卡車(chē)和乘用車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)上有何不同？

[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]卡車(chē)和乘用車(chē)自動(dòng)駕駛雖然在技術(shù)路徑上共享了一部分底層邏輯，但由于應(yīng)用環(huán)境及使用場(chǎng)景的巨大差異，兩者在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上其實(shí)走的是兩條完全不同的路線。那卡車(chē)和乘用車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)上有何不同？

為什么卡車(chē)需要在一公里外就開(kāi)始觀察？

感知距離是卡車(chē)與乘用車(chē)在傳感器層面最顯著的區(qū)別，對(duì)于自重約兩噸的乘用車(chē)，在時(shí)速100公里的情況下，緊急制動(dòng)距離在40米左右，加上系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，兩百米的感知范圍已經(jīng)綽綽有余。

但一輛滿載后達(dá)到49噸的半掛牽引車(chē)，即便路面狀況良好，制動(dòng)距離也可能超過(guò)200米。如果考慮到濕滑路面或系統(tǒng)決策時(shí)間，卡車(chē)必須在500米甚至更遠(yuǎn)的地方就可以鎖定潛在風(fēng)險(xiǎn)。

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為了實(shí)現(xiàn)這種超遠(yuǎn)距離感知，卡車(chē)不僅需要更高像素的長(zhǎng)焦相機(jī)，還必須依賴(lài)1550納米波長(zhǎng)的激光雷達(dá)，這種雷達(dá)的功率更高，探測(cè)距離可以輕松突破300米。

此外，卡車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還需對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤和預(yù)測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到一公里外有施工占道時(shí)，它不能像乘用車(chē)那樣等到跟前才剎車(chē)，而是要提前數(shù)公里就開(kāi)始規(guī)劃減速曲線或變道時(shí)機(jī)。這種長(zhǎng)跨度的時(shí)空預(yù)測(cè)，對(duì)算法的穩(wěn)定性和抗噪能力提出了極高的要求，因?yàn)檫h(yuǎn)距離下傳感器捕捉到的像素點(diǎn)非常稀疏，系統(tǒng)必須在極少的信息中準(zhǔn)確識(shí)別出障礙物的類(lèi)別。

卡車(chē)的盲區(qū)覆蓋也更復(fù)雜，由于車(chē)身長(zhǎng)度一般會(huì)超過(guò)15米，攝像頭和雷達(dá)的安裝位置需要覆蓋車(chē)頭兩側(cè)、掛車(chē)中段以及正后方。卡車(chē)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)融合多個(gè)角度的傳感器數(shù)據(jù)，以監(jiān)控掛車(chē)內(nèi)側(cè)是否存在行人或障礙物。這種多傳感器的大尺度空間標(biāo)定，遠(yuǎn)比乘用車(chē)這種小尺寸、剛性連接的車(chē)體要困難得多。

面對(duì)巨大的慣性，控制邏輯有何不同？

卡車(chē)質(zhì)量變化是巨大的，乘用車(chē)滿載和空載質(zhì)量差一般不超過(guò)30%。但卡車(chē)在空載和滿載狀態(tài)下，質(zhì)量可能相差三倍，這意味著卡車(chē)的動(dòng)力學(xué)特性是實(shí)時(shí)變化的。系統(tǒng)必須具備一套自適應(yīng)的載荷估計(jì)算法，通過(guò)油門(mén)響應(yīng)和加速度的實(shí)時(shí)反饋，推算出當(dāng)前的實(shí)際重量，并據(jù)此調(diào)整剎車(chē)壓力和轉(zhuǎn)向力矩。

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乘用車(chē)采用液壓制動(dòng)，踩下踏板的瞬間剎車(chē)力就能傳遞到位，而重型卡車(chē)使用的是氣壓制動(dòng)，空氣壓力的傳遞會(huì)存在在0.5到1秒的物理延遲。在自動(dòng)駕駛算法中，這零點(diǎn)幾秒的延遲如果處理不好，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛制動(dòng)過(guò)晚或產(chǎn)生劇烈的頓挫。因此，卡車(chē)的控制算法需要引入超前量補(bǔ)償，在發(fā)出指令的同時(shí)，就計(jì)算出氣壓傳導(dǎo)的時(shí)間差，確保剎車(chē)片能在預(yù)定的位置準(zhǔn)時(shí)咬合。

卡車(chē)高速行駛時(shí)的平順性不僅關(guān)乎舒適，更關(guān)乎經(jīng)濟(jì)性，卡車(chē)自動(dòng)駕駛系需深度介入發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩管理，利用地形預(yù)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性駕駛。如在前方有長(zhǎng)下坡時(shí)，系統(tǒng)要提前降低車(chē)速，利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)而不是物理剎車(chē)，減少剎車(chē)片的磨損并降低油耗。這種對(duì)能量的精細(xì)化管理需求，是追求極致運(yùn)營(yíng)效率的卡車(chē)所獨(dú)有的特征。

掛車(chē)鉸接點(diǎn)該如何控制？

對(duì)于掛車(chē)來(lái)說(shuō)，還存在鉸接點(diǎn)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)讓卡車(chē)變成了一個(gè)多體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而非單一剛體。在倒車(chē)或大幅度轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果車(chē)頭與掛車(chē)的夾角過(guò)大，就會(huì)發(fā)生折頭現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，掛車(chē)自動(dòng)駕駛必須加入對(duì)鉸接角的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)算法。

在狹窄的物流園區(qū)內(nèi)，卡車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的內(nèi)輪差極其顯著，后方的掛車(chē)輪跡會(huì)比車(chē)頭更靠?jī)?nèi)。系統(tǒng)在規(guī)劃路徑時(shí)，不僅要讓車(chē)頭避開(kāi)障礙物，還要為身后的掛車(chē)留出足夠的轉(zhuǎn)彎空間。這就需要建立復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，實(shí)時(shí)計(jì)算掛車(chē)在不同轉(zhuǎn)彎半徑下的運(yùn)行軌跡。在實(shí)際運(yùn)行中，如果系統(tǒng)檢測(cè)到掛車(chē)有偏離預(yù)定軌道或發(fā)生側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，必須通過(guò)對(duì)車(chē)頭姿態(tài)的微調(diào)來(lái)修正掛車(chē)的路徑。

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此外，掛車(chē)的載貨重心高度也會(huì)極大影響車(chē)輛的側(cè)翻穩(wěn)定性，如果貨物裝載過(guò)高且重，激進(jìn)的變道動(dòng)作會(huì)讓掛車(chē)發(fā)生翻滾。對(duì)此，卡車(chē)自動(dòng)駕駛需集成橫向穩(wěn)定性控制功能，通過(guò)傳感器感知橫向加速度和側(cè)傾角，實(shí)時(shí)限制轉(zhuǎn)向角度。正因?yàn)榭ㄜ?chē)對(duì)車(chē)身姿態(tài)變化極為敏感，因此橫向控制算法必須比乘用車(chē)更保守、更精準(zhǔn)，才能讓這臺(tái)龐然大物在任何時(shí)候都保持穩(wěn)定。

如何做好卡車(chē)的安全備份？

對(duì)于卡車(chē)而言，自動(dòng)駕駛的安全性不僅體現(xiàn)在算法的聰明程度上，更體現(xiàn)在硬件的冗余設(shè)計(jì)上。由于卡車(chē)主要在高速公路運(yùn)行，一旦發(fā)生電子元件失效，后果將非常嚴(yán)重。因此，卡車(chē)在架構(gòu)設(shè)計(jì)需采用失效可用邏輯，即當(dāng)一套系統(tǒng)壞了，另一套系統(tǒng)不僅要能接管，還要能保證車(chē)輛繼續(xù)安全行駛一段距離。

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這意味著卡車(chē)應(yīng)擁有兩套完全獨(dú)立的轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和制動(dòng)電源系統(tǒng)。在實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，更需模擬主轉(zhuǎn)向電機(jī)掉電的情況，要確保備用系統(tǒng)在毫秒級(jí)完成無(wú)縫切換，確保車(chē)輛不會(huì)因失控而偏離車(chē)道。此外，卡車(chē)的大腦也應(yīng)設(shè)置多層監(jiān)控邏輯，除了主決策算法，還要有一個(gè)簡(jiǎn)單的備份控制器。當(dāng)主算法因某種極端情況出現(xiàn)計(jì)算超時(shí)或異常時(shí)，備份控制器會(huì)接管權(quán)限，執(zhí)行最穩(wěn)妥的減速靠邊停車(chē)指令。

這種冗余設(shè)計(jì)更應(yīng)延伸到軟件層面，卡車(chē)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控輪胎的壓力、溫度以及貨物的擺動(dòng)頻率。一旦發(fā)現(xiàn)爆胎風(fēng)險(xiǎn)或貨物位移，系統(tǒng)會(huì)立刻調(diào)整駕駛策略。相比乘用車(chē)，卡車(chē)自動(dòng)駕駛更像是一個(gè)全天候的運(yùn)維系統(tǒng)，它不僅要開(kāi)車(chē)，還要負(fù)責(zé)監(jiān)控這臺(tái)復(fù)雜機(jī)器的每一個(gè)健康指標(biāo)，以確保在漫長(zhǎng)的跨省運(yùn)輸中不出任何紕漏。