首頁 > 新聞資訊 本文原刊登于Ansys Blog：《How Simulation Drives the Top Automotive Trends: Autonomous Vehicles》
作者：Kim Woodham | Ansys 行業(yè)市場經(jīng)理
Laura Carter | Ansys 高級(jí)市場傳播撰稿人
如今距離自動(dòng)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(huì)的一項(xiàng)調(diào)研顯示，與開發(fā)全自動(dòng)駕駛體驗(yàn)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(shí)上，85%的受訪者表示對自動(dòng)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(dòng)駕駛汽車（AV）技術(shù)的發(fā)展，并進(jìn)一步拓展高級(jí)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(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)更安全的汽車自動(dòng)駕駛
當(dāng)然，自動(dòng)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(cuò)，但實(shí)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(dòng)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(yàn)證。
Ansys自動(dòng)駕駛汽車業(yè)務(wù)拓展兼學(xué)科專家Gilles Gallee表示：“采用自動(dòng)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(xiǎn)因素，在完全接納自動(dòng)駕駛汽車之前，我們必須能以高置信度驗(yàn)證自動(dòng)駕駛比人工駕駛更加安全這一結(jié)論。在我們推進(jìn)各級(jí)自動(dòng)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(jī)構(gòu)證明自動(dòng)駕駛實(shí)際上比人工駕駛更安全。”
在自動(dòng)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(diǎn)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?jiǎng)?wù)，因?yàn)橛嘘P(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(dòng)與半自動(dòng)駕駛汽車安全難題而開發(fā)。與開展大量難以實(shí)現(xiàn)的物理測試相比，仿真是可驗(yàn)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(xiǎn)，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(yàn)證工作帶來的問題，Ansys還提供了與medini analyze并行運(yùn)行的仿真工具鏈。該工具鏈將大規(guī)模仿真與統(tǒng)計(jì)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(shí)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(yàn)證。為展示這些功能的表現(xiàn)，Gallee的團(tuán)隊(duì)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(jī)構(gòu)展示了有關(guān)安全性，奠定了梅賽德斯·奔馳2022 S級(jí)全球首款L3自動(dòng)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(dòng)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(huì)繼續(xù)深入探索L2與L3領(lǐng)域。就L3級(jí)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考慮的最重要主題，尤其是在開發(fā)首批L3級(jí)自動(dòng)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(gè)重要里程碑的原因在于它標(biāo)志著首個(gè)自動(dòng)化功能的誕生，其中OEM認(rèn)同在車輛運(yùn)行方面承擔(dān)全部責(zé)任。另外，在系統(tǒng)完全運(yùn)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(shí)現(xiàn)L3級(jí)自動(dòng)駕駛事實(shí)上是市場的模板。同時(shí)，我們還與寶馬公司合作實(shí)施工具鏈，目的是在實(shí)際安全性分析之前證明自動(dòng)駕駛汽車的安全性。在不遠(yuǎn)的將來，相信其它OEM肯定會(huì)采用這些經(jīng)過驗(yàn)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(dòng)駕駛的兩大要素是行為預(yù)測與3D目標(biāo)檢測。這兩個(gè)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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)這些功能基本都需要采用經(jīng)人工智能（AI）強(qiáng)化的高級(jí)識(shí)別技術(shù)。
在當(dāng)前環(huán)境中，所謂的L3級(jí)自動(dòng)駕駛，主要是指最高速度約為每小時(shí)40英里（每小時(shí)60公里）的自動(dòng)駕駛汽車行為。速度超過每小時(shí)40英里必然會(huì)提高風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致精度要求提高，同時(shí)需要加大預(yù)測技術(shù)的投入，如：行人、動(dòng)物與障礙物探測。
Gallee表示：“盡管L3自動(dòng)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(jí)預(yù)測，因此，新一代技術(shù)將涉及在更快速度場景下實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的性能?！?/span>
為了支持這方面的計(jì)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(shí)現(xiàn)，這無疑會(huì)給感知技術(shù)、基于AI的機(jī)器學(xué)習(xí)以及攝像頭開發(fā)帶來巨大壓力。我們需要實(shí)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(dú)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(shí)現(xiàn)無人配送
展望未來，成熟的全自動(dòng)駕駛技術(shù)趨勢的第一步是網(wǎng)約車服務(wù)，包括“自動(dòng)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(dòng)駕駛車隊(duì)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(shí)現(xiàn)L4或L5自動(dòng)駕駛水平的服務(wù)。在特定場景下，通過結(jié)合高級(jí)AI算法和人類輔助超高速遠(yuǎn)程操作可以實(shí)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(hào)覆蓋，這有可能導(dǎo)致道路定位不準(zhǔn)，大都通常會(huì)受建筑物與其它一些干擾點(diǎn)影響。” 這一點(diǎn)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(shí)施?！?/span>
為了推進(jìn)這項(xiàng)任務(wù)，仍有幾個(gè)問題有待解決：
- 我們?nèi)绾未_保這項(xiàng)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(shí)會(huì)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(yùn)與交通運(yùn)輸解決方案提供商EasyMile已經(jīng)在這種模式下開始運(yùn)營。
攜手Ansys為更先進(jìn)的自動(dòng)駕駛奠定安全基礎(chǔ)
加快自動(dòng)駕駛的發(fā)展需要采集多個(gè)方面的信息，包括雷達(dá)、激光雷達(dá)、傳感器和其它AI增強(qiáng)軟件技術(shù)，另外還需要實(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)安全合規(guī)。Ansys提供了可支持此類計(jì)劃的豐富解決方案。
- Ansys AVxcelerate Sensors可輕松集成地面實(shí)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(dòng)駕駛汽車。
- Ansys HFSS是一款3D電磁（EM）仿真軟件，用于設(shè)計(jì)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(dòng)駕駛系統(tǒng)開發(fā)與認(rèn)證。
- Ansys optiSLang流程集成與設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件可以自動(dòng)執(zhí)行可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化過程的關(guān)鍵功能。
- Ansys SCADE面向軟件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、基于模型的軟件工程環(huán)境，對電氣化動(dòng)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(jì)軟件提供了自動(dòng)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(jì)與開發(fā)。
以上產(chǎn)品只是Ansys支持自動(dòng)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)的最新進(jìn)展，包括相關(guān)Ansys產(chǎn)品的介紹。
（文章來源公眾號(hào)：Ansys）
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