為其新車平臺均配備了dSPACE虛擬整車(Virtual Vehicle)硬件在環(huán)測試系統(tǒng)。
長期以來與全球各大整車廠和Tier1供應(yīng)商的合作，確保了dSPACE的各類仿真測試解決方案的成熟穩(wěn)定。這樣的可靠性和穩(wěn)定性又推動其幾乎被全球整車廠和Tier1供應(yīng)商所采用，得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認可。同時，dSPACE一直緊跟行業(yè)內(nèi)最新的技術(shù)標準，例如功能安全認證ISO26262，并參與推動了AUTOSAR架構(gòu)的落地。
以全球視野和領(lǐng)先的技術(shù)解決方案, dSPACE在HiL領(lǐng)域享有極高的聲譽。但這一優(yōu)勢也造成了其在海外市場中相對較高的價格和使用門檻，比如dSPACE模型并非100%白盒交付，用戶較難進行二次開發(fā)，這也給了其他企業(yè)“后來居上”的機會。
02 . ETAS LABCAR — 中西合璧，新的希望
公司全稱：ETAS GmbH (Robert Bosch subsidiary)
總部地點：德國斯圖加特
成立時間：1994年
主要業(yè)務(wù)：提供基于硬件在環(huán)(HiL)測試解決方案，在汽車HiL細分領(lǐng)域位于TOP2位置。其IP包含全球12個國家的注冊商標,20多項國際專利等內(nèi)容
主要產(chǎn)品：LABCAR仿真測試系統(tǒng)，包括硬件和軟件組件，用于開發(fā)、測試和驗證車輛電子控制單元(ECU)
應(yīng)用領(lǐng)域：汽車行業(yè)，特別是汽車電子控制系統(tǒng)的開發(fā)和測試
三十年前，博世公司一位名叫約翰的工程師，對于汽車電子系統(tǒng)的測試方法感到不滿意。他發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的測試方式存在諸多限制，無法滿足日益復(fù)雜的汽車電子系統(tǒng)的需求。于是，約翰決定使用一種全新的測試方式，即硬件在環(huán)(Hardware-in-the-Loop，HiL)測試。他致力于將實際硬件與虛擬環(huán)境相結(jié)合，以更準確地模擬車輛運行情況，并測試電子系統(tǒng)的性能。約翰的努力和創(chuàng)新精神最終使得博世公司成功推出了LABCAR，并最終成為HiL領(lǐng)域的專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
1994年，德國博世公司的全資子公司ETAS GmbH成立，開始為汽車制造商、其供應(yīng)商、工程服務(wù)供應(yīng)商以及嵌入式行業(yè)其他領(lǐng)域的客戶提供嵌入式系統(tǒng)工具，例如用于乘用車和卡車 ECU 的開發(fā)工具(軟件和硬件形式)、工程服務(wù)、咨詢、培訓(xùn)和支持。
一經(jīng)成立，ETAS就收獲了汽車行業(yè)的大量關(guān)注，旗下的LABCAR 是技術(shù)領(lǐng)先的 HiL 解決方案之一，能夠模擬汽車的任何部分，也正是因為LABCAR，ETAS才能在領(lǐng)域內(nèi)獲得響亮的名聲。為了實現(xiàn)縮短開發(fā)周期、提高軟件質(zhì)量和改進故障分析的目標，自20世紀90年代初以來，汽車行業(yè)一直在使用此類工具。
LABCAR是用于汽車電子控制單元(ECU)開發(fā)和測試的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。通過將實際的ECU與虛擬的車輛系統(tǒng)進行交互，LABCAR提供了一個全面的測試環(huán)境，以驗證ECU的功能和性能。此外，它還是一套用于汽車電子系統(tǒng)開發(fā)和測試的綜合解決方案，包括軟件、硬件和模型架構(gòu)。
與其它測試系統(tǒng)相比，LABCAR有著自己的獨特優(yōu)勢：如它可以適應(yīng)各種不同的測試需求和系統(tǒng)配置，具有很好的靈活性;可實時采集和處理大量的數(shù)據(jù)，并且能夠以高頻率進行數(shù)據(jù)傳輸和計算，具有高效性;此外，LABCAR還具有可靠性、易用性與擴展性，因而被全球汽車行業(yè)用戶廣泛使用。
2022年12月，來自中國的蔚赫信息收購ETAS全球LABCAR IP及技術(shù)，這是博世首次向中國轉(zhuǎn)移研發(fā)類IP。蔚赫信息將扎根中國、著眼全球續(xù)寫LABCAR品牌故事，為LABCAR帶來新的活力。
據(jù)蔚赫信息創(chuàng)始人辛志鵬表示，ETAS的LABCAR是全球汽車HiL細分市場TOP2品牌，有近30年市場應(yīng)用經(jīng)驗，被全球一流汽車制造商和零部件供應(yīng)商廣泛采用。隨著汽車新四化持續(xù)發(fā)展及跨領(lǐng)域技術(shù)深度融合，HiL作為加速研發(fā)的一把利器，其重要性越發(fā)凸顯。
03 . NI — 解決方案豐富，布局全面
公司全稱：NI(National Instruments)
總部地點：美國德克薩斯州奧斯汀
成立時間：1976年
主要業(yè)務(wù)：提供測量、自動化和嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件解決方案，提供豐富的培訓(xùn)資源以及技術(shù)支持、咨詢、集成和硬件服務(wù)
主要產(chǎn)品：NI硬件平臺和LabVIEW軟件，用于開發(fā)和測試各種應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)
應(yīng)用領(lǐng)域：包括汽車行業(yè)，近年來NI開始嘗試進入HiL領(lǐng)域，提供相關(guān)解決方案
孵化于德克薩斯大學(xué)奧斯汀應(yīng)用研究實驗室，NI(National Instruments)經(jīng)過10年的發(fā)展后推出了一款旗艦產(chǎn)品——適用于Macintosh 電腦的 LabVIEW 圖形開發(fā)平臺。該軟件允許工程師和科學(xué)家通過將圖標 "連接 "在一起的方式進行圖形編程。通過讓人們使用更直觀、結(jié)構(gòu)更簡潔的開發(fā)環(huán)境，他們的工作效率大大提高，LabVIEW 因此大受歡迎。
隨著LabVIEW的誕生，NI提出了“軟件就是儀器”的口號，開辟了“虛擬儀器”的嶄新測量概念。隨后，他們繼續(xù)拓展虛擬儀器的邊界，發(fā)布了機器視覺軟件和硬件(允許攝像頭充當傳感器)以及運動控制硬件和軟件，這也為NI后續(xù)進入HiL領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
2011年9月，NI發(fā)布最新版本基于配置的軟件環(huán)境NI VeriStand 2011，用于實時測試和仿真應(yīng)用，包括HiL仿真和Test Cell中的測控應(yīng)用，大大提高了測試系統(tǒng)開發(fā)的靈活性和效率。除了VeriStand，NI的HiL產(chǎn)品還包括PXI平臺、SLSC硬件以及TestStand。其測試系統(tǒng)以工具和技術(shù)為重點，能幫助用戶構(gòu)建HiL測試以準確仿真真實測試條件、分析數(shù)據(jù)、即時更改元素以及引入物理硬件，它所具有的靈活性能夠幫助用戶復(fù)用測試部件、更改需求和節(jié)省時間，從而確保設(shè)計滿足產(chǎn)品規(guī)范和上市時間要求。
在四家HiL廠商中，NI以其解決方案的全面性著稱。多年來，NI不斷致力于開發(fā)基于計算機的測試測量與自動化平臺，擁有500多款軟硬件產(chǎn)品，應(yīng)用遍布電子、機械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個行業(yè)領(lǐng)域。從日本的Honda汽車測試、澳洲的心臟起搏器設(shè)計/驗證, 到英國電信電話線路性能測試，全世界數(shù)以萬計的工程師和科學(xué)家們都在使用NI的產(chǎn)品。
然而，由于過于全面的產(chǎn)品線，NI在HiL專業(yè)領(lǐng)域的重心相對較低，也限制了其在這一細分市場的深度發(fā)展。例如，NI原廠不直接向終端用戶提供HiL設(shè)備，也不提供測試服務(wù)，其代理集成供應(yīng)商根據(jù)自身的能力承接測試服務(wù);其LaBVIEW有Licence限制，也需要深入學(xué)習(xí)軟件應(yīng)用，上手速度較慢等。2023年3月，美國工業(yè)集團艾默生電氣公司同意以 82 億美元收購NI，結(jié)束了對這家測量設(shè)備制造商近一年的收購。
針對這次收購，NI首席執(zhí)行官Eric Starkloff說：“我們很高興艾默生認識到我們創(chuàng)造的價值，我們相信它們將幫助我們建立勢頭，進一步將NI定位為軟件連接自動測試和測量系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商。”
04 . Vector Informatik—穩(wěn)健發(fā)展，專注細分
公司全稱：VECTOR Informatik GmbH
總部地點：德國斯圖加特
成立時間：1988年
主要業(yè)務(wù)：具有全球領(lǐng)先的分布式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工具、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點測試驗證工具和嵌入式軟件組件提供商，為汽車總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、建模、仿真、分析、測試以及ECU的開發(fā)、測試、標定和診斷等過程提供一系列強有力的軟硬件工具和組件
主要產(chǎn)品：CANoe、CANalyzer等軟件工具，用于開發(fā)、測試和診斷車載電子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)
應(yīng)用領(lǐng)域：主要在汽車行業(yè)，近年來VECTOR也開始切入功能相對簡單的電子模塊的HiL測試
Vector 軟件有限公司由 Eberhard Hinderer、Martin Litschel 和 Helmut Schelling 于 1988 年 4 月 1 日創(chuàng)立。自成立以來，Vector始終承擔的使命就是簡化汽車電子開發(fā)。“以工程師的視角，為工程師提供解決方案和工具，加速開發(fā)過程，判斷問題所在，讓測試變得更簡單。”
在HiL領(lǐng)域，Vector于2019年收購TESIS GmbH公司來增強其在HiL領(lǐng)域的實力，如DYNA4是開放的仿真環(huán)境，用于乘用車和商用車的虛擬駕駛測試。DYNA4的物理模型包括車輛動力學(xué)、動力總成、內(nèi)燃機、電機、傳感器和交通環(huán)境，幫助用戶進行安全高效的功能開發(fā)和測試，三維環(huán)境模擬則包括道路基礎(chǔ)設(shè)施和交通，可為輔助駕駛和自動駕駛提供虛擬測試場。
十幾年間，Vector也不斷地豐富自己的產(chǎn)品線，如今已經(jīng)擁有包括分布式系統(tǒng)開發(fā)，嵌入式源代碼，ECU測試，車輛診斷，ECU標定，過程管理等六大工具鏈。目前，Vector已經(jīng)成為全球領(lǐng)先的總線開發(fā)工具、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點測試驗證工具和嵌入式軟件組件供應(yīng)商，為汽車總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、建模、仿真、分析、測試以及ECU的開發(fā)、測試、標定和診斷等過程提供一系列強有力的軟硬件工具和源代碼，支持CAN、LIN、MOST、FlexRay、以太網(wǎng)、SAE、J1939、OSEK/VDX和AUTOSAR等多種總線、協(xié)議和標準。
在不斷設(shè)立海外子公司的同時，Vector也在逐步拓展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，涉足航空電子網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康、軌道交通等多個領(lǐng)域，成為領(lǐng)先的軟件工具和嵌入式組件制造商。Vector 的工具和服務(wù)為工程師提供了決定性的優(yōu)勢，使具有挑戰(zhàn)性和高度復(fù)雜的主題領(lǐng)域變得盡可能簡單和易于管理。全球汽車、商用車、航空航天、運輸和控制技術(shù)行業(yè)的客戶都依靠獨立的 Vector 集團的解決方案和產(chǎn)品來開發(fā)未來交通技術(shù)。
Vector以穩(wěn)健的發(fā)展和對車載總線領(lǐng)域的深度專注而著名。然而，與其他三大龍頭相比，Vector HiL的品牌力在全球范圍內(nèi)相對較弱，尚需進一步提升。
05 .總結(jié) — 并購整合，HiL迎來新階段
經(jīng)過三十余年的發(fā)展，硬件在環(huán)(HiL)仿真技術(shù)行業(yè)已從老牌“四大龍頭”的統(tǒng)領(lǐng)走向了開放與多元化的新時代。整合與并購成為了不可或缺的戰(zhàn)略途徑，如中國企業(yè)蔚赫信息收購ETAS LABCAR和美國艾默生電氣公司收購National Instruments，這兩起收購案例令人矚目。
去年12月，中國企業(yè)蔚赫信息收購了LABCAR，這一事件給HiL行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。LABCAR得以率先直面中國客戶，還有可能借助蔚赫信息在中國的供應(yīng)鏈優(yōu)勢，推動LABCAR在全球范圍內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新。目前，中國電動汽車保有量逐步趕超歐美，蔚赫信息的加入或?qū)⒋偈筁ABCAR走上新階段，并給HiL行業(yè)帶來新的變化。
同樣，艾默生電氣公司的加入也給HiL行業(yè)帶來了新的繁榮。今年3月，艾默生以 82 億美元收購National Instruments，以提高自身在自動化控制和虛擬儀器等領(lǐng)域的技術(shù)實力，這一舉措不僅拓寬了HiL技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，而且重新定義了其在全球市場中的位置。它不再是一個小眾而垂直的市場，更是世界巨頭角逐的對象。
事實上，隨著全球電動汽車市場的不斷擴張，HiL行業(yè)的前景也愈加光明。數(shù)據(jù)顯示，2022年，全球上路電動汽車超過2600萬輛，較2021年增長60%。智駕市場爆發(fā)出的新潛力由此助推了HiL技術(shù)的再度繁榮。新資本和新勢力的加入，也無疑會讓這個行業(yè)更加多元和充滿活力。
未來的HiL行業(yè)仍由“四大龍頭”繼續(xù)主導(dǎo)，還是出現(xiàn)“一超多強”的新格局?這還有待市場的進一步檢驗。然而，可以肯定的是，它正走向一個創(chuàng)新與變革并行、充滿無限可能的未來之路。(作者/適道)
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