ANSYS自動駕駛仿真系統驗證平台
ANSYS自動駕駛仿真驗證平台
ANSYS高精度自動駕駛仿真驗證平台提供了基於物理的三維場景建模、基於語義的道路事件建模、基於物理光學屬性的攝像頭和激光雷達的仿真、基於物理電磁學屬性的毫米波雷達的仿真，從而實現多傳感器、多交通對象、多場景、多環境的實時閉環仿真。其主要功能如下：
1) 開放式交通場景編輯模塊，自定義設定道路和交通場景，可以自定義設定道路兩旁的建築物，綠化帶等等；
2) 可以根據用戶需求，自定義設定道路場景上的交通流，可以自定義設定道路上來往的車輛，行人和交通指示燈；
3) 可以根據客戶需求，自行設定主動駕駛（或算法控制車輛）的車輛動力學參數；
4) 支持高精度的三維場景仿真和基於環境光的模擬；
5) 支持高精度的物理屬性的傳感器仿真，包括毫米波雷達的仿真、攝像頭的仿真和激光雷達的仿真；
6) 此外，考慮到能更加逼真地反映“人—車—路”在環仿真測試，該平台還提供了開放的接口，可以與實物傳感器、VR設備、控制器、各類測試數據進行無縫的聯入，從而更好的滿足不同級別、不同目標的測試仿真要求。
下面分別介紹本平台各模塊的構成。
ANSYS自動駕駛仿真平台提供了一套自定義道路場景的設計工具，具備直道、彎道、曲線等設計能力，支持道路寬度、長度、半徑、方向、車道數量、車道方向、車道限速、車道類型等的編輯。
同時，該設計工具支持高架等不同高度道路以及不同坡度傾角、道路交叉口、匝道、並道等的定義。還支持車道線的自定義化建模，包括單線、雙線、實線、虛線、車道線紋理、顏色等一系列車道線類型。同時，軟件集成豐富的環境模型庫，如樹木、建築物、交通標識、路燈、電線杆、綠化帶、動物，施工路段障礙物和設施、交通行人等對象模型，可根據用戶需求對道路場景進行快速建模。
除了自定義場景外，ANSYS自動駕駛仿真平台還支持導入OpenStreetMap等3D高精地圖，自動生成與地圖匹配的道路模型。
ANSYS自動駕駛仿真平台還提供了快捷的基於語義的道路交通流設計，包括車道行駛規則、車輛及行人行為、交通指示牌行為，以及某一時刻各交通對象交通行為的精確數據輸出。此外，交通對象的行為也可以人為定義，包含如車輛駕駛行為、突然變道、突然加速、行人亂闖紅燈和行人路等一系列場景的仿真，同時軟件內部車輛和行人之間可自定義交互與否，即可仿真自動避讓行人和忽視行人發生碰撞等行為。軟件內嵌腳本語言定義，同時也支持如Python，C++等語言的接口控制來定義交通行為。如下圖所示，為通過語義級的腳本語言來定義車輛和行人等交通對象的行為。
除了上述的道路場景以及交通流的搭建能力之外，ANSYS自動駕駛仿真平台同樣提供了基於總成特性的車輛動力學模型，並提供了以下性能參數的配置：
Ø 底盤參數，如長寬高、軸間距、重量等；
Ø 性能參數，如最大時速、引擎轉速等；
Ø 轉向參數；
Ø 輪轂參數；
Ø ……
同時，軟件還提供了各類特性參數的預定義實驗數據，方便用戶對所定義車輛的特性進行快速的測試驗證。相關的實驗數據有：
Ø 加速特性實驗數據；
Ø 剎車特性實驗數據；
Ø 轉彎特性實驗數據；
Ø 方向盤特性實驗數據；
Ø 側風實驗數據；
Ø 障礙物和轉彎實驗數據；
Ø ……
ANSYS自動駕駛仿真平台還支持外部車輛動力學模型的導入和集成，如CarSim車輛動力學模型，以及用戶自研的車輛動力學模型。
在無人車輛的物理仿真中，除了前述關於道路場景，交通流以及車輛動力學模型的建模能力外，ANSYS自動駕駛仿真平台的最大特點和優勢在於提供基於物理真實的三維場景建模和ray-tracing的圖形算法。使得上述的場景的構建與物理真實達到一個高匹配度，以此對無人車中傳感器的感知和後期控制算法的驗證提供了很好的準確性和真實性，以減少場景搭建的缺陷所帶來的傳感器和感知算法的決策錯誤。
在整個基於物理真實的建模平台搭建中，ANSYS 自動駕駛仿真驗證平台會通過對以下物理真實參數的定義和基於ray-tracing的圖形算法來保證仿真的準確性和真實性：
n 環境光源的定義，包括：
Ø 天空的照度值；
Ø 基於經緯度的太陽光的照度和位置定義；
Ø 環境場景中各種點光源以及面光源的定義（光譜+IES+XMP）；
Ø 車輛照明系統的光源定義（光譜+IES+XMP）；
n 環境場景中包括道路，建築，車身等一系列材料表面光學屬性的定義。
其中各個光源的定義通過導入相關定義文件，如下圖所示：
如前述所講，材料表面光學屬性通過ANSYS開發的一套OMS材料物理光學屬性BRDF測量儀硬件設備，對用戶所需仿真的場景材料庫進行探測，並將探測所得材料表面光學屬性BSDF函數附在前述場景建模的所屬材質表面，從而在ray-tracing的圖形算法下仿真得到一整套完整的考慮外部環境光以及物體表面光學屬性的物理真實的三維場景建模。同時ANSYS自動駕駛仿真平台還提供豐富的材料庫供客戶場景建模使用。
在無人車輛中，除了前述ANSYS自動駕駛仿真平台能提供的基於物理真實的場景建模能力外，同樣集成了包含攝像頭，激光雷達和毫米波雷達的感知系統模型仿真。可以實現物理級的實時動態仿真，即在基於物理真實的道路場景以及交通流定義完成，添加環境光源以及材料表面光學屬性後，通過搭建智能駕駛模擬器來實現感知系統的動態實時仿真驗證，研究環境以及交通流對感知系統的影響。同時，ANSYS自動駕駛仿真平台還支持如C++/ANSYSSCADE/SIMULINK等外部接口的控制算法來對傳感器的輸出進行數據處理和驗證，包括SIL, HIL等多級別仿真驗證。
1) 基於物理的攝像頭系統級仿真
在基於物理的攝像頭系統級仿真階段，ANSYS自動駕駛仿真平台通過定義攝像頭的如下物理參數得到RAW圖像用以對攝像頭供應商進行驗證或者硬件在環系統的仿真驗證。攝像頭系統級仿真參數模型參照EMVA1288標準建模，主要包含：
n 鏡頭模型
² 鏡頭材料；
² 焦距；
² 孔徑光闌；
² 鏡片透過率函數；
² 畸變等；
n 成像儀模型
² 解像度；
² 尺寸；
² 曝光時間；
² 噪聲係數；
² 量子效率；
² 增益等；
n 處理器模型
n 攝像頭位置
n 風擋參數
² 入射角；
² 折射率；
² 厚度；
² 透過率函數等。
基於以上物理參數的建模以及對場景環境光源的考慮和材料表面光學屬性的影響，在系統級仿真中攝像頭輸出與真實匹配度高度一致的RAW圖像。如下圖所示ANSYS自動駕駛仿真平台的攝像頭實時輸出提供給感知算法的車道線識別。
2) 基於物理的激光雷達系統級仿真
類似於攝像頭的系統級仿真，激光雷達的系統級仿真通過準確定義的激光雷達參數，通過發射和接收生成的點雲圖對用戶構建的場景和交通流進行感知探測並驗證相關感知算法。支持多種激光雷達模式（掃描式，旋轉式）。
激光雷達的建模參數包括：
n 掃描式
² 最大和最小探測距離；
² 橫向視場角；
² 縱向視場角；
² 解像度等；
n 旋轉式
² 最大和最小探測距離；
² 旋轉速率；
² 最大線數等；
如下圖所示為ANSYS自動駕駛仿真平台的激光雷達實時探測深度圖與攝像頭輸出RAW圖像相匹配。
3) 基於物理的毫米波雷達系統級仿真
毫米波雷達的系統級別仿真通過ANSYS特有的ROM降階技術，以HFSS軟件為模擬工具，可以通過內嵌接口工具與ANSYS自動駕駛仿真平台結合實現毫米波雷達與攝像頭和激光雷達的同步實時仿真，得到雷達回波的成像結果並進行分析。
如前述通過對環境、場景、交通流的建模構造出無人車輛的運行場景和軌跡，同時耦合如攝像頭、激光雷達和毫米波雷達的感知系統的仿真，通過開放的API接口，可以方便的進行外部自動駕駛算法的集成。從而形成實時閉環的駕駛系統仿真。
2.7.基於物理的智能頭燈照明仿真系統
隨着智能駕駛輔助系統（ADAS）的逐漸普及和行業發展，車輛智能化頭燈照明系統也逐漸成為當前行業的發展趨勢和應用熱點。ANSYS自動駕駛仿真平台Headlamp模塊通過ANSYS特有的物理級仿真引擎，為客戶提供真實的車輛頭燈路面光型分佈測試和動態駕駛與智能頭燈仿真測試。
除了前述在三維環境建模中通過ANSYS OMS設備進行材料表面光學屬性的採集與賦值外，為了保證接近真實的物理仿真光型，Headlamp模塊同樣對光源進行仿真模擬，包括車燈光源，自然光光源，路燈光源等。定義方式包含如：
Ø 光源光強分佈IES文件；
Ø 光源光譜spectrum文件；
Ø 光源強度等；
如下圖所示分別為不同光源的光譜分佈和車燈光源的IES定義文件。
基於環境和光源的物理仿真，可以實現車輛前照燈遠光，近光，側燈的切換以及光強的實時切換控制，同時豐富的光度學分析工具，包含色度學，光度學，等照度線，等照度區域等信息便於分析光分佈情況。支持的25米目標牆光分佈信息用於分析驗證頭燈光分佈是否符合標準。
除了靜態光型分佈驗證，ANSYS Headlamp開放的如C++，SCADE，Simulink的光型數據接口支持客戶自定義化的智能頭燈開發與驗證，同時豐富的動態駕駛模擬和場景仿真也可以幫助客戶實現實時的動態駕駛頭燈驗證，如AFS，ADB，矩陣頭燈，像素頭燈等智慧頭燈的仿真與測試驗證，基於IIHS動態頭燈測試標準的夜間測試驗證。
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該版本引入了貝葉斯聚焦（Bayesian Focusing），這是一種改進的聲功率量化方法。它允許獲得可靠的聲功率估計，即使在距離聲源更遠的距離進行測量時也是如此。它適用於寬頻率範圍內的相關和非相關源。
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在旋轉機械測試新奇
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在低轉速下改進轉速/轉速重建
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聲學控制完善了空間鑑定測試解決方案組合。閱讀更多關於閉環聲學控制的信息。
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研究型汽車駕駛模擬器是一款定位於高校和科研機構開展自動駕駛仿真、交通安全和駕駛行為相關研究的專業產品。研究型汽車駕駛模擬器不僅提供逼真道路交通仿真場景、真實感駕駛模擬座艙，還提供更為精確的駕駛操縱傳感器輸出，以及滿足研究所需的交通場景編輯系統、人車路環境測試雲平台、駕駛員視線分析系統、駕駛員生理測量系統、駕駛員運動捕捉動作分析系統、駕駛行為分析系統等；具備定製和升級能力，能滿足多種道路交通和駕駛行為相關研究的實際科研需求。
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介紹 參數
ErgoHMI智能駕駛模擬器提供ADAS和智能駕駛測試、駕駛人行為和HMI智慧座艙人機交互測評解決方案，包括智能座艙及運動平台、交通場景仿真、智能傳感器仿真、車輛動力學模型以及人車路環境測試雲平台。
介紹 參數大約有5000人在USS Dwight D. Eisenhower號航空母艦上工作，當戰術噴氣式飛機起飛時，絕對沒有這樣做。事實上，據報道，駕駛艙的噪音水平超過驚人的150分貝（dBA）。在駕駛艙下方的許多辦公室和特等艙中，水平超過85分貝，在發射活動期間測得高達105分貝。為了降低因暴露在如此嘈雜的環境中可能造成的健康和安全風險並改善其工人的福祉，美國海軍與聲學工程諮詢公司Noise Control Engineering LLC（NCE）合作。他們立即決定使用LMS測試解決方案來評估噪音和振動問題。
在這樣的條件下對如此重要的事情進行徹底的測試是一個旅程。收集基本數據和驗證降噪技術的儀器需要100多個通道以及100多個噴氣式飛機發射的咪高峰和加速度計。
起點是對載體敏感區域進行高水平測量，這些區域被認為更容易產生噪聲。為此，NCE選擇了超緊湊的LMS SCADAS Mobile數據採集系統。其超精確的信號調節使他們能夠直接從放置在卡座上的咪高峰來表徵聲源電平。然後使用LMS Test.Lab處理和分析數據。LMS 3D Solid Sphere陣列還成功用於識別和定位隔室中的主要噪聲源，並驗證噪聲處理。
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*圖片由美國海軍提供。
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