這是自動駕駛汽車發展的一個縮影。

　　當今世界，新一輪科技革命和產業變革方興未艾，自動駕駛汽車的快速發展已成為全球汽車產業的重要戰略方向。波士頓咨詢報告預測稱，到2035年全球自動駕駛汽車銷量將達1200萬輛。盡管L3級別自動駕駛技術無法短期實現大規模量產，但是在特定區域限定場景下的L3-L4級別自動駕駛汽車的商業化落地正在加速推進。

　　麥肯錫發布的自動駕駛市場研究報告則指出，未來自動駕駛價值鏈最重要的三項能力為自動駕駛軟件開發、硬件生產和自動駕駛系統及整車驗證與集成，這三項能力也是實現差異化競爭的最大技術瓶頸。其中居于前兩位的重要技術能力“自動駕駛軟件開發”和“自動駕駛系統及整車驗證與集成”，與仿真技術息息相關。

　　試想這樣一個場景：當濃霧或大雪遮擋自動駕駛汽車的“視線”——其攝像頭、雷達和激光雷達系統不能正常使用時，它們如何感應路況？事實上，為達到嚴格的自動駕駛安全標準，自動駕駛汽車需要驗證與周圍環境、交通和天氣之間交互的復雜場景多達數百萬之多。

　　于是，仿真技術有了用武之地。借助仿真技術對自動駕駛工具進行全面而徹底的測試和認證，已成為自動駕駛領域的不二選擇。為洞察業界最前沿的自動駕駛仿真技術，e-works記者日前采訪到Ansys全球工程師解決方案高級總監Scott Stanton，就如何保證自動駕駛的安全性以及仿真技術在自動駕駛汽車測試驗證當中發揮的作用進行了交流與探討。

　　據波士頓咨詢公司的推算，未來5年仿真軟件與測試的市場總規模約在百億美元左右。這得益于自動駕駛汽車能提升駕駛安全，顯著減少交通事故；同時還能提高整個交通系統的效率，提升道路以及停車場的土地使用率，也能為用戶節省時間，降低能源消耗。此外，由于自動駕駛汽車能夠逐步解放人類的手腳，在車輛行駛過程中，人們能夠將精力轉移到工作或者娛樂等其它活動上，大大提升了駕駛的舒適度。

　　近年來，隨著云計算、5G、物聯網、新能源等新技術的快速發展，自動駕駛迎來了發展的春天，吸引了無數科技企業與車企紛紛入局，自動駕駛汽車的落地與應用也在逐步推進之中。

　　在Scott看來，今天自動駕駛領域討論的問題已經不是“自動駕駛技術會改變汽車行業嗎？”而是“誰會是第一個改變汽車行業的自動駕駛公司？”在這一趨勢下，自動駕駛技術呈現出幾大發展趨勢：

　　●自動駕駛汽車安裝傳感器技術的成本下降，促使自動駕駛汽車生產成本下降，加速自動駕駛汽車量產，推動自動駕駛汽車升級；

　　●5G技術的快速發展和應用，推動高級自動駕駛汽車的誕生，加快無人駕駛汽車的到來；

　　●未來自動駕駛汽車將配備新能源，與新能源汽車攜手同行。不管是自動駕駛汽車或者是新能源汽車都將是汽車行業的發展趨勢，兩者共同推進智能汽車產業向前發展。

　　自動駕駛汽車對經濟的影響也是巨大的，有分析師預測，自動駕駛汽車將推動全球經濟增長7萬億美元（約合人民幣48.4萬億元）。包括中國在內的諸多國家正在陸續出臺促進道路交通發展的政策，利用多種資金渠道，支持智能汽車基礎共性關鍵技術研發和產業化、智能交通及智慧城市基礎設施重大工程建設等。

　　Scott告訴e-works記者，隨著各大公司競相解決自動駕駛領域的工程挑戰，應用仿真技術是它們贏得競爭的當務之急。

　　當前，自動駕駛汽車和高級駕駛員輔助系統的研發角逐賽正在上演。大型汽車OEM廠商、一級供應商、以及顛覆市場的新秀都在加快自動駕駛汽車和高級駕駛員輔助系統的研發步伐，志在搶占市場先機。自動駕駛汽車能提升駕駛的舒適度與安全性，顯著減少交通事故，但實現這一目標的前提是要確保汽車自動駕駛系統本身的安全性和穩定性。

　　由于自動駕駛汽車由大量的機械部件、電子部件、硬件和軟件組成，功能安全分析的過程非常復雜。同時自動駕駛技術涉及雷達、激光雷達、V2X通信、傳感器融合以及深度學習等，這與傳統汽車技術大相徑庭。因此，在自動駕駛開發過程中，需要在各種行駛條件下，對無人駕駛技術進行不斷的驗證測試，從而確保其安全程度能夠高于人類駕駛員的操作。

　　蘭德公司(Rand Corp)經常引用一份報告——自動駕駛汽車必須行駛數億英里甚至數千億英里的路程，才能保證其安全性及可靠性。報告指出，要證明自動駕駛汽車相比于人類駕駛員能夠減少20%交通事故死亡率，需要進行約80億公里的公共道路測試，假設由100輛車組成的車隊每年365天每天24小時不間歇的以40km/h的平均速度進行測試，大概需要225年，這個測試時間顯然是不現實的。

　　Scott指出，要證明數十億英里范圍內自動駕駛的安全性，同時還必須兼顧時間和成本因素，仿真技術成為解決這些難題的唯一途徑。

　　更大范圍來看，仿真技術貫穿了自動駕駛汽車的研發與使用生命全周期。從產品概念選型到產品運行數據收集與系統升級，仿真既作為工程技術開發人員的工具箱，幫助實現產品的安全性與穩定性，又作為企業管理人員的數據知識庫，幫助累積企業的設計流程、工程經驗與數字模型等寶貴的無形資產。對于監管與測試機構而言，自動駕駛系統仿真可以作為分析與檢測工具對汽車功能安全性與智能水平進行評價。

　　隨著仿真技術的發展，其在自動駕駛汽車研發中占據越來越重要的地位。運用仿真技術，可以加速測試各種復雜的駕駛情境，傳感器和算法的性能亦可實現快速優化，促使產品上市進程大幅縮短。

　　在安全分析層面，Scott說，為了解決自動駕駛領域的工程問題，Ansys medini analysis通過實施關鍵的安全分析方法，如故障模式和影響分析(FMEA)，實現了功能安全分析的自動化，并將關鍵活動無縫地集成到整個產品開發中，確保自動駕駛基于模型方法的一致性、可跟蹤性和高效率。

Ansys medini安全分析

　　在軟件開發層面，Ansys為軟件開發和驗證提供了經驗證的SCADE系列解決方案。自動駕駛系統是由神經網絡實現的，而集成神經元網絡不可避免會有出錯概率。為此Ansys SCADE解決方案通過對所有代碼生成活動進行數值建模和控制，使軟件工程師能夠滿足行業安全標準并提供高水平的性能。為了支持自主產品開發，SCADE解決方案與第三方神經網絡和機器學習軟件輕松集成。與基于人工的代碼生成方法相比，Ansys SCADE除了可以提高軟件代碼的可靠性，在開發時間和成本方面也有顯著的改進。

　　在仿真驗證層面，Ansys則提供先進的交通場景及傳感器仿真。以傳感器為例，傳感器是任何自動駕駛車輛的眼睛和耳朵，因此是其最關鍵的組成部分。傳感器的任務是實時收集和處理大量環境數據，并將這些數據傳遞給感知算法。自動駕駛汽車的常見傳感器類型就包括雷達、激光雷達、攝像機和超聲波等。在Scott看來，測試和驗證傳感器的性能是自動駕駛領域最重大的工程挑戰之一。例如，雷達傳感器通常安裝在汽車的前面板后面，盡管通過控制物理測試環境可以幫助工程師設計這些系統，但現實情況是，各種輻射會因汽車前面板的材料屬性和幾何配置而發生偏差。并且每種車型都有其獨特的幾何形狀和材料特性，加上時間和成本原因，對雷達系統進行物理測試根本不切實際。Scott說：“Ansys提供了一整套雷達和天線仿真解決方案，以高保真度的仿真模擬真實世界的性能。通過利用Ansys軟件，工程師可以準確地測試和驗證傳感器性能。”

Ansys行業大講堂演講材料

　　值得一提的是，2018年Ansys完成了對光學仿真領導者OPTIS的收購。Ansys解決方案從結構、流體、電磁、聲學、半導體等領域進一步擴展至光學領域，通過與OPTIS虛擬現實和閉環仿真技術相結合，Ansys可以幫助汽車制造商模擬自動駕駛汽車正在導航的環境，包括道路狀況、天氣和單行道，還能使用精確的模型來模擬現實生活中的汽車碰撞。通過與AVSimulation合作，Ansys還推出了VRXPERIENCE解決方案，在沉浸式的虛擬環境中，工程師得以模擬日常駕駛條件，測試、驗證以及體驗自動駕駛系統和車輛性能，一天之內就能完成數百萬英里虛擬測試。

　　總體來看，Ansys自動駕駛仿真解決方案可以提供自定義道路環境、自定義交通場景、構建車輛動力學模型、基于物理真實的三維場景建模、基于物理真實的多傳感器模型融合和系統級仿真、基于物理的智能頭燈照明仿真系統等一系列功能。

　　Scott強調，收購OPTIS之后，Ansys在自動駕駛領域的能力跨越了所有傳感器的仿真，包括激光雷達、攝像機和雷達等；物理和電子部件的多物理場仿真；系統功能安全分析；以及安全認證嵌入式軟件的自動開發等，并且這些功能可集成到一個閉環仿真環境中，實現多傳感器、多交通對象、多場景、多環境的實時閉環仿真。

　　與此同時，Ansys也在持續加強云解決方案。在最新的軟件版本中，Ansys Cloud更新了包括虛擬桌面基礎設施（VDI）支持。借助Ansys VDI技術，任何聯網的計算機都可以通過遠程桌面協議（RDP）變成具有仿真能力的高性能工作站，這使得在云端進行工程仿真、記錄車輛運行數據、通過算法優化決策過程等變得輕而易舉。從這個意義上來說，仿真技術不僅可以幫助人工智能算法安全應用于自動駕駛汽車，未來也可以成為自動駕駛汽車、道路設施和智慧交通的管理平臺。

　　另據Scott介紹，基于Ansys豐富的多物理場仿真技術和安全開發技術，Ansys正在和知名車企一起構建先進的自動駕駛仿真工具鏈，涉及功能安全和信息安全分析、道路環境建模與仿真、傳感器建模與仿真、嵌入式軟件開發、閉環仿真、云計算平臺等環節。

　　2019年，Ansys和寶馬集團聯合打造業界首個用于開發自動駕駛汽車的仿真工具鏈。新型自動化的仿真工具鏈通過智能數據分析，以及根據數據相關性和自動駕駛系統靈敏度創建場景，可有效利用寶馬大量的傳感器數據。

　　在這次合作中，Ansys協助寶馬創建的場景包括一般的駕駛情況以及極端情況，以確保最大程度地覆蓋了各種測試情境。基于此類場景，該工具鏈將在一個高保真的虛擬環境中，對自動駕駛系統進行嚴格的安全評估，同時加速推動寶馬自動駕駛技術向L3和L4-L5發展。

　　Scott指出，該合作的最大亮點在于，Ansys和寶馬根據相關接口和驗證方法，保證仿真工具鏈的適應性和開放性。Ansys將擁有該仿真工具鏈技術的獨家商業化所有權，以推廣到更廣闊的市場。

　　為實現最高級別自動駕駛的目標，以寶馬為代表的汽車廠商通過技術的不斷積累、場景的不斷豐富，正在開啟自動駕駛汽車的新時代。在這一進程中，可以預見，Ansys仿真技術將與更多的車企以及高科技公司進行合作，在自動駕駛汽車的發展和普及中繼續發揮重要作用，為自動駕駛汽車的安全行駛保駕護航。

Ansys全球工程師解決方案高級總監 Scott Stanton

　　Scott Stanton是Ansys全球工程師解決方案高級總監，在Ansys工作超過23年，他領導的團隊被公認為自動駕駛汽車（AV）、芯片封裝系統（CPS）、電氣化和工業物聯網（IIoT）等趨勢的行業領導者。該團隊與客戶協同設計和執行工程解決方案，根據客戶需求配置的靈活仿真環境，助力企業加快新產品的推出、實現關鍵業務計劃。