仿真技術(shù)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(jìn)。事實上，85%的受訪者表示對自動駕駛技術(shù)感到擔(dān)憂或感覺沒有把握。

不過，原始設(shè)備制造商（OEM）仍在持續(xù)推進(jìn)自動駕駛汽車（AV）技術(shù)的發(fā)展，并進(jìn)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(shù)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(shù)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(dāng)然，自動駕駛技術(shù)的優(yōu)勢存在一大假設(shè)，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(shù)本身能夠發(fā)揮預(yù)期表現(xiàn)。確保自動駕駛系統(tǒng)的技術(shù)安全性需要借助仿真進(jìn)行大量測試與驗證。 Ansys自動駕駛汽車業(yè)務(wù)拓展兼學(xué)科專家Gilles Gallee表示：“采用自動駕駛技術(shù)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(fēng)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(jìn)各級自動駕駛水平的過程中，原始設(shè)備制造商面臨的主要問題在于如何提高技術(shù)的安全性，以及如何向相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)證明自動駕駛實際上比人工駕駛更安全?！?/p>

在自動駕駛技術(shù)領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制訂的標(biāo)準(zhǔn)。因此，獲得ISO認(rèn)證屬于OEM的關(guān)鍵要務(wù)，因為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(yù)期功能安全（SOTIF）場景，并應(yīng)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(guān)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(fēng)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(zhǔn)。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(lǐng)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(tuán)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(guān)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(shè)備制造商在全自動駕駛方面取得的進(jìn)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(lǐng)域。就L3級而言，安全責(zé)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(shù)變革。L3是一個重要里程碑的原因在于它標(biāo)志著首個自動化功能的誕生，其中OEM認(rèn)同在車輛運行方面承擔(dān)全部責(zé)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(dān)責(zé)任，因此，這標(biāo)志著汽車制造商責(zé)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(yuǎn)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(guān)的仿真方法。”

利用行為預(yù)測與目標(biāo)檢測功能感知不明顯對象

自動駕駛的兩大要素是行為預(yù)測與3D目標(biāo)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(shù)。 在當(dāng)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(fēng)險，從而導(dǎo)致精度要求提高，同時需要加大預(yù)測技術(shù)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(yīng)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(shù)關(guān)聯(lián)的需求。當(dāng)今傳感器精度或可靠性不足以支持高級預(yù)測，因此，新一代技術(shù)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(yīng)商正在提高傳感技術(shù)在整體性能方面的準(zhǔn)確性。有關(guān)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(shù)、基于AI的機器學(xué)習(xí)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(zhǔn)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(shù)進(jìn)行評估。這最終將需要更多的傳感器與場景仿真，進(jìn)而助力推進(jìn)測試與開發(fā)目標(biāo)。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(biāo)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(shù)趨勢的第一步是網(wǎng)約車服務(wù)，包括“自動駕駛出租車”服務(wù)，又稱為最后一英里配送。一般情況下這種應(yīng)用涉及通過自動駕駛車隊從附近店面交付物資與服務(wù) - 通過網(wǎng)約車企業(yè)在市區(qū)應(yīng)用環(huán)境提供全面實現(xiàn)L4或L5自動駕駛水平的服務(wù)。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(yuǎn)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(dǎo)致道路定位不準(zhǔn)，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(yuǎn)數(shù)字化舉措的實施?！? 為了推進(jìn)這項任務(wù)，仍有幾個問題有待解決：

我們?nèi)绾未_保這項任務(wù)在更加復(fù)雜的道路環(huán)境中取得成功？

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

這種復(fù)雜度需要更加先進(jìn)的仿真以及相關(guān)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(jìn)的自動駕駛奠定安全基礎(chǔ)

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(dá)、激光雷達(dá)、傳感器和其它AI增強軟件技術(shù)，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(jìn)其無人駕駛技術(shù)，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(dá)、熱感攝像頭和激光雷達(dá)，以虛擬方式評估復(fù)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(shè)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(luò)安全解決方案，用于加快自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)與認(rèn)證。

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

Ansys SCADE面向軟件設(shè)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(yīng)用至關(guān)重要。

Ansys Speos光學(xué)設(shè)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(dá)、雷達(dá)以及攝像頭設(shè)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(guān)注后續(xù)更多探討仿真技術(shù)助力前沿行業(yè)的新進(jìn)展，包括相關(guān)Ansys產(chǎn)品的介紹。

Ansys光學(xué)軟件產(chǎn)品推薦

ZEMAX

Ansys Zemax是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計軟件，它提供先進(jìn)的、且符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分析、優(yōu)化、公差分析功能，能夠快速準(zhǔn)確的完成光學(xué)成像及照明設(shè)計。

SPEOS

Ansys SPEOS是Ansys公司開發(fā)功能強大的專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件, 強大的解決方案提供完美的可視化光學(xué)系統(tǒng)，和直觀的人機交互平臺，其仿真技術(shù)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(lǐng)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(xué)屬性進(jìn)行的場景仿真的專業(yè)軟件。 Ansys SPEOS光學(xué)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(jìn)行視覺功效虛擬分析和人因環(huán)境評估，在產(chǎn)品設(shè)計階段對的方案可行性進(jìn)行驗證，在設(shè)計前期發(fā)現(xiàn)、反饋和處理問題，使光學(xué)設(shè)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(xué)虛擬仿真軟件，能夠為光子設(shè)計師提供全面的高精度設(shè)計和分析工具，使得設(shè)計師能夠從容地面對光設(shè)復(fù)雜的問題，進(jìn)而降低開發(fā)成本。

Ansys Lumerical可廣泛地應(yīng)用于生物光子學(xué)，成像，照明，光伏等。其相應(yīng)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