自动驾驶分为感知定位、规划决策、执行控制三个部分。但目前自动驾驶有关执行控制的部分一直谈得很少,这部分掌握在Tier1和主机厂手中的技术,因为国内积累薄弱,几乎成为了避而不谈的话题。然而,执行控制层是自动驾驶真正落地的基础,规划决策也无法和执行控制剥离,今天这篇文章,就来谈谈自动驾驶的「腿脚」问题。

自动驾驶要想落地,要先解决「腿脚」问题

不能脱离「双脚」谈「大脑」

做好自动驾驶的规划决策,必须要懂得执行控制。

简单来看,自动驾驶的路径规划可以分为全局路径规划和局部路径规划。其中全局路径规划是为车设计一条从A点到B点安全通过的路线,局部路径规划是指根据某段路程的环境信息和车辆自身状态,规划一段无碰撞的路径。前者就像在地图上输入起始点和终点,生成可行路线,后者主要包括转弯、变道、超车、遇到施工等情况的车辆运动,这部分和执行控制的关系便密切起来了。

为了说明「大脑」和「双脚」如何相互影响,车云菌要在这里虚构一个反面案例——在感知定位无误的情况下,一辆自动驾驶汽车原本只是想变道超个车,为什么一头怼到了马路牙子?

在局部路径规划中,自动驾驶汽车综合考虑当时外部环境、车辆状况等一系列约束条件后,模拟老司机安全驾车,给出了一条理想的局部路径——小角度切入实现换道,并且将指令传达给相关执行机构。

这时,理想和现实发生了偏差。

虚构一个自动驾驶交通事故,但很常见

从a点到b点时,理想的局部路径规划对车辆转角的要求值是N。但执行器无法达到N值,从而导致偏离理想路径,实际走出了虚线轨迹。

汽车发现轨迹偏差后开始修正,于是开始不断重复上面发生过的转向过度或者转向不足的情况,最后在弯弯曲曲地前进过程中,吻上了路牙。如果你此时坐在车中,就会发现方向盘激烈地来回震荡,乘坐体验一定也不太愉快。

不难发现,导致上面事故发生的主要原因是规划决策没有很好考虑车辆动力学因素,转向特性估计不足,导致车辆实际行驶轨迹与规划局部路径产生较大偏差。同样在动力的输出扭矩控制和制动力矩控制上,如果模型数据缺失或不够优化,会造成车辆顿挫感,导致车辆刹不住或者油门跟不上,甚至在极端场景下产生极大危险 。 另一个原因可能是底层执行协议的开放性不足。目前Tier1执行控制产品都会做成一个黑盒子,控制协议都是付费公开,即便公开,接口开放程度也直接影响着汽车操控的可调程度。

因此,自动驾驶规划决策不是拍脑袋规划。一辆自动驾驶汽车的执行控制有没有花功夫,从换车道,转弯这些场景可以看出一二

国外垄断与国内缺失

我们有时会在一些高校的自动驾驶改造车上看到外加电机,主要目的就是达到自动化效果。然而这种方法只能给出很粗糙的控制,并不能满足车辆动力学控制,当然也就完全谈不上车辆可靠性。

面向量产的自动驾驶汽车必须对车辆的传统执行机构进行电子化改造,升级为具有外部控制协议接口的线控执行部件系统,主要包括线控油门、线控转向、线控制动三个部分。

目前落地自动驾驶的执行控制部分被博世、大陆等国外Tier1垄断。这些Tier1拥有自成体系的全套底盘控制系统,且大多不开放。比如博世研发了Ibooster,日立研发了EACT,大陆研发了MK C1 ,而天合研发了IBC。

这部分技术国内基础薄弱,可替代的核心零部件产品稀缺。据资料显示,国内线控制动方面,如亚太股份、万向钱潮、万安科技等厂商仍处在研发初始阶段。EPS方面,株洲易力达有一定规模的配套,恒隆、豫北、浙江世宝等转向企业已有产品。但从助力到线控转向有一个较大的台阶,能不能突破还要再拭目以待。

为什么国内在执行控制部分的积累存在如此大的差距?

这是国外零部件供应商利用时间积累下的优势。执行控制产品研发讲究工程化,主要依靠数据积累,要经过不停的测试和模型优化。国家技术转移东部中心智能汽车技术转化中心(IVTTC)总工程师刘兴键告诉车云菌,至少需要10年对一线工程数据的调试采集优化标定,才能说对底盘控制有个初步理解,国外Tier1在此方面都有一大批至少拥有二十年以上一线经验的工程师,持续进行优化迭代。

相比而言,国内的供应商技术底子薄弱,大多为生产型Tier1(偏生产能力,研发能力欠缺),技术积累不足。另一方面国内工程师流动性大,在一线岗位坚持10年的很少,即便放到一家零部件公司来看,愿意在一个项目上稳定持续地投入10-15年,也几乎是不可见。在上一代EPS、ABS等技术积累不足的情况下,国内零部件供应商要想一步跃升到线控系统,需要跨越的台阶就更大了。

因此,目前自动驾驶方面的尝试,很大程度上是受制于国外厂商。

一方面,依靠执行控制上的的积累,自动驾驶汽车想要平滑行驶、并保持舒适性,很大程度上取决于底盘控制能力。并且,是一个新司机还是老司机,在于自动驾驶团队做决策规划时对车辆控制动力学的理解程度。

另一方面,博世、大陆等零部件供应商在感知与决策部分也有自己的产品。掌握了单双目摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器部件和系统,再加上执行控制上的优势,并且不少已经成熟量产,符合车规级要求。靠着多年积累的工程能力和汽车经验,国外Tier1在产品化和成本控制等能力上,也明显优于国内感知类创业公司。

国内自动驾驶团队如何搞定执行控制?

绕不过国外零部件巨头,国内自动驾驶的研究只能止步不前了吗?

显然,国内主机厂并不愿意接受零部件供应商的打包方案,将自己逼退到代工厂的角色。一个典型的现象是,在ADAS阶段,主机厂仍然倾向使用零部件供应商的整套产品。不过在高阶自动驾驶项目中,主机厂则能够尽量拆包,摆脱对国外Tier1整体依赖。

目前,国内主机厂通过要求供应商接口透明的方式,在试图拆开自动驾驶的感知定位、规划决策和执行层。于此同时,主机厂在自己培育感知、规划决策和执行层的供应商,前期做Demo测试,示范应用,等到技术成熟进行部分替换。

另外有一些主机厂选择使用新能源汽车的平台,来进行自动驾驶研究。从而绕开传统的发动机和变速箱等壁垒技术,转而替换成电动车的核心三电系统,因为后者相对前者,研发周期较短,难度会小一些,国内零部件供应商技术更成熟一些。

整个产业链中,深谙执行器改装的团队,成为了其中一环。比如说国家技术转移东部中心智能汽车技术转化中心主攻车辆底盘、动力控制,通过采用整体替换底盘电子的部分,把线控底盘与线控动力调通,让车辆拥有平顺的操控体验,可为感知和规划决策部分提供平台,拥有对乘用车、大型商用车、专用场地车等进行线控底盘改造的能力和技术方案。另一个类似的团队——智行者有高校汽车专业背景,擅长领域是规划决策,会在对执行控制理解的基础上,提出与其算法相关的执行器关键指标及其范围,建立执行器性能评价体系,将指标范围对接到执行器供应商。

现状对执行控制的国内零部件供应商而言,压力不言而喻。面对单个零部件技术和价格的劣势,国内零部件供应商正在考虑抱团合作的方式,尽快推出产品。目前有国内零部件供应商与感知类、决策规划类创业公司合作,率先将纵向打通,开发出可规模化量产的整套底层平台,用整套供货的方式向主机厂出售,从而在时间上占据优势,不过这其中也要打消主机厂对系统化供货的顾虑。

留给国内团队在执行控制上的挑战很大,但挑战和机遇并存。

目前自动驾驶在国内的应用环境需求更高,国内比国外跑得快,车厂摆脱国外零部件供应商垄断的意愿也十分强烈。自动驾驶不同部分的关联也在提示着我们合作的重要性。在这场时间赛跑中,拼的不是哪家公司率先抵达,而是哪个联盟率先撞线。 (来源:车云网)