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[導(dǎo)讀]自動駕駛分為感知定位、規(guī)劃決策、執(zhí)行控制三個部分。但目前自動駕駛有關(guān)執(zhí)行控制的部分一直談得很少,這部分掌握在Tier1和主機(jī)廠手中的技術(shù),因?yàn)閲鴥?nèi)積累薄弱,幾乎成為了避而不談的話題。然而,執(zhí)行控制層是自動駕駛真正落地的基礎(chǔ),規(guī)劃決策也無法和執(zhí)行控制剝離,今天這篇文章,就來談?wù)勛詣玉{駛的「腿腳」問題。

自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作,讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下,自動安全地操作機(jī)動車輛

自動駕駛分為感知定位、規(guī)劃決策、執(zhí)行控制三個部分。但目前自動駕駛有關(guān)執(zhí)行控制的部分一直談得很少,這部分掌握在Tier1和主機(jī)廠手中的技術(shù),因?yàn)閲鴥?nèi)積累薄弱,幾乎成為了避而不談的話題。然而,執(zhí)行控制層是自動駕駛真正落地的基礎(chǔ),規(guī)劃決策也無法和執(zhí)行控制剝離,今天這篇文章,就來談?wù)勛詣玉{駛的「腿腳」問題。

 

 

不能脫離「雙腳」談「大腦」

做好自動駕駛的規(guī)劃決策,必須要懂得執(zhí)行控制。

簡單來看,自動駕駛的路徑規(guī)劃可以分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。其中全局路徑規(guī)劃是為車設(shè)計一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)安全通過的路線,局部路徑規(guī)劃是指根據(jù)某段路程的環(huán)境信息和車輛自身狀態(tài),規(guī)劃一段無碰撞的路徑。前者就像在地圖上輸入起始點(diǎn)和終點(diǎn),生成可行路線,后者主要包括轉(zhuǎn)彎、變道、超車、遇到施工等情況的車輛運(yùn)動,這部分和執(zhí)行控制的關(guān)系便密切起來了。

為了說明「大腦」和「雙腳」如何相互影響,在這里虛構(gòu)一個反面案例——在感知定位無誤的情況下,一輛自動駕駛汽車原本只是想變道超個車,為什么一頭懟到了馬路牙子?

在局部路徑規(guī)劃中,自動駕駛汽車綜合考慮當(dāng)時外部環(huán)境、車輛狀況等一系列約束條件后,模擬老司機(jī)安全駕車,給出了一條理想的局部路徑——小角度切入實(shí)現(xiàn)換道,并且將指令傳達(dá)給相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

這時,理想和現(xiàn)實(shí)發(fā)生了偏差。

 

 

虛構(gòu)一個自動駕駛交通事故,但很常見

從a點(diǎn)到b點(diǎn)時,理想的局部路徑規(guī)劃對車輛轉(zhuǎn)角的要求值是N。但執(zhí)行器無法達(dá)到N值,從而導(dǎo)致偏離理想路徑,實(shí)際走出了虛線軌跡。

汽車發(fā)現(xiàn)軌跡偏差后開始修正,于是開始不斷重復(fù)上面發(fā)生過的轉(zhuǎn)向過度或者轉(zhuǎn)向不足的情況,最后在彎彎曲曲地前進(jìn)過程中,吻上了路牙。如果你此時坐在車中,就會發(fā)現(xiàn)方向盤激烈地來回震蕩,乘坐體驗(yàn)一定也不太愉快。

不難發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致上面事故發(fā)生的主要原因是規(guī)劃決策沒有很好考慮車輛動力學(xué)因素,轉(zhuǎn)向特性估計不足,導(dǎo)致車輛實(shí)際行駛軌跡與規(guī)劃局部路徑產(chǎn)生較大偏差。同樣在動力的輸出扭矩控制和制動力矩控制上,如果模型數(shù)據(jù)缺失或不夠優(yōu)化,會造成車輛頓挫感,導(dǎo)致車輛剎不住或者油門跟不上,甚至在極端場景下產(chǎn)生極大危險。

另一個原因可能是底層執(zhí)行協(xié)議的開放性不足。目前Tier1執(zhí)行控制產(chǎn)品都會做成一個黑盒子,控制協(xié)議都是付費(fèi)公開,即便公開,接口開放程度也直接影響著汽車操控的可調(diào)程度。

因此,自動駕駛規(guī)劃決策不是拍腦袋規(guī)劃。一輛自動駕駛汽車的執(zhí)行控制有沒有花功夫,從換車道,轉(zhuǎn)彎這些場景可以看出一二。

國外壟斷與國內(nèi)缺失

我們有時會在一些高校的自動駕駛改造車上看到外加電機(jī),主要目的就是達(dá)到自動化效果。然而這種方法只能給出很粗糙的控制,并不能滿足車輛動力學(xué)控制,當(dāng)然也就完全談不上車輛可靠性。

面向量產(chǎn)的自動駕駛汽車必須對車輛的傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行電子化改造,升級為具有外部控制協(xié)議接口的線控執(zhí)行部件系統(tǒng),主要包括線控油門、線控轉(zhuǎn)向、線控制動三個部分。

目前落地自動駕駛的執(zhí)行控制部分被博世、大陸等國外Tier1壟斷。這些Tier1擁有自成體系的全套底盤控制系統(tǒng),且大多不開放。比如博世研發(fā)了Ibooster,日立研發(fā)了EACT,大陸研發(fā)了MK C1 ,而天合研發(fā)了IBC。

這部分技術(shù)國內(nèi)基礎(chǔ)薄弱,可替代的核心零部件產(chǎn)品稀缺。據(jù)資料顯示,國內(nèi)線控制動方面,如亞太股份、萬向錢潮、萬安科技等廠商仍處在研發(fā)初始階段。EPS方面,株洲易力達(dá)有一定規(guī)模的配套,恒隆、豫北、浙江世寶等轉(zhuǎn)向企業(yè)已有產(chǎn)品。但從助力到線控轉(zhuǎn)向有一個較大的臺階,能不能突破還要再拭目以待。

為什么國內(nèi)在執(zhí)行控制部分的積累存在如此大的差距?

這是國外零部件供應(yīng)商利用時間積累下的優(yōu)勢。執(zhí)行控制產(chǎn)品研發(fā)講究工程化,主要依靠數(shù)據(jù)積累,要經(jīng)過不停的測試和模型優(yōu)化。國家技術(shù)轉(zhuǎn)移東部中心智能汽車技術(shù)轉(zhuǎn)化中心(IVTTC)總工程師劉興鍵告訴車云菌,至少需要10年對一線工程數(shù)據(jù)的調(diào)試采集優(yōu)化標(biāo)定,才能說對底盤控制有個初步理解,國外Tier1在此方面都有一大批至少擁有二十年以上一線經(jīng)驗(yàn)的工程師,持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化迭代。

相比而言,國內(nèi)的供應(yīng)商技術(shù)底子薄弱,大多為生產(chǎn)型Tier1(偏生產(chǎn)能力,研發(fā)能力欠缺),技術(shù)積累不足。另一方面國內(nèi)工程師流動性大,在一線崗位堅(jiān)持10年的很少,即便放到一家零部件公司來看,愿意在一個項(xiàng)目上穩(wěn)定持續(xù)地投入10-15年,也幾乎是不可見。在上一代EPS、ABS等技術(shù)積累不足的情況下,國內(nèi)零部件供應(yīng)商要想一步躍升到線控系統(tǒng),需要跨越的臺階就更大了。

因此,目前自動駕駛方面的嘗試,很大程度上是受制于國外廠商。

一方面,依靠執(zhí)行控制上的的積累,自動駕駛汽車想要平滑行駛、并保持舒適性,很大程度上取決于底盤控制能力。并且,是一個新司機(jī)還是老司機(jī),在于自動駕駛團(tuán)隊(duì)做決策規(guī)劃時對車輛控制動力學(xué)的理解程度。

另一方面,博世、大陸等零部件供應(yīng)商在感知與決策部分也有自己的產(chǎn)品。掌握了單雙目攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器部件和系統(tǒng),再加上執(zhí)行控制上的優(yōu)勢,并且不少已經(jīng)成熟量產(chǎn),符合車規(guī)級要求??恐嗄攴e累的工程能力和汽車經(jīng)驗(yàn),國外Tier1在產(chǎn)品化和成本控制等能力上,也明顯優(yōu)于國內(nèi)感知類創(chuàng)業(yè)公司。

國內(nèi)自動駕駛團(tuán)隊(duì)如何搞定執(zhí)行控制?

繞不過國外零部件巨頭,國內(nèi)自動駕駛的研究只能止步不前了嗎?

顯然,國內(nèi)主機(jī)廠并不愿意接受零部件供應(yīng)商的打包方案,將自己逼退到代工廠的角色。一個典型的現(xiàn)象是,在ADAS階段,主機(jī)廠仍然傾向使用零部件供應(yīng)商的整套產(chǎn)品。不過在高階自動駕駛項(xiàng)目中,主機(jī)廠則能夠盡量拆包,擺脫對國外Tier1整體依賴。

目前,國內(nèi)主機(jī)廠通過要求供應(yīng)商接口透明的方式,在試圖拆開自動駕駛的感知定位、規(guī)劃決策和執(zhí)行層。于此同時,主機(jī)廠在自己培育感知、規(guī)劃決策和執(zhí)行層的供應(yīng)商,前期做Demo測試,示范應(yīng)用,等到技術(shù)成熟進(jìn)行部分替換。

另外有一些主機(jī)廠選擇使用新能源汽車的平臺,來進(jìn)行自動駕駛研究。從而繞開傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和變速箱等壁壘技術(shù),轉(zhuǎn)而替換成電動車的核心三電系統(tǒng),因?yàn)楹笳呦鄬η罢?,研發(fā)周期較短,難度會小一些,國內(nèi)零部件供應(yīng)商技術(shù)更成熟一些。

整個產(chǎn)業(yè)鏈中,深諳執(zhí)行器改裝的團(tuán)隊(duì),成為了其中一環(huán)。比如說國家技術(shù)轉(zhuǎn)移東部中心智能汽車技術(shù)轉(zhuǎn)化中心主攻車輛底盤、動力控制,通過采用整體替換底盤電子的部分,把線控底盤與線控動力調(diào)通,讓車輛擁有平順的操控體驗(yàn),可為感知和規(guī)劃決策部分提供平臺,擁有對乘用車、大型商用車、專用場地車等進(jìn)行線控底盤改造的能力和技術(shù)方案。另一個類似的團(tuán)隊(duì)——智行者有高校汽車專業(yè)背景,擅長領(lǐng)域是規(guī)劃決策,會在對執(zhí)行控制理解的基礎(chǔ)上,提出與其算法相關(guān)的執(zhí)行器關(guān)鍵指標(biāo)及其范圍,建立執(zhí)行器性能評價體系,將指標(biāo)范圍對接到執(zhí)行器供應(yīng)商。

現(xiàn)狀對執(zhí)行控制的國內(nèi)零部件供應(yīng)商而言,壓力不言而喻。面對單個零部件技術(shù)和價格的劣勢,國內(nèi)零部件供應(yīng)商正在考慮抱團(tuán)合作的方式,盡快推出產(chǎn)品。目前有國內(nèi)零部件供應(yīng)商與感知類、決策規(guī)劃類創(chuàng)業(yè)公司合作,率先將縱向打通,開發(fā)出可規(guī)?;慨a(chǎn)的整套底層平臺,用整套供貨的方式向主機(jī)廠出售,從而在時間上占據(jù)優(yōu)勢,不過這其中也要打消主機(jī)廠對系統(tǒng)化供貨的顧慮。

留給國內(nèi)團(tuán)隊(duì)在執(zhí)行控制上的挑戰(zhàn)很大,但挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存。

目前自動駕駛在國內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境需求更高,國內(nèi)比國外跑得快,車廠擺脫國外零部件供應(yīng)商壟斷的意愿也十分強(qiáng)烈。自動駕駛不同部分的關(guān)聯(lián)也在提示著我們合作的重要性。在這場時間賽跑中,拼的不是哪家公司率先抵達(dá),而是哪個聯(lián)盟率先撞線。

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