汽车领域那些号称「黑科技」的配置都真的那么实用吗？
Self-driving被点名无数遍就不提了。常规的机械内容，其实也没什么太多好说的了------现行的黑科技其实一般概念和原型几十年前就出现的了，如今一般只是实现了大规模量产的可能。 但既然这个话题挂上了人工智能的标签……就说一说外界可能相对冷门，但其实是个技术热点，也非常实用的一个黑科技，Predictive-driving预测驾驶。 预测驾驶的内核是“预测”，框架非常庞大，涉及到的内容也非常之多，有一部分实际上和ADAS是相通的。 如何理解“预测”呢？ 汽车的软件里有一套自己的运行逻辑，通过这些逻辑让执行器得以实现功能。 打个比方，我们按下Start键后，不是简单的通电、点火而已，控制器在电光火石之间完成了许多检查，如果有哪个部件故障，我们在仪表上就会看到提示，也只有当满足了“刹车踏板被踩下”等条件时，才会触发真正的点火过程，点火后控制器继续执行一系列检查，比如当前水温如何，催化器是否起燃等等，如果是冷启动，此时燃烧按方案A执行，否则按方案B等等，对于每个过程，会决定有哪些输入，并得到哪些输出，最终定义执行器现在应该如何工作。 这些逻辑，按照复杂程度，大体上可以分为三个层级： 1.基于MAP的控制：简单说就是查表，比如天气+气温，决定了我们的出行搭配：下雨+低温，我们会带雨伞+多穿衣服，晴天+高温，我们会选择短袖。而对发动机而言，通过目标转速+目标扭矩，就可以查表选择一个既定的结果，从而得知如何控制各种燃烧参数。这种控制简单而直观，缺点在于，需要通过大量的试验标定并完成预设，对于开发时没有考虑到的点，全部按插值处理。 2.基于经验公式的计算：这就很容易理解了，比如比萨斜塔上哪个铁球优先落下，我们知道公式 S=\frac{1}{2}at^{2}，很容易可以得到t这个答案。经验公式的数学模型，给定相应的输入，就能得到相应的结果，相比查表的形式，可以应对更广泛的场景，但前提是，拥有足够的工程经验，能够形成足够理想的控制模型。 3.基于Real-time的控制模型：这个也不难理解，等同于一般工程开发时的性能仿真模型一股脑都丢进去做控制了，比如著名的GT-suite，它本质上也是2，但是复杂程度不可同日而语。2的目的在于计算特定的一些参数，而一个理想的3，能够复现整车的全部状态。开发时我们可以离线完成这个过程做评估，但是在整车上以毫秒计算的控制要求，是这种复杂程度的模型无法跟上的------现有的量产版ECU根本无法提供这个程度的算力。 上面这几种情况，我们可以发现一个问题，整车上所有执行器的控制，比如发动机就是一个大的执行器，都是基于当前的状态来完成计算的，根本无法预知未来的情况。需要预知未来的话，实际上也仅仅需要补充一个信息------车主的目的地。 知道了目的地，就能做路径规划，一旦打通了导航与整车控制之间的关系，一切问题都能得到解决。 举个简单的例子，比如通过导航信息得知，前方2公里有拥堵但不是完全无法移动，平均车速5km/h，那么此时汽车自己把启停功能关掉，就能避免走走停停带来的不舒适感；比如通过导航得知，前方5公里开始长达50km的爬坡山路，为了避免汽车过热，此时即使水温还不够高，也可以提前打开风扇，降低水温，等等等等。 如果没有导航信息呢？ 结合用户习惯也可以得到些结论。工作日早晚高峰，车主长期通勤于两个目的地，后续就可以假定，车主在工作日早晚高峰点火后，就是计划通勤，即便没有打开导航，也可以做这样的合理设定。甚至于，在预知车主即将上班或者下班时，提前打开空调，北方可以尽早除霜制暖，南方可以避免中暑，等等等等。 这都属于预测驾驶的一部分。 那么，预测驾驶都有哪些内容呢？ 对未来进行预测，可以视这个“预测”的时长，分为几个类型：以秒为单位，主要是换挡策略、扭矩补偿或能量回收；以分钟为单位，通常是考虑了交通情况，比如这个路口和下个路口红绿灯之间的情况，可以预测出合理的驾驶建议，或者是对巡航工况的优化；更长时间的预测，就是长途旅行中需要的能量管理、热管理，等等；如果是以整车全寿命为考虑的预测，想要的是零部件耐久性的信息。 这几个类型密不可分，我们考虑的是整车全寿命的事情，分割到具体的每一次出行它应该是什么样的状态（考虑零部件的衰减，新车与旧车的使用情况是不同的，最简单的比方说纯电汽车的电池老化应对），对于每次长途出行进行路径规划后，又可以分割成一段一段的小距离进行预测，而最后每一段小小的距离，都能在以秒为单位的预测策略里得到应对。 依据这些情况，大体上就可以分成Eco-driving、热管理、能量管理和寿命管理几块。 Eco-driving是和ADAS最紧密相关的一块，它为驾驶者提供策略上的建议，比如考虑种种因素后（主要是卫星、导航、雷达得到的路况解析），应当如何控制车速，应对如何处理踏板的行程曲线，什么时候换挡，等等------比方说某个车速下，可以是六档也可以是七档，七档也许更省油，但是六档的NVH或许更好，或者说在某个极端条件下的的可靠性更强，那么区分情景，就可以有不同的换挡策略------如果是依靠EMS自身，在仅仅对当前整车状况做考虑的条件下，并无法实现那么理想而全面的策略。 这部分策略有一部分也依赖Self-driving所需要的Lidar，Radar甚至摄像头：比方说在巡航时，检测到前面出现一台车，它正在逐渐减速，那么通过导航信息------前面是否是路口，是否有红绿灯，以及这台车的实际动作，来预测它的行为，如果前车是因为红灯而减速，那么跟着它应当尽快刹车，如果它只是因为进入了限速路段，那么稍稍减速即可，就无需剎停。 如此，可以为自己解析出一个足够安全，但是又不至于浪费能量的策略。 热管理和能量管理通常密不可分，都属于中长期的预测。 热管理对于传统燃油车来说，主要是舒适性和排放的考虑，前面已经举过例子了，但是对于纯电汽车来说，有更深刻的含义------电池的热管理有多重要不消多说的了，新能源汽车电池和电机的功率输出，和发动机不一样。发动机在不同转速下的最大输出扭矩或者最大功率曲线，都只有一条，而电池和电机为了避免过热，这样的“外特性曲线”是定义为好几条的，比如说能够持续输出10s的最大功率和扭矩是多少，能够持续输出10分钟，30分钟的，分别又是多少，如此，热管理和能量管理，显而易见地就有许多活儿好做------依据规划路径的情况，在每一段区间里，就可以定义不同的策略。 举个例子，混动汽车准备进行五六百公里的长途，路程中仅有几处拥有充电桩，此时需要考虑到底在何处准备充电，并解析哪一种方式才能使得路程时间最优、能耗最优。如果下一个充电位置还远，尽管此时SOC还比较高，就可以考虑多多使用发动机进行充电，而不是如往常一样将SOC耗至低值；而如果下一个充电位置已经很近了，那么触发发动机工作的SOC低阈值就可以考虑调整到更低的位置，以避免无谓的燃油消耗。 再比如，传说中有一些纯电司机的神操作，开车上山后，给车上搬几个大石头，下山时借助重力势能的释放，能够弥补一部分的电能------实际上非常非常少，对于1.5-2吨的车来说，能搬多少石头？但是这种神操作以整车的重量来说，将海拔的差别作用在里程和能量规划里，是很有意义的。 寿命管理也不难理解，现如今厂家给到4S的保养建议，只能是以一个非常粗糙而保守的建议，比如1万公里做什么，5万公里做什么。但实际上，每个人的开车风格不同，驾驶最剧烈的那5%的人，肯定比驾驶最温柔的那5%，要给车造成更多的伤害。如果能够依据驾驶风格、汽车的实际使用情况对人群进行区分， 那保养的定制化，就显得很有意思了，至少在APP上能为车主提供非常多有用的信息。 驾驶风格的区别，主要体现在运动件的磨损上，而磨损是由于短期的剧烈冲击，还是长期的温和冲击造成的，对寿命的影响也不一样。除此以外，比如华南天然空调使用的频率整体很高，那么滤芯更换的频率是不是要比东北高一些？等等等等。 当某一些关键零件处在不同的寿命阶段时，也需要对整车的驾驶策略进行考量，比如前面其实已经提到的电池，考虑到对整车有一个比较好的状态预测，并因之生成有全面而细致的能量管理、热管理和寿命管理策略，除了能耗降低以外，自燃和失效的情形，是不是会少很多？ 整体来说，预测驾驶的优势难以真正量化，在转毂上什么NEDC、WLTC都评估不了这门技术（都不带转弯还评估啥），即便是RDE，考虑到用户的实际情形和实际路况，也很难。但其真正的好处，又显而易见------易见到你不需要通过什么手段来评估，就能肆无忌惮的拥抱它。 但保守来说，节能5-10%不是什么问题，在长里程、山路多坡道、多曲折，又或者是多红灯的城区里，预测驾驶会显得格外有意义。 这种策略不仅仅是针对乘用车，对商用车也非常有用，特别是在欧洲各国基建参差不齐，铁路不一定是运输首选的时候，卡车通勤的途径优化就有着很大的潜力。通过卫星导航和精确地图，可以避免非常多比必要的制动、加速、或者换挡，节能减排是非常显著的。 预测驾驶的技术如何实现呢？ 其实要看做到什么程度，但打通整车各大执行器和导航、数据挖掘之间的关系，是最紧要的。路径规划已经有点沾到Self-driving的边了，未来甚至会直接变成其一部分内涵。 简单的策略，通过Rule-based的策略就可以解决，比如遇到拥挤如何做，比如有多条策略进入决策的时候，优先考虑安全，其次满足合规，再次考虑舒适性，最后考虑节能等等。复杂一些的策略，需要用到机器学习、神经网络，这个法子就很多了，以后有机会，再细说说。   对于硬件上的依赖也是一样的，取决于要做到什么程度，比方说解决V2X的问题，就要与ADAS一起协同完成，如果要做非常细致的能量管理，或者状态诊断，比如最前所提到的3 real-time，那就需要更高阶的控制器了。 Predictive-driving不如Self-driving一样火，但近年已经有所应用，未来只会更多。这种主要是软件层面上突破，并不需要在硬件上带来什么革命的技术，我认为就是黑科技------它能够充分发挥现有汽车硬件的潜能。 至于实用不实用……反正我觉得夏天我啥都不做（因为经常会忘记），就自己算好好给我开空调，或者什么自己看情况关掉启停，我是觉得很实用的……（我开的这个玩意儿在 空気を読む 上也太会了吧……它应该不会单身……）