工程师感知，预测和规划到ADAS

作者:Gilles Gallee，自动驾驶汽车业务开发人员，Ansys, La Farlede，法国万博

高级驾驶辅助系统(ADAS)-如前方碰撞警告(FCW)、自动紧急制动(AEB)、车道偏离警告(LDW)、车道保持辅助(LKA)和盲点监测(BSM)系统-估计有可能防止超过三分之一的乘用车碰撞

根据AAA交通安全基金会的报告²在美国，这样的减少将反过来防止37%的伤害和29%的死亡事故，涉及乘用车。为了充分发挥ADAS的潜力，以及完全自动驾驶带来的更大的安全和便利优势，需要进行仿真，以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，两国之间还有很长的距离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，才能证明它们在伤亡方面的可靠性。例如，根据兰德的说法^3.在美国，要证明完全自动驾驶汽车比人类司机更少发生严重车祸，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6年的驾驶。为了提供致命事故的相同证据，同样的船队将需要行驶88亿英里，这将需要大约400年的时间。

目前，大多数ADAS功能都处于1级或2级范围。即使是实现3级自动驾驶，即车辆在满足某些操作条件时可以完全控制，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，软件和人在循环中。自动驾驶汽车技术堆栈的每个方面都至关重要，需要具有不同技能和知识的人员参与。

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。此后，它们被美国交通部和联合国采用。

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和压倒它们。在汽车行业，供应商面临的挑战是开发功能更高的传感器和传感系统，使其不仅能在阳光明媚的高速公路上表现良好，还能在暴风雪、繁忙的城市街道和众多“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——狗追着你前面的车跑，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一小部分。

万博由Hologram支持的Ansys SCADE Vision有助于识别边缘情况，以确定人工智能的弱点。有了边缘情况信息，SCADE Vision可以触发更多的人工智能训练行动和新的测试场景条件。了解更多信息，请阅读“视线中的自动安全”。

软件开发人员对从模拟中生成合成数据感兴趣，以便更快地在各种操作设计领域(ODD)中训练人工智能，ODD是用于描述具有特定环境、地理、时间、交通和/或道路特征的驾驶条件子集的术语。对于开发人员来说，定义和识别赔率是一项挑战，因为它们会影响测试、合规和现实世界中的Level 3自动驾驶。为了让汽车在特定条件下取代人类驾驶员，传感器必须感知这些条件，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那些ODD边缘情况。

原始设备制造商(oem)依靠其供应商提供传感器组。然而，原始设备制造商最终要对他们生产的汽车的安全性负责，因此他们希望确保供应商已经全面审查了这些技术。供应商在组件和封装层面使用仿真技术，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摄像头的Ansys Speos和用于雷达的Ansys HFSS(参见“地下仿真”和“道路上的新型眼睛”)。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 vrexperience驾驶模拟器构成了该系统的基础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需求进行测试。通过复制从高清地图和资产库生成的道路、交通状况、天气状况、车辆动态等，ADAS开发团队可以验证传感器和人工智能模块、传感器系统和车辆模型，以及人机界面(hmi)。

模拟Adas函数

ADAS功能是由软件开发驱动的。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特定条件下的环境中，例如，在高速公路上以特定速度到达交通堵塞，然后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，传感器融合和系统运行。

vrexperience可以加速边缘情况探索和传感器模拟。以前照灯的开发为例。在夜间有很多遗漏的检测边缘情况，所以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打开和关闭远光灯，或者自动调节以减少眩光，这似乎是简单的方便，但照明是一个重要的部分ADAS因为车上的摄像传感器会对它做出反应。例如，识别标志、车道和迎面而来的车辆的摄像头对前照灯设计的变化很敏感。vrexperience通过为修改传感器输入(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

美国汽车协会基金会的一项研究评估了流行的先进驾驶辅助技术在帮助减少或防止碰撞方面的潜力。这项研究使用了美国的数据，结果显示，如果在所有车辆上安装ADAS技术，每年可能会防止270多万起撞车事故，110万人受伤，近9500人死亡。

另一个例子是紧急制动功能，它是汽车的一部分高级驾驶辅助系统。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。万博它经过测试以满足目标，然后设计为更详细的模型。然后可以针对软件在环和硬件在环的场景对紧急制动功能的编码进行测试。

由SCA万博NeR驱动的Ansys vrexperience驾驶模拟器是ADAS的基础，也是整个ADAS开发周期的延续。

使用SCA万博NeR驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器，客户可以无缝地测试模型，将其与SCANeR连接，然后保持相同的车辆测试环境，以连接软件和硬件，以模拟不同的ODD边缘情况。流线型的工作流程节省了时间，并使地理位置分散的团队和来自不同学科的专家更容易进行协作。

为地球上的人类做计划

除了预测其他驾车者、骑自行车的人和行人会做什么，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，人们的行为就会随之改变ADAS特性。在接受调查的使用盲点监控或后方交通警报系统的司机中，约有25%的人表示，他们觉得完全依赖这些系统，而不进行视觉检查或回头看是否有迎面而来的车辆或行人，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，约有25%的人表示，在驾驶时从事其他任务也很舒服。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着更加突出的安全作用，人机交互变得越来越重要。在这里，模拟可以帮助汽车制造商和供应商通过规划如何使用或滥用安全功能来实施ADAS。

万博Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器由SCANeR驱动，与驱动硬件模拟器接口集成，以虚拟现实创造身临其境的驾驶体验。Ansy万博s VRXPERIENCE HMI模块可用于测试和验证HMI的完整驾驶舱设计，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。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，这要归功于精细的手指跟踪系统。当系统记录驾驶员的行为并显示驾驶和信息娱乐信息时，它会识别和解释驾驶员的动作，并自动触发相应的HMI反应。

万博Ansys VRXPERIENCE Driving Simulator由SCANeR驱动，可自动创建大规模模拟的场景可变性。

先进的驾驶员辅助系统有可能防止超过三分之一的乘用车撞车事故。在涉及乘用车的撞车事故中，这样的减少将防止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，但人机界面也是oem在市场上脱颖而出的一种方式。就像发动机的声音或车门关上的感觉一样，人和自动化的互动方式已经成为建立品牌的一种手段。

万博Ansys VRXPERIENCE允许oem和供应商在相同的整体开发过程中评估不同的驾驶员和乘客体验。除了ADAS， 万博Ansys VRXPERIENCE还允许用户可视化组装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)看到并呈现对感知质量的影响。他们可以模拟复杂的变形效果，如拱，弯曲和扭曲，以确定问题区域的根本原因。

Ansy万博s VRXPERIENCE SOUND模块提供了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。用户还可以根据听众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。如何使用这项技术最终决定了它在市场上的成败。自主系统的各个方面——感知环境的传感器，解释传感器数据的人工智能，以及人类如何与自动化互动的计划——都必须考虑在内。

由SCA万博NeR驱动的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器将所有这些集成在一个工作流程中，鼓励必要的协作来审查新技术，以及驾驶员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，沿途有许多重要的里程碑。为了迎接挑战，初创企业和老牌企业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. ”漫漫平安之路，”《兰德评论》，2016年7 - 8月。
2. ”大规模部署先进驾驶辅助系统可能减少车祸、伤害和死亡”A.本森，B. C.特夫特，A.M.斯万卡拉和w·j·霍里。AAA交通安全基金会，2018。
3. ”安全驾驶。自动驾驶汽车需要行驶多少英里才能证明其可靠性?”Nidhi Kalra和Susan M. Paddock。兰德公司，2016。
4. ”车主对先进驾驶辅助系统的经验及反应”A. McDonald, C. Carney和D. V. McGehee。爱荷华大学，2018年。
5. ”了解技术的影响:高级驾驶辅助系统和半自动驾驶系统会导致不当驾驶行为吗?”N. Dunn, T. A. Dingus和S. Soccolich。AAA交通安全基金会，2019。