技术分享 | 通过仿真实现自动驾驶

通过仿真实现自动驾驶
现代车辆系统与完全自动化之间存在如此多的技术障碍，仿真对于解决自动驾驶系统定义、软硬件开发、尤其是系统验证等关键设计挑战至关重要。

Ansys仿真软件可以自动生成代码、证明安全标准合规性以及通过最大限度地减少证明有效性所需的实际里程数，帮助工程师在创纪录的短时间内以最低成本解决这些问题。

本文主要从“自动驾驶传感器开发”“自动驾驶验证系统”“自动驾驶系统开发”“自动驾驶软件开发”四个方面介绍通过仿真实现自动驾驶的应用场景.

一、自动驾驶传感器开发
仿真可显著提高传感器功能，加速传感器与汽车的集成，并支持在各种工作条件下进行快速性能分析。

适用于所有条件的高性能传感器设计
传感器是为自动驾驶汽车做出智能、安全决策提供所需信息的关键组件。它们必须可靠地提供高性能，并在各种恶劣的工作条件下（包括雨、冰和雪）正常工作。事实证明，仿真可帮助工程师提高传感器性能，确定最佳的车辆集成配置，并检查其在各种运行场景中的行为。针对这种安全关键型系统，最精确的、基于物理的仿真工具必不可少。Ansys提供综合全面的自动驾驶汽车传感器开发功能，包括：

-激光雷达 
-毫米波雷达

传感器设计与集成

激光雷达：Ansys多物理场解决方案，包括光机械、热相互作用和光学材料属性库，可实现发射器和接收器的快速设计和布局优化。

毫米波雷达：利用Ansys经过验证的电磁仿真功能，工程师可以快速分析复杂动态场景下的雷达系统性能，并提高其对潜在危险的响应精确度。

摄像头：Ansys多物理场仿真解决方案可使用视觉性能分析和高保真透镜传递函数进行光机械优化、布局和验证，从而实现快速的摄像头设计和布局研究。

感知软件测试 ：SCADE Vision可自动识别AV感知系统中的潜在漏洞。它能够帮助您对这些系统可能出现不安全行为的极端情况进行查找和分类。

二、自动驾驶传感器开发
物理上精确的模拟是在现实的时间框架内验证自动驾驶汽车系统的唯一方法。

快速自主系统验证
Ansys仿真解决方案和安全分析可帮助定义测试策略，其中包括详细而逼真的世界建模和场景生成，其中包含高精确度传感器仿真。由此，可以执行软件在环（SiL）、硬件在环（HiL）和驱动器在环（DiL）分析。

-软件在环（SiL）
-循环驱动程序（DiL）
-硬件在环（HiL）

基于仿真的测试和验证

软件在环：采用基于高精确度的物理传感器模型可实现开环软件测试、模型覆盖和针对关键性能指标和测试计划对软件实现的验证。

硬件在环：Ansys为实时目标提供独立于RTOS的车辆和传感器模型，提供从设计到验证的连续性，提供测试可重复性以及边缘和最坏情况的分析。

循环驱动程序：借助VR,Ansys提供了用户、虚拟执行器和车辆嵌入式软件之间的实时交互。这在设计过程的早期就捕捉到了手指运动和热图、完整的驾驶舱用户体验、反射研究和HUD性能。

三、自动驾驶系统开发
基于模型的安全和网络安全解决方案加速了自主系统的开发和认证

安全和网络安全的自动驾驶汽车

通过基于模型的安全和网络安全解决方案，可以建立端到端的可追溯性。可以证明是否符合现有标准（如ISO 26262、ISO 21448、ISO 15408和其他新兴标准），与更多的手工方法相比，可节省高达50%的开发时间。Ansys解决方案专注于：

-功能安全（FuSa） 
-预期功能的安全性（SOTIF） 
-网络安全

加快安全和网络安全分析

功能安全（FuSa）：将多种安全分析方法与Ansys基于模型的安全分析相结合，实现端到端可追溯性，并符合ISO 26262等安全标准。

预期功能的安全性（SOTIF）：对SOTIF危害进行系统的因果分析，并遵守ISO 21448等安全标准。

网络安全：通过集成架构和功能设计模型与网络安全分析方法来识别网络漏洞。

四、自动驾驶软件开发
开发、验证和自动生成符合关键标准的自动驾驶汽车嵌入式软件，包括ISO 26262 ASIL D、DO-178C等。

加快嵌入式软件开发和验证

Ansys基于模型的解决方案可加速自动驾驶车辆和 ADAS 在AD开发的最早期阶段的软件设计和验证，并可自动生成符合ISO 26262 ASIL D、DO-178C等行业标准的认证/合格代码。

Ansys提供了全面的自主车辆软件开发和验证功能，涵盖:

-基于模型的开发 
-计划与控制 
-软件集成 
-自动生成代码

软件开发与验证

系统架构：AD系统嵌入式软件的开发始于在Ansys SCADE中创建自动驾驶系统的体系结构模型。这个直观的建模工具生成一个系统级架构模型，以图形方式显示AD系统的主要功能块。

基于模型的软件开发：基于SCADE模型的软件解决方案可满足AD开发人员的这一迫切需求。从设计控制系统到为ISO 26262和DO-178C等行业标准自动生成代码。

软件集成：Ansys闭环模拟器解决方案采用API和中间件，可自动生成与RTOS集成目标兼容的安全认证代码。

SiL、HiL和DiL验证：SCADE和由SCANeR支持的Ansys VRXPERIENCE 驾驶模拟器支持AD嵌入式软件模型的所有测试和验证活动。