仿真助力解决鬼影问题：大陆集团如何应对汽车雷达开发工程挑战

在汽车领域推行全自动驾驶的最大难题，可能是如何安全地实现与人类驾驶员相当的感知水平。汽车制造商正在迎接挑战，将先进的摄像头、雷达和激光雷达传感技术、机器学习与人工智能相结合，以实现自动驾驶，其中，包括高级驾驶辅助系统（ADAS）平台等技术，已在道路上发挥重要作用，旨在帮助驾驶员安全驾驶。

然而，这些自动驾驶解决方案的性能会受到不可预见事件的限制，这些事件可导致机械故障，包括影响汽车雷达的故障。在该背景下，Ansys帮助大陆集团降低研发过程中的复杂性，精准确定造成鬼影等任何雷达功能负面影响的根源，然后实施解决方案，为客户快速消除这些负面影响。

虚拟测试消除系统误判

汽车雷达通过将电磁波投射到驾驶环境中来检测车道上的物体。电磁波击中目标时，一些会被吸收为能量，而另一些则会反射回车辆，然后，这些信息将由负责检测、测距、跟踪和感应附近物体的传感器系统进行解读。该功能可帮助ADAS和自动驾驶技术解读给定驾驶场景。

汽车雷达领域一个特别具有挑战性的现象是鬼影。在从车辆到物体的电磁波路径受到鬼影目标或者车辆底盘内部沿途产生多路径反射的区域影响时，就会出现这种情况。

在该情况下，其中一些电磁波不会离开车辆，而是会从这些物体反射出去，作为车辆雷达接收器的输入。于是，电磁波根本未达到预期目标物体，而被系统错误地进行解读。然后，损坏的波形会成为所有后续信号处理的基础，包括机器学习和信号跟踪等，从而影响自动驾驶功能。

虽然校正可能看起来相当简单，但要确定目标和雷达之间这些多重间接反射导致误解的根源，其实并不容易。大陆集团需要使用Ansys HFSS高频电磁仿真软件来准确识别这些反射的确切位置或根本原因，然后确定消除所有无用信号所需的适当数量的吸收材料。

大陆集团电磁仿真全球联合负责人Yadhu Krishnan M K表示：“在将雷达集成到车辆内部后，我们通过仿真来解决各种细微差别，以防出现鬼影目标。我们的愿景是将仿真驱动设计融入我们的工作流程中，加速从设计研究到原型设计的研发进程，这不仅可缩短产品上市时间，而且还可降低成本。”

Ansys帮助大陆集团逐层应对雷达复杂性

雷达设计的基本组件是天线阵列或辐射系统，辐射系统由多个共同发送并接收无线电波的互联天线组成。大陆公司工程师利用HFSS软件优化这些设计的所有元素，以减少人工工作，包括组件原型设计和测量。这是Yadhu方法的逻辑起点，即“逐层推进，准确解决所涉及的固有复杂性”。

在HFSS软件的帮助下完成雷达设计后，该系统就将集成到车辆保险杠后面。有一次，我们发现雷达旁边的一个次要表面影响了雷达发出的电磁波的性能。这里的挑战是了解雷达性能如何因仪表板或装饰性车辆面板而退化。

Yadhu讲道：“在检查安装场景时，分析会变得更加复杂，因为现在还得考虑底盘的影响。在这种情况下，电磁波在传感器、仪表板和底盘之间会遇到多次反射，其会导致电磁波散射和鬼影目标等影响。”

因此，团队必须进行一些优化，才能解决这些不一致问题。这就可能需要改变保险杠上油漆层或调整传感器位置，才能达到团队所考虑的重要标准性能指标。

仿真消除所有串扰

到目前为止，我们只讨论了单个传感器的性能。但实际上，一辆汽车中有许多传感器和电子设备，进而很有可能它们会相互通信。这就是称之为串扰或电磁干扰的现象，而这种现象最终会影响雷达性能。

Yadhu说道：“在雷达应用中，雷达集成通常是一个复杂的环境，因为电磁波容易因反射而产生电磁散射。这些都是让射频工程师寝食难安的相互作用。电磁仿真是了解传感器多部分反射所产生的复杂效应的窗口，也是了解在多个传感器和电子设备之间发生的串扰或电磁干扰（会干扰车辆感知）的窗口。”

此外，还有更大的驾驶环境需要考虑。当车辆在道路上相遇时，其传感器系统之间也会发生串扰。为了应对这些类型的相互作用，大陆集团在Ansys AVxcelerate Sensors自动驾驶传感器仿真软件的帮助下，考虑了更多诸如此类的动态场景。

使用AVxcelerate Sensors软件，可在逼真的环境中，将雷达功能测试扩展至虚拟试驾中，以了解车辆感知能力如何受到额外因素的影响。这使得大陆集团不仅能考虑与串扰相关的雷达性能，还能考虑与障碍物检测及天气事件相关的雷达性能。例如，团队可使用该软件了解积雪覆盖的保险杠会对车辆雷达发出的电磁波产生何种影响。

基于云计算的全面工作流程

这项工作的最终成果是创建一款由Ansys提供支持的工具链，帮助大陆集团快速扩展，在高性能计算（HPC）环境中为客户更快解决感知难题。

在云端运行HFSS软件具有良好的扩展性，从而帮助大陆集团的工程师以更高的准确度和速度运行大型仿真。在这种环境下执行仿真，速度至少比他们之前使用的工具快18倍。因此，在缩短整体仿真时间后，该团队能够以明显更快的速度完成项目，从而提高了生产力和效率，显著节省了成本。

该团队利用各种计算资源来支持Ansys HPC仿真，包括本地单节点机器和云端本地HPC集群，因此该团队可在必要时将其容量提高一倍。随着其项目复杂性不断增加，大陆集团预计将扩大云计算的使用规模，以满足这些不断增长的需求。

这些努力，也的确给大陆集团带来了回报。在各种项目中为数百个产品线部署Ansys工具链，将为汽车制造商省去车辆测试的花费。此外，该工具链本身还能作为一种仿真产品进行商业化，以推动雷达解决方案的发展。

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