自動駕駛知多少——執(zhí)行控制篇
非常抱歉5/1過后沒有更新,本篇是自動駕駛的里面業(yè)界提的最少的一部分。但是我覺得還是非常重要的一部分,所以今天就來說說這個執(zhí)行控制機構(gòu)相關(guān)。
因為業(yè)內(nèi)涉及自動駕駛企業(yè)中,除了傳統(tǒng)具備底盤控制相關(guān)業(yè)務能力的零部件供應商之外,很大一部分新企業(yè)都做到規(guī)劃決策這一層,執(zhí)行控制的部分依然交給車企與供應商。
然而,執(zhí)行控制是自動駕駛真正落地的基礎(chǔ)。感知定位如同駕駛員的眼睛,規(guī)劃決策相當于駕駛員的大腦,而執(zhí)行控制就好比駕駛員的手腳。并且規(guī)劃決策無法和執(zhí)行控制剝離,對執(zhí)行控制缺乏了解,決策就會無從做起。
這一點可以從當下自動駕駛的商業(yè)合作案列中看出,想率先推出自動駕駛量產(chǎn)車的合作團隊中,都有在執(zhí)行控制上具備深厚積累的供應商。
1,不能脫離手腳談大腦
做好規(guī)劃決策,必須懂得執(zhí)行控制。
簡單來看,路徑規(guī)劃可以分為全局規(guī)劃和局部規(guī)劃。其中全局規(guī)劃是為車設(shè)計一條從A到B的安全通過的路線。局部規(guī)劃是指某段路程的環(huán)境信息和車輛自身狀態(tài)來規(guī)劃一段無碰撞的路徑。前者就像在地圖上輸入起點終點生成路線,后者就像路上的拐彎,變道,超車,遇到施工等車輛運動,這部分和執(zhí)行控制的關(guān)系就密切起來了。
大腦和手腳是如何互相影響的呢?
舉個栗子,在感知定位無誤的情況下,一個自動駕駛車輛原本只想變道超個車,卻撞到了路邊?
一般來說,局部規(guī)劃中,自動駕駛車輛考慮外部環(huán)境,車輛狀等一系列約束條件,模擬老司機安全駕車給出一個理想的局部路徑,小角度的切入換道,把指令傳達給相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)。但是理想和現(xiàn)實發(fā)生了偏差,比如說沒有很好的考慮車輛動力學因素,轉(zhuǎn)向特性估計不足,剎車特性估計不足等等因素導致車輛會出現(xiàn)頓挫,導致車輛剎不住車,或者轉(zhuǎn)彎過度,產(chǎn)生危險。
當然還有個原因可能是底層協(xié)議的開放性不足,目前的控制協(xié)議很大一部分都是付費公開,即便公開,很有限的接口開放程度也直接影響著汽車操控的可調(diào)程度。
所以很多自動駕駛企業(yè),都說外包改裝一輛車花了多少錢,很快上路,但是調(diào)試很久都沒有特別顯著的進展,可能也是其中一個因素。
2,那么,執(zhí)行控制機構(gòu)的核心技術(shù)是什么呢?
電控化是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢,這也是隨著車輛電控程度越來越高后,自動駕駛也慢慢的火熱起來。一般來說控制系統(tǒng)由三大部分組成。
(1)線控油門
這個就不聊了,現(xiàn)在很成熟的技術(shù),通過發(fā)送電信號來控制節(jié)氣門的開合程度或者電動機,這個已經(jīng)在很多車型上使用了。
(2)線控轉(zhuǎn)向
這個相對來說普及程度不高,有一些乘用車的量產(chǎn)產(chǎn)品。比如說英菲尼迪Q30等,不過,一般來說目前的EPS與線控轉(zhuǎn)向相比,差距只在方向盤與車輪之間的連接并非采用線控,而是依然采用機械連接,所以很多都是在EPS上進行改造。有成熟EPS技術(shù)一般都掌握在國外主流供應商手中,所以很多自動駕駛企業(yè)的車輛基本上都是外包。真正自己有核心技術(shù)的比較少。在商用車上,現(xiàn)階段還沒有量產(chǎn)產(chǎn)品,所以基本都是樣件統(tǒng)一天下,價格比較貴,而且不穩(wěn)定,卡脖子嚴重。
(插一個小廣告,西井自主研發(fā)線控轉(zhuǎn)向,已經(jīng)在我們多款車型上有應用,對,就是這么剛!)
(3)線控制動
其實這個要比以上兩個還要難,線控制動最早在F1上有應用,但是價格昂貴,而且差不多行駛2000km左右就得更換,維護成本高。
目前也有一部分車輛上有量產(chǎn),比如Model S,奧迪R8 e-tron等。不過還是受限于成本和性能,現(xiàn)在主要用在后輪驅(qū)動上,前輪還是傳統(tǒng)的制動技術(shù)。
因為制動技術(shù)非常復雜,在ADAS時代,大多數(shù)智能技術(shù)都集中于制動技術(shù),比如ESP,ACC,AEB等。
線控制動其實就是以電子元件來取代液壓或者氣壓控制單元,現(xiàn)在業(yè)界主流成為EHB(electronic hydraulic brake)電子液壓制動,EMB(mechanical)電子機械制動兩種。
EHB和EMB主要區(qū)別在于制動力來源。EHB的制動力是由液壓蓄能器來提供,EMB是由電機來提供。來源不同,各有優(yōu)劣。
(上圖是EMB原理)
EHB因為由蓄能器可以連續(xù)多次提供制動壓力,和傳統(tǒng)制動相比,液壓制動閥安裝位置靈活,比如說安裝在靠近制動器位置時,可以縮短管路,減少液壓閥的使用,避免過長管路帶來的消耗。同時因為與傳統(tǒng)制動結(jié)構(gòu)相差不大,所以不需要重新進行系統(tǒng)設(shè)計,而且在緊急情況下可以直接向前輪施加制動壓力,不需要備用系統(tǒng)。
EMB相比傳統(tǒng)液壓制動,電信號響應速度快,制動性能得到優(yōu)化,結(jié)構(gòu)簡化,省去復雜液壓控制結(jié)構(gòu),所以維護成本低,此外,電動機驅(qū)動的方式便于增加電控功能,便于進行系統(tǒng)改進設(shè)計。更重要的是EHB由于技術(shù)復雜,所以基本上都是國際巨頭控制,所以新興市場EMB更有競爭優(yōu)勢。
長遠來看,EHB是EMB的過渡階段。像bosch的iBooster,大陸的MK C1以及ZF的IBC都是EHB范疇。
當然EMB劣勢也非常明顯
(1)線控制動功率受限于電動機功率,很多車內(nèi)空間有限,所以永磁電動機尺寸受限,因此功率也不高,導致制動力不足。
(2)制動片一直處于高溫的工作情況下,同樣因為空間問題,在電機選擇上必須使用永磁電動機,剎車時,長期高溫會導致永磁電動機消磁。
(3)EMB系統(tǒng)有半導體元件被安裝在制動片附件,高溫對半導體元件是一個非常大的考驗。
(4)需要獨立驅(qū)動電源,12V提供不了所需能量,一般24V或者48V。
(5)線控制動的可靠性還沒有得到完全的測試和驗證。
3,面對國外技術(shù)壁壘,國內(nèi)怎么辦?
最近中美貿(mào)易,各種限制華為,?档鹊鹊男侣勵l出,很多人憂慮,要是也限制波及到汽車行業(yè)怎么辦?其實就是發(fā)展到現(xiàn)在,我們也是一直喊汽車大國,大國不是強國;蛟S有些悲觀,但是至少現(xiàn)階段汽車行業(yè)里的大多數(shù)技術(shù),國外還是領(lǐng)先我們的,所以他們不會放棄中國市場。我真心希望我們在汽車行業(yè)里多多努力,說句不好聽的話,到時候他們限制我們的時候,我們很自豪的說,嘿,我們都有備胎。
但是現(xiàn)在還有點遙遠,我們一直在努力。
好了,這些話就不說了,不然又像上次被屏蔽。
回歸技術(shù)話題。
明明自動駕駛剛起步,為什么國內(nèi)企業(yè)和國外企業(yè)在執(zhí)行控制部分存在如此大的差距呢?
首先,自動駕駛是基于汽車行業(yè)發(fā)展而來的,國外供應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。在技術(shù)研發(fā)層面,至少需要幾年時間對一線工程數(shù)據(jù)進行調(diào)試,采集,優(yōu)化,標定,才能對底盤控制有個初步理解,國外供應商在此方面都有一大批至少擁有20年以上的一線經(jīng)驗工程師,專職持續(xù)進行優(yōu)化迭代。
相比而言,國內(nèi)供應商相對技術(shù)底子薄,大多為生產(chǎn)型供應商。另外國內(nèi)整體環(huán)境相對比較浮躁,技術(shù)員工流動性比較大,即使對公司來說,愿意在一個項目上穩(wěn)定持續(xù)投入10年左右的,也非常少。這也是導致在上一代EPS,ABS等技術(shù)積累不足的情況下,要想在這一階段躍升到線控系統(tǒng),比較困難。
此外,博世,大陸等供應商在感知決策部分也有自己的產(chǎn)品,掌握了攝像頭,毫米波雷達,激光雷達等傳感器部件和系統(tǒng),并且不少已經(jīng)成熟量產(chǎn),符合車規(guī)級要求?慷嗄甑墓こ棠芰推嚱(jīng)驗,在這次熱潮中,雖然2018年中國汽車銷量低迷,但是博世等也是收獲滿滿。
當然對國內(nèi)供應商來說也是有優(yōu)勢的地方。
自動駕駛在國內(nèi)對應用環(huán)境的需求更高,國內(nèi)比國外跑得快,車廠擺脫國外零部件供應商壟斷的意愿也十分強烈。自動駕駛不同部分的關(guān)聯(lián)也在提示著合作的重要性。目前國內(nèi)也有一些企業(yè)在電控制動上進行布局,諸如萬向,亞太,萬安科技,拓普集團等,主要和國內(nèi)品牌汽車制造商進行合作開發(fā),在封閉的商用車領(lǐng)域,國內(nèi)供應商將更有競爭優(yōu)勢。
相信在2020s的上半段,國內(nèi)很多企業(yè)將占有自動駕駛浪潮中的一席之地。
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