ANSYS駕(jia)駛模擬與交通場景編(bian)輯系統

1.      系統方案

ANSYS駕駛模擬與交通(tong)場(chang)景(jing)編輯平臺提供了基于(yu)(yu)物(wu)理的(de)三(san)維場(chang)景(jing)建(jian)模、基于(yu)(yu)語義(yi)的(de)道路事件建(jian)模、基于(yu)(yu)物(wu)理光學(xue)屬性(xing)的(de)攝像(xiang)頭和激光雷(lei)達(da)的(de)仿(fang)真(zhen)(zhen)、基于(yu)(yu)物(wu)理電磁學(xue)屬性(xing)的(de)毫米波雷(lei)達(da)的(de)仿(fang)真(zhen)(zhen)，從而實現多傳感器、多交通(tong)對象、多場(chang)景(jing)、多環(huan)境的(de)實時(shi)閉(bi)環(huan)仿(fang)真(zhen)(zhen)。其(qi)主要(yao)功能如下：

1)      開放式(shi)交通(tong)(tong)場景編輯(ji)模(mo)塊，自定(ding)義設定(ding)道路和(he)交通(tong)(tong)場景，可以自定(ding)義設定(ding)道路兩旁的建(jian)筑物，綠(lv)化帶等(deng)等(deng)；

2)      可以根據用戶需求(qiu)，自定義設定道路(lu)場(chang)景上的交通流，可以自定義設定道路(lu)上來(lai)往(wang)的車輛，行(xing)人(ren)和交通指示燈；

3)      可以根據客戶需求，自行設定主(zhu)動駕駛（或算法控制(zhi)車輛）的(de)車輛動力學(xue)參數；

4)      支持高精度(du)的(de)三(san)維場景仿真和基于環境(jing)光的(de)模擬；

5)      支持高精(jing)度的物理屬(shu)性的傳感器仿(fang)真(zhen)(zhen)，包括毫(hao)米波雷達(da)的仿(fang)真(zhen)(zhen)、攝像頭的仿(fang)真(zhen)(zhen)和激光(guang)雷達(da)的仿(fang)真(zhen)(zhen)；

6)      此(ci)外，考(kao)慮到(dao)能更加逼真(zhen)地反映“人—車—路”在環仿真測試，該平臺還提供(gong)了開(kai)放(fang)的接(jie)口，可以與實(shi)物傳感器、VR設備、控制(zhi)器、各類測試數據進行無縫的聯入，從而更好(hao)的滿足(zu)不同(tong)級別、不同(tong)目標的測試仿真要求。

2.      系統構成

下面分別介(jie)紹本平臺各模塊的構成。

2.1.自(zi)定義道(dao)路環境

ANSYS駕駛模擬與交通(tong)場景編(bian)輯平(ping)臺(tai)提供(gong)了一套自定義道(dao)路場景的(de)設計工具，具備直道(dao)、彎(wan)道(dao)、曲線等設計能力(li)，支持道(dao)路寬度(du)(du)、長度(du)(du)、半徑、方(fang)向、車(che)(che)道(dao)數量、車(che)(che)道(dao)方(fang)向、車(che)(che)道(dao)限速、車(che)(che)道(dao)類型等的(de)編(bian)輯。

同時，該設計工(gong)具支持(chi)高架等(deng)(deng)不同高度道(dao)(dao)路以及不同坡度傾角、道(dao)(dao)路交叉(cha)口、匝道(dao)(dao)、并道(dao)(dao)等(deng)(deng)的(de)定義(yi)(yi)。還(huan)支持(chi)車道(dao)(dao)線(xian)的(de)自定義(yi)(yi)化(hua)建(jian)(jian)模(mo)，包(bao)括單線(xian)、雙線(xian)、實線(xian)、虛線(xian)、車道(dao)(dao)線(xian)紋理、顏色等(deng)(deng)一系列車道(dao)(dao)線(xian)類(lei)型(xing)。同時，軟件集成豐(feng)富的(de)環境模(mo)型(xing)庫，如樹木、建(jian)(jian)筑物(wu)、交通(tong)標(biao)識(shi)、路燈、電線(xian)桿、綠化(hua)帶、動物(wu)，施工(gong)路段障礙物(wu)和設施、交通(tong)行(xing)人等(deng)(deng)對(dui)象模(mo)型(xing)，可根據用戶需求對(dui)道(dao)(dao)路場景進行(xing)快(kuai)速建(jian)(jian)模(mo)。

除(chu)了(le)自定義場景外(wai)，ANSYS駕(jia)駛模擬(ni)與交(jiao)通場景編輯(ji)平臺還支(zhi)持導(dao)入OpenStreetMap等3D高精地(di)圖(tu)，自(zi)動(dong)生成與地(di)圖(tu)匹配的道路模型。

2.2.自定(ding)義交通場景

ANSYS駕(jia)駛模擬與交通(tong)(tong)場景(jing)編輯平臺還(huan)提供了快捷的(de)基(ji)于語義(yi)的(de)道(dao)路(lu)交通(tong)(tong)流設計，包括車道(dao)行(xing)駛規則、車輛(liang)(liang)及行(xing)人(ren)行(xing)為(wei)(wei)、交通(tong)(tong)指示牌行(xing)為(wei)(wei)，以(yi)及某一(yi)時刻各交通(tong)(tong)對象(xiang)交通(tong)(tong)行(xing)為(wei)(wei)的(de)精確數(shu)據(ju)輸出。此外，交通(tong)(tong)對象(xiang)的(de)行(xing)為(wei)(wei)也(ye)(ye)可以(yi)人(ren)為(wei)(wei)定義(yi)，包含如(ru)(ru)車輛(liang)(liang)駕(jia)駛行(xing)為(wei)(wei)、突然(ran)變道(dao)、突然(ran)加速、行(xing)人(ren)亂闖紅(hong)燈和(he)人(ren)行(xing)道(dao)等一(yi)系列場景(jing)的(de)仿真(zhen)，同時軟(ruan)件內(nei)部車輛(liang)(liang)和(he)行(xing)人(ren)之間可自定義(yi)交互與否，即可仿真(zhen)自動避讓行(xing)人(ren)和(he)忽視行(xing)人(ren)發生碰撞等行(xing)為(wei)(wei)。軟(ruan)件內(nei)嵌腳本語言定義(yi)，同時也(ye)(ye)支持如(ru)(ru)Python，C++等(deng)語(yu)言(yan)的接口控(kong)制(zhi)來(lai)定(ding)義交通行為。如下圖所示，為通過語(yu)義級的腳本語(yu)言(yan)來(lai)定(ding)義車輛和(he)行人(ren)等(deng)交通對象(xiang)的行為。

2.3.構建車輛(liang)動力學模型

除了上述的道路場景以及(ji)交通(tong)流的搭建能力(li)之外，ANSYS駕駛模(mo)擬(ni)與交通場景編輯平臺同樣提供了基于總成(cheng)特(te)性的車輛動(dong)力(li)學模(mo)型，并提供了以下性能參數的配置：

Ø 底盤(pan)參數，如長寬(kuan)高、軸間距、重量等；

Ø 性能參數，如最(zui)大時(shi)速、引擎轉速等(deng)；

Ø 轉向參數；

Ø 輪轂參數；

Ø ……

同時，軟(ruan)件(jian)還提供了各(ge)類(lei)特性(xing)(xing)參數的預定義實(shi)驗數據，方便(bian)用(yong)戶對所定義車輛的特性(xing)(xing)進行快速的測(ce)試驗證。相關的實(shi)驗數據有：

Ø 加速特性(xing)實驗數據；

Ø 剎車特性實驗數據；

Ø 轉彎特性實驗(yan)數據；

Ø 方向盤特(te)性實驗數據；

Ø 側風實(shi)驗數據；

Ø 障礙物(wu)和(he)轉彎實驗數據；

Ø ……

ANSYS駕駛模(mo)擬與交通場景(jing)編(bian)輯平(ping)臺還支(zhi)持(chi)外部車輛(liang)動力(li)學模(mo)型(xing)的導入和集成，如(ru)CarSim車輛動力(li)學(xue)模型，以及用戶自研的車輛動力(li)學(xue)模型。

2.4.基(ji)于物(wu)理真實的三維(wei)場景建模

在(zai)無人車輛的(de)物理仿真中(zhong)，除了前述關于(yu)道路場景(jing)，交通流以及車輛動力(li)學模型(xing)的(de)建模能力(li)外，ANSYS駕駛模(mo)擬(ni)與交(jiao)通場(chang)景編輯平臺的最(zui)大特點(dian)和優(you)勢在(zai)于提供(gong)基于物理真實的三維場(chang)景建模(mo)和ray-tracing的(de)(de)(de)(de)(de)圖形算法。使得上述的(de)(de)(de)(de)(de)場景的(de)(de)(de)(de)(de)構建與(yu)物理真實達到一(yi)個高匹配度，以此(ci)對(dui)無人車(che)中傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)感(gan)知和(he)后期控制算法的(de)(de)(de)(de)(de)驗證提(ti)供了很好的(de)(de)(de)(de)(de)準(zhun)確性和(he)真實性，以減(jian)少場景搭建的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)所帶來的(de)(de)(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)和(he)感(gan)知算法的(de)(de)(de)(de)(de)決策(ce)錯誤(wu)。

在整個基于物理真實的建(jian)模平臺(tai)搭(da)建(jian)中(zhong)，ANSYS駕(jia)駛(shi)模(mo)擬與交通場景(jing)編輯平臺會通過對以下物理真實參數的定義和基于ray-tracing的(de)圖形(xing)算法來保證仿真的(de)準確(que)性(xing)和真實(shi)性(xing)：

n 環境光源的定義，包(bao)括：

Ø 天空(kong)的(de)照度值；

Ø 基于經緯度(du)的太陽光的照度(du)和位置定義；

Ø 環境(jing)場景(jing)中各種點光源以及(ji)面光源的定義（光譜+IES+XMP）；

Ø 車輛(liang)照(zhao)明系(xi)統的光源定義（光譜+IES+XMP）；

n 環境(jing)場景中包括(kuo)道路，建筑，車身(shen)等一(yi)系列材(cai)料表面光(guang)學屬(shu)性的(de)定義。

其(qi)中各(ge)個(ge)光源的定(ding)義(yi)通過導入相(xiang)關定(ding)義(yi)文件，如(ru)下圖(tu)所(suo)示：

如(ru)前述所講，材料表(biao)面光學屬(shu)性通過ANSYS開(kai)發的(de)一套OMS材料物理光學屬性BRDF測量儀硬件(jian)設備，對用戶所需仿真的場景(jing)材(cai)料庫進行探測，并將探測所得(de)材(cai)料表(biao)面光學屬性(xing)BSDF函(han)數附在前(qian)述場景建(jian)模的所屬材質表面，從而(er)在ray-tracing的圖形算法下仿真得到一(yi)整套完整的考慮外部(bu)環(huan)境(jing)光以及物體表面光學(xue)屬性(xing)的物理真實的三維場景(jing)建(jian)模。同時ANSYS駕駛模(mo)擬與交通場(chang)景編輯平臺(tai)還提供豐(feng)富的材料庫供客戶場(chang)景建模(mo)使用。

2.6.實時閉環仿真系(xi)統

如(ru)前述通過(guo)對環(huan)境(jing)、場(chang)景(jing)、交通流的(de)建(jian)模(mo)構造出(chu)無人(ren)車輛的(de)運行場(chang)景(jing)和(he)軌跡，同時耦(ou)合如(ru)攝(she)像頭(tou)、激光(guang)雷達和(he)毫米(mi)波雷達的(de)感(gan)知系統的(de)仿真，通過(guo)開放(fang)的(de)API接口，可(ke)以方便的(de)進行外(wai)部自動駕(jia)駛算法的(de)集成。從而形成實(shi)時閉環的(de)駕(jia)駛系統(tong)仿真。

2.7.基(ji)于物理的智能頭燈照(zhao)明仿(fang)真系統(tong)

隨著智能駕駛(shi)輔助系統(tong)（ADAS）的逐漸普及和行業(ye)發(fa)展(zhan)，車(che)輛智能(neng)化頭燈照明系(xi)統也逐漸成為當前行業(ye)的發(fa)展(zhan)趨勢和應(ying)用熱點。ANSYS自動駕駛仿真平臺Headlamp模(mo)塊通(tong)過(guo)ANSYS特(te)有的(de)物理級仿真引擎(qing)，為客戶提供真實的(de)車輛頭(tou)(tou)燈路面(mian)光型分布測試和動(dong)態駕(jia)駛與智能頭(tou)(tou)燈仿真測試。

除(chu)了前述在三(san)維環境建(jian)模(mo)中通過(guo)ANSYS OMS設(she)備進行材料表面光學屬(shu)性的采集與賦值外(wai)，為了(le)保證接近真(zhen)實的物理(li)仿(fang)真(zhen)光型，Headlamp模(mo)塊同樣對光源進行仿(fang)真模(mo)擬，包括車燈光源，自然光光源，路燈光源等。定義(yi)方式包含如：

Ø 光(guang)源(yuan)光(guang)強(qiang)分布(bu)IES文(wen)件(jian)；

Ø 光(guang)源光(guang)譜spectrum文件；

Ø 光源強度(du)等；

如(ru)下圖(tu)所示(shi)分別為不(bu)同光源的光譜(pu)分布(bu)和車(che)燈光源的IES定義文件。

基(ji)于(yu)環(huan)境和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源的物理(li)仿真，可以(yi)實現車輛前照(zhao)燈(deng)遠光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，近光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，側(ce)燈(deng)的切換(huan)以(yi)及光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)強的實時(shi)切換(huan)控制，同時(shi)豐富(fu)的光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)度(du)(du)學(xue)分析工具，包含色度(du)(du)學(xue)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)度(du)(du)學(xue)，等(deng)(deng)照(zhao)度(du)(du)線，等(deng)(deng)照(zhao)度(du)(du)區域等(deng)(deng)信息便于(yu)分析光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)分布情(qing)況。支持的25米目(mu)標墻光分(fen)布信息用于分(fen)析(xi)驗(yan)證(zheng)頭燈光分(fen)布是否符合標準。

除(chu)了靜態(tai)光型分布(bu)驗證，ANSYS Headlamp開放(fang)的如C++，SCADE，Simulink的(de)光型數據接口支持(chi)客戶自(zi)定(ding)義(yi)化的(de)智能(neng)頭(tou)(tou)燈開發與驗證(zheng)，同時(shi)豐富的(de)動(dong)態駕駛模擬和場景仿真(zhen)也可以幫(bang)助客戶實(shi)現實(shi)時(shi)的(de)動(dong)態駕駛頭(tou)(tou)燈驗證(zheng)，如AFS，ADB，矩陣頭燈，像素頭燈等(deng)智慧頭燈的仿真與測試驗證，基于IIHS動態頭燈測試標準的夜(ye)間測試驗(yan)證。

歐洲2.0旨在(zai)滿足場(chang)景密度要求，同時通過(guo)利用(yong)(yong)SCANeR™工(gong)作室的(de)(de)新磁(ci)貼系統(tong)管理，可以(yi)創建有(you)效的(de)(de)場(chang)景控(kong)制(zhi)。由(you)于其大尺(chi)寸和(he)地(di)形多(duo)樣性，歐洲2.0提供了許多(duo)機會。使用(yong)(yong)歐洲2.0，您將(jiang)能夠(gou)使用(yong)(yong)各(ge)種(zhong)實驗（ADAS的(de)(de)開發，管理事件的(de)(de)研究等(deng)），以(yi)便在(zai)許多(duo)移動(dong)車輛上(shang)快速和(he)長時間駕駛：公路(lu)，高速公路(lu)，山脈（雪，曲線和(he)銀行） ，城市，休息區(qu)等(deng)

由于SCANeR™studio 1.8即將(jiang)推出(chu)的新“國際化”功能，客(ke)戶可(ke)以自動將(jiang)標(biao)志和道路標(biao)記更改為其他國家(jia)/地區（DE / US / MX）。

 

使用SCANeR™studio的Terrain模(mo)式可(ke)以輕松導(dao)入GIS數據。

AVSimulation與(yu)ANSYS之間的(de)戰略合作伙伴關(guan)系通過虛(xu)擬測試加速(su)了自(zi)動駕駛汽(qi)車的(de)設(she)計和驗證，可在一(yi)周內(nei)實現數(shu)百萬(wan)英里的(de)數(shu)字(zi)道路測試。

此次合(he)(he)作(zuo)將AVSimulation的革命性(xing)仿真(zhen)技術(shu)與ANSYS的沉(chen)浸式自(zi)動駕(jia)(jia)駛模擬解決方案相(xiang)結合(he)(he)，大大加速(su)了(le)自(zi)動駕(jia)(jia)駛汽車(che)向汽車(che)制(zhi)造(zao)商推向市場的道路(lu)。

作為其駕(jia)駛(shi)模(mo)(mo)(mo)擬器模(mo)(mo)(mo)塊嵌入在VRXPERIENCE中，AVSimulation經(jing)過驗證的(de)SCANeR™Studio產品(pin)是一個開放且可(ke)擴展的(de)模(mo)(mo)(mo)塊化仿真解決方案，可(ke)創建超逼真的(de)虛擬世(shi)界，使用戶(hu)能夠(gou)模(mo)(mo)(mo)擬數千種高(gao)性能集群或(huo)多種可(ke)變性的(de)駕(jia)駛(shi)場(chang)景。公共云，例如(ru)Microsoft Azure。SCANeR™融合了高(gao)清地(di)圖和資產圖書館生成的(de)道路，交通狀況，天氣狀況，車(che)輛動力學等。

“通過這種合(he)作伙伴關(guan)系，AVSimulation和ANSYS提供(gong)了(le)驚人的廣(guang)度(du)和深度(du)的技術，使(shi)汽車(che)制造商能夠大(da)幅降低(di)開(kai)發(fa)成本，加快向客戶(hu)交付自動車(che)輛”，ANSYS系統業務(wu)部副總(zong)裁兼(jian)總(zong)經理Eric Bantegnie說。

有關官方新聞稿的詳細(xi)信息：：

 

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
Transportation Research Part F 46 Traffic Psychology and Behavior, pp.205-215

Colombet F., Fang Z., Kemeny A. (2016)
Tilt thresholds for acceleration rendering in driving simulation
Transactions of the Society for Modeling and Simulation International, Vol.92(11), pp. 1025-1033

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