防撞汽車的崛起

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你坐在方向盤後面，但你並沒有看著路面，而是一直盯著手機，也許是在讀一封新的電子郵件，或在給朋友發簡訊。突然，你前面那輛車的司機猛地剎了車。但並沒有因為你的分心而發生碰撞，你只是感覺到車緩慢地減速並自己停了下來，輕而易舉地避免了一場車禍。你可能會抬頭看看發生了什麼事，但這就是你需要關心的全部了。而當路面暢通無阻後，你的車就會自動啟動起來。

雖然這還不是你通勤狀況的真實寫照，但這一前景的一些技術已經被應用於現在的汽車上了。一些更先進的車型可以對障礙物發出警告、調整與前方車輛的距離，並且在駕駛員分神的時候啟動剎車。而這僅僅是個開始。研究公司IHS調查得出，到2055年，美國約90%的汽車將至少能夠在一些（即使不是大多數）情況下自動駕駛。

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諷刺的是，雖然技術最終將保護我們避免道路交通事故，但有時它的作用卻恰好相反。因為，很多人在本應集中精力駕駛汽車的時候撥打電話、發簡訊、擺弄GPS裝置或信息娛樂系統。即使是最專心的司機可能也會在錯誤的時刻掃了一眼導航屏幕。根據美國國家公路交通安全管理局的統計，幾乎20%有人員受傷的撞車事故是由於司機分心引起的。

但是，一系列被稱為主動安全系統的輔助技術已開始通過提高駕駛員對可能存在於周圍交通的碰撞威脅的意識來解決這個問題。發達國家銷售的每輛汽車幾乎都使用了被動安全功能，如安全帶、安全氣囊，以及在發生碰撞時吸收衝擊、保護乘客的車框。主動安全功能進一步用響亮的聲音、視覺警報和震動來提示駕駛員迫在眉睫的危險。有些系統甚至可以操縱剎車，以幫助避免車禍的發生。這些主動安全系統是未來防撞汽車的基石。

以我們公司（通用汽車）2012年推出的凱迪拉克駕駛輔助套件為例。這組安全系統會探測道路上的危險情況，並提醒駕駛員注意。它會根據設定的等級調整車速以及與前車的距離，當前車完全停止時，它甚至可以讓你的車也完全停下來。當你要退出停車位時，如果有靠近的車流，它也會通過視覺警示、聲音和震動座椅對你發出警報。如果你在沒有開啟轉向燈的情況下偏離車道，該系統也會發出類似的警報。

一輛配備了這款輔助套件的汽車能避免許多低速碰撞的發生，如在停車場或在停車、起步時發生的碰撞，當低速緊急自動剎車系統感知到前方障礙物、並且注意到駕駛員未作出恰當反應時，該系統就會啟動。而在高速行駛中，該系統會自動剎車，以避免車禍——或至少降低即將發生的追尾的嚴重性。

要做到如此智能，就需要一些高技術的感測器。遠程雷達被安裝在凱迪拉克徽標後面的格柵里，它會掃描前方150米內的物體。而近程雷達可以感知幾十米內的車輛，它被藏在覆蓋保險杠的塑料殼的後面——車頭2部，車尾3部。後視鏡後面擋風玻璃上的攝像頭會記錄車道標線和前方車輛。尾部車牌附近的另一台攝像頭會查看車輛後方的情況。8個超聲波感測器（前保險杠4個、車尾4個）會檢測距離非常近的物體，這在你平行泊車時是很有幫助的。

所有這些感測器收集的數據會彙集到一台中央計算機中，利用這些信息，中央計算機可以了解車輛周圍有什麼物體，但在某些情況下，一些感測器比其他感測器更為可靠。例如，當你高速行駛時，超聲波感測器幫不上什麼忙，而當你在空間狹窄的地方泊車時，感測器的讀數就幾乎是必不可少的了。隨後，中央計算機會決定需要激活哪種警報，或需要應用何種等級的自動剎車。

這些主動安全系統是大有幫助的，但它們都不足以使汽車真正做到防撞，或真正接管駕駛。例如，它們不能接管你的方向盤，並在剎車無法單獨起效時採取躲避動作，而且它們也無法在你忽略所有警告時阻止你偏離車道。

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實際上，自動駕駛車輛已經存在了，雖然你還無法在當地經銷商那裡買到。2007年11月，一輛由卡耐基梅隆大學和通用汽車公司的研究人員以及其他合作夥伴聯合改裝的雪佛蘭Tahoe汽車在美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的城市挑戰賽中勝出，該賽事是在封閉路段測試自動駕駛車輛在車流中的駕駛能力的競賽。此後，一些公司和大學就在該挑戰賽所展示技術的基礎上開展研發。例如，谷歌有一個自動駕駛的豐田普銳斯車隊，據說該車隊已總計行駛了50萬公里。

一輛汽車要自動駕駛，需要4個基本條件。它需要一個衛星導航系統和數字地圖，以便確定自身方位；它需要在任何條件下能夠對自身周圍進行360度的觀測；它需要能夠與其他車輛和某些道路基礎設施（如交通燈、學校區域以及收費站）進行通信；最後，它需要足夠智能的軟體來確定車輛需要做什麼，以及執行該任務所需要的電子控制和執行設備。在一定程度上，這些技術如今已經存在了，其中很多都已經運用在了汽車上，比如凱迪拉克的駕駛輔助套件。但在完全自動駕駛的汽車時代來臨之前，這些系統需要對其功能進行強化。

衛星導航和數字地圖已經不新鮮了：17年前，通用汽車就將GPS、電子地圖和無線通信集成到其OnStar系統中了。台灣國際航電公司、TomTom公司以及其他公司的外加GPS系統已經存在多年了，今天，人們甚至走在街上都會用智能手機查看數字地圖。大多數情況下，自動駕駛難題中基本的「我在哪裡？」的這個問題已經解決了，至少在美國和其他大多數發達國家是如此，雖然完全自動駕駛的汽車將需要更高的精度。

要具備360度的探測能力，自動駕駛汽車需要攝像頭、雷達、激光雷達或者其他感測器的組合，因為每種感測器都有其優缺點。攝像頭需要可見光，這是一個弱點，但它們可以很容易地識別物體。雷達和激光雷達能在黑暗中發出信號，但在識別周圍物體的形狀方面多有限制；但它們比攝像頭更善於衡量相對速度和估算距離。激光雷達可以對某個方向給出更詳細的描述，而雷達可以提供更廣泛的覆蓋。

與其他車輛及道路基礎設施進行通信也非常重要，這會為現在的駕駛員增加更多能力。例如，如果你是一個專心的司機，當前車的剎車燈亮起時，你立刻就會注意到，但通常，你不知道再往前的兩三輛車是否也剎了車。無線通信系統可能很快就能改變這一情況。

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現在，這是個熱門的開發領域。汽車製造商正在研究車輛間（V2V）和車輛對基礎設施（V2I）的通信技術。這兩種技術都使用了一種特殊的Wi-Fi形式，稱為專用短程通信，該通信在約5.9千兆赫的頻段工作。V2V通信允許數百米內具有類似配備的車輛交換位置、速度和行駛方向的信息。V2I通信可以共享關於交通信號的時間、高速公路的車道數目、前方是否有彎道、路麵條件等信息（如果提供此類數據的話）。

通用汽車公司在幾年前就率先推出了V2V技術，並利用真實車輛展示了許多V2V和V2I功能。9家美國汽車公司在美國運輸部（USDOT）的領導下，成立了一個聯合研究組織——防撞系統合作團隊，幾年來合作制定該項技術的標準通信協議和安全機制。歐洲的汽車製造商也已經啟動了一個類似的項目：車輛間通信聯盟。

為了幫助理解V2V技術的安全益處，USDOT以及一些公共機構、大學和幾家主要汽車製造商於2012年8月在密歇根州的安娜堡啟動了一個試點項目，並且現在仍在收集數據。該項測試涉及了約3000輛配備通信設備的轎車、卡車和公交車輛。該小組還利用了V2I，將一些基礎設施進行裝備，與車隊進行通信，如在繁忙的十字路口的交通信號燈、急轉彎道的路邊，以及公路沿線的幾個點。這種技術組合被稱為V2X。日本也在進行類似的合作項目，該項目由日本政府牽頭，並與日本國內的一些汽車公司進行了合作。

當然，如果其他車輛及道路基礎設施部分無法對通信進行響應，你車裡的V2X通信就無用武之地了。因此，該技術需要時間進行推廣。並且，隨著它在越來越多的車輛中出現，它帶來的益處也會越來越多。

USDOT部長安東尼?福克斯（AnthonyFoxx）曾試圖將V2V部署提升到一個新的高度，他曾宣布，USDOT將制定一份提案，要求所有新車都裝備V2V通信系統。他沒有透露該規定將在何時執行，但僅僅知道這一規定即將出台，就很可能會加快該技術的應用。

基礎設施部分的發展將需要更長的時間，但隨著具有通信功能的汽車上路，地方和地區政府在更換交通信號燈和道路感測器等各類道路基礎設施時就有理由對設備進行升級了，因此，V2I的發展也將是漸進的。

很快，你的愛車就可能與行人進行通信了。2009年，通用汽車展示了一項V2X功能，可以提醒司機行人和騎車人的存在。它依賴於同級無線標準Wi-Fi Direct，允許智能手機等設備彼此直接進行通信，而無須通過一個共享的接入點。行人手機上的一款應用程序將利用Wi-Fi Direct發送位置信息，而附近車輛上的接收器會注意該信號，並向司機發出警報——例如讓儀錶盤上的燈光閃爍。

當然，V2V系統必須要非常強大，以確保交換的信息的準確性。參與安娜堡V2V系統測試的研究人員目前正在評估在各種條件下發送和接收的信息的質量。幸運的是，車輛間的信號傳輸比使用傳統的蜂窩或Wi-Fi通信更為容易，因為只有當車輛距離很近時才需要進行信息交換，而且車輛間是直接進行通信的，而不是通過外部的無線網路。

在討論V2V通信的未來時，US-DOT部長福克斯明確表示，雖然車輛將廣播自身的位置和速度，但它們將不會說明車主的身份。監管機構還需要弄清楚這些信息將如何被使用。剩餘的一部分技術工作是要定義一個安全系統，以確保無法惡意獲取信息，並且這些信息只被用於其指定的用途。

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汽車以有限的方式介入駕駛過程已有一段時間了。最早的一個例子是電子穩定控制系統：即整合了防抱死制動、牽引力控制以及自動在每個車輪上施加所需制動壓力的差動制動系統，從而幫助駕駛員在車輪打滑時維持轉向控制。同樣，今天的電子動力轉向系統利用了來自轉向、速度和其他感測器的信息，有助於防止司機在車輪打滑時過度糾正。此類技術在如今的汽車上已司空見慣了。

即將推出的是車道跟蹤技術，該技術是公路自動駕駛的一個組成部分。該設備主要依靠攝像頭來檢測車道標線，但也可以利用GPS數據來預測前方彎道和其他道路的特點。但即使是最先進的此類系統也面臨著一定的操作限制。例如，當積雪或低能見度模糊了車道標線時，駕駛員就仍然需要手動駕駛。

車道跟蹤技術將成為能夠在一定的公路駕駛條件下保持速度和行車位置的首批系統的核心。通用汽車將這一概念稱為「超級巡航」，並在2012年首先對這一技術進行了展示，之後，其他汽車公司也展示了類似的技術。「超級巡航」在交通繁忙路段和車輛稀少的長途路段均可以工作。它在這兩種情況下的工作效果都很好，但駕駛員仍必須要注意路面，並隨時準備接管駕駛。

下一個前沿領域將針對更複雜的駕駛條件。例如，在公路車道的中間行駛遠比在擁擠的城市路面中間行駛簡單，因為城市道路上的標記即使存在，也不是很明顯，而且其他車輛也可能會擋住攝像頭，無法拍攝道路標記。因此，在城市環境中，車輛可能將不得不依靠額外的感測器和其他手段。當考慮到汽車、摩托車、自行車、行人、火車的運動時，城市駕車就變得更加複雜了。因此，開發在這些更具挑戰的情況下自動駕駛所需的感測系統和軟體，將需要更長的時間。

自動駕駛系統不僅要應對汽車周圍多變的條件，也必須要監控車輛內的各種控制系統、感測器和處理器的健康情況。這就會大大增加複雜性，尤其是當涉及的軟體需要包括識別即將發生的故障的演算法時。與所有處理重要信息的電腦系統一樣，自動駕駛系統必須要防止黑客攻擊，以免車輛的剎車和轉向等控制系統受到未經授權的指令的控制。

當然，監管機構對於這些技術將帶來的安全益處是感興趣的，但他們也必須盡量降低未經證實的技術可能帶來的風險。因此，他們對發展持謹慎的態度。至少對於美國來說，V2V通信規定是向前邁出了重要的一步。

我們期待著在世界其他地方也有類似的舉措出台。到那時，統一標準將成為一個突出的問題。雖然，汽車製造是全球性的，影響行業的標準往往是區域性的。例如，分配給公眾使用的雷達頻率往往因國家而異。各國所選擇的用於V2V系統的通信協議或用於碰撞預警系統的性能標準也各不相同。這些障礙都不是不可逾越的，但為雷達、數字地圖、標記和道路標誌等採用標準化的方法將會加快世界各地主動安全和自動駕駛技術的部署。

雖然我們當中的很多人只是期待能夠在上下班路上一邊開車一邊上網，但客車的自動化還能使老人或殘疾人從中受益。

而對於每一個駕駛員來說，主動安全系統和自動駕駛技術所提供的不僅僅是協助和支持，還有最寶貴的時間——從工具箱拿東西的時間、回過頭幫孩子穿好外套的時間、化妝的時間，或用手機聊天的時間。駕駛員已經在做這些事情了，但在未來，他們可以做到這些，同時又不會危害到自己或他人的生命安全。

但是，在這些技術演變成完全成熟的機器人司機以前，自動化系統需要能夠清楚地給駕駛員傳達它們何時能夠（或不能）駕駛車輛的信息。而當它們不能駕駛車輛時，它們必須要提醒駕駛員，並給予駕駛員充足的時間接管車輛。要了解自動駕駛系統的安全限制以及它們的管理方法，人們還有許多研究要做。

隨著汽車行業對這些自動化技術的開發和應用，我們將有一個徹底重新發明汽車的機會。當汽車不再會發生真正的碰撞後，現在以在碰撞時保護乘客為目的的汽車框架設計就可以更輕便，使整車的效率得以提升。如果自動化系統完全取代駕駛員，整個駕駛艙可以被重新設計，以提供更高的舒適性。有了自動化系統，2100年的汽車可能會徹底顛覆過去100年的汽車形象。

作者：John Capp，BajhtiarLitkouhi

>>>本文為原創，轉載請回復。

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