司机较少的长途卡车运输

卡车运输业正押注于提高自动化和电气化水平，以降低货物运输成本，并克服长期存在的问题。

自动驾驶的经济效益引人注目，其中一个重要原因是合格司机的短缺几乎是永久性的。但要实现这一目标还存在一些技术障碍。除了乘用车oem面临的挑战外，还存在实时调整负载转移和天气的问题，以及如何增加快速为大量电池充电所需的基础设施。

罗伯特·戴，公司汽车合作总监手臂的汽车和物联网业务的负责人表示，美国和英国目前都缺少10万名合格的卡车司机来运输货物。这有助于推动关于自动驾驶卡车的叙述，即卡车将能够在高速公路上以自动模式行驶。因此，尽管大多数专家认为，4/5级自动驾驶在汽车领域成为主流还需要一段时间，但越来越多的人认为，卡车运输业将更快地实现“监督式自动驾驶”。

“在所有与自动驾驶相关的事情中，细节决定成败，”设计IP的营销总监汤姆·王(Tom Wong)说节奏．“到底什么是第5级?通俗地说，这意味着给定一个起始位置，一个最终位置，车辆将在没有人为干预的情况下自行导航，并将把你安全送到目的地。在最终的情况下，甚至可能连方向盘都没有。我们会很快到达那里吗?今天，乘用车的标准是第2级。到目前为止，已经被当地交通部门认可的3级车辆有两个，一个在德国(奥迪)，一个在日本(本田)。大多数汽车制造商都避免过度承诺5级能力，而是将注意力集中在尽快达到3级和4级上。这就是为什么除了摄像头(视觉)和激光雷达的作用之外，还有这么多关于雷达和激光雷达的需求的讨论传感器融合．”

但自动驾驶卡车不需要像乘用车那样去任何地方。它们可以被限制在有限的高速公路上，例如，将货物运送到这些公路旁的仓库/仓库。

“我们已经看到了重型卡车行业的巨大进步，因为从财务影响的角度来看，他们确实有一个关键的司机，所以他们有更多的动力走在前面，”汽车软件和安全解决方案架构师克里斯托弗·克拉克说Synopsys对此．“半卡车运输团队以及农业行业所做的工作表明，这肯定是他们将继续走的道路，他们可能会在普通乘用车能力方面领先。”

但对于大型汽车制造商来说，技术优势不会像一些人预期的那样明显。例如，大众汽车(Volkswagen)等汽车巨头正在开发卡车和乘用车技术，并在两个领域都利用这些技术。“在大众集团，我们有一家名为Traton的公司，它是商用车部门，从事重型卡车运输，”大众汽车美国公司负责电动交通和创新的副总裁马修·伦纳(Matthew Renna)说。“拥有大众汽车在电池和半导体领域的规模，绝对是解决重型卡车运输问题的一部分。显然，电池的构造方式和电子设备的排列方式有很多不同的用例，但你可以肯定地看到，这项技术可以在大众集团内部实现跨越，并产生规模效应。”

竞争加剧
除此之外，一些非传统领域的竞争也在加剧。Clark表示，许多初创公司正在为重型卡车的售后市场或二级服务提供运营模式。

以TuSimple为例，该公司正在亚利桑那州、新墨西哥州和德克萨斯州进行商业运营，并计划扩张。通过其自主货运网络(AFN)，该公司为托运人和承运人提供运力服务。托运人可以使用TuSimple的自动驾驶卡车车队，按每英里的运送速度承包运输能力，但运输公司也可以购买自动驾驶卡车并在AFN上运行，并在需要时使用TuSimple的自动驾驶能力。车队所有者也可以拥有和运营他们自己的自动驾驶卡车车队，在AFN上运行。

图1:卡车运输的未来?来源:TuSimple

Clark说:“这是这个行业的典型现象。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，无论是电动汽车还是自动驾驶，这都是必然的趋势，尤其是有了尼古拉(Nikola)等新进入者。当我们看到如今充电站对典型电动汽车的家用充电能力的采用时，为每辆车更换电池的想法并没有真正流行起来。随着事情的发展，就像其他国家讨论的那样。但是对于重型卡车运输来说，你没有这样的选择，所以你必须有重型卡车运输行业的基础设施。你得到了消费车辆的副产品，所以这肯定是有道理的，尤其是当你考虑到燃料成本和这些车辆的整体效率时。他们希望提高半英里的性能，因为这是一大笔钱。”

不过，这一基础设施目前是一个关键障碍。“对于卡车，你需要下一代的增压技术，”Sam Geha说英飞凌科技”内存解决方案组。“到明年，你将开始看到双充电功能。但仍有基础设施方面的挑战需要解决，而这些挑战需要时间。”

Geha说，卡车运输的电气化和最终完全自动化背后有不同的动机。其中一个关键问题是柴油发动机对全球变暖的影响。汽车电气化为卡车配备更多电子设备和更多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，他们将开发用于汽车电气化以及为这些汽车提供快速充电能力的组件。

但在卡车运输方面，电气化和越来越多的自动驾驶也有很强的商业理由。而且司机太少，加上规定他们可以连续驾驶多长时间，降低了货物运输的速度，影响了运输货物的经济效益。

王说:“长途司机疲劳驾驶和睡眠不足会导致事故。”“卡车和物流/运输也有非常明确的路线，这使得它更容易为5级/监督自动驾驶做准备。还需要降低运输成本，因为在卡车停靠站过夜会花钱。自动驾驶还能提高燃油经济性，降低维护成本。这对于大型半挂车来说是非常独特的，因为它们非常重。此外，总拥有成本对车队有利。有许多可能的解决方案。ADAS对卡车运输非常有用。高速公路上的驾驶员辅助系统实现起来要简单得多——想想车辆段。V2V支持护送。此外，激光雷达较高的成本并不是采用激光雷达的障碍。大型半卡车相当昂贵，使用激光雷达的增量成本使得3级和4级可行。此外，与乘用车相比，传感器的成本不太受关注。”

这需要一个高速用例操作设计领域(ODD)，取自城市机器人出租车设计。它主要是前瞻的，配有远程摄像头、激光雷达和雷达传感器，用于探测车辆前方的物体。

Arm’s Day表示:“这种ODD还可能包括车对车通信，以实现卡车队列，由于运输的长距离性质，ODD需要考虑不同和不断变化的环境条件(太阳、雨、雪)，这些条件在地理围栏机器人出租车ODD中通常看不到。”“这意味着需要许多不同的传感器模式(激光雷达、雷达、视觉)，具有异构计算架构，这将有助于融合数据，分析环境，并做出适当的决策和机动。”

考虑到卡车和乘用车的ODDs差异，这是否意味着两者都应该有自己的车辆架构?

“如果原始设备制造商在下一代汽车平台设计上迈出了半步，他们就会有很大的不同，”戴姆勒的自动驾驶和ADAS高级总监David Fritz说西门子数字工业软件．“如果他们迈出一大步，一切都在哪里汽车以太网-以太网直接连接到执行器，有中央计算能力，你把尽可能多的传感器-那么除了如何训练算法之外，真的没有任何显著的区别。例如，一辆大型半挂卡车的加速和减速时间要比一辆汽车长得多，所以当你在测试车辆时，你必须考虑到这一点，并验证仅仅因为质量差异而做出的决策是正确的。”

另一个很大的区别是卡车和汽车的乘客数量。弗里茨说:“在卡车运输中，你真正关心的是货物有多重，或者卡车是装还是卸的。“这会动态地改变决策的做出方式，有多少时间来刹车和转向，或者你是应该绕过拖拉机还是只是在拖拉机后面等待。这些都是重大决定。但电子基础设施，如果一直延续到下一代，真的没有太大区别。”

GuardKnox首席执行官Moshe Shlisel注意到，一家欧洲OEM已经将其自动驾驶卡车架构与乘用车分离。“这意味着他们不会追随乘用车的发展，也不会采用他们的架构。他们将根据卡车的需求建立自己的架构，这是非常令人放心的，因为如果你比较乘用车的复杂性，有时你会发现10到15个不同的内部网络，以及它们所带来的一切。现在我们有ECU汤，但在卡车上它要温和得多。ecu多达50个，网络更少。当你使用不同的架构来解决卡车运输真正需要的东西时，我们会看到越来越多的区域架构方法，以及更多地采用高性能计算(也称为汽车服务器)，这是基于高性能计算的嵌入式系统。

GuardKnox与OEM和Tier One合作，构建这些高性能计算机之一，并期待一个完整的区域架构。Shlisel说:“通过这样做，你可以远程控制系统。“因为你可以随着公司的发展而改变，所以你可以改变软件。如果你犯了一些错误，你可以定期监控，因为它是连接的。然后，如果你从一开始就实现了网络安全层，那么你就拥有了一个远程控制和远程监控的系统，可以根据需要更新或更改。”

利用先进技术，机会比比皆是
随着汽车/卡车运输行业经历着自t型车以来最大的变革，原始设备制造商、分层厂商和初创公司都在寻求当今最先进的技术。这包括人工智能、电气化和云计算，以及其他在这个领域从未见过的能力。

Synopsys的Clark指出:“对于重型卡车领域的第三方供应商来说，这是一个有趣的行业。“我们已经习惯看到其他人，不一定是制造商，提供遥测信息、维护信息和许多其他功能，并支持他们所承载的任何货物。这带来了有趣的机会。如果我是一个短途或长途卡车司机，这家公司带来了这种有趣的电池功能，它是拖车的一部分，它可以插到我的卡车上，现在我已经行驶了300到400英里。这真的很吸引人。重型卡车运输行业有很多开放的创新领域，现有的和新的组织都可以参与。”

有趣的是，当英特尔(intel)旗下的Mobileye推出这项技术时，第一个市场是向卡车销售的售后市场。该公司的营销副总裁库尔特·舒勒说:“当时的想法是，如果你购买了这个Mobileye系统，并将其安装在你的卡车车队上，你的保险就会下降Arteris IP．“这就是它的价值主张，它将这些功能改装到了这些卡车上。当发生事故时，这些卡车要承担很多责任。这就是为什么像联邦快递和亚马逊这样的公司，而不是像UPS那样说，‘这些卡车是我们车队的一部分。我们拥有他们，他们是独立的承包商。因此，如果你的亚马逊快递或联邦快递地面快递在联邦快递发生故障，这是承包商的责任，因为这是相关的责任。从经济学角度来看，这类东西有增加功能的动机。”

自动驾驶卡车也可以对成本竞争力产生重大影响。舒勒说:“在长途卡车运输中，因为规定对卡车司机的驾驶时间是有限制的，即使卡车不是100%自动驾驶，如果他们可以延长时间，使负载更便宜或更长，这是一个好处。”“只要一辆卡车静止不动，它就赚不到钱。如果他们能更好地利用现有的基础设施，这是一件很容易决定的事情。如果你有一项昂贵的资本资产，你可以得到2倍的功，那么横跨全国可能更可行。如果你开车穿过堪萨斯州或内布拉斯加州，这没问题，但一旦你进入圣路易斯，可能系统无法处理，所以司机必须抓住方向盘。这项技术非常有吸引力，一旦实现全自动驾驶，它就会成为这些东西的试验场。”

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

“通过将高性能嵌入式FPGA技术集成到ASIC中，开发人员可以集成更多功能，提高性能，提高灵活性，并节省电力。Flex Logix销售副总裁Andy Jaros解释说:“某些架构可以通过使用三重冗余和其他技术来降低高可靠性应用程序的软错误率。”

不过，完全自动驾驶卡车的大规模使用还需要多长时间，目前还很难确定。这种技术可能已经存在，但人类仍然不愿完全接受它。

至少在卡车运输业，一个转折点可能是卡车司机短缺。舒勒说:“没有多少人愿意做那份工作。“它不会给你那么多钱。总有短缺，这意味着车队公司没有支付足够的费用来吸引人们去做这件事。谁想住在路上的卡车里?谁想靠这个谋生?因为想要成为商业长途卡车司机的人总是很短缺，所以似乎这将是这项技术应用的第一个地方。起初，这似乎会延长卡车司机的工作时间。它会变得足够好，在大多数情况下，如果卡车司机睡着了，它可以接管。”

他说，另一个潜力巨大的领域是车队管理。“这将是在本地层面上，由UPS、联邦快递等公司高度优化的路线，因为目前你仍然需要一个人来投递或提取包裹。但一旦技术足够成熟，你能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，一开始你就可以延长司机的工作时间，然后机器人罗西就可以递送包裹了。”

弗里茨预计，完全自动驾驶的大部分好处将在未来十年实现，因为驾驶室里仍然需要有人，所以真正的价值在于不必停下来休息，人们不会在方向盘上睡着，在高交通流量情况下更有效地导航。“如果你有一辆自动驾驶汽车，即使有司机，你也可以节省40%的总驾驶时间，只需跳过上厕所的时间，停下来吃晚饭和所有这些事情。尽管会有排兵布阵之类的活动，但我还是看到了一些人的参与。所以这可能不是驾驶室的完全重新设计。仍然需要有某种监督和覆盖的能力，因为它承载了太多东西。在乘用车里可能有乘客，但在卡车拖车里可能有价值20万美元的产品。卡车运输行业可能需要更长的时间才能说，‘是的，让它自己飞吧，如果它撞到几辆车，也没什么大不了的。我们会让法律部门处理的。’我认为这不是未来的发展方向。”

弗里茨表示，随着卡车运输越来越接近自动驾驶，其他相关问题也越来越受到关注，包括感知拖车负载移动的能力。“卡车后面有很多货物，即使只有几英寸也能移动。所以如果负载不是平衡的，那么系统就会意识到这一点并做出相应的调整。

与自主性和负荷转移相关的另一个维度是环境条件。

“如果路面潮湿，你的刹车距离是多少?”然后，在这上面的另一个维度是，一旦我踩下刹车，如果我因为路面潮湿而向侧面行驶，负载就会转移。这怎么能改变我本该在那之前做的决定呢?另外，当负载重量发生变化时会发生什么?系统如何动态地做出决策?卡车从A点到b点可能有五站，每次拉东西，或者放东西的时候，重量是不同的，分布是不同的，所以必须在运行中重新计算。这是乘用车不需要处理的额外复杂性，”他解释道。

这就需要拖车内的其他电子设备，包括传感器和陀螺仪，以提供有关负载重量和位移的数据。

另一方面是动量的概念，以及动量如何影响飞行器。“如果这是一个不平衡的负载或负载移动，那么动量矢量就会改变。很多都是可以感知到的。问题是你是否能在足够的时间内感知到它，以便在这种极端情况下做出正确的决定，比如下雪了。”

更高级的功能，包括车内视觉解决方案，如分心司机监控、人员存在检测和司机识别，必须在未来得到解决。在这里，考虑到单个芯片可以用于多个应用，而不会产生多个高ASIC芯片开发成本，可以考虑可重构计算方法。

“单个可重构设备可以为多个用例提供低功耗的高性能，同时还提供了通过空中更新远程重新编程不同算法的能力，从而支持随着时间的推移修复错误和增强功能。Flex Logix销售和营销副总裁Dana McCarty表示:“这不仅可以满足电动汽车OEM制造商的需求，还可以节省电力消耗，减少额外零件的采购需求，并减小模块的尺寸，这是产品成功的关键因素。”

结论
弗里茨指出，在卡车和乘用车向完全自主发展的整个过程中，包括拖拉机、联合收割机和其他农业设备在内的所有设备都在迅速实现100%自主，因为如果出现故障，风险相对较低。

“在另一端，乘用车和卡车仍然有很多兴趣和担忧。在这种情况下，卡车和乘用车对安全性、安全性和可靠性的强调几乎是一样的。从保险公司的角度来看，他们在这方面有发言权。你可以看到，保险的负担将如何决定哪些平台可以使用，哪些平台不允许使用。乘用车和卡车运输业正在融合在一起。是的，这样做可以节省成本，但并不能解决乘用车的所有安全、保障和可靠性问题。考虑到绝大多数卡车仍处于第2级和第3级，而乘用车已开始进入第4级和第5级，自动驾驶部署的时间框架将有所不同。”