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领世科技解决整车控制“卡脖子”难题让自动驾驶实现规模化量产

发布时间:2023-11-17人气:

  目前中国有近100家从事自动驾驶算法研发的公司,但L4及以上级别的自动驾驶依然停留在基于改装车做示范运行的阶段。我国自动驾驶起步快落地慢的原因不在于算法能力,而是因为底层车辆控制的核心技术还在被国外技术“卡脖子”。

  在本次中国创新创业大赛广州赛区新能源及新能源汽车赛道获得第二名的广州领世汽车科技有限公司,就是在整车控制核心领域真正打破国际垄断,实现国产替代的行业变革者。

  近年来,随着机器视觉、深度学习等AI底层技术的发展,自动驾驶迎来投资和创业大潮。围绕自动驾驶的“环境感知-决策规划”环节,研发决策软件(算法)、AI芯片、传感器硬件(激光雷达)的科技企业在融资速度和估值优势上一时风头无两,一片热闹之下,似乎无人驾驶的未来已经触手可及。

  而实际上,AI算法只是高级自动驾驶汽车上路飞驰的必要非充分条件。汽车工程人士提醒,作为一项复杂精密的机械,车辆在具备上层“感知-判断-决策”能力之后,还必须通过整车控制系统驱动下层诸多末端执行器(电池、电机、转向、制动、油门等)才能完成运动,只有形成“感知-判断-决策-控制-执行”自上而下的闭环,自动驾驶才能落地。

  换言之,如果将自动驾驶算法比作“大脑”,那么整车控制系统及末端执行器就是自动驾驶的“中枢神经”和“四肢”,是L4及以上无人驾驶真正落地的基础。

  如果我们深入关注自动驾驶底座的技术发展,就会发现,传统的汽车电气架构已经逐渐无法适应自动驾驶的需要。当前的汽车电气架构仍以分布式ECU网络为主,从发动机系统、抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统,到车身各类安全、网络、娱乐系统等,均通过电控单元(ECU)实施控制,最后由控制器区域网络(CAN)、局域互联网络(LIN)和 FlexRay 等连接通信,形成连接至一个或多个系统总线的网络节点。

  但急剧增加的ECU数量带来了诸多弊端。首当其冲便是车身线束规模庞大,增加车身重量的同时也极大提升了车身布局的难度,不仅元器件成本高,能耗也居高不下;其次,复杂的电气环境与过长的通信距离,也影响了电信号的传递精度、及时性与稳定性,为自动驾驶安全埋下了隐患;此外,当前ECU软硬件高度耦合,不同的ECU采用不同的嵌入式应用程序,而且通常由不同的厂商供应,这便会导致沟通过程繁琐,更无法保证软件的统一维护和OTA升级。

  汽车电气架构由分布式向集中式变革,是势在必行的。显而易见,特斯拉已经率先引领了基于车身区域集成的架构。2017年Model 3发布时采用了中央计算模块 (CCM)、左车身控制模块(BCM LH)和右车身控制模块(BCM RH) 的架构对车身进行控制,其中中央计算模块整合了自动驾驶域、信息娱乐系统域和通信系统域,左车身和右车身控制模块分别整合了车身与便利域、底盘与安全域和动力总成域。通过高度集成,可以大幅减少控制器和线束数量,实现软硬件解耦,成本持续下降。

  目前这一思路有安波福、丰田等企业跟进,也有企业是按照功能域进行集成的。但总而言之,各大主机厂正加紧布局“中央集成+区域控制”架构,并且计划在未来2-3年内推出量产车型。集中式E/E电气架构将逐步成为未来智能汽车的标配。

  域控制器是集中式E/E架构高度依赖的核心部件。如果按照功能域进行划分,大致可分为动力域、底盘域、车身域、自动驾驶域、智能座舱域五大类。动力/底盘域控制器主要负责车辆运动及安全,车身域负责门窗、空调等功能控制,自动驾驶域则集成了高算力AI芯片供车辆形成自主定位、环境感知、路径规划等决策能力,智能座舱域控制器将是新一代的车载智慧娱乐大脑。各功能域相互关联,协同发展,甚至可以进一步融合,例如将车身域和智能座舱合并。

  如果按照领世的观点,域控制器还可以进一步细分。根据车辆功能架构的层级,自动驾驶域、智能座舱域控制器偏重于上层,并且代表车辆新增的智能化应用;下层是电机、油门、刹车、转向、雨刷等执行机构;作为控制执行器运作的动力域、底盘域、车身域控制器,位于中间层,成为自动驾驶不可或缺的一环。

  领世汽车创始人王俊华认为,中间层控制系统大有可为。王俊华将中间层控制系统定义为中央控制器,因为它不仅承担控制执行机构、确保功能安全的不容忽视的责任,同时也提供向下吸收合并ECU、向上提供软件接口的能力。通过中间层的中央化和集中化,几十个独立的ECU单元将被替代,随着技术的发展,这个数量有可能更多;而统一的接口服务,用软件定义汽车,可以让自动驾驶及影音娱乐更加便捷。这也是领世入局中央控制器赛道的关键因素。

  市场的快速增长是对该产品价值的直接认可。据麦肯锡预测,到2025/2030年,随着整车EE架构更新的趋势不断发展,全球域控制器市场规模将达到1290/1560亿美元,其中动力/底盘/车身域等中间层控制器的份额将达到总市场的60%/54%。

  站在更加宏观的视角,我国的新能源汽车产业链,无论在技术上,还是规模上,都在走向世界前列。在此背景下,国产厂商已经拥有了独立攻占市场,对国际Tier1形成冲击的技术实力,诸如整车控制系统等核心零部件正在实现国产替代。

  过往由于我国在中间层控制系统及下层执行机构方面技术薄弱,主要依靠国际Tier1提供,导致处于空有上层自动驾驶算法,却无法拥有自动驾驶底座的窘境。国外厂商具备上层+中间层+下层的全栈技术,对国产厂商卡脖子,因此即使是已处于优势地位的国内自动驾驶算法公司,也不能实现前装量产。就如前文所述,上层算法若脱离中间层+底层,就如同脑袋脱离身体,自动驾驶也如同痴人说梦。

  领世的使命,就是打破核心技术国际垄断,实现中央控制器核心部件国产替代。而当前的优势还在于,公司方案顺应集中式E/E架构的革新趋势,对传统Tier 1(如博世)的分布式架构,并非是1对1的ECU替换关系,而是技术路线上的整体革新,能够在新一代架构上对原有ECU进行集成与优化,从而一举突破长期以来缺乏自主可控、核心技术被国外卡脖子的现状。

  特斯拉将整车控制能力集中于三块核心板卡上,各控制单元可以实现就近接入、统一管理。领世的中央控制器核心产品也是三块高度集中的车载板卡,并且按照功能区域划分为动力域、底盘域和车身域三类控制器,他们都有一个共同的名字——“神阙”。

  “阙”即是“门”,领世汽车的创始人王俊华寄希望于通过神阙系列产品,打造智能汽车整车控制的基础设施,助力汽车电气架构革新,从而真正实现软件定义汽车之门。

  具体到功能,神阙系列产品肩负着不同的任务与使命。神阙-I(动力域中央控制器)集成了VCU整车控制、TMS热管理控制和CGW整车CAN网关,是整车动力控制、能量管理和通信大脑;神阙-II(底盘域中央控制器)集成整车线控控制,负责车辆转向及各种复杂的制动,通过与自动驾驶传感器的结合运用,向底层执行机构发出指令,以满足如AVM环视、APA自动泊车、ACC自适应巡航、LKA车道保持、LCC车道居中、ALC拨杆变道、AEB紧急制动等高级自动驾驶场景需求;而神阙-III(车身域中央控制器),则集成车身灯光、门窗、后视镜、雨刮器控制,以及远程监控、胎压监控、BLE等功能,实现车身域的线控化。

  之所以没有涉及目前大热的自动驾驶域和智能座舱域控制器领域,王俊华表示,是希望能先集中做好车辆控制和功能安全,使得自动驾驶公司能够同样专注于算法优化与算力提升,解除其后顾之忧。

  目前神阙-I已经在创维汽车的在售乘用车型上实现前装量产,累计订单1.5万套;神阙-II也已获得车厂的前装定点,将在2022年6月伴随创维新车型量产上市;处于Demo阶段的神阙-III预计2023年实现前装量产,快速铺进市场。

  神阙系列控制器的组合,最终是为了以集中式E/E架构构建智能汽车整车控制系统。虽然集中式架构已经成为业界共识,但受限于基础研发薄弱,开云网站 kaiyun官网行业内长期缺乏成熟的解决方案,因此领世成为了国内第一家为客户提供特斯拉式集中式架构整车控制解决方案的供应商,让国产替代化作现实。

  在传统分布式架构下,车内通常可遍布多达上百个ECU控制器。领世方案通过集中式中央控制,不断向下吸收合并,将逐步消除高达44个传统ECU元器件,从而相应地大幅减少车身线束,将每台车的硬件成本降低24000元。

  成本的大幅缩减对车厂的吸引力是显而易见的,这让车厂可以拥有更强的价格竞争力,对新能源车的快速普及至关重要。与此同时,一些隐形成本的降低也不容忽视。电气架构的简化必将带来生产环节的减少和生产效率的提升,同样会减少可观的供应商管理成本。

  作为先进的新一代架构,领世方案在技术上确保了整车全栈可控,即L4级别车辆的全部自动控制,并向上提供标准接口,因而车辆在全生命周期内均可以实现OTA升级,为软件定义汽车奠定基础。

  在业内充斥着“定点”、“合作”的声音下,能够实现前装量产是判断供应商专业实力的重要标志,拿到车企量产订单意味着足够强的工程化和商业化运作能力,开云网站 kaiyun官网以及供应链管理、产品品控等核心方面的能力。出于对公司产品和团队经验的认可,创维汽车与领世科技达成神阙全系列产品独家合作。其中央控制器产品经受了超过2年的严格测试、验证,按照已经销售的1万台车平均行驶里程1万公里计算,累计无故障行驶里程已经达上亿公里,从而在消费端进一步验证了产品的可靠性和安全性。

  除了向主机厂提供中央控制器产品之外,领世还向自动驾驶算法公司提供自动驾驶线控整车产品——线控底盘搭载神阙控制器产品,摄像头、雷达等感知设备以及自动驾驶高算力平台亦由领世搭建并提供标定。从底盘到上层提供全栈式解决方案,让自动驾驶算法公司能够以更低的成本获得接口更开放、效果更可控的线

  既然整车中央控制如此重要,未来是否会有来自互联网科技厂商或者主机厂的竞争呢?

  功能安全的实现高度依赖经年累月的工程经验和时间,以持续积累数十万种失效模式。

  功能安全的另外一个依赖因素是团队的专业研发经验。领世的核心技术团队成员都具有10年以上的整车、核心零部件及自动驾驶技术研发经验,不乏国家科技部重大评审专家和汽车主动安全与控制的业界权威。

  王俊华及其团队是10多年前广汽最早开始研究新能源汽车时的骨干成员。据业内人士透露,这些国产第一梯队的主机厂很早就斥巨资找国际知名公司做咨询,一方面是为了全面了解国外各种领先的新能源造车核心技术和方案,先进行“输血”,另一方面通过持续不断的多个量产项目探索一条适合自身的国产化道路,最终实现“造血”。作为国内最早一批真正掌握整车中央控制技术和开发验证know-how的团队,自是带有引领行业完成从0到1的转变,打破国际Tier1垄断的使命感。

  神阙-I产品90%的代码用来应对失效模式,总代码量达到30万行,追平博世等国际巨头的失效模式库,真正做到功能安全永不失效。

  领世的整车中央控制系统具备了从研发到量产的全面国产替代能力。6年的研发和量产验证的成绩更是为领世带来了无可替代的先发优势。

  涉及汽车功能安全的产品,研发周期至少要3-5年,以及1-2年的测试验证时间,漫长的研发验证周期为新入局者设立了极高的准入门槛。即便是主机厂,过往如果没有投入去做整车控制技术的积累,也一样需要再走一遍领世的路。“而且我们在产品设计时就在持续思考什么是最优的架构,以此指导控制器的设计。但主机厂会比较片面,因为只会考虑如何适配自己当前的车。“更重要的是,主机厂非常认实际案例,

  产品在别的厂家量产车型验证安全了,才会松开前装闸口。领世之所以能够打动创维,也是因为客户看重公司团队过往在整车和类似零部件上有大规模开发和量产的实际经验。“我们的神阙-I在在售车型上已经经过2年多的用户验证了。2023年,神阙系列三块控制器会在创维全面前装,目标就是用集中式E/E架构将创维推到更高的技术领域。将创维这个案例做好做完整,后面再去切入其他车厂就会很容易。”

  团队、案例、技术积累综合形成的优势使得领世在整车控制器领域还没有国产竞争对手。王俊华坦言,领世的目标对手只有博世。

  技术层面已经追平国际巨头,接下来更重要的是打破原本国际Tier1的垄断生态。国际Tier1依靠完整的产业链和特定商业策略,全面把持中层控制及下层执行机构,排斥国产产品。“车厂不是不想在制动、转向这些核心底层执行器上尝试国产产品,但由于中间层控制器被国际巨头把控,他们可以用不负责这些第三方执行器安全性为由让车厂退却。“

  更进一步的发展,是当木桶的各个短板都被补齐之后,就真正开始具备引领新能源汽车技术发展,以及向外技术输出的能力,实现中国造车强国的换道超车之路。虽前路慢慢,但基础不再薄弱,趋势亦不会改变。领世等国产科技厂商踏实坚定,耐心耕耘,一定可以抓住加速发展期,实现跨越式发展。

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