ADAS的工程感知，预测和规划

作者:Gilles Gallee, 华体会官网app下载新浪Ansys自动驾驶汽车业务开发人员，法国La Farlede

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-估计有潜力防止超过三分之一的乘用车碰撞

根据AAA交通安全基金会的一份报告²在美国，这样的减少反过来又能防止乘用车撞车事故中37%的受伤和29%的死亡。为了实现ADAS的潜力，以及与完全自动驾驶相关的更大的安全性和便利性，需要模拟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。

目前的状态之间有很多字面和比喻上的距离ADAS和5级全自动汽车华体会官网app下载新浪．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，有时甚至上千亿英里，才能华体会官网app下载新浪证明其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发生严重事故的华体会官网app下载新浪次数比人类驾驶员少，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。要为致命事故提供同样的证据，同样的车队必须飞行88亿英里，这将需要大约400年。

目前，大多数ADAS功能都属于级别1或2的范围。即使是实现三级自动驾驶，即在满足某些运行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、软件和人在循环中。自动驾驶汽车技术栈的每个方面都很关键，华体会官网app下载新浪需要拥有不同技能和知识的人参与。

水平的自治

SAE International(汽车工程师学会)在2014年首次发布了J3016自主级别指南。此后，美国交通部和联合国都采用了这些标准。

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和压倒它们。在汽车行业，供应商一直面临着开发功能更高的传感器和传感系统的挑战，这样它们不仅能在晴天、高速公路交通稀少的情况下表现良好，还能在暴风雪、繁忙的城市街道和许多“边缘情况”下表现良好。边缘情况包括那些不经常发生，但往往会导致事故的不寻常情况——一只狗追赶你前面的汽车，建筑工人改变交通路线，或山洪暴发导致道路无法通行，这些只是众多边缘情况中的几个。

Ansys SCADE Vision由Hologram支持，帮助识别边缘情况，找出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“自主安全近在眼前”。

软件开发人员对从模拟中生成合成数据感兴趣，以便在各种操作设计领域(ODD)中更快地训练AI。ODD这个术语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。定义和识别ODDs对开发人员来说是一项挑战，因为它们会影响测试、合规和现实世界的三级自动驾驶。为了让汽车在特定条件下接替人类驾驶员，传感器必须感知这些条件，而软件必须解释这些感知，以确定是否满足ODD要求。模拟帮助开发人员探索这些ODD边缘情况。

原始设备制造商(OEMs)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上使用模拟，以更好地理解各种传感技术的优缺点，如用于激光雷达和相机的Ansys Speos和用于雷达的Ansys HFSS(参见“将模拟带入地下”和“一种新型的眼睛在路上”)。目标是改进单个传感技术，并确保各种技术可以一起使用，以帮助创建一个健壮的传感器阵列，可以处理任何边缘情况出现。

Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器是由scanner驱动的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、交通状况、天气条件、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，以及人机接口(HMIs)。

模拟Adas功能

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，在以特定速度到达交通堵塞的高速公路上——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。以前照灯的发展为例。在夜间有很多漏检边缘情况，因此Ansys VRXPERIENCE有专门的模块来模拟光的物理特性。智能照明可以自动开启和关闭远光灯，或自动调节以减少眩光，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、车道和迎面而来车辆的摄像头对前照灯的设计变化非常敏感。VRXPERIENCE为修改的传感器输入(如光照变化)提供了可重复的过程，从而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研究评估了流行的先进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，每年可以避免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的一部分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。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scanner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SCANeR支持的Ansys VRXPERIENCE Driving Simulator，客户可以无缝地测试模型，连接SCANeR，然后保持相同的车辆测试环境，在模拟不同的ODD边缘情况下连接软件和硬件。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。

为处于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，人的行为可以改变的基础ADAS特性。在使用盲点监测或后方交叉交通警报系统的受访司机中，约25%的人表示，只依赖这些系统，而不进行目视检查或回头看迎面驶来的车辆或行人，感觉很舒服。在使用前向碰撞警告或车道偏离警告系统的车主中，约25%的人表示在开车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导致他们忽略或禁用安全功能。作为先进的驾驶辅助系统人机交互继续扮演着更加突出的安全角色，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安全功能将如何使用或滥用来实现ADAS。

由scanner支持的Ansys VRXPERIENCE Driving Simulator与驾驶员硬件模拟器接口集成，创建具有虚拟现实的沉浸式驾驶体验。Ansys VRXPERIENCE人机界面模块可用于测试和验证人机界面的完整座舱设计，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。由于有一个精细的手指跟踪系统，虚拟测试驱动程序可以直接与从触摸屏到开关的虚拟接口进行交互。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，并自动触发相应的HMI反应。

Ansys VRXPERIENCE Driving Simulator由scanner提供支持，可自动创建大规模仿真场景的可变性。

先进的驾驶辅助系统有可能防止超过三分之一的乘用车撞车事故。这样的减少将使乘用车撞车事故中37%的受伤和29%的死亡得到预防。

ADAS开发人员可以实时轻松地评估所显示信息的相关性，以实现更安全的驱动。Ansys VRXPERIENCE减少了设计的时间和成本，因为设计的评估主要在虚拟原型上执行，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HMIs也是oem在市场上区分自己的一种方式。就像引擎的声音或汽车关门的感觉一样，人和自动化交互的方式已经成为建立品牌的一种手段。

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过程的一部分。除了ADAS， 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，看到并呈现对感知质量的影响。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。

Ansys 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。用户还可以设置基于听者面板的心理声学测试，以获得关于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

与任何有可能颠覆现状的创新一样，技术只是其中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。自动系统的所有方面——感知环境的传感器，解释传感器数据的人工智能，以及计划人类如何与自动化交互——都必须被考虑在内。

由SCANeR支持的Ansys VRXPERIENCE驾驶模拟器将所有这些整合在一个工作流中，鼓励必要的协作来审查新技术，以及司机和乘客将如何对该技术做出反应。

的发展全自动汽车华体会官网app下载新浪是当今最大的工程挑战之一。这是一条漫长的道路，一路上有重要的里程碑。为了应对这一挑战，初创公司和老牌公司正在使用华体会官网app下载新浪自主车辆仿真从这里安全高效地到达那里。

来源

1. ”通往安全的漫漫长路，”《兰德评论》，2016年7 - 8月。
2. ”先进驾驶辅助系统的大规模部署可能减少事故、伤害和死亡”A.本森，B. C.泰夫特，上午斯万卡拉和w·j·霍里。美国汽车协会交通安全基金会，2018。
3. ”驾驶安全。自动驾驶汽车的可靠性需要行驶多少英里?华体会官网app下载新浪”Nidhi Kalra和Susan M. Paddock。兰德公司,2016年。
4. ”车主使用先进驾驶辅助系统的经验及反应”麦克唐纳，卡尼和麦吉希。爱荷华大学，2018年。
5. ”理解技术的影响:先进的驾驶辅助和半自动车辆系统会导致不适当的驾驶行为吗?”邓恩，丁格斯和索科利奇。AAA交通安全基金会，2019年。