先進駕駛輔助系統（ADAS）是邁向全自動駕駛汽車的相當重要的關鍵，其內含的雷達、車對車通訊、5G 通訊系統、智慧道路感測和衛星導航等都有助於 ADAS 系統了解周圍環境，所有這些系統都需要相應的眼睛與耳朵來協助工作，也就是各類型的天線、雷達和感測器，另外在車輛上放置天線時就本身就具有許多挑戰，汽車的金屬車身會強烈影響天線性能或是改變場型，不同的系統間可能會相互干擾，敏感的車載設備也很容易因此失效，環境當中的雨水和砂石污垢則會降低天線和感測器效率。 摘要 為了更安全地控制車輛，ADAS系統需要對其周圍環境有充分的了解例如:車道標線、標誌、路況、其他車輛和行人，以及意外的障礙等，因此ADAS系統必須通過多種方式監測駕駛環境，如攝影機、雷達和雷射測距雷達、衛星定位和其他感測器系統。 而透過建置完整的5G通訊系統則能夠與其他高速行動裝置保持數據連接，確保了ADAS系統能夠有效的透過雲端網路取得相應服務、及時接收智能道路設施資訊、與附近車輛以及乘客設備相連或分享資訊，這些都需要大量且即時的通訊傳輸，然而實務上現實物理世界中充滿了各種干擾與不可預期，因此在真正的將產品設計出來之前，先透過模擬分析，將大部分可以避免的設計缺陷先行分析出來，變成降低系統成本的關鍵。 模擬將可以使得工程師所設計的天線與感測器整合系統在實際應用於現實狀況之前分析大致的表現與性能。 以下，我們將概述說明透過CST模擬分析與設計的 ADAS系統完整解決方案，在協助減少開發時間和成本同時，還降低了昂貴的重複修改設計或產品面臨召回的風險。 ADAS和自動駕駛的挑戰 天線與感測器理所當然的對周圍環境非常敏感，為了讓他們為了安全可靠地運作，需要盡可能減少不必要的影響，然而這特別在設計於空間有限的車輛上時非常不簡單，若是設計不當將會使得車輛處於環境不易預測或判讀精度大幅降低地的狀態下行駛。 我們都清楚金屬車體會十分有效率的阻擋或反射電磁波進而改變雷達場型與波束，這使得同一組架構但分別置於有特定曲線車身上與理想環境的天線數據表現大不相同，理想上天線通常假設安置於一個無窮平坦的接地面，然而面臨實際尺寸有限且大量曲面的金屬車體時，這巨大的落差，可能會導致盲點（BSD）雷達等系統的覆蓋範圍內的因為波束方掃描方向等環境變化而產生巨大落差或者錯誤的判讀結果，因此元件放置點對於構建有效的 ADAS 系統至關重要。 此外來自其他系統的電磁干擾（EMI）也會導致問題、廣播和測距雷達的天線、電力電子和高壓電源系統（如電力驅動系統），這類天線遠場都可能產生會影響感測器特性的感應電流，電磁兼容性（EMC）問題也十分重要，而一個設計良好的感測器更是不應該對自身或其他附近系統以及周圍車輛產生干擾。 同樣，天線和傳感器的輻射場必須保持在輻射危害暴露限制（RADHAZ）的範圍內，使用雷達感測器時，乘客及路人都要能夠處於安全容許範圍內，人體組織的輻射吸收率（SAR）就需要在此條件下針對不同情況進行分析，例如在不同負載，不同路況，不同功率等狀況下，以確保符合法規。 最後，車輛外部的因素會影響天線性能。其他車輛、道路環境、天氣都可以反射或吸收電磁波，雖然實驗室和測試道路提供了一定程度的實際路況來評估ADAS系統在不同環境中的表現，但是測試所有可能發生的不同場景其成本將相當昂貴和耗時，因此我們需要下列的方案。 模擬的好處 在ADAS設計週期中引入模擬可以有效縮短開發時間，並且解決前述列出的挑戰，降低開發成本，最重要的是可以有效地規避風險。 此外，流體模擬可用於計算雨淋和泥漿沙塵等對傳感器的影響，基於不同速度和不同條件下計算的霧流模式（spray patterns）有助於在開始大規模實驗與試駕前先找出潛在問題，因此在分析電磁和流體時使用相同的模型分析更是進一步提升了這一過程所需時間，於此同時，車輛可以在模擬中快速行駛於小則數十長則數百英里的虛擬道路上，這樣的測試環境涵蓋的狀況將比單獨試駕更能有效地分析出潛在問題。 共同協作和工作流程的組合，確保了車輛安全與可靠度之間的連結 面對ADAS和自動駕駛汽車日益增加的複雜性，將會需要設計師和工程團隊兩者之間的密切合作以解決挑戰，並且從更高效地的開發流程週期中受益和降低風險。 天線設計 : 根據客戶的應用需求快速提供適合的天線 開發任何ADAS系統的第一步就是找到正確的開發套件與組合，”Antenna Magus”是一套能提供具有實務應用能力的天線資料庫，可以將自動選擇和建議符合規格的天線，如尺寸、技術、頻率和增益，提供開發者一個有效且值得參考的原型，以其為基礎並為最終版本的天線優化。 同址干擾抑制（RF靈敏度降低）: 識別潛在的干擾問題 系統之間 如果彼此靠近，則電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）就會是關鍵問題，”CST Studio” 中的干擾分析（Interference Task），可以根據分析結果自動識別潛在的干擾問題，並且以干擾矩陣的方式，凸顯哪些系統間有可能相互干擾或者干擾程度如何，開發者可以有效率的藉此選擇與確定解決方案，例如增加額外的濾波器或移動天線位置以利將系統間干擾降低到可接受的程度。 人體輻射暴露合法性 : 確保暴露於電磁場輻射環境時符合法規限制 關於人體於設備操作環境中可以安全接觸多少射頻（RF）功率，許多類型的設備都有相關且明確的規定，CST中可以將十分逼真的人體模型添加到模擬環境中，並且以不同的姿勢置於車輛內部或周邊，用以計算電磁吸收率（SARs），這樣的好處是而無需構建昂貴的原型裝置測試，使工程師在開發期間能夠將電磁波輻射保持在法規限制內。 基於完整模型的系統工程 : 定義和整合全車級的系統架構 在敲定任何元件或設備前，重要的是要了解是整體系統的運作應該經過精密設計的，數年來基於完整實體模型的系統工程在航太工程與汽車工業中越來越受到青睞，”CATIA（No Magic）” 是對系統及其實現模型進行建模且交互依賴的行業工具首選，能夠執行系統級模擬行為，這對於正確調整元件尺寸且預測其性能將帶來極大的幫助。 污染分析與優化：模擬雨、雪和沙塵等如何覆蓋天線和光學相機感測 使用”PowerFLOW”模擬流體，模擬雨、雪和泥漿沙塵的行為，計算它們的飛濺物是否足以將天線和相機覆蓋，利用模擬結果，工程師可以藉由改變感測器的位置或調整車體的設計以減少這些元件被遮擋的風險。 車輛駕駛環境模擬 : 為虛擬測試構建虛擬環境 隨著更高階的自動駕駛到來，駕駛里程已成為衡量系統成熟度的主要指標，為了證明自駕系統在各類型操駕和環境的可靠度，對系統進行廣泛的訓練與大量數據收集變得至關重要，在現實環境中駕駛原型車行駛數百萬甚至數十億英里，基本上不太可行的，因此當軟體可以提供在高度還原虛擬環境中進行模擬測試，就成了分析“駕駛里程”的關鍵里程碑。 “AVsimulation” 可以輕鬆生成逼真的虛擬環境，然後定義其中要分析的各種駕駛環境。由達梭提供的 “3DEXPERIENCE”平台則進一步使得工程過程所有步驟的可回溯性和一致性獲得確保。 線束工程——最佳化感測器與中央處裡電腦間的佈線 ADAS傳感器一般會和其他組件通過電纜整合成複雜的線束，不同電纜和線束間的干擾會降低ADAS和其他車載系統效能，利用”CST Studio Suite”可以導入電纜線束設計並有效地模擬這些複雜的相互作用，進而快速辨識可能產生的串擾以及整體信號完整性（SI）問題。 結論 建立安全可靠的ADAS和自動駕駛系統，將會需要藉由利用高度擬真的多物理場模擬並與多個軟體間偕同合所產生的集合，若是不考慮這些複雜的相互作用下設計元件與系統是非常不現實的，因為這將無法確保極端性能與具有充分的時間於市場上推出。 建模和模擬相結合的方法為設計人員和系統整合廠商提供了各自又共同需要的工具，設計者可以先構建單個ADAS組件和完整系統的“數位孿生”模型，作為車輛的一個組成部分，無需物理原型即可進行測試。因此“虛擬的測試車輛”就可以在的高擬真環境中進行長距離的駕駛，並藉以在各種現實場景中驗證ADAS系統。 達梭系統為嘗試使用 “3DEXPERIENCE®” 設計ADAS的使用者提供完整的”終端對終端”解決方案，將使得不同關係者之間得以有效的協作和溝通，這將來自不同設計者或團隊的組件和其他數據有效率整合到一個單一專案中，不但能夠保護商業機密，並確保整個開發過程中的可回溯性，採用這種方法的企業不僅可以減少開發時間和成本，還可以此為基礎測試從未嘗試過的設計，並進一步降低開發下個階段更高等級自動駕駛的風險。 關鍵字：cst、ADAS