透過模擬技術消除鬼影：馬牌集團如何解決汽車雷達開發中的工程挑戰

在汽車領域推動完全自動駕駛的最大挑戰之一，就是學習如何安全地實現與人類駕駛相符的感知能力。汽車製造商正在透過先進的攝影機、雷達、光學雷達感應技術，以及機器學習與人工智慧技術來應對這一挑戰，使自動駕駛成為可能。這些技術已經應用於當前道路上的「先進駕駛輔助系統 (ADAS)」平台，旨在幫助駕駛者安全地操作車輛。

然而，這些自動駕駛解決方案的性能仍受限於某些不可預見的情況，這些情況可能會導致機械故障，甚至影響汽車雷達的運作。在這種情況下，Ansys 幫助 馬牌集團 (Continental AG) 在開發過程中克服複雜性，準確找出影響雷達功能的負面因素，例如鬼影，並迅速實施解決方案，為客戶排除這些問題。

虛擬測試可消除任何系統誤判

汽車雷達依賴於電磁波的發射，以偵測車輛行進路徑上的物體。當電磁波擊中目標時，部分能量會被吸收。而部分波則會反射回車輛，這些回波資訊會被感測器系統解讀，用於偵測、測距、追蹤和感應周圍物體。這項能力幫助 ADAS 和自動駕駛技術解析當前的駕駛場景。

然而，汽車雷達技術面臨的一大挑戰就是鬼影現象。這種現象發生在電磁波從車輛發射到目標物體的過程中，受到鬼影目標或車身內部結構的影響，導致多重路徑反射。

部分電磁波沒有離開車輛，而是在車內結構表面反射，然後被車輛的雷達接收器誤讀。這些回波沒有真正到達原本的目標，但卻被錯誤地解讀為有效訊號。這種被干擾的波形成為後續訊號處理的基礎，包括機器學習和訊號追蹤，進而影響自動駕駛功能的準確性。

雖然從表面上看，修正這個問題似乎很簡單，但由於目標與雷達之間存在多重且間接的反射，其根本成因往往難以精確指出。馬牌集團採用 Ansys HFSS 高頻電磁模擬軟體，準確識別這些反射的確切位置與根本原因，並計算出所需的吸波材料量，以消除這些不必要的訊號干擾。

馬牌集團全球電磁模擬共同負責人 Yadhu Krishnan M K 表示：「我們利用模擬來處理雷達整合到車輛內部後的各種細微差異，這些細微差異會造成鬼影目標。」「我們的願景是將模擬驅動設計整合至我們的工作流程，以加速從設計研究到原型開發的整個過程，縮短上市時間，並降低開發成本。」

Ansys 幫助馬牌集團層層破解雷達複雜性

雷達設計的基本組成元件是天線陣列，即由多個相互連接的天線組成的輻射系統，這些天線共同運作以發送和接收無線電波。馬牌集團的工程師利用 HFSS 軟體來最佳化這些設計的各個元素，以減少手動作業量，包括元件的原型製作和測量。對於 Yadhu 來說，這是一個合乎邏輯的起點，他的策略是「逐層剖析，以準確解決設計中的內在複雜性」。

一旦雷達設計透過 HFSS 軟體完成，系統便會整合到車輛內，通常安裝在保險桿後方。在某個案例中，團隊發現雷達旁的一個次要表面影響了雷達發射的電磁波性能。這裡的挑戰在於理解雷達的效能如何因飾板 (或車輛裝飾面板) 的影響而下降。

Yadhu 表示：「當我們分析雷達的安裝情境時，情況變得更加複雜，因為這時候還必須考慮車身結構對雷達性能的影響。」「在這種情境下，電磁波會在感應器、前飾板和車身結構之間發生多重反射，這可能導致波散射與鬼影目標等效應。」

為了消除這些影響，團隊必須進行最佳化調整。這可能涉及改變保險桿上的油漆層厚度，或者調整感應器的位置，以符合團隊設定的關鍵性能指標與相關標準。

模擬技術消除雷達之間的干擾

到目前為止，我們只討論了一個感應器的性能。但在實際應用中，車輛內部包含大量感應器與電子元件，這些元件彼此間可能會產生相互影響。這種現象被稱為「串擾」或「電磁干擾」，最終可能會降低雷達的運作效能。

Yadhu 表示：「在雷達應用中，雷達整合通常是一個高度複雜的環境，因為電磁波容易因反射而發生電磁散射。」「這些現象往往讓射頻工程師的工作變得極具挑戰性。電磁模擬技術提供了一扇窗口，讓我們能夠深入理解感應器上因多重反射產生的複雜效應，以及來自其他感應器與電子設備的串擾或電磁干擾對車輛環境感知的影響。」

接下來，還有更大的外部駕駛環境需要考量。當車輛在道路上相遇時，不同車輛的感應器系統之間也可能產生串擾。為了應對這類問題，Continental 透過 Ansys AVxcelerate Sensors 自主感應器模擬軟體，來模擬更具動態性的駕駛場景。

透過 AVxcelerate Sensors 軟體，團隊可以將雷達功能測試擴展至虛擬測試駕駛，在真實的模擬環境中分析各種額外因素對車輛感知能力的影響。這讓 Continental 不僅能夠研究雷達在串擾條件下的表現，還能評估障礙物偵測與天候條件對雷達性能的影響。例如，團隊可以使用該軟體來瞭解保險桿被雪覆蓋時，雷達發出的電磁波會受到什麼影響。

適用所有應用的全面雲端工作流程

這項工作最終促成一個 Ansys 提供的工具鏈，讓 Continental 能夠在高效能運算 (HPC) 環境下快速擴充，更迅速地解決客戶在感知技術上的挑戰。

將 HFSS 軟體部署在雲端的方式具有良好的擴充性，讓 Continental 的工程師能夠以更高的準確性和更快的速度執行大規模模擬。在此環境下的模擬運行速度比他們先前使用的工具快至少 18 倍。因此，透過縮短整體模擬時間，團隊能夠更快完成專案，從而提高生產力並發掘更有效率的工作方式，最終帶來顯著的成本節約。

團隊運用多種計算資源來支援 Ansys 模擬，包括內部部署的單節點機器與雲端上的內部部屬 HPC 叢集，讓團隊能夠在需要時將計算能力提升至兩倍。隨著專案的複雜性不斷提高，Continental 預計將進一步增加雲端運算的使用，以滿足日益增長的需求。

這些努力已經為 Continental 帶來實質效益。在多個專案的數百條產品線中，導入 Ansys 工具鏈將為汽車製造商節省車輛測試成本。此外，該工具鏈本身也可以作為一種模擬工作成果進一步商業化，幫助推動雷達解決方案的進步。

探索自動駕駛工程解決方案。