卡车行业正大力推动自动驾驶和电动化,以降低货物运输成本并试图解决长期存在的问题。

 

自动驾驶的经济效益是引人瞩目的,其中最重要的原因是合格的司机几乎永远短缺。但要实现无人化目标也有一些技术障碍。除了车厂面临的挑战外,还存在载重变动和天气的实时调整问题,以及如何加强快速为大量电池充电所需的基础设施。

 

Arm的汽车与IoT业务线的汽车合作总监Robert Day说,美国和英国目前都缺少10万名合格的卡车司机。这有助于推动自动驾驶卡车的发展,即卡车将能够以自动驾驶模式在高速上行驶。因此,尽管大多数专家认为在汽车中实现L4/5自动驾驶还需要时间,但越来越多的人支持“有监督的自动驾驶“将更快地在卡车运输业中落地。

 

Cadence的设计IP营销总监Tom Wong说:“在所有与自动驾驶有关的事情中,魔鬼都在细节中。L5到底是什么?通俗地说,它意味着给定一个起点和最点,车辆将在没有人类干预的情况下自行巡航,并将你安全送达目的地。在最终的情况下,甚至可能没有方向盘。这会很快实现吗?目前,乘用车已经达到了L2。到目前为止,有两个L3的例子已经被当地交通部门认可,一个在德国(奥迪),一个在日本(本田)。大多数车厂已经在回避对L5的过度承诺,而是将注意力集中在尽早达到L3和L4上。这就是为什么除了摄像头(视觉)和传感器融合的作用之外,还有这么多关于雷达激光雷达需求的讨论。”

 

但自动驾驶卡车不必像乘用车那样一定要cover所有区域。例如,它们可以被限制在有限的高速公路上,将货物运送到这些道路旁边的仓库/存储点。

 

Synopsys的汽车软件和安全解决方案架构师Christopher Clark说:“我们已经看到了重卡行业的巨大进步,因为从财务影响的角度来看,他们确实有一个关键驱动力。卡车车队以及农业领域所做的工作表明,这绝对是他们要继续走的一条路,而且他们可能走在乘用车的前面。”

 

但是对于大型车厂来说,技术优势不会像一些人所期望的那样明显。例如,大众等汽车巨头正在开发卡车运输和乘用车方面的技术,并在这两个领域利用这些技术。美国大众负责电动车和创新的副总裁Matthew Renna说:“大众有一家名为Traton的公司,它是负责重卡运输的商用车部门。在电池和半导体方面拥有大众这样的规模,绝对是解决重卡运输问题的重要的一部分。显然,电池的构造和电子器件的排列方式有很多不同的应用场景,但你肯定能看到技术可以跨越的地方,并在大众汽车集团内部建立这种规模效应。”

 

竞争白热化

 

与此同时,一些非传统领域的竞争也在加剧。Clark说,一些初创公司正在深耕重型卡车运输的后市场或次级服务产品的运营模式。

 

以TuSimple为例,该公司正在亚利桑那州、新墨西哥州和德州进行商业运营,并计划进行扩张。通过其AFN(Autonomous Freight Network),该公司为托运人和承运人提供运力服务。托运人使用该公司的自动驾驶卡车车队,按每英里交付率签订运力合同,但承运人也可以购买自动驾驶卡车并在AFN上运营,并在需要时使用TuSimple的自动驾驶运力。车队所有者也可以拥有并经营自己的自动驾驶卡车车队,在AFN上运营。

 

 

 

Clark说:“这是该行业相当典型的情况。Freightliner和其他公司提供重型卡车,而初创公司往往提供基础平台。但很明显,特别是像Nikola和其他公司这样的新进入者,这对电动车和自动驾驶来说肯定需要时间。当我们看目前典型的电动车充电情况时,换电模式并没有真正流行起来。它可能会像某些国家讨论的那样,会随着事情的进展而改变。但是对于重卡运输来说,你没有真正的选择,所以你必须有重卡运输行业的基础设施。你得到的是消费车辆的副产品,所以它绝对是有意义的。特别是当你考虑燃料成本和这些车辆的整体效率时。他们正在寻找半英里的性能提升,因为那是很重要的一部分成本。”

 

英飞凌的内存解决方案部门的负责人Sam Geha说:“不过,基础设施是目前的一个关键障碍。对于卡车,你需要新一代的超充技术。到明年,你将开始看到双充功能。但是仍然会有基础设施方面的挑战需要解决,而这些都需要时间。”

 

Geha表示,卡车运输的电动化和最终的完全自动驾驶背后有不同的动机。其中一个关键因素是柴油发动机对全球变暖的影响。车辆的电动化为卡车内更多的电子设备和更多的自动驾驶功能打开了大门。这也有望成为芯片制造商的福音,他们将开发用于车辆电动化以及为这些车辆提供快充能力的部件。

 

但就卡车运输而言,电动化和越来越多的自动驾驶也是一个强有力的商业场景。司机太少,而且对司机连续驾驶的时长有强制规定,这降低了货运的速度,影响了经济性。

 

Wong说:“司机的疲劳和睡眠不足会导致事故。卡车运输和物流/运输也有非常明确的路线,这使得为L5/有监督的自动驾驶做好准备更加容易。还需要降低运输成本,因为在卡车停靠站过夜要花钱。自动驾驶还能提高燃油经济性,并能减少维护成本。这对大型半挂车来说是非常独特的,因为它们非常重。此外,总运营成本对车队有利。有许多可能的解决方案。ADAS对卡车运输非常有用。高速公路上的驾驶辅助系统实施起来要简单得多。V2V可以实现车队运输。此外,激光雷达的成本较高,并不妨碍采用。大型半挂车相当昂贵,而使用激光雷达的增量成本使L3和L4变得可行。此外,与乘用车相比,传感器的成本也不那么令人担忧。”

 

这就需要一个高速用例ODD(Operational Design Domain),借鉴了城市中Robotaxi的设计。它主要是前向的,用长距摄像头、激光雷达和雷达来探测车辆前方的物体。

 

Arm的Day说:“这种ODD还可以包括V2V通信,以实现卡车组队,由于运输的长距离性质,ODD需要考虑到不同的和不断变化的环境条件(太阳、雨、雪),这在有地理围栏的Robotaxi ODD中往往是看不到的。这意味着需要许多不同的传感器模式(激光雷达、雷达、视觉)与一个异构的计算架构,这将有助于融合数据、分析环境,并做出适当的决定和执行。”

 

鉴于卡车和乘用车之间ODD的差异,这是否意味着每个OEM都应该有自己的车辆架构?

 

西门子的自动驾驶和ADAS高级总监David Fritz说:“如果OEM向下一代汽车平台设计迈出半步,他们就会有明显的不同。如果他们迈出了一大步,所有的东西都是汽车以太网,以太网直接连接到执行器,有中央计算能力,尽可能多地把传感器放在附近,那么除了算法的训练方式之外,真的没有任何重大区别。例如,大型半挂卡车加速和减速所需的时间要比乘用车长得多,所以当你把车辆放在测试场景中并验证决策是否正确时,你必须考虑到这一点,仅仅是因为重量上的差异。”

 

另一个很大的区别是卡车与乘用车的乘客数量。Fritz说:“在卡车运输中,你真正关心的是货物有多重,或者卡车是装载还是卸载。这动态地改变了决策的方式,有多少时间可以刹车和转向,或者你是否应该在拖拉机周围转向或只是在它后面等待。这些都是重大的决定。但是电子电器构架,如果他们一直延续到下一代,真的没有太大区别。”

 

GuardKnox的CEO Moshe Shlisel指出,一家欧洲车厂已经将其自动驾驶卡车架构与乘用车分离开来。这意味着他们不会追随乘用车并采用相同的架构,他们将为卡车的需求建立自己的架构。这一点非常令人放心,因为如果你比较一下乘用车的复杂性,有时你会发现10-15个不同的内部网络,以及附带的那些东西。现在,乘用车中是一个ECU大杂烩,但在卡车上要温和得多。最多50个ECU,而且网络较少。当你采用不同的架构时,为了解决卡车运输中真正需要的东西,我们将看到越来越多的zonal架构,以及更多采用高性能计算,这是基于高性能计算的嵌入式系统

 

GuardKnox正在与OEM和Tier 1合作,建造一种高性能计算机,并开发出一个完整的zonal架构。Shlisel说:“通过这样做,你可以远程控制系统。而且因为你可以随着成长而改变它,你可以改变软件。如果你犯了一些错误,你可以定期监测,因为它是联网的。然后,如果你从一开始就实施网络安全层,那么你就有一个远程控制和远程监控的系统,可以根据你的需要进行更新或改变。”

 

技术进步孕育出机会汽车/卡车行业正在经历自Model-T以来最大的转型,OEM、Tier1和初创公司正在寻找当今最先进的技术。这包括AI、电动化和云计算,以及这个领域中前所未有的其他能力。

 

Synopsys的Clark指出:“对于重卡领域的第三方供应商来说,这是一个有趣的行业。我们习惯于看到其他人,不一定是制造商,提供遥测信息、维护信息和许多其他功能,在支持他们所运载的任何货物之上。这开辟了有趣的机会。如果我是一个短途或长途卡车司机,而这家公司带来了这种有趣的电池功能,它是拖车的一部分,只需插入我的卡车,现在我可以多行驶300-400英里。这真的很有说服力。在重卡行业有很多开放的创新领域,供现有和新的组织参与。”

 

有趣的是,当Intel/Mobileye开始使用这项技术时,第一个市场是面向卡车后市场。Arteris IP的营销副总裁Kurt Shuler说:“当时的想法是,如果你安装Mobileye的系统后,你的保险费用支付就会减少。这就是价值主张,将这些功能加装到这些卡车上。当发生事故时,这些卡车会有很多责任。这就是为什么像FedEx和Amazon这样的公司,不像UPS那样,说‘这些卡车是我们车队的一部分。我们拥有它们‘。他们是独立的承包商。因此,如果你的Amazon快递或你的FedEx陆运送货车出了事故,这是承包商的责任。这类事情在经济上有激励措施来增加落地可能性。”

 

Shuler说:“自动驾驶卡车对成本竞争力也会有很大影响。在长途卡车运输中,由于法规对卡车司机的驾驶时间有限制,即使卡车不是100%自动驾驶,如果他们能延长时间,使货运更便宜或更长,这就是一个好处。”任何时候卡车闲置不动就是不赚钱的。如果他们能更好地利用现有的基础设施,这是一个容易决定的事情。如果你有一个昂贵的资本资产,而你可以为它增加两倍的工作负荷,那么穿越整个国家可能更可行。如果你开车穿越堪萨斯州或内布拉斯加州,这很好,但一旦你进入圣路易斯,也许系统就无法运行了,所以司机必须接管驾驶。这项技术使它非常有吸引力,一旦你进入完全自动驾驶,它最终会成为这些东西的试验场。”

 

此外,电动车设计的一个重要目标是帮助改善电池寿命和电源管理。嵌入式FPGA技术可以帮助实现这一点。

 

Flex Logix的销售副总裁Andy Jaros解释说:“通过将高性能的嵌入式FPGA技术集成到ASIC中,开发人员可以集成更多的功能、提高性能、增加灵活性,还可以节省电力。某些架构可以通过使用三重冗余和使用其他技术来减少高可靠性应用的软错误率。”

 

然而,目前还很难确定在完全自动驾驶的卡车被大规模使用之前还有多长时间。技术可能已经是存在的,但人类仍然不愿意完全接受它。

 

一个转折点,至少在卡车行业,可能是卡车司机短缺的问题。Shuler说:“没有多少人愿意做这份工作。它赚不了多少钱。司机总是有短缺,这说明车队公司没有支付足够的工资来吸引人们做这项工作。谁想一直在卡车里待着?谁想以此谋生?因为总是缺少想成为商业长途卡车司机的人,所以似乎这将是这项技术首先被应用的原因之一。起初,它可能会延长卡车司机的工作时间。它将变得足够好,在大多数情况下,如果卡车司机睡着了,系统可以接管。”

 

他说,另一个有很大潜力的领域是车队管理。“这将是在地方层面上,像UPS、FedEx等公司高度优化的路线,因为目前你仍然需要有一个人装卸货物。但一旦技术足够好,你可以延长司机的工作时间吗?这将在长途卡车运输之后出现。一旦技术足够好,最初你就开始延长司机的工作时间,然后机器人就可以投递包裹了。”

 

Fritz预计,未来十年完全自动驾驶的大部分好处将被驾驶室中仍然需要有人这一事实所抵消,所以真正的价值来自于不必停下来休息,人们不会在方向盘上睡着,更有效地在交通繁忙的情况下进行巡航。“如果你有一辆自动驾驶汽车,即使有司机,只需跳过洗手间休息时间,停下来吃晚饭等等,你就可以节省40%的总驾驶时间。即使会有排队和诸如类似的事情,我仍然看到某种人类的参与。因此,这可能不是对驾驶室的完全重新设计。仍然需要有监督和超越的能力,只是因为有这么多的东西在上面。在乘用车中,有乘客在车内,但在卡车中,你可能有价值20万美元的产品在拖车上。卡车行业需要更长的时间才能说:‘是的,让那东西自己行驶,如果它撞上几辆车,没什么大不了的。我们会让律师来处理的。’我不认为这是未来的方向。”

 

Fritz说:“随着卡车运输向自动驾驶的方向发展,其他相关的问题也越来越受到关注,包括感知拖车移动时负载的能力。这些卡车后面有非常多的负载,甚至重心可以移动几英寸。因此,如果它不是一个平衡的负载,那么系统必须感知到这一点并作出相应的调整。”

 

与自动驾驶和负载移动有关的另一个纬度是环境条件。

 

他解释说:“如果道路是湿的,你的制动距离是多少?然后,在此之上的另一个维度是,一旦我踩下刹车,如果我因为道路湿滑而侧滑,负载就会移动。这如何改变我之前应该做出的决定?另外,当负载重量发生变化时,会发生什么?系统是如何动态地做出决定的?卡车从A点到B点可能有5站。每次装卸货物,重量都不同,分布也不同,所以事情必须在行驶中重新计算。这就是乘用车不必处理的额外复杂性。”

 

这表明拖车内要有额外的电子装置,包括传感器和陀螺仪,以提供关于负载重量和位移的数据。

 

然而,另一个方面是动量的概念,以及其如何影响车辆。Fritz说:“如果是一个不平衡的负载或一个发生位移的负载,那么动量矢量就会改变。这方面的很多东西都可以被感知到。问题是你是否能在足够的时间内感知到它,从而在雨雪等边缘场景下做出正确的决定。”

 

更先进的功能,包括座舱内视觉解决方案,如监控司机分心、人的存在和司机识别,必须在未来得到解决。在这方面,正在考虑可重构的计算方法,因为单个芯片可以用于多个应用,而不必去支出多个高额的ASIC芯片开发成本。

 

Flex Logix的销售和营销副总裁Dana McCarty说:“一个单一的可重构设备可以为多个应用提供低功耗的高性能,同时还可以通过OTA为不同的算法提供远程的错误修复和功能增强。这满足了电动车OEM的需求,不仅节省了功耗,而且还减少了采购额外部件的需要,并缩小了模块的尺寸,这可能是产品成功的关键因素。”

 

 

结论

 

 

Fritz指出,从卡车到乘用车,从拖拉机到其它农用设备,都在迅速地迈向完全自动驾驶,因为如果出现故障,风险相对较低。

 

“在另一端,对于乘用车和卡车,仍然有很多人感兴趣和关注。在这种情况下,卡车运输和乘用车对安全性和可靠性的要求是基本相同的。从保险公司的角度来看,他们在这方面会有发言权。你可以看到,保险的成本将决定什么平台更适合安装自动驾驶系统。这是在乘用车和卡车行业一起聚焦的。是的,成本上会有节省,但所有的安全性和可靠性问题还不能都被解决。鉴于绝大多数卡车运输仍处于L2和L3,而乘用车已开始进入L4和L5,自动驾驶部署的时间表将有所不同。”

 

 

[参考文章]

Long-Haul Trucking With Fewer Drivers — Ann Steffora Mutschler