仿真技術推動更安全的自動駕駛汽車持續(xù)發(fā)展

如今距離自動駕駛車輛的普及還有很長一段路，而我們中的大部分人也不急于放棄對方向盤的掌控。近期美國汽車協(xié)會的一項調(diào)研顯示，與開發(fā)全自動駕駛體驗相比，大部分用戶更樂于看到對現(xiàn)有駕駛輔助系統(tǒng)的改進。事實上，85%的受訪者表示對自動駕駛技術感到擔憂或感覺沒有把握。

不過，原始設備制造商（OEM）仍在持續(xù)推進自動駕駛汽車（AV）技術的發(fā)展，并進一步拓展高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的優(yōu)勢，未來將有望通過更加成熟的自動駕駛技術實現(xiàn)此類優(yōu)勢。由于能夠避免駕駛者人工操作失誤的弊端，自動駕駛可以為所有乘客（以及駕駛途中遇到的行人）帶來變革性的安全水平。它們還有助于提高交通技術的普惠性，改善空氣質(zhì)量，并可結(jié)合周密的城市規(guī)劃，減少交通堵塞，造就更加環(huán)保的城市環(huán)境。

借助仿真有望實現(xiàn)更安全的汽車自動駕駛

當然，自動駕駛技術的優(yōu)勢存在一大假設，即消除駕駛過程中的人為因素就能夠從根源上消除大部分交通事故。雖然這種說法在一定程度上沒錯，但實現(xiàn)安全性取決于無人駕駛技術本身能夠發(fā)揮預期表現(xiàn)。確保自動駕駛系統(tǒng)的技術安全性需要借助仿真進行大量測試與驗證。 Ansys自動駕駛汽車業(yè)務拓展兼學科專家Gilles Gallee表示：“采用自動駕駛技術基本上能夠減少對駕駛產(chǎn)生不利影響的所有人為因素。因此，為了消除這些風險因素，在完全接納自動駕駛汽車之前，我們必須能以高置信度驗證自動駕駛比人工駕駛更加安全這一結(jié)論。在我們推進各級自動駕駛水平的過程中，原始設備制造商面臨的主要問題在于如何提高技術的安全性，以及如何向相關監(jiān)管機構(gòu)證明自動駕駛實際上比人工駕駛更安全。”

在自動駕駛技術領域，OEM無法僅憑測試就重現(xiàn)安全性能。獲得許可所需的方法節(jié)點或法規(guī)體系、方法與程序皆基于國際標準化組織（ISO）制訂的標準。因此，獲得ISO認證屬于OEM的關鍵要務，因為有關標準規(guī)定了充分證明安全性水平需采用的方法。 這意味著OEM必須采用預期功能安全（SOTIF）場景，并應用特定測試方法來證明其系統(tǒng)安全性。SOTIF（ISO PAS/21448）是專為解決汽車軟件開發(fā)人員面臨的自動與半自動駕駛汽車安全難題而開發(fā)。與開展大量難以實現(xiàn)的物理測試相比，仿真是可驗證AV系統(tǒng)安全性的唯一低成本且快速的方法。 Gallee指出：“功能安全性的關鍵在于降低由軟件、硬件與傳感器失效等系統(tǒng)故障造成的風險，除了功能安全性，SOTIF還致力于開發(fā)正確的態(tài)勢感知，以確保安全?！?Ansys medini analyze安全分析軟件為Ansys生態(tài)系統(tǒng)提供了功能安全性基準。medini analyze可以提供基于模型的系統(tǒng)方法和方式，以支持在該領域成功開展安全性分析。 為了解決大量驗證工作帶來的問題，Ansys還提供了與medini analyze并行運行的仿真工具鏈。該工具鏈將大規(guī)模仿真與統(tǒng)計和場景分析相結(jié)合。它包含Ansys AVxcelerate Sensors，可通過虛擬傳感器仿真真實場景中的傳感器感知與行為能力，另外還包含Ansys optiSLang，其可以提供高效的可靠性分析與基于場景的驗證。為展示這些功能的表現(xiàn)，Gallee的團隊在去年12月提議奔馳公司采用optiSLang，最終成功地向德國監(jiān)管機構(gòu)展示了有關安全性，奠定了梅賽德斯·奔馳2022 S級全球首款L3自動駕駛汽車的地位。

上面高亮顯示的黃色欄說明原始設備制造商在全自動駕駛方面取得的進展。目前他們正在開發(fā)介于L3與L4之間的解決方案；不過，他們會繼續(xù)深入探索L2與L3領域。就L3級而言，安全責任開始從駕駛員轉(zhuǎn)移到OEM。 安全性無疑是OEM考慮的重要主題，尤其是在開發(fā)首批L3級自動駕駛汽車方面，它們代表了汽車行業(yè)的重大技術變革。L3是一個重要里程碑的原因在于它標志著首個自動化功能的誕生，其中OEM認同在車輛運行方面承擔全部責任。另外，在系統(tǒng)完全運行的情況下，OEM需要對其發(fā)生的事故承擔責任，因此，這標志著汽車制造商責任的重大轉(zhuǎn)變。 Gallee表示：“梅賽德斯·奔馳成功實現(xiàn)L3級自動駕駛事實上是市場的模板。同時，我們還與寶馬公司合作實施工具鏈，目的是在實際安全性分析之前證明自動駕駛汽車的安全性。在不遠的將來，相信其它OEM肯定會采用這些經(jīng)過驗證的方法，尤其是相關的仿真方法。”

利用行為預測與目標檢測功能感知不明顯對象

自動駕駛的兩大要素是行為預測與3D目標檢測。這兩個方面都涉及傳感器與感知軟件。這些功能目的在于通過感知運動車輛周邊行人行為以及車內(nèi)駕駛員疲勞或疏忽而減少事故。順利實現(xiàn)這些功能基本都需要采用經(jīng)人工智能（AI）強化的高級識別技術。 在當前環(huán)境中，所謂的L3級自動駕駛，主要是指最高速度約為每小時40英里（每小時60公里）的自動駕駛汽車行為。速度超過每小時40英里必然會提高風險，從而導致精度要求提高，同時需要加大預測技術的投入，如：行人、動物與障礙物探測。 Gallee表示：“盡管L3自動駕駛的應用樹立了業(yè)界的里程碑，與將來的趨勢相比，還是有其局限性。它的局限性一方面來自與感知技術關聯(lián)的需求。當今傳感器精度或可靠性不足以支持高級預測，因此，新一代技術將涉及在更快速度場景下實現(xiàn)更優(yōu)化的性能?！? 為了支持這方面的計劃，OEM和汽車供應商正在提高傳感技術在整體性能方面的準確性。有關監(jiān)管部門也期望此類發(fā)展能有所建樹，以支持駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，這無疑會給感知技術、基于AI的機器學習以及攝像頭開發(fā)帶來巨大壓力。我們需要實現(xiàn)何種水平的準確性和傳感器性能還有待觀察。

為確保AV的安全性與長期可靠性，OEM需要在早期階段對感知技術進行評估。這最終將需要更多的傳感器與場景仿真，進而助力推進測試與開發(fā)目標。Ansys仿真包括熱成像攝像頭等各類傳感器的獨特功能，將在其開發(fā)目標過程中發(fā)揮重要作用。

利用無人駕駛實現(xiàn)無人配送

展望未來，成熟的全自動駕駛技術趨勢的第一步是網(wǎng)約車服務，包括“自動駕駛出租車”服務，又稱為最后一英里配送。一般情況下這種應用涉及通過自動駕駛車隊從附近店面交付物資與服務 - 通過網(wǎng)約車企業(yè)在市區(qū)應用環(huán)境提供全面實現(xiàn)L4或L5自動駕駛水平的服務。在特定場景下，通過結(jié)合高級AI算法和人類輔助超高速遠程操作可以實現(xiàn)妥善交付。 Gallee表示：“這方面的挑戰(zhàn)涉及地圖功能與可靠性以及城區(qū)衛(wèi)星信號覆蓋，這有可能導致道路定位不準，大都通常會受建筑物與其它一些干擾點影響?！?這一點是我們許多客戶議題的核心，這也影響了我們助力客戶的長遠數(shù)字化舉措的實施。” 為了推進這項任務，仍有幾個問題有待解決：

我們?nèi)绾未_保這項任務在更加復雜的道路環(huán)境中取得成功？

在沒有天線、GPS或者衛(wèi)星導航情況下，配送車輛必須通過隧道或者必須進入地下停車場時會發(fā)生什么？

這種復雜度需要更加先進的仿真以及相關AI功能。由Ansys仿真軟件提供支持的無人駕駛貨運與交通運輸解決方案提供商EasyMile已經(jīng)在這種模式下開始運營。

攜手Ansys為更先進的自動駕駛奠定安全基礎

加快自動駕駛的發(fā)展需要采集多個方面的信息，包括雷達、激光雷達、傳感器和其它AI增強軟件技術，另外還需要實現(xiàn)廣闊數(shù)字環(huán)境中的無縫通信。目前OEM廠商和其它交通運輸解決方案提供商正借助Ansys仿真軟件改進其無人駕駛技術，以更快實現(xiàn)安全合規(guī)。Ansys提供了可支持此類計劃的豐富解決方案。

Ansys AVxcelerate Sensors可輕松集成地面實況傳感器仿真，包括攝像頭、雷達、熱感攝像頭和激光雷達，以虛擬方式評估復雜的ADAS系統(tǒng)與自動駕駛汽車。

Ansys HFSS是一款3D電磁（EM）仿真軟件，用于設計和仿真高頻電子產(chǎn)品，如：天線、天線陣列、射頻或微波組件、高速互連、濾波器、連接器、IC封裝與印刷電路板。

Ansys medini analyze是基于模型的端到端安全性與網(wǎng)絡安全解決方案，用于加快自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)與認證。

Ansys optiSLang流程集成與設計優(yōu)化軟件可以自動執(zhí)行可靠性設計優(yōu)化過程的關鍵功能。

Ansys SCADE面向軟件設計和驗證、基于模型的軟件工程環(huán)境，對電氣化動力總成集成、電池管理系統(tǒng)和汽車電氣系統(tǒng)應用至關重要。

Ansys Speos光學設計軟件提供了自動駕駛汽車傳感器綜合仿真的功能，包括激光雷達、雷達以及攝像頭設計與開發(fā)。

以上產(chǎn)品只是Ansys支持自動駕駛汽車開發(fā)廣泛產(chǎn)品組合的部分示例。敬請關注后續(xù)更多探討仿真技術助力前沿行業(yè)的新進展，包括相關Ansys產(chǎn)品的介紹。

Ansys光學軟件產(chǎn)品推薦

ZEMAX

Ansys Zemax是一套綜合性的光學設計軟件，它提供先進的、且符合工業(yè)標準的分析、優(yōu)化、公差分析功能，能夠快速準確的完成光學成像及照明設計。

SPEOS

Ansys SPEOS是Ansys公司開發(fā)功能強大的專業(yè)用于光學設計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應用的光學仿真軟件, 強大的解決方案提供完美的可視化光學系統(tǒng)，和直觀的人機交互平臺，其仿真技術已經(jīng)廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等工業(yè)領域的研究機構(gòu)和知名公司，是全球少有的可依據(jù)人眼視覺特征和材料真實光學屬性進行的場景仿真的專業(yè)軟件。 Ansys SPEOS光學仿真軟件基于可視化產(chǎn)品三維模型，直接采用數(shù)字化樣機，使用虛擬環(huán)境仿真平臺，進行視覺功效虛擬分析和人因環(huán)境評估，在產(chǎn)品設計階段對的方案可行性進行驗證，在設計前期發(fā)現(xiàn)、反饋和處理問題，使光學設計以高效率、超同步、易優(yōu)化的工作實現(xiàn)很優(yōu)的產(chǎn)品解決方案。Lumerical

Ansys Lumerical是一款專業(yè)的光學虛擬仿真軟件，能夠為光子設計師提供全面的高精度設計和分析工具，使得設計師能夠從容地面對光設復雜的問題，進而降低開發(fā)成本。

Ansys Lumerical可廣泛地應用于生物光子學，成像，照明，光伏等。其相應套件包括以下工具：FDTD、MODE、STACK、CHARGE/HEAT、DGTD/FEEM、MQW、INTERCONNECT和CMLC。

審核編輯 ：李倩