ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯系統(tǒng)
ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)提供了基于物理的三維場(chǎng)景建模、基于語(yǔ)義的道路事件建模、基于物理光學(xué)屬性的攝像頭和激光雷達(dá)的仿真、基于物理電磁學(xué)屬性的毫米波雷達(dá)的仿真,從而實(shí)現(xiàn)多傳感器、多交通對(duì)象、多場(chǎng)景、多環(huán)境的實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真。其主要功能如下:
1) 開放式交通場(chǎng)景編輯模塊,自定義設(shè)定道路和交通場(chǎng)景,可以自定義設(shè)定道路兩旁的建筑物,綠化帶等等;
2) 可以根據(jù)用戶需求,自定義設(shè)定道路場(chǎng)景上的交通流,可以自定義設(shè)定道路上來往的車輛,行人和交通指示燈;
3) 可以根據(jù)客戶需求,自行設(shè)定主動(dòng)駕駛(或算法控制車輛)的車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù);
4) 支持高精度的三維場(chǎng)景仿真和基于環(huán)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(dá)的仿真、攝像頭的仿真和激光雷達(dá)的仿真;
6) 此外,考慮到能更加逼真地反映“人—車—路”在環(huán)仿真測(cè)試,該平臺(tái)還提供了開放的接口,可以與實(shí)物傳感器、VR設(shè)備、控制器、各類測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫的聯(lián)入,從而更好的滿足不同級(jí)別、不同目標(biāo)的測(cè)試仿真要求。
下面分別介紹本平臺(tái)各模塊的構(gòu)成。
2.1.自定義道路環(huán)境
ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)提供了一套自定義道路場(chǎng)景的設(shè)計(jì)工具,具備直道、彎道、曲線等設(shè)計(jì)能力,支持道路寬度、長(zhǎng)度、半徑、方向、車道數(shù)量、車道方向、車道限速、車道類型等的編輯。
同時(shí),該設(shè)計(jì)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、并道等的定義。還支持車道線的自定義化建模,包括單線、雙線、實(shí)線、虛線、車道線紋理、顏色等一系列車道線類型。同時(shí),軟件集成豐富的環(huán)境模型庫(kù),如樹木、建筑物、交通標(biāo)識(shí)、路燈、電線桿、綠化帶、動(dòng)物,施工路段障礙物和設(shè)施、交通行人等對(duì)象模型,可根據(jù)用戶需求對(duì)道路場(chǎng)景進(jìn)行快速建模。
除了自定義場(chǎng)景外,ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)還支持導(dǎo)入OpenStreetMap等3D高精地圖,自動(dòng)生成與地圖匹配的道路模型。
2.2.自定義交通場(chǎng)景
ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)還提供了快捷的基于語(yǔ)義的道路交通流設(shè)計(jì),包括車道行駛規(guī)則、車輛及行人行為、交通指示牌行為,以及某一時(shí)刻各交通對(duì)象交通行為的精確數(shù)據(jù)輸出。此外,交通對(duì)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、行人亂闖紅燈和人行道等一系列場(chǎng)景的仿真,同時(shí)軟件內(nèi)部車輛和行人之間可自定義交互與否,即可仿真自動(dòng)避讓行人和忽視行人發(fā)生碰撞等行為。軟件內(nèi)嵌腳本語(yǔ)言定義,同時(shí)也支持如Python,C++等語(yǔ)言的接口控制來定義交通行為。如下圖所示,為通過語(yǔ)義級(jí)的腳本語(yǔ)言來定義車輛和行人等交通對(duì)象的行為。
2.3.構(gòu)建車輛動(dòng)力學(xué)模型
除了上述的道路場(chǎng)景以及交通流的搭建能力之外,ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)同樣提供了基于總成特性的車輛動(dòng)力學(xué)模型,并提供了以下性能參數(shù)的配置:
Ø 底盤參數(shù),如長(zhǎng)寬高、軸間距、重量等;
Ø 性能參數(shù),如最大時(shí)速、引擎轉(zhuǎn)速等;
Ø 轉(zhuǎn)向參數(shù);
Ø 輪轂參數(shù);
Ø ……
同時(shí),軟件還提供了各類特性參數(shù)的預(yù)定義實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),方便用戶對(duì)所定義車輛的特性進(jìn)行快速的測(cè)試驗(yàn)證。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有:
Ø 加速特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø 剎車特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø 轉(zhuǎn)彎特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø 方向盤特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø 側(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø 障礙物和轉(zhuǎn)彎實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
Ø ……
ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)還支持外部車輛動(dòng)力學(xué)模型的導(dǎo)入和集成,如CarSim車輛動(dòng)力學(xué)模型,以及用戶自研的車輛動(dòng)力學(xué)模型。
2.4.基于物理真實(shí)的三維場(chǎng)景建模
在無人車輛的物理仿真中,除了前述關(guān)于道路場(chǎng)景,交通流以及車輛動(dòng)力學(xué)模型的建模能力外,ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)的最大特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于提供基于物理真實(shí)的三維場(chǎng)景建模和ray-tracing的圖形算法。使得上述的場(chǎng)景的構(gòu)建與物理真實(shí)達(dá)到一個(gè)高匹配度,以此對(duì)無人車中傳感器的感知和后期控制算法的驗(yàn)證提供了很好的準(zhǔn)確性和真實(shí)性,以減少場(chǎng)景搭建的缺陷所帶來的傳感器和感知算法的決策錯(cuò)誤。
在整個(gè)基于物理真實(shí)的建模平臺(tái)搭建中,ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)會(huì)通過對(duì)以下物理真實(shí)參數(shù)的定義和基于ray-tracing的圖形算法來保證仿真的準(zhǔn)確性和真實(shí)性:
n 環(huán)境光源的定義,包括:
Ø 天空的照度值;
Ø 基于經(jīng)緯度的太陽(yáng)光的照度和位置定義;
Ø 環(huán)境場(chǎng)景中各種點(diǎn)光源以及面光源的定義(光譜+IES+XMP);
Ø 車輛照明系統(tǒng)的光源定義(光譜+IES+XMP);
n 環(huán)境場(chǎng)景中包括道路,建筑,車身等一系列材料表面光學(xué)屬性的定義。
其中各個(gè)光源的定義通過導(dǎo)入相關(guān)定義文件,如下圖所示:
如前述所講,材料表面光學(xué)屬性通過ANSYS開發(fā)的一套OMS材料物理光學(xué)屬性BRDF測(cè)量?jī)x硬件設(shè)備,對(duì)用戶所需仿真的場(chǎng)景材料庫(kù)進(jìn)行探測(cè),并將探測(cè)所得材料表面光學(xué)屬性BSDF函數(shù)附在前述場(chǎng)景建模的所屬材質(zhì)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(huán)境光以及物體表面光學(xué)屬性的物理真實(shí)的三維場(chǎng)景建模。同時(shí)ANSYS駕駛模擬與交通場(chǎng)景編輯平臺(tái)還提供豐富的材料庫(kù)供客戶場(chǎng)景建模使用。
2.6.實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真系統(tǒng)
如前述通過對(duì)環(huán)境、場(chǎng)景、交通流的建模構(gòu)造出無人車輛的運(yùn)行場(chǎng)景和軌跡,同時(shí)耦合如攝像頭、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的感知系統(tǒng)的仿真,通過開放的API接口,可以方便的進(jìn)行外部自動(dòng)駕駛算法的集成。從而形成實(shí)時(shí)閉環(huán)的駕駛系統(tǒng)仿真。
2.7.基于物理的智能頭燈照明仿真系統(tǒng)
隨著智能駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的逐漸普及和行業(yè)發(fā)展,車輛智能化頭燈照明系統(tǒng)也逐漸成為當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用熱點(diǎn)。ANSYS自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)Headlamp模塊通過ANSYS特有的物理級(jí)仿真引擎,為客戶提供真實(shí)的車輛頭燈路面光型分布測(cè)試和動(dòng)態(tài)駕駛與智能頭燈仿真測(cè)試。
除了前述在三維環(huán)境建模中通過ANSYS OMS設(shè)備進(jìn)行材料表面光學(xué)屬性的采集與賦值外,為了保證接近真實(shí)的物理仿真光型,Headlamp模塊同樣對(duì)光源進(jìn)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(qiáng)分布IES文件;
Ø 光源光譜spectrum文件;
Ø 光源強(qiáng)度等;
如下圖所示分別為不同光源的光譜分布和車燈光源的IES定義文件。
基于環(huán)境和光源的物理仿真,可以實(shí)現(xiàn)車輛前照燈遠(yuǎn)光,近光,側(cè)燈的切換以及光強(qiáng)的實(shí)時(shí)切換控制,同時(shí)豐富的光度學(xué)分析工具,包含色度學(xué),光度學(xué),等照度線,等照度區(qū)域等信息便于分析光分布情況。支持的25米目標(biāo)墻光分布信息用于分析驗(yàn)證頭燈光分布是否符合標(biāo)準(zhǔn)。
除了靜態(tài)光型分布驗(yàn)證,ANSYS Headlamp開放的如C++,SCADE,Simulink的光型數(shù)據(jù)接口支持客戶自定義化的智能頭燈開發(fā)與驗(yàn)證,同時(shí)豐富的動(dòng)態(tài)駕駛模擬和場(chǎng)景仿真也可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)駕駛頭燈驗(yàn)證,如AFS,ADB,矩陣頭燈,像素頭燈等智慧頭燈的仿真與測(cè)試驗(yàn)證,基于IIHS動(dòng)態(tài)頭燈測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的夜間測(cè)試驗(yàn)證。
歐洲2.0旨在滿足場(chǎng)景密度要求,同時(shí)通過利用SCANeR™工作室的新磁貼系統(tǒng)管理,可以創(chuàng)建有效的場(chǎng)景控制。由于其大尺寸和地形多樣性,歐洲2.0提供了許多機(jī)會(huì)。使用歐洲2.0,您將能夠使用各種實(shí)驗(yàn)(ADAS的開發(fā),管理事件的研究等),以便在許多移動(dòng)車輛上快速和長(zhǎng)時(shí)間駕駛:公路,高速公路,山脈(雪,曲線和銀行) ,城市,休息區(qū)等
由于SCANeR™studio 1.8即將推出的新“國(guó)際化”功能,客戶可以自動(dòng)將標(biāo)志和道路標(biāo)記更改為其他國(guó)家/地區(qū)(DE / US / MX)。
使用SCANeR™studio的Terrain模式可以輕松導(dǎo)入GIS數(shù)據(jù)。
AVSimulation與ANSYS之間的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系通過虛擬測(cè)試加速了自動(dòng)駕駛汽車的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證,可在一周內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百萬英里的數(shù)字道路測(cè)試。
此次合作將AVSimulation的革命性仿真技術(shù)與ANSYS的沉浸式自動(dòng)駕駛模擬解決方案相結(jié)合,大大加速了自動(dòng)駕駛汽車向汽車制造商推向市場(chǎng)的道路。
作為其駕駛模擬器模塊嵌入在VRXPERIENCE中,AVSimulation經(jīng)過驗(yàn)證的SCANeR™Studio產(chǎn)品是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的模塊化仿真解決方案,可創(chuàng)建超逼真的虛擬世界,使用戶能夠模擬數(shù)千種高性能集群或多種可變性的駕駛場(chǎng)景。公共云,例如Microsoft Azure。SCANeR™融合了高清地圖和資產(chǎn)圖書館生成的道路,交通狀況,天氣狀況,車輛動(dòng)力學(xué)等。
“通過這種合作伙伴關(guān)系,AVSimulation和ANSYS提供了驚人的廣度和深度的技術(shù),使汽車制造商能夠大幅降低開發(fā)成本,加快向客戶交付自動(dòng)車輛”,ANSYS系統(tǒng)業(yè)務(wù)部副總裁兼總經(jīng)理Eric Bantegnie說。
有關(guān)官方新聞稿的詳細(xì)信息:https://www.prnewswire.com/news-releases/avsimulation-and-ansys-speed-development-of-safe-autonomous-driving-for-automakers-300873669.html
Dogan E., Rahal M.C., Deborne R., Delhomme P., Kemeny A., Perrin J. (2017)
Transition of control in a partially automated vehicle: Effects of anticipation and non-driving-related task involvement
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Colombet F., Fang Z., Kemeny A. (2016)
Tilt thresholds for acceleration rendering in driving simulation
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Lacroix B., Rouelle V., Kemeny A., Mathieu P., Laurent N., Millet G., Gallée G. (2009)
Informal Rules for Autonomous Vehicles in Scaner™
Proceedings of the DSC Europe Conference 2009
Clausse V., Couchat P., Heidet A., Kemeny A. (1999)
SCANeR : an effective vehicle simulation tool for training and research
International Congress on the Use of Simulators, León, Spain
Chalard S., Pleczon P., Kemeny A. (1994)
Utilisation de SCANeR pour la validation de systèmes d’aides à la conduite
Actes de conférence de la Journée Spécialisée de l’INRETS : Simulation de la conduite automobile : validité dans une problématique de recherche, Actes n°42, Déc. 1994, pp.84-95
Kemeny A. (1993)
A Cooperative Driving Simulator
Proceedings of the International Training and Equipment Conference, London, May 1993, pp.67-71
ADAS和自動(dòng)駕駛汽車
憑借車輛,傳感器和環(huán)境的真實(shí)模型,SCANeR是許多ADAS和自動(dòng)駕駛車輛使用案例的中央開發(fā)和測(cè)試平臺(tái):
- 主動(dòng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)
- V2X
- HMI集成/評(píng)估
- 避免碰撞,警告,援助系統(tǒng)
- 自動(dòng)停車
- 自動(dòng)駕駛L3,L4,L5
- 驗(yàn)證
- 訓(xùn)練
大規(guī)模模擬
SCANeR虛擬平臺(tái)可以對(duì)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動(dòng)駕駛功能進(jìn)行無休止的測(cè)試和驗(yàn)證。
使用虛擬測(cè)試來補(bǔ)充軌道或道路測(cè)試可提供更安全的測(cè)試條件并降低成本和時(shí)間。
此用例依賴于獨(dú)有的SCANeR功能:
- 車輛,傳感器,驅(qū)動(dòng)器和環(huán)境的建模
- 復(fù)雜場(chǎng)景和代表真實(shí)駕駛情況的關(guān)鍵事件
- 自動(dòng)化測(cè)試版程序
- 以有效的方式執(zhí)行大規(guī)模和并行測(cè)試
- 改進(jìn)驗(yàn)證過程并測(cè)試覆蓋率
- 內(nèi)部或云中的高性能計(jì)算
- 度量標(biāo)準(zhǔn)和性能分析和報(bào)告
- 驗(yàn)證功能安全性
人因工程
它完美地集成在開發(fā)過程中,允許在開發(fā)的早期階段評(píng)估HMI系統(tǒng),并提高人機(jī)工程學(xué)研究與現(xiàn)有工具和方法的相關(guān)性。
用于人為因素研究的用例:
- 評(píng)估人類駕駛員的表現(xiàn)和行為
- 駕駛員疲勞,困倦,Hypo警惕,藥物和酒精的影響
- 人體工程學(xué)
- 交通安全
- 基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸研究
- 人機(jī)界面(HMI)和ADAS
- 系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)和集成
車燈
SCANeR™工作室的大燈模擬模塊用于大燈系統(tǒng)開發(fā)和逼真的夜間駕駛實(shí)驗(yàn)。
大燈模擬用例:
- 大燈組件和系統(tǒng)開發(fā)(技術(shù),設(shè)計(jì),成本優(yōu)化)
- 智能照明系統(tǒng)法律和策略的發(fā)展
- AFS和ADB矩陣光束
- 夜間駕駛和天氣條件,以確保道路安全和舒適
- 眩光和不適研究
車輛動(dòng)力學(xué)
SCANeR™工作室包括CALLAS模型,為各種民用,軍用和賽車車輛動(dòng)力學(xué)應(yīng)用提供虛擬試驗(yàn)場(chǎng):車輛概念和設(shè)計(jì),性能,認(rèn)證,先進(jìn)的底盤控制,消耗和污染優(yōu)化等。