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汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

本文作者:木子 2019-09-23 18:48
导语:在日前举行的“2019 i-VISTA自动驾驶汽车挑战赛-商业化进程挑战赛”中,宏景智驾,这个在自动驾驶领域并不耳熟能详的公司,却受到了业界的普遍关注。

在日前举行的“2019 i-VISTA自动驾驶汽车挑战赛-商业化进程挑战赛”中,宏景智驾,这个在自动驾驶领域并不耳熟能详的公司,却受到了业界的普遍关注。其与江淮汽车组成的联合车队参加了量产组L3高速公路自动驾驶比赛并取得优异成绩,在绝大部分参赛车队还在使用工控机作为计算平台时,宏景智驾使用自主研发的车规量产级L3/L4自动驾驶域控制器ADCU,经受住了重庆高温、高速公路大曲率急弯等严苛环境的考验,在长达数小时的比赛期间表现稳定,未出现过间断运行、降频降速等故障,而且实际运行平均功率只有几十瓦特,比赛事组委会对量产组车载计算平台功率不大于350W的限定要求低了许多。                                             汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

1个摄像头、5个毫米波雷达和1个16线低成本激光雷达的低成本可量产L3方案,对宏景智驾的感知算法提出更高要求

8月24-27日i-VISTA自动驾驶汽车挑战赛期间,重庆的气温持续保持在40度左右,参赛车辆经高温暴晒后车内温度会上升到50度以上,而自动驾驶系统主机内部工作温度达到了90度以上。一些参赛车辆因高温导致工控机失效而不得不退出比赛,还有一些参赛车辆的自动驾驶系统受高温影响不稳定,在不同赛项中的表现差异很大。商业化进程挑战赛在重庆G85渝广高速举行,考虑到高温、震动等不确定因素可能导致非车规级自动驾驶系统在高速行驶中失灵而影响行车安全,赛事组委会赛前一天最终将竞速段比赛场景原定的100km/h最高限速降低为60Km/h。

宏景-江淮联合车队参赛人员称,比赛过程中,后备箱内的宏景域控制器ADCU实测温度也攀升到了95度,但因其采用的车规级耐高温设计上限为125度,性能并未受影响。而且在赛前数日的练习中,他们在G85开放高速上以100km/h的速度反复行驶了数十趟,车辆表现全程稳定可靠,ADCU应用层算法的鲁棒性、中间层软件的稳定性和硬件的车规级可靠性在整个比赛过程中得到了充分验证。

汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

宏景-江淮联合参赛车辆使用宏景智驾自主研发的车规量产级L3自动驾驶域控制器ADCU

i-VISTA自动驾驶汽车挑战赛让参赛车队及业界首次直观认识到了“车规级”对自动驾驶系统的重要性。没有车规级的计算平台,L3及以上高级别自动驾驶无法实现量产落地。

L3+域控制器的量产之难

汽车厂商在自动驾驶产品研发中采用稳健的渐进式迭代过程,逐渐增加用户功能(Feature),而非跨越式一步到位L4。由宏景智驾提供的下面这张表格清晰显示,通常业界共识是将用户功能与自动驾驶级别和典型计算平台架构对应起来。

L2-L4自动驾驶主流计算平台架构

汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

资料来源:宏景智驾

L0-L2驾驶辅助系统属于传统的分布式控制系统,各个功能由独立ECU单元实现,系统安全性和冗余性要求不高,因为驾驶员仍处于主导地位。L3自动驾驶系统是技术分水岭,系统的功能和复杂性大幅增加,同时因为驾驶员的参与度降低,因此对系统的安全性要求也大为增强,这时需要强算力、中央集中式域控制器架构。目前市场上还没有成熟的L3及以上高级自动驾驶域控制器解决方案,主要是源于以下多方面原因:

  • 高算力、技术复杂:

因为传感器种类和数量的增加, 以及算法的复杂性(通常会涉及到机器学习),域控制器的算力要求大幅增加,传统的几百兆主频的Arm内核MCU已经无法满足算力要求,因此包括英特尔车规级x86 CPU等成为L3及以上自驾系统主流选择之一。同时为了针对不同的软件计算类型,在计算平台硬件设计上需要选择异构设计 (CPU + FPGA或CPU + GPU),以同时满足流程计算和并行计算的需要。芯片间的高速通讯、任务调度、内部网关设计、芯片间的失效分析和安全诊断机制设计等都成为新课题。

  • 满足车规:

目前市场上的L3以上高级自驾系统多是基于工控机,无法满足大规模量产的车规级要求,特别是恶劣环境以及汽车生命周期内的可靠性要求。

  • 功能安全:

L3及以上高级自驾系统域控制器需要满足ASIL-D(ISO26262最高安全等级)功能安全需求,因此对控制器的软件和硬件以及整车系统设计有很高的技术要求,目前市场上还缺乏此类产品设计。

  • 功耗低:

高级自动驾驶域控制器相比普通车载ECU的功耗要大很多,如何降低功耗是域控制器的设计难点。例如英伟达Drive PX2功耗在数百瓦特左右,市面上的工控机多在500到1000W左右,给量产车现有电子电气架构的供电能力造成很大负担,同时大量热量无法排出(有的车辆甚至需要在后备箱打洞),因此无法满足量产需求。

  • 难以得到原厂支持:

目前业界只有少数几家公司能真正提供自动驾驶的车规芯片,而几乎每个主机厂和相关T1都在寻求原厂支持。但原厂资源有限,能支持的项目为数不多,因此能否得到原厂直接支持也是影响项目进度的一个重要原因。宏景智驾属于得到英特尔原厂支持的极少数创业公司之一。  汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

英特尔全球团队访问宏景嘉定技术中心探讨下一代车载计算中心方案的设计和开发

  • 产品价格:

L3及以上高级自驾系统域控制器的成本相对于传统ECU控制器大幅增加,如何在满足产品性能和安全性的同时,对系统成本有效把控,也是高级自驾系统域控制器设计的难点。

  • 软硬件结合:

自动驾驶域控制器不能将软件和硬件完全脱离设计。硬件设计在满足软件运行要求的前提下尽量简化以降低成本,软件需要针对选用的硬件进行优化加速以提高运行效率,两者相辅相成,脱离硬件的软件、脱离软件的硬件,都无法落地。

目前国内外有很多自动驾驶相关的创业公司,主要集中于功能算法软件开发,这类公司绝大多数源于互联网背景,对汽车行业的了解有待提高。汽车软件需要功能完善,但前提是安全可靠,并且一定要部署在合适的硬件平台上才能落地。

汽车行业“老兵”的突围路径

宏景智驾是一家成立于2018年,定位于自动驾驶全栈式系统级供应商,以L3/L4自动驾驶域控制器硬件产品先行撬动市场。

2018年4月,宏景智驾即获得华登国际、线性资本、高瓴资本、清研资本的数千万人民币天使轮投资,同年10月,与江淮就L3自动驾驶项目签约;次年2月又成功和一汽解放签署战略合作协议,主攻L3物流重卡落地。

一家成立不到一年的初创公司,为什么就获得了车厂的量产项目?针对这个疑问,宏景智驾CEO刘飞龙博士表示,“是对我们车规级软硬件开发经验和落地量产能力的信任。”

汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

宏景智驾团队成员与宏景-江淮联合参赛车辆,左三为宏景智驾CEO刘飞龙博士

查阅下宏景智驾5位主创人员的履历,无一例外地都在国内外知名主机厂、Tier1有过多年的工作经历,具有丰富的汽车软硬件研发设计经验。以CEO刘飞龙博士为例,他是英国剑桥大学博士,清华大学本科、硕士,曾在北美底特律某大型主机厂自动驾驶部门负责自驾系统架构,具有14年汽车计算平台ECU软硬件设计经验。 

5位主创人员根据个人的专业领域分工明确,分别是光学和传感器专家、自动驾驶软件算法专家、自动驾驶系统架构和系统专家、整车集成和标定专家、电子电气设计专家,这个创始团队合计参与过全球十几款量产车研发以及百万辆量产车下线的工程经验。客户基础覆盖全球车企,包括北美三大车厂(通用、福特、克莱斯勒)、德系(大众、戴姆勒奔驰)、日系(本田、丰田)和国内大部分车企,对汽车行业和主机厂客户了解很深。

有这样的主创班底,“车规级、可量产”自然就成为了宏景智驾的固有基因。这群汽车行业的“老兵”,将国内外主流车厂、Tier1的工程能力带到了团队中,全力开发L3/L4自动驾驶域控制器量产落地方案。

在整车电子电气架构发展方向上,宏景智驾域控制器ADCU属于智能驾驶域的中央控制器,擅长将多项单独的ADAS ECU功能以软件模块SW-C的形式集成。中央集成的优点包括硬件成本的降低、线束长度和重量的削减、开发工具链的统一和未来OTA在线升级的易于实现。

汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

资料来源:宏景智驾

据刘飞龙博士介绍,在技术路线上,宏景智驾ADCU以平台化设计为目标,采用以Intel面向L3等级的车规芯片Denverton为核心、辅以大规模FPGA/GPU并行计算能力而构建的多核异构计算平台架构;在设计方案和性能指标上直接对标国际一线大厂Tier1博世、维宁尔(原奥托立夫)计划2021年前后在全球市场落地的量产L3方案,达到国际领先水平。该方案技术门槛高,但计算能力强、平台性好、升级性强,能够满足高速公路自动驾驶HWP/TJP、自主泊车AVP、卡车编队Platoon、高精地图HDMAP、驾驶员监控DMS等多种L3功能。x86 CPU作为核心计算芯片,可以满足L3/L4激光雷达点云、大量目标多传感器融合和复杂路径规划等算力密集程序算法的执行。图像处理等深度学习任务由大规模GPU或FPGA完成。 

汽车行业“老兵”潜心打造L3/L4自动驾驶域控制器

宏景智驾自动驾驶域控制器ADCU

在功能安全设计上,本身核心CPU所采用的Denverton处理器,就可以实现ASIL C Random的功能安全,同时在计算平台内部集成了ASIL-D级别MCU,以实现Systematic Capability ASIL D的最高安全等级。MCU在运行硬实时控制任务的同时还运行故障诊断算法软件,对Denverton CPU、GPU、FPGA、网关、电源、输入输出电路、外围传感器等进行监控。在自动驾驶系统或ADCU故障发生时,MCU负责执行降级处理、降速行驶或紧急停车等操作。

宏景智驾ADCU在设计上严格遵循量产级设计原则,高度优化其软硬件系统,整机的最高功耗不超过100瓦特,并且在实际使用中的实测功耗远低于此上限,通常只有几十瓦特。在整车布置优化后可以采用无风扇被动散热,进一步提高可靠性。宏景智驾ADCU的高效低能耗设计使其具备非常广泛的适配性,可以用于传统动力、混合动力、纯电新能源等各种车型。

“如果你严肃地思考你的软件,你就必须要做你自己的硬件”

图灵奖获得者Alan Kay说过一句话——“如果你严肃地思考你的软件,你就必须要做你自己的硬件”。

如上文所述,高级自动驾驶产品落地难、量产难的主要原因之一是没有安全可靠的、车规级硬件平台进行部署。宏景智驾在域控制器ADCU产品开发上强调软硬件整体系统解决方案能力。

“车规级、可量产”标准,同样贯穿在宏景智驾域控制器ADCU软件开发全过程中:

  • 采用汽车行业严格的软件开发流程和开发标准(ASPICE),执行设计评审、验证和主线管理,确保自动驾驶软件的高可靠性。

  • 采用自主开发的中间层软件框架(非ROS),参考Adaptive Autosar, 针对量产级硬件平台进行优化,提高软件的效率和实时性,实现软件在量产硬件平台上的部署,而不是仅仅运行于工控机或原型开发系统上。

  • 在开发功能软件的同时,具备相应的故障诊断和功能安全软件开发能力(这两项需要很强的汽车软件、硬件和系统开发背景和对失效模式的深刻理解),实现真正的量产软件要求。

  • 软件采用模块化设计并具有良好的可标定性,针对同类应用的不同客户需求可以通过标定快速实现功能需求,而不是重新开发软件。针对不同的场景应用,通过不同的软件模块搭配和适当的标定,也可快速实现所需功能。

  • 软件测试和验证采用多重验证方法,在软件开发的不同阶段,采用包括模型在环、软件在环、硬件在环、整车在环、封闭试验场、开放道路等多种测试手段,既保证了软件的可靠性,又加快了软件开发验证的过程。

【小结】

L3以上高等级自动驾驶域控制器软硬件开发技术门槛高,对相关人员的专业性和工程经验积累都有很高要求。宏景智驾的目标是成为全球自动驾驶系统Tier1供应商,作为一家由汽车行业“老兵”创立的公司,旗下产品的突出特点是车规级计算平台、全栈软件、自动驾驶与整车E/E电子电气系统集成、ASIL-D功能安全(ECM、TCM、ESP、EPS等),遵循高可靠性汽车软件开发流程标准(ISO26262/V-Cycle/ 硬实时/高可靠性),因此具有与博世、维宁尔(原奥托立夫)、采埃孚等国际一线Tier1对标的、高级自动驾驶域控制器的研发实力。

另据了解,宏景智驾在ADCU研发过程中赢得了英特尔全球团队的充分肯定,并在共同探讨针对下一代基于硬件算力可快速升级的车载计算中心方案的设计和开发。

麦肯锡相关数据显示,2022年L3自动驾驶汽车将加速进入市场,2025年普及率将达全球新车销量的15%以上,中国市场预计占比超过50%。今年3月,宏景智驾完成了ADCU硬件A样开发,3家一线整车厂客户和数家合作伙伴客户已装车试用,目前正在进行B样件研发和DV车规测试,计划2020年进行B样小批量装车,2021年完成C样所有车规级验证、开始批量供货。赶在L3自动驾驶汽车大规模量产之前实现量产的宏景智驾车规级自动驾驶域控制器ADCU,国内及全球的市场前景广阔。


作者:周丽(MobilityTrend)

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