如何突破自動駕駛控制層

自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達、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和主機廠手中的技術(shù)，因為國內(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點到B點安全通過的路線，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和終點，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，模擬老司機安全駕車，給出了一條理想的局部路徑——小角度切入實現(xiàn)換道，并且將指令傳達給相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)。

這時，理想和現(xiàn)實發(fā)生了偏差。

虛構(gòu)一個自動駕駛交通事故，但很常見

從a點到b點時，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)行器無法達到N值，從而導(dǎo)致偏離理想路徑，實際走出了虛線軌跡。

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，主要目的就是達到自動化效果。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)行機構(gòu)進行電子化改造，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)驗的工程師，持續(xù)進行優(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，是一個新司機還是老司機，在于自動駕駛團隊做決策規(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、激光雷達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，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)自動駕駛團隊如何搞定執(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目中，主機廠則能夠盡量拆包，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)成熟進行部分替換。

另外有一些主機廠選擇使用新能源汽車的平臺，來進行自動駕駛研究。從而繞開傳統(tǒng)的發(fā)動機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)，因為后者相對前者，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)行器改裝的團隊，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，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、專用場地車等進行線控底盤改造的能力和技術(shù)方案。另一個類似的團隊——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)模化量產(chǎn)的整套底層平臺，用整套供貨的方式向主機廠出售，從而在時間上占據(jù)優(yōu)勢，不過這其中也要打消主機廠對系統(tǒng)化供貨的顧慮。

留給國內(nèi)團隊在執(zhí)行控制上的挑戰(zhàn)很大，但挑戰(zhàn)和機遇并存。

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，而是哪個聯(lián)盟率先撞線。