工程师感知，预测和计划到ADAS

作者:Gilles Gallee，法国拉法勒德Ansys公司自动驾驶汽车业务开发人员万博

先进驾驶辅助系统(ADAS)例如前方碰撞预警(FCW)、自动紧急制动(AEB)、车道偏离预警(LDW)、车道保持辅助(LKA)和盲点监测(BSM)系统，据估计有潜力防止三分之一以上的乘用车碰撞

根据AAA交通安全基金会的报告²在美国，这一比例的降低将使乘用车事故中37%的受伤人数和29%的死亡人数分别减少。为了实现ADAS的潜力，以及与完全自动驾驶相关的更大的潜在安全和便利效益，需要模拟来确保车辆能够感知周围的世界，预测接下来可能发生的事情并据此制定计划。

从字面上和比喻上看，与现在的状态有很大的距离ADAS和第5级全自动驾驶汽车．模拟是实现这一目标的关键。

兰德公司(Rand Corp.)一份经常被引用的报告指出，自动驾驶汽车必须行驶数亿英里，有时甚至是数千亿英里，才能证明其在伤亡方面的可靠性。例如，根据兰德公司的说法^3.为了证明完全自动驾驶汽车比人类驾驶员发生严重事故的几率更小，需要100辆自动驾驶汽车以每小时25英里的速度不间断行驶1.25亿英里——相当于驾驶6年。为了提供同样的致命事故证据，同样的车队必须行驶88亿英里，大约需要400年。

目前，大多数ADAS功能属于1级或2级范围。即使是实现3级自动驾驶，即在满足某些操作条件时车辆可以完全控制，也是一项具有挑战性的技术飞跃。它需要物理测试和模拟的结合，包括硬件、软件和人工参与。自动驾驶汽车技术栈的每个方面都至关重要，需要拥有不同技能和知识的人参与其中。

自主程度

国际汽车工程师学会(SAE International)于2014年首次发布了J3016自动驾驶级别指南。这些标准已经被美国交通部和联合国采纳。

利用传感器和人工智能解决感知和规划问题

传感器是人的眼睛和耳朵先进的驾驶辅助系统。就像我们自己的感官一样，天气和复杂的驾驶条件也会混淆并压倒我们的感官。在汽车行业，供应商一直面临着开发更高水平的传感器和传感系统的挑战，这些传感器和传感系统不仅要在阳光明媚的高速公路上表现良好，还要在暴风雪、繁忙的城市街道和大量“边缘情况”下表现良好。边缘情况包括那些不经常发生，但经常导致事故的不寻常情况——一只狗追着你前面的车，建筑工人改变交通路线，或者山洪暴发导致道路无法通行，这些只是许多边缘情况中的几个。

万博由全息图驱动的Ansys SCADE Vision有助于识别边缘情况，以精确定位AI的弱点。有了边缘案例信息，SCADE Vision可以触发更多的AI训练动作和新的测试场景条件。更多信息请阅读“自动安全在望”。

软件开发人员对从仿真中生成合成数据感兴趣，以便在各种操作设计领域(ODD)中更快速地训练AI, ODD用于描述具有特定环境、地理、时段、交通和/或道路特征的驾驶条件子集。定义和识别ODDs对开发人员来说是一个挑战，因为它们会影响测试、合规性和现实世界中的3级自动驾驶。为了让汽车在特定条件下接替人类驾驶员，传感器必须感知到这些条件，软件必须解释这些感知，以确定是否满足ODD要求。模拟可以帮助开发人员探索这些ODD边缘情况。

原始设备制造商(oem)依赖其供应商层提供传感器集。然而，原始设备制造商对其生产的汽车的安全负有最终责任，因此他们希望确保供应商对这些技术进行了全面审查。供应商正在组件和包装层面使用模拟，以更好地了解各种传感技术的优缺点，例如用于激光雷达和相机的Ansys Speos和用于雷达的Ansys HFSS(参见“地下模拟”和“一种新型道路眼睛”)。万博目标是改进单个传感技术，并确保各种技术可以一起使用，以帮助创建一个强大的传感器阵列，可以处理任何边缘情况。

由SCA万博NeR驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器形成了一个基于ADAS开发周期。它为ADAS开发团队提供了重新创建驾驶场景的能力，并支持针对各种目标和性能要求进行测试。通过复制高清地图和资产库、交通状况、天气状况、车辆动态等生成的道路，ADAS开发团队可以验证传感器和AI模块、传感器系统和车辆模型，以及人机界面(HMIs)。

模拟Adas函数

ADAS功能由软件开发驱动。定制车辆模型可以通过FMI, C/ c++， Ansys Twin Builder或万博MathWorks Simulink连接到Ansys VRXPERIENCE。工程师可以将车辆置于具有特定条件的环境中——例如，在高速公路上以特定速度遇到交通堵塞——并根据他们想要执行的场景和验证快速修改它们。在此基础上，他们可以模拟不同级别和类型传感器的场景，以评估传感器感知、传感器融合和系统操作。

VRXPERIENCE可以加速边缘案例探索和传感器模拟。以前照灯的开发为例。夜间有很多遗漏的检测边缘情况，因此Ansys VRXPERIENCE有特定的模块来模拟光的物理特性。万博智能照明可以自动开启和关闭远光灯，或自动调整以减少眩光，这看起来似乎是简单的便利，但照明是一个重要的组成部分ADAS因为汽车的摄像头传感器会对它做出反应。例如，识别标志、道路车道和迎面而来车辆的摄像头对前照灯设计的变化很敏感。VRXPERIENCE通过为修改的传感器输入(如照明变化)提供可重复的过程，减少了开发时间和成本。

自动化的预防

AAA基金会的研究评估了流行的高级驾驶辅助技术在帮助减少或预防事故方面的潜力。研究结果使用了美国的数据，结果显示，如果在所有车辆上安装ADAS技术，每年可以防止270多万起车祸，110万起受伤事故和近9500人死亡。

另一个例子是紧急制动功能，它是先进的驾驶辅助系统．为了开发它，函数首先被描述为一个模型，通常在MathWorks Simulink或Ansys SCADE Suite中。万博它被测试以满足目标，然后被设计成一个更详细的模型。然后可以对紧急制动功能的编码与软件在环和硬件在环的场景进行测试。

由sca万博nner驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器是ADAS和整个ADAS开发周期的基础。

使用由SC万博ANeR支持的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器，客户可以无缝地测试模型，将其连接到SCANeR，然后在模拟不同ODD边缘情况时保持相同的车辆测试环境来连接软件和硬件。精简的工作流程节省了时间，使地理位置分散的团队和来自不同学科的专家更容易协作。

为循环中的人类做计划

除了预测其他开车的人、骑自行车的人和行人会怎么做，ADAS还需要考虑到人们在车里的行为。根据爱荷华大学的研究⁴，人的行为可以根据ADAS特性。在接受调查的使用盲点监控或后方交叉交通警报系统的司机中，约25%的人表示，只依靠这些系统，而不进行视觉检查，也不回头看迎面而来的车辆或行人，他们感觉很舒服。在使用前方碰撞预警或车道偏离预警系统的车主中，约25%的人表示在驾驶时做其他事情时感觉很舒服。⁵

ADAS技术的早期采用者证明，误报或恼人的警报声音可能会导致他们忽略或禁用安全功能。作为先进的驾驶辅助系统继续承担更加突出的安全作用，人机交互变得越来越重要。在这里，仿真可以帮助汽车制造商和供应商通过规划安全功能的使用或滥用来实施ADAS。

万博由SCANeR驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器集成了驾驶员硬件模拟器接口，以创建具有虚拟现实的沉浸式驾驶体验。Ansy万博s VRXPERIENCE HMI模块可用于测试和验证HMI的整个驾驶舱设计，包括虚拟显示器和执行器，通过视觉模拟、眼睛和手指跟踪以及触觉反馈。得益于精细的手指跟踪系统，虚拟测试驾驶员可以直接与虚拟界面交互，从触摸屏到开关。系统记录驾驶员的行为，显示驾驶和娱乐信息，识别和解释驾驶员的动作，并自动触发适应的人机界面反应。

万博由scanner驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器自动创建大规模仿真的场景可变性。

先进的驾驶辅助系统有可能防止三分之一以上的乘用车事故。在涉及乘用车的交通事故中，这样的减少可以减少37%的受伤和29%的死亡。

ADAS开发人员可以轻松地实时评估显示信息的相关性，以实现更安全的驾驶。万博Ansys VRXPERIENCE减少了设计的时间和成本，因为设计的评估主要是在虚拟原型上进行的，减少了创建产品所需的昂贵的物理模型的数量。

创造独特的体验

安全是最重要的，但hmi也是原始设备制造商在市场上脱颖而出的一种方式。就像引擎的声音或汽车关门的感觉一样，人与自动化互动的方式已经成为建立品牌的一种手段。

万博Ansys VRXPERIENCE允许oem和供应商评估不同的驾驶员和乘客体验，作为相同的整体开发流程的一部分。除了ADAS， 万博Ansys VRXPERIENCE还允许用户可视化装配和形状偏差对产品感知质量的影响，考虑到制造变化。

工程师可以根据设计和制造数据，如材料、紧固件和公差，看到并展示对感知质量的影响。它们可以模拟复杂的变形效应，如拱起、弯曲和扭曲，以确定问题区域的根本原因。

Ansy万博s VRXPERIENCE SOUND模块提供直观的声音图形显示和一键放大控制功能，以帮助创建声音签名。用户还可以根据听者面板设置心理声学测试，以获得有关声音真实感知的统计数据。声音感知可以使用基于时频表示的工具进行评估。

合作结合技术和文化的转变

与任何有可能打破现状的创新一样，技术只是故事的一部分先进的驾驶辅助系统．这项技术的使用方式最终决定了它在市场上的成败。自主系统的所有方面——感知环境的传感器、解读传感器数据的人工智能以及人类如何与自动化交互的计划——都必须考虑在内。

由sca万博nner驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器将所有这些整合在一个工作流程中，鼓励必要的协作，以审查新技术以及司机和乘客对该技术的反应。

的发展全自动驾驶汽车是当今最大的工程挑战之一。这是一条漫长的道路，一路上都有重要的里程碑。为了迎接挑战，初创公司和老牌公司正在使用自动驾驶汽车仿真安全高效地从这里到达那里。

来源

1. ”安全之路漫漫，”兰德评论，2016年7月- 8月。
2. ”大规模部署先进驾驶辅助系统可能减少车祸、伤亡”A.本森，B. C.泰夫特，上午斯万卡拉和w·j·霍雷。美国汽车协会交通安全基金会，2018。
3. ”安全驾驶。需要行驶多少英里才能证明自动驾驶汽车的可靠性?”Nidhi Kalra和Susan M. Paddock。兰德公司，2016年。
4. ”车主对先进驾驶辅助系统的体验和反应”A.麦克唐纳，C.卡尼和D. V.麦吉。爱荷华大学，2018年。
5. ”理解技术的影响:先进驾驶辅助和半自动车辆系统是否会导致不当驾驶行为?”n·邓恩，t·a·丁格斯和s·索科利奇。AAA交通安全基金会，2019年。