【導讀】使用 MATLAB 和 Simulink 設計和構建 Rivian 車輛仿真界麵平台幫助我們實現了關鍵目標。我們為工程師和非工程師創建了統一平台，用於運行整車仿真
、後處理結果和創建報告。

使用 MATLAB 和 Simulink 設計和構建 Rivian 車輛仿真界麵平台幫助我們實現了關鍵目標。我們為工程師和非工程師創建了統一平台
，用於運行整車仿真
、後處理結果和創建報告。

整個汽車行業的工程師越來越依賴仿真來評估操控性能、加速性能
、續xu航hang裏li程cheng和he其qi他ta關guan鍵jian性xing能neng指zhi標biao。與yu物wu理li測ce試shi相xiang比bi
，通tong過guo仿fang真zhen來lai評ping估gu車che輛liang性xing能neng速su度du更geng快kuai
，成cheng本ben也ye更geng低di。整zheng車che仿fang真zhen還hai有you助zhu於yu設she計ji工gong作zuo在zai原yuan型xing硬ying件jian可ke用yong之zhi前qian在zai開kai發fa過guo程cheng中zhong盡jin早zao進jin行xing。然ran而er，隨sui著zhe車che輛liang仿fang真zhen的de成cheng本ben和he效xiao率lv優you勢shi在zai組zu織zhi內nei日ri趨qu明ming顯xian，仿fang真zhen需xu求qiu的de增zeng加jia使shi得de車che輛liang仿fang真zhen麵mian臨lin一yi係xi列lie挑tiao戰zhan。

考kao慮lv到dao與yu商shang業ye仿fang真zhen軟ruan件jian對dui接jie和he運yun行xing整zheng車che仿fang真zhen所suo帶dai來lai的de複fu雜za性xing，需xu要yao擁yong有you一yi支zhi專zhuan門men的de仿fang真zhen工gong程cheng師shi團tuan隊dui，他ta們men具ju備bei必bi要yao的de專zhuan業ye知zhi識shi。然ran而er，該gai團tuan隊dui可ke能neng很hen快kuai會hui因yin各ge利li益yi相xiang關guan者zhe的de要yao求qiu而er不bu堪kan重zhong負fu
，這zhe些xie利li益yi相xiang關guan者zhe包bao括kuo屬shu性xing工gong程cheng師shi、性能工程師、動力學工程師、續xu航hang裏li程cheng和he效xiao率lv工gong程cheng師shi以yi及ji高gao級ji管guan理li人ren員yuan。簡jian單dan地di執zhi行xing這zhe些xie團tuan隊dui要yao求qiu的de多duo個ge仿fang真zhen也ye可ke能neng成cheng為wei瓶ping頸jing
，特te別bie是shi當dang這zhe些xie仿fang真zhen連lian續xu地di在zai商shang業ye軟ruan件jian上shang運yun行xing時shi更geng是shi如ru此ci。最zui後hou，由you於yu缺que乏fa標biao準zhun化hua的de車che輛liang數shu據ju，加jia上shang對dui仿fang真zhen結jie果guo的de臨lin時shi後hou處chu理li，這zhe使shi得de工gong程cheng師shi爭zheng相xiang獲huo取qu黃huang金jin源yuan數shu據ju和he采cai用yong獲huo準zhun的de方fang法fa來lai報bao告gao結jie果guo，從cong而er加jia劇ju了le這zhe些xie困kun難nan。

在 Rivian，我們的團隊開發了可擴展、易於使用的平台，用於配置、運行和後處理大量整車仿真。此車輛仿真界麵（VSI）平台是使用 MATLAB® 和 Simulink® 開發的，有助於減少冗餘，提高複用性，並通過並行處理提高仿真吞吐量。借助使用 App 設計工具構建的直觀用戶界麵，該平台還讓整個公司的工程團隊都能輕鬆實現仿真，從而消除了仿真請求瓶頸（圖 1）。

圖 1．VSI 用戶界麵。

本文介紹我們如何使用麵向對象的原則設計 VSI
，如何利用它來使仿真更平等普及
，以及如何使用並行處理來擴展仿真工作量。

VSI 的麵向對象的設計

當我們開始設計 VSI 平台時
，麵向對象的方法顯然是實現靈活性
、可擴展性和複用性等目標的最直接方法。我們首先明確定義了幾個基本對象：Vehicle、Load Case 和 Simulation。在這種情形下，Vehicle 對象用於表示 Rivian 車輛，例如 Rivian R1T
、Rivian R1S 或 Rivian EDV（我們的電動貨車）。此對象還表示車輛的配置，用於定義特定的電池組
、動力總成係統、輪胎
、前後驅動裝置和其他組件。Load Case 對象用於定義仿真場景，包括速度曲線、環境條件和駕駛工況。而 VSI Simulation 對象隻是 Vehicle 實例與特定 Load Case 的組合（圖 2）。

圖 2．VSI 仿真包括特定車輛配置和預定義的測試場景。

從編程的角度來看，可將 Simulation 的概念視為構成 VSI 平台基礎框架的超類。此超類的屬性包括可以通過用戶界麵選擇的車輛配置和測試場景屬性，以及一組用於創建模型、運行仿真、執行後處理、提取度量和共享結果的方法（圖 3）。借助 MATLAB 的麵向對象的編程功能，我們可以輕鬆地針對 VSI 平台創建這種類結構體的實現。MATLAB 句柄對象尤其適用於封裝仿真中包含的所有信息（不僅包括車輛和測試場景，還包括用戶設置
、結果和度量），並在 VSI 內(nei)高(gao)效(xiao)傳(chuan)輸(shu)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)

，而(er)無(wu)需(xu)複(fu)製(zhi)數(shu)據(ju)。這(zhe)些(xie)對(dui)象(xiang)隨(sui)後(hou)可(ke)以(yi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)元(yuan)數(shu)據(ju)文(wen)本(ben)文(wen)件(jian)並(bing)進(jin)行(xing)存(cun)檔(dang)，使(shi)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)從(cong)元(yuan)數(shu)據(ju)重(zhong)新(xin)構(gou)造(zao)對(dui)象(xiang)來(lai)重(zhong)新(xin)創(chuang)建(jian)任(ren)何(he)曆(li)史(shi)仿(fang)真(zhen)。

圖 3．VSISim 超類
，包括仿真輸入和執行方法。

使仿真更平等普及和最大化複用

我們已將 VSI 部署為 MATLAB 工具箱和獨立可執行文件（用 MATLAB Compiler™ 編譯），可供未安裝 MATLAB 的同事使用。由於可以輕鬆訪問 VSI，團隊不再需要等待 Simulink 工程師來運行仿真並獲得結果。

VSI 界麵的左側（如圖 1 所示）yongyuxuanzecheliangpeizhiheceshichangjing，erjiemiandeyoucexianshiyongbutongyansebiaoshidefangzhenliebiao。hongsebiaoshishangweiyunxingdefangzhen
，lvsebiaoshiyiwanchengdefangzhen，huposebiaoshiyiwanchengdefangzhenyijiguoqijieguo（例如
，當新組件數據可用或模型修訂時，可能會發生這種情況）。值得注意的是
，VSI 的仿真結果是共享的；工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)能(neng)會(hui)發(fa)現(xian)他(ta)們(men)要(yao)運(yun)行(xing)的(de)仿(fang)真(zhen)已(yi)由(you)本(ben)團(tuan)隊(dui)或(huo)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)的(de)團(tuan)隊(dui)中(zhong)的(de)某(mou)個(ge)人(ren)完(wan)成(cheng)。工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)已(yi)有(you)的(de)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)，避(bi)免(mian)運(yun)行(xing)相(xiang)同(tong)且(qie)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)仿(fang)真(zhen)，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)時(shi)間(jian)和(he)計(ji)算(suan)資(zi)源(yuan)。

在定義並選擇了要運行的仿真後
，工程師可點擊標有 Run&Post-Process 的按鈕（如圖 1 所示）。仿真是結合使用 Simulink 和商業仿真軟件在後台通過 MATLAB API 啟動的（圖 4）。

圖 4．集群仿真的工作流程圖，以及顯示五個調度仿真的 VSI 界麵（以藍色突出顯示）。紫色狀態表示仿真正在進行中；紅色狀態則表示仿真已完成。

在單個仿真完成後，記錄的數據會發送回 MATLAB 工作區進行處理，然後轉換為 Apache® Parquet 數據文件格式
，並最終存檔在共享目錄中。我們還開發了一套 MATLAB 腳(jiao)本(ben)

，用(yong)於(yu)彙(hui)總(zong)結(jie)果(guo)以(yi)生(sheng)成(cheng)關(guan)鍵(jian)度(du)量(liang)，根(gen)據(ju)我(wo)們(men)的(de)需(xu)求(qiu)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)中(zhong)設(she)置(zhi)的(de)目(mu)標(biao)報(bao)告(gao)仿(fang)真(zhen)狀(zhuang)態(tai)，並(bing)生(sheng)成(cheng)自(zi)動(dong)報(bao)告(gao)來(lai)概(gai)括(kuo)關(guan)鍵(jian)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)
，以(yi)供(gong) Rivian 高級管理層參考。

通過並行處理實現擴展

在 VSI 用戶界麵中

，工程師可以選擇使用本地計算機上的多個內核來並行運行仿真，也可以選擇使用遠程 Amazon® Web Services（AWS®）集群來執行此操作（圖 5）。本地方法利用了 Parallel Computing Toolbox™，它是工程師在測試模型更新和更改時最常選用的方法。遠程方法基於運行 MATLAB Parallel Server™ 的 AWS EC2 實例，適用於具有已經過測試和驗證的模型的生產環境。

圖 5．用於並行處理的 VSI 選項。

在遠程並行工作流中，MATLAB Parallel Server 和 MATLAB 作業調度器發揮著重要作用。VSI 先從 MATLAB Parallel Server 調用 parcluster 函數
，以根據我們所定義的 AWS EC2 配置文件創建一個集群對象。在為要並行運行的每個仿真創建了一個仿真對象後，VSI 將在集群上創建一個作業

，並為每個仿真創建一個單獨的任務。該作業及其任務通過 MATLAB 作業調度器提交到 AWS EC2 實例。該調度器可協調作業的執行

，並將任務分配給各個集群工作進程。當仿真完成時

，MATLAB 後處理函數會在集群上運行
，然後結果再進行存檔和共享。對於大型作業，例如涉及 14 個冗長仿真的作業，遠程並行方法要快得多，在 68 分鍾內即可完成作業，而依序方法需要 9 個多小時（圖 6）。

圖 6．依序（黃色）
、本地並行（藍色）和遠程並行（紅色）方法的基準仿真時間。

在過去的六個月裏，我們在 Rivian 的同事已使用 VSI 進行了 9,000 多次整車仿真，總共模擬行駛了大約 200 萬英裏。

計劃的改進

使用 MATLAB 和 Simulink 設計和構建 VSI 平台幫助我們實現了關鍵目標。我們為工程師和非工程師創建了統一平台

，用於運行整車仿真
、後處理結果和創建報告。我們消除了仿真請求瓶頸，減少了仿真任務中的冗餘，並提高了仿真複用性。此外
，我們還通過支持在 AWS 集群或本地工作站的多個內核上並行運行仿真，最大程度地提高了吞吐量。

我們計劃對 VSI 做出大量改進，包括將該平台部署為 Web 應用
，為關鍵性能指標添加儀表板
，以及簡化從用戶界麵使用試驗設計（DOE）的過程。與此同時
，我們還在繼續開發和擴展 Rivian 的 MATLAB Minimart，這是內部構建的 MATLAB 工具箱集合
，用於數據轉換和查看

、啟動和製動分析，以及各種其他經常需要的功能。

（來源：MathWorks，作者：Adithya Vignesh Jayaraman，Rivian）

免責聲明：本文為轉載文章

，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

為什麼去耦電容要靠近用電器件的電源管腳

？

半導體創新如何塑造邊緣 AI 的未來

E頻段無線射頻鏈路為5G網絡提供高容量回程解決方案-第一部分

超高壓MOS在變頻器上的應用

如何快速而經濟高效地將藍牙 5．3 添加至邊緣物聯網設計