如何突破自動(dòng)駕駛控制層

自動(dòng)駕駛汽車依靠人工智能、視覺計(jì)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(dòng)的操作下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車輛

自動(dòng)駕駛分為感知定位、規(guī)劃決策、執(zhí)行控制三個(gè)部分。但目前自動(dòng)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?guó)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(dòng)駕駛真正落地的基礎(chǔ)，規(guī)劃決策也無(wú)法和執(zhí)行控制剝離，今天這篇文章，就來(lái)談?wù)勛詣?dòng)駕駛的「腿腳」問(wèn)題。

不能脫離「雙腳」談「大腦」

做好自動(dòng)駕駛的規(guī)劃決策，必須要懂得執(zhí)行控制。

簡(jiǎn)單來(lái)看，自動(dòng)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(jì)一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)安全通過(guò)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(wú)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(dòng)，這部分和執(zhí)行控制的關(guān)系便密切起來(lái)了。

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

在局部路徑規(guī)劃中，自動(dòng)駕駛汽車綜合考慮當(dāng)時(shí)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(shí)，理想和現(xiàn)實(shí)發(fā)生了偏差。

虛構(gòu)一個(gè)自動(dòng)駕駛交通事故，但很常見

從a點(diǎn)到b點(diǎn)時(shí)，理想的局部路徑規(guī)劃對(duì)車輛轉(zhuǎn)角的要求值是N。但執(zhí)行器無(wú)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(guò)的轉(zhuǎn)向過(guò)度或者轉(zhuǎn)向不足的情況，最后在彎彎曲曲地前進(jìn)過(guò)程中，吻上了路牙。如果你此時(shí)坐在車中，就會(huì)發(fā)現(xiàn)方向盤激烈地來(lái)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(dòng)力學(xué)因素，轉(zhuǎn)向特性估計(jì)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(dòng)力的輸出扭矩控制和制動(dòng)力矩控制上，如果模型數(shù)據(jù)缺失或不夠優(yōu)化，會(huì)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(chǎng)景下產(chǎn)生極大危險(xiǎn)。

另一個(gè)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(huì)做成一個(gè)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(dòng)駕駛規(guī)劃決策不是拍腦袋規(guī)劃。一輛自動(dòng)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(chǎng)景可以看出一二。

國(guó)外壟斷與國(guó)內(nèi)缺失

我們有時(shí)會(huì)在一些高校的自動(dòng)駕駛改造車上看到外加電機(jī)，主要目的就是達(dá)到自動(dòng)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(dòng)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(dòng)駕駛汽車必須對(duì)車輛的傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行電子化改造，升級(jí)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(dòng)三個(gè)部分。

目前落地自動(dòng)駕駛的執(zhí)行控制部分被博世、大陸等國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)線控制動(dòng)方面，如亞太股份、萬(wàn)向錢潮、萬(wàn)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(gè)較大的臺(tái)階，能不能突破還要再拭目以待。

為什么國(guó)內(nèi)在執(zhí)行控制部分的積累存在如此大的差距?

這是國(guó)外零部件供應(yīng)商利用時(shí)間積累下的優(yōu)勢(shì)。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(guò)不停的測(cè)試和模型優(yōu)化。國(guó)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(duì)一線工程數(shù)據(jù)的調(diào)試采集優(yōu)化標(biāo)定，才能說(shuō)對(duì)底盤控制有個(gè)初步理解，國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)工程師流動(dòng)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(lái)看，愿意在一個(gè)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(guó)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(tái)階就更大了。

因此，目前自動(dòng)駕駛方面的嘗試，很大程度上是受制于國(guó)外廠商。

一方面，依靠執(zhí)行控制上的的積累，自動(dòng)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(gè)新司機(jī)還是老司機(jī)，在于自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)做決策規(guī)劃時(shí)對(duì)車輛控制動(dòng)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(shì)，并且不少已經(jīng)成熟量產(chǎn)，符合車規(guī)級(jí)要求。靠著多年積累的工程能力和汽車經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外Tier1在產(chǎn)品化和成本控制等能力上，也明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)感知類創(chuàng)業(yè)公司。

國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛團(tuán)隊(duì)如何搞定執(zhí)行控制?

繞不過(guò)國(guó)外零部件巨頭，國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛的研究只能止步不前了嗎?

顯然，國(guó)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(gè)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(guò)在高階自動(dòng)駕駛項(xiàng)目中，主機(jī)廠則能夠盡量拆包，擺脫對(duì)國(guó)外Tier1整體依賴。

目前，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠通過(guò)要求供應(yīng)商接口透明的方式，在試圖拆開自動(dòng)駕駛的感知定位、規(guī)劃決策和執(zhí)行層。于此同時(shí)，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(cè)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(tái)，來(lái)進(jìn)行自動(dòng)駕駛研究。從而繞開傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等壁壘技術(shù)，轉(zhuǎn)而替換成電動(dòng)車的核心三電系統(tǒng)，因?yàn)楹笳呦鄬?duì)前者，研發(fā)周期較短，難度會(huì)小一些，國(guó)內(nèi)零部件供應(yīng)商技術(shù)更成熟一些。

整個(gè)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(shuō)國(guó)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(dòng)力控制，通過(guò)采用整體替換底盤電子的部分，把線控底盤與線控動(dòng)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(tái)，擁有對(duì)乘用車、大型商用車、專用場(chǎng)地車等進(jìn)行線控底盤改造的能力和技術(shù)方案。另一個(gè)類似的團(tuán)隊(duì)——智行者有高校汽車專業(yè)背景，擅長(zhǎng)領(lǐng)域是規(guī)劃決策，會(huì)在對(duì)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(píng)價(jià)體系，將指標(biāo)范圍對(duì)接到執(zhí)行器供應(yīng)商。

現(xiàn)狀對(duì)執(zhí)行控制的國(guó)內(nèi)零部件供應(yīng)商而言，壓力不言而喻。面對(duì)單個(gè)零部件技術(shù)和價(jià)格的劣勢(shì)，國(guó)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(guó)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(tái)，用整套供貨的方式向主機(jī)廠出售，從而在時(shí)間上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，不過(guò)這其中也要打消主機(jī)廠對(duì)系統(tǒng)化供貨的顧慮。

留給國(guó)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(dòng)駕駛在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境需求更高，國(guó)內(nèi)比國(guó)外跑得快，車廠擺脫國(guó)外零部件供應(yīng)商壟斷的意愿也十分強(qiáng)烈。自動(dòng)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(chǎng)時(shí)間賽跑中，拼的不是哪家公司率先抵達(dá)，而是哪個(gè)聯(lián)盟率先撞線。