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ANSYS 駕駛模擬與交通場景編輯系統(tǒng)

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ANSYS駕駛模擬交通場景

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北京津發(fā)科技股份有限公司是國級高新企、*認定的科技型中小企業(yè)和中關(guān)村高新企,,具備自主進出口經(jīng)營權(quán),;自主研發(fā)技術(shù)、產(chǎn)品與服務(wù)榮獲多項省部級科學(xué)技術(shù)獎勵,、國家發(fā)明,、國家軟件著作權(quán)和省部級新技術(shù)新產(chǎn)品(服務(wù))認證;通過了歐洲CE,、美國FCC,、歐盟RoHS、ISO9001,、ISO14001,、OHSAS18001等多項認證和防爆產(chǎn)品認證。
津發(fā)科技致力于推動人因工程與工效學(xué)行業(yè)發(fā)展和青年人才培養(yǎng),,2012年起在國內(nèi)*發(fā)起“科研支持計劃”,,無償支持人因工程領(lǐng)域青年學(xué)者進行科學(xué)研究;2014年*CSIP 與津發(fā)科技聯(lián)合共建“*CSIP-津發(fā)人因工程技術(shù)創(chuàng)新中心”持續(xù)進行技術(shù)研發(fā)和基礎(chǔ)及應(yīng)用創(chuàng)新研究,; 2016年起聯(lián)合中國人類工效學(xué)學(xué)會發(fā)起“工效學(xué)研究工程”并設(shè)立“CES-Kingfar基金(工效學(xué)會-津發(fā)青年學(xué)者聯(lián)合研究基金CES‐Kingfar Excellent Young Scholar Joint Research Funding)”借鑒國家自然科學(xué)基金的評審標(biāo)準(zhǔn)對青年學(xué)者研究計劃書予以資助,;2017年起聯(lián)合*高等教育司設(shè)立“人因與工效學(xué)”產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目,并由高教司發(fā)布申報指南和立項名單,;2019年起聯(lián)和工效學(xué)聯(lián)合會(IEA)設(shè)立獎項The IEA/Kingfar HFE Research Award“發(fā)展中國家人因與工效學(xué)研究獎”,,旨在表彰世界各地為解決發(fā)展中國家典型人因工程問題而取得的高質(zhì)量人因工程與工效學(xué)研究成果的個人,以期改善發(fā)展中國家人民的福祉; 2020年起聯(lián)合主辦HFE AWARD全國人因與工效學(xué)創(chuàng)新大賽,。
多年來在教育科研領(lǐng)域積極推動人因與工效學(xué)技術(shù)進步,,攜手眾多研究者進行聯(lián)合開發(fā)與科研實驗、人才培養(yǎng),、學(xué)術(shù)合作與產(chǎn)學(xué)研融合,,聯(lián)合申報基金項目、科技項目等,;承接和參與多項國家自然科學(xué)基金,,國家重點研發(fā)計劃、科技項目和標(biāo)準(zhǔn)編制,;承接科研院所和高校實驗室規(guī)劃建設(shè),、并通過產(chǎn)學(xué)研方式與學(xué)術(shù)和科研機構(gòu)建立合作關(guān)系,聯(lián)合國家科研課題進行科技攻關(guān),,并聯(lián)合開發(fā)適合中國國情的基于人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的人-機-環(huán)境測試與工效學(xué)評價等多項科研成果,,致力于將人因與工效學(xué)科學(xué)方法和成果應(yīng)用到國防和社會科技發(fā)展進步。
津發(fā)科技將持續(xù)以推動人因工程發(fā)展為己任,,在教育科研各領(lǐng)域推動人因與工效學(xué)技術(shù)進步,,為中國教育科研事業(yè)的發(fā)展提供服務(wù)。





虛擬現(xiàn)實仿真實驗室|眼動儀|心理學(xué)實驗室|EEG/ERP腦電儀|事件相關(guān)電位系統(tǒng)|多導(dǎo)生理儀|行為觀察分析系統(tǒng)|人機環(huán)境同步平臺|人機工程儀器設(shè)備|人因工程儀器設(shè)備|人機交互實驗室|人機工效實驗室|人機工程實驗室|人因工程實驗室

產(chǎn)地類別 進口 應(yīng)用領(lǐng)域 交通,汽車

1.      系統(tǒng)方案

ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺提供了基于物理的三維場景建模,、基于語義的道路事件建模,、基于物理光學(xué)屬性的攝像頭和激光雷達的仿真、基于物理電磁學(xué)屬性的毫米波雷達的仿真,,從而實現(xiàn)多傳感器,、多交通對象、多場景,、多環(huán)境的實時閉環(huán)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(shè)定道路和交通場景,,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)定主動駕駛(或算法控制車輛)的車輛動力學(xué)參數(shù);

4)      支持高精度的三維場景仿真和基于環(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在環(huán)仿真測試,該平臺還提供了開放的接口,,可以與實物傳感器,、VR設(shè)備,、控制器、各類測試數(shù)據(jù)進行無縫的聯(lián)入,,從而更好的滿足不同級別,、不同目標(biāo)的測試仿真要求。

圖片1.jpg

2.      系統(tǒng)構(gòu)成

下面分別介紹本平臺各模塊的構(gòu)成,。

2.1.自定義道路環(huán)境

ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺提供了一套自定義道路場景的設(shè)計工具,,具備直道、彎道,、曲線等設(shè)計能力,,支持道路寬度、長度,、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,。

圖片3.jpg圖片2.jpg

同時,,該設(shè)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,、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(huán)境模型庫,如樹木,、建筑物,、交通標(biāo)識、路燈,、電線桿,、綠化帶、動物,,施工路段障礙物和設(shè)施,、交通行人等對象模型,,可根據(jù)用戶需求對道路場景進行快速建模。

圖片4.jpg

除了自定義場景外,,ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺還支持導(dǎo)入OpenStreetMap3D高精地圖,,自動生成與地圖匹配的道路模型。

圖片5.jpg

2.2.自定義交通場景

ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺還提供了快捷的基于語義的道路交通流設(shè)計,,包括車道行駛規(guī)則、車輛及行人行為,、交通指示牌行為,,以及某一時刻各交通對象交通行為的精確數(shù)據(jù)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,、行人亂闖紅燈和人行道等一系列場景的仿真,同時軟件內(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,。

圖片6.jpg

2.3.構(gòu)建車輛動力學(xué)模型

除了上述的道路場景以及交通流的搭建能力之外,,ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺同樣提供了基于總成特性的車輛動力學(xué)模型,并提供了以下性能參數(shù)的配置:

Ø 底盤參數(shù),,如長寬高,、軸間距、重量等,;

Ø 性能參數(shù),,如大時速、引擎轉(zhuǎn)速等,;

Ø 轉(zhuǎn)向參數(shù),;

Ø 輪轂參數(shù);

Ø ……

圖片7.jpg

同時,,軟件還提供了各類特性參數(shù)的預(yù)定義實驗數(shù)據(jù),,方便用戶對所定義車輛的特性進行快速的測試驗證。相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)有:

Ø 加速特性實驗數(shù)據(jù),;

Ø 剎車特性實驗數(shù)據(jù),;

Ø 轉(zhuǎn)彎特性實驗數(shù)據(jù),;

Ø 方向盤特性實驗數(shù)據(jù);

Ø 側(cè)風(fēng)實驗數(shù)據(jù),;

Ø 障礙物和轉(zhuǎn)彎實驗數(shù)據(jù),;

Ø ……

 

ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺還支持外部車輛動力學(xué)模型的導(dǎo)入和集成,如CarSim車輛動力學(xué)模型,,以及用戶自研的車輛動力學(xué)模型,。

2.4.基于物理真實的三維場景建模

在無人車輛的物理仿真中,除了前述關(guān)于道路場景,,交通流以及車輛動力學(xué)模型的建模能力外,,ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺的大特點和優(yōu)勢在于提供基于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(gòu)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后期控制算法的驗證提供了很好的準(zhǔn)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。

在整個基于物理真實的建模平臺搭建中,,ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺會通過對以下物理真實參數(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)緯度的太陽光的照度和位置定義,;

Ø 環(huán)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(tǒng)的光源定義(光譜+IES+XMP);

n 環(huán)境場景中包括道路,,建筑,,車身等一系列材料表面光學(xué)屬性的定義。

其中各個光源的定義通過導(dǎo)入相關(guān)定義文件,,如下圖所示:

圖片8.jpg

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測量儀硬件設(shè)備,對用戶所需仿真的場景材料庫進行探測,,并將探測所得材料表面光學(xué)屬性BSDF函數(shù)附在前述場景建模的所屬材質(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)屬性的物理真實的三維場景建模。同時ANSYS駕駛模擬與交通場景編輯平臺還提供豐富的材料庫供客戶場景建模使用,。

圖片9.jpg

2.6.實時閉環(huán)仿真系統(tǒng)

如前述通過對環(huán)境,、場景、交通流的建模構(gòu)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(tǒng)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(huán)的駕駛系統(tǒng)仿真。

圖片13.jpg

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)展趨勢和應(yīng)用熱點,。ANSYS自動駕駛仿真平臺Headlamp模塊通過ANSYS*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布測試和動態(tài)駕駛與智能頭燈仿真測試。

除了前述在三維環(huán)境建模中通過ANSYS OMS設(shè)備進行材料表面光學(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 光源光強分布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布和車燈光源的IES定義文件,。

圖片14.jpg圖片15.jpg

基于環(huán)境和光源的物理仿真,,可以實現(xiàn)車輛前照燈遠光,,近光,,側(cè)燈的切換以及光強的實時切換控制,同時豐富的光度學(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證頭燈光分布是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖片16.jpg圖片17.jpg

除了靜態(tài)光型分布驗證,,ANSYS Headlamp開放的如C++,,SCADESimulink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)與驗證,,同時豐富的動態(tài)駕駛模擬和場景仿真也可以幫助客戶實現(xiàn)實時的動態(tài)駕駛頭燈驗證,,如AFSADB,,矩陣頭燈,,像素頭燈等智慧頭燈的仿真與測試驗證,基于IIHS動態(tài)頭燈測試標(biāo)準(zhǔn)的夜間測試驗證,。

圖片19.jpg圖片20.jpg

 

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