新视野推动自动驾驶安全新旅程

作者:Matt Harrison,美国Metawave Palo Alto公司AI部门总监

实现高度自动化驾驶的一大障碍是需要研发一项传感器技术,能够在远距离、恶劣天气、弯道或拐角处,以及其它富有挑战性的环境下,充分检测并对物体进行分类,尤其是紧挨着的物体。在Ansys HFSS仿真的帮助下,雷达及5G初创公司Metawave创建了一个突破性的雷达平台,该平台能够攻克这些难题,帮助加速推进自动驾驶

在完美的驾驶场景中,街道上将不存在行人、骑行者、嬉戏的儿童、自由奔跑的动物、垃圾、路滑的地方锥形交通路标,以及其它潜在的危险,如粗心大意或走神的驾驶员等。遗憾的是,实际道路要更加复杂,而如今,汽车制造商正在构建仍需驾驶员在环的高度自动化功能。

Save PDF 订阅
eyes on the road

未来车辆如何才能满足当今的安全性需求,如何实现平稳驾驶体验的期望?汽车制造商目前正在考虑如何提供高度自动化功能,而驾驶员依然掌控驾驶,因为创新型企业可提供所需传感器,以确保我们为未来自动驾驶汽车行驶在高速公路、城市街道和街区道路上做好准备。摄像头、激光雷达、超声波传感器和雷达,以及AI都在经历创新,以创建一个全新的交通环境。自动驾驶汽车的传感器技术是一项大业务,单是激光雷达市场在2019年就达到10亿美元,汽车雷达市场预计到2021年将达到66.1亿美元。

;"

Metawave声称,即使在人类视野受限的情况下,例如黑暗或浓雾,SPEKTRA也能够检测最远330米外道路上的物体并对其分类

如今的传感技术

目前的传感器类型可能无法达到预期。摄像头拥有很高的分辨率,但是其检测距离只有大约50米,激光雷达能够检测远处的物体,但是大多数激光雷达平台价格昂贵、体积庞大,而且无法在黑暗或恶劣天气条件下进行检测。如今的数字波束成形雷达可以在黑暗中工作,但是难以区分物体。

事实上,所有这些传感器都很重要:它们各有其存在的理由,可以提供不同信息,因此汽车能够平稳、安全地运行。但是现在缺少什么传感器呢?Metawave认为是远距离模拟雷达。

simulating spektras

通过仿真SPEKTRA的相控阵列天线和印制电路板式馈电网络,Metawave预测了波束在各个角度的行为,并突破雷达规范的界限

实现高度自动化驾驶

随着Metawave开始构建模拟波束赋形雷达,以解决当今雷达技术的固有挑战,该公司充分利用了Ansys HFSS仿真软件(Ansys电磁套件的一部分)。作为Ansys初创公司计划的成果,Metawave利用该软件帮助研发其高性能SPEKTRA雷达。

SPEKTRA将模拟波束赋形和波束控制与高级数字信号处理相结合,照亮驾驶视场(FoV)并以高分辨率检测道路上的所有物体。波束赋形用具有高增益的铅笔状波束来到达较远距离(高达330米),并使用较低的旁瓣来降低错误目标检测的可能性。

波束控制可用于以毫秒为单位扫描FoV。波束赋形和波束控制相结合,可使高频无线电信号波束赋形并指向特定方向,将雷达信号聚焦于在整个场景中扫描的窄波束。因此,SPEKTRA雷达能够实现远距离检测以及更高分辨率。

SPEKTRA集成了Metawave的AWARE人工智能(AI)平台,可以快速对物体进行分类,甚至是彼此靠近的物体。SPEKTRA雷达能够检测最远大约330米的道路物体以及大约200米内的行人并对其分类。无论是在朗晴天气下,还是在黑夜、浓雾、沙尘暴或是倾盆大雨条件下,它都能够轻松做到这一点。

虽然Metawave设计了SPEKTRA来解决与高度自动化驾驶相关的远距离应用问题,包括高速公路驾驶、交通堵塞驾驶和自动紧急制动等功能,但它足够灵活,可以适配任何传感器套件,还能调整到在更小范围内工作。

突破边界

Metawave工程师在研发流程伊始就使用了Ansys HFSS,然后再次用于集成天线罩和外壳等组件。通过仿真SPEKTRA的相控阵列天线和印制电路板(PCB)式馈电网络,将信息传送到天线,Metawave预测了波束在各个角度的行为,并突破雷达规范的界限。包括:

  • 高分辨率的窄波束可使SPEKTRA在远距离检测相邻目标
  • 低旁瓣能够降低错误检测的可能性
  • 高增益用于检测更远距离的目标
  • 视场的瞬时照明可以跟踪周围所有目标的方向

Metawave使用Ansys HFSS中的自适应网格和3D组件功能,避免了网格化不足或过度而导致精确度降低的风险。此外,Ansys自适应网格还有助于在较大模型中保留子组件参数。

因为Ansys HFSS在同一用户界面中包含多个求解器,并拥有简化的仿真模型设置流程,所以工程师能够快速开始设计流程,从而缩短研发周期,降低成本。

aware

SPEKTRA集成了Metawave的AWARE人工智能平台,能够以高角度分辨率远距离对物体进行分类,甚至是彼此靠近的物体

可制造性设计

无论是像木销一样简单,还是像AI集成雷达一样复杂的产品,产品的制造方式是整个产品设计和研发流程中需要重点考虑的因素。Ansys HFSS帮助Metawave工程师快速权衡多种设计的利弊,设想最终产品,并验证其性能及可制造性的假设。

具体而言,Metawave工程师希望确定原型设计能够承受PCB制造容差要求的变化,并且仍能提供最佳性能。将Ansys Optimetrics工具箱添加到Ansys HFSS后提供了统计功能,使它们能够评估提出原型的可行性、灵活性和鲁棒性。

通向自动化的道路

Metawave于2019年开始向领先的汽车制造商和一级运输供应商交付其第一阶段概念验证产品。其高级波束控制功能旨在帮助行业从驾驶员辅助汽车转向全自动驾驶汽车,并实现安全驾驶,无论道路上还有什么危险。

与 ANSYS 取得联系

联系我们
联系我们