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当百年汽车遇上智能 汽车技术新发展

2015-03-16黄敏学《微型计算机》2015年3月上

不知是从什么时候开始,我们的身边已经满是林林总总的智能设备。小到手机,大到电视机,虽然它们的智能化程度不等,但却已经深入到生活的各个方面。所以,当2015年年初在美国拉斯维加斯举行的一年一度的国际消费类电子产品展览会(International Consumer Electronics Show,简称CES)上,汽车取代手机、平板成为具看点产品之后,我们应该知道,下一个改变的将是百年汽车行业,它在新世纪下的智能大幕已经徐徐拉开。

当百年汽车遇上智能 汽车技术新发展
当百年汽车遇上智能 汽车技术新发展

随着国民生活水平的提高,越来越多的人拥有了汽车。来看一组数据:在2014年,全国汽车产销量分别为2372万辆和2349万辆,同比增长7.3%和6.9%。其中,汽车销量再创历史新高,继续保持世界第一。截止2014年,国内小型载客汽车达1.17亿辆,其中以个人名义登记的小型载客汽车(私家车)达到1.05亿辆,占小型载客汽车的90.16%,全国平均每百户家庭拥有25辆私家车……不知不觉间汽车已经在我们生活中占据了如此重要的位置。就像通话之于手机、观看电视节目之于电视机一样,代步对于汽车来说是基本的用途。汽车行业在百年间的发展可以说都是围绕着如何更舒适、快速地到达目的地……当基本的功能发展到一定阶段后,更多个性化、能够提升驾乘体验的功能需求开始出现,所以汽车智能化就成为必然趋势。下面,就让我们一起来看看新的智能汽车技术能在未来带给我们怎样不一样的体验。

操作方式的变化—触控的引入

诺基亚、摩托罗拉这些在功能机时代曾给我们带来了无数经典直板、翻盖机型的厂商在10年前一定想不到现在的手机都会是一个样子—一块大大的屏幕。汽车上的中控设计又何尝不是,从实体集成操作系统,到逐渐加入或大或小的触控屏幕。直到特斯拉的出现彻底摒弃了实体键,中控变成了一整块触控屏幕。特斯拉能不能成为汽车领域的苹果还不好说,但触控屏慢慢取代传统的中控应该是可以预见的,因为不少厂商已经开始推出同样类型的概念产品,近的就是大众。

三块屏幕取代了车内的大多数实体按键
三块屏幕取代了车内的大多数实体按键

控制中心上的功能按键不少
控制中心上的功能按键不少

触控屏实际上肩负的是多媒体信息的显示与操作,就像给汽车加上了一个平板。
触控屏实际上肩负的是多媒体信息的显示与操作,就像给汽车加上了一个平板。

手势控制让驾驶者在驾驶过程中有更加智能与科幻的感觉
手势控制让驾驶者在驾驶过程中有更加智能与科幻的感觉

大众汽车的中控向来实而不华,不过这可不代表大众在智能技术上没有跟进。前不久大众发布了Golf R Touch概念车,其大的亮点是配备了大众全新的车载信息技术—全触控车载操作系统。它放弃了传统仪表盘与各种物理按键,取而代之的是三块大尺寸液晶显示屏—触控显示屏、控制中心以及液晶仪表盘。除此之外,它的另一个亮点是能支持手势操作。

设计人员、证券从业者、游戏发烧友……这些人群多会为电脑配置两台或更多的显示器以显示更多的内容,而Golf R Touch中控台上的设计与它们有异曲同工之妙。3块触控式液晶屏,分别是中控台上的12.8英寸触控显示屏、下方的8英寸控制中心以及12.3英寸的液晶仪表盘,它们各自有着功能方面的侧重,分工明确。其中12.8英寸的屏幕负责汽车所有信息的整合与显示,我们可以通过图像化的操作界面,通过触控的方式进行包括导航、通讯、视听娱乐等操作,还可以切换到行驶状态、胎压信息等车辆监控界面。简单来说,这一部分就像是植入了一台平板。在它的下方则是8英寸控制中心,它取代的是以前控制空调、天窗等设备的实体键。当中可以显示空调信息,也能在触控感应条上通过手指的滑移来调整空调。同时它还肩负着功能按键的显示与控制,可以用来配合上面的大尺寸液晶屏。12.3英寸的液晶仪表盘除了可显示驾驶速度、油量、转速等常规信息之外,还支持导航演示,驾驶者可以通过它很自然地观察行驶状况,相比传统仪表盘在功能方面有所放大。其实这三块屏幕如果单独拿出来看,已经应用在了不少品牌的在售车型中,但Golf R Touch将它们整合在一起,让车内所有物理按键“下岗”的设计则是走在了前面。

如果说大量使用触控面板在现代科技的演绎下让你觉得不足为奇,那么Golf R Touch除了可以通过点击、滑动等触控操作之外,还能支持手势控制的功能或许会让你更有智能与科幻的感觉。你玩过Xbox 360吗?Golf R Touch的手势控制和游戏机的体感操作有些类似,它是通过车内顶篷上安装的3D摄影头,感应、判断车内人员的手势,并将接收到的信号转为指令,让驾驶者或乘客可以通过手势,进行包含车辆多媒体娱乐整合系统、空调系统的操作,甚至关闭天窗也只需要用手轻轻一挥即可。

Golf R Touch上所使用的智能科技虽是以概念的方式呈现,但大众表示其技术已经可以进行量产,至于哪一款车将会率先搭载它令人期待。

停车不再难—全自动泊车

你是不是也和我一样讨厌侧方位停车?又特别是在前后空间比车刚刚大那么一点的时候,停车的过程相当煎熬。即便是倒车入库这样相对简单的停车方式,对于很多女司机来说也是一件头疼的事儿。现在市售的中级车或豪车品牌的车型,在中高配上往往会提供自动泊车辅助,靠着车身上的多个传感器实现自动停车入位。不过现有的自动泊车辅助技术只能在车位附近启动,而在宝马新展示的自动泊车技术上,它已经能实现更加智能的自动停车方式了—远程代客泊车。

想象一下这样的场景:你将车开到商场的车库入口后,启动自动泊车系统,下车走进商场,你的爱车会自己找到车位并停好。宝马在i3上就实现了这样的功能。这项技术名为“全自动远程控制泊车系统(Fully Automated Remote Valet Parking Assistant)”,能够在完全不需要驾驶者控制的状态下,自动将车辆停入停车位,即使是多层楼式的大型停车场,系统也能应付。宝马在i3测试车上安装了4个激光传感器,它会探测汽车周围区域,然后生成精准的环境图像,并实时记录车身位置信息。然后系统会将这些信息与建筑物 (停车场) 本身的数字结构图结合在一起进行综合判断,后基于该数据自动、快速、安全地将汽车开到空车位并停放好,此时汽车会自动锁止。这套系统相当聪明,除了停车场的整体架构已经了然于心之外,就算停车场出现预料之外的状况,例如突然跑出来的行人、违规乱停的车辆等,激光传感器也能捕捉到,并通过系统发出指令让汽车准确避开。那么驾驶者是如何控制这套系统的呢?宝马提供给驾驶者一个智能手表(Smartwatch),驾驶者只需要在上面进行简单的设置,就能在每天开车到达公司后让汽车自己去停放。在下班前,驾驶者则通过手表发送语音命令,汽车上的系统会侦测目前驾驶者与车辆之间的距离,并计算驾驶者将于何时抵达停车场取车,并据此启动车辆,确保它在准确的时间能自动行驶到停车场出口,让驾驶者直接开回家,真正实现了汽车的“召之即来,挥之即去”。

宝马i3上的这套泊车系统能够从车辆进入车库开始直到在车位上停稳,实现全程无人操控。
宝马i3上的这套泊车系统能够从车辆进入车库开始直到在车位上停稳,实现全程无人操控。

用智能手表就能实现爱车的“召之即来,挥之即去”。
用智能手表就能实现爱车的“召之即来,挥之即去”。

正在自动泊车的i3
正在自动泊车的i3

可以看到,这套“全自动远程控制泊车系统“之所以能够取得对车辆的完全控制,是基于车辆激光传感器系统以及建筑物的数字化设计图,这两者结合在一起能够摆脱定位时对卫星定位系统信号的依赖,而卫星数据在多层停车场中是不准确的。除了激光传感器,车辆上的高性能处理器单元和一些必备的车载算法也是必要的配置,它们能够配合传感器确定汽车在停车场中的精确位置,实时监控周边环境,终完成独立的全自动泊车。所以说,即便停车场内没有安装大量高科技基础设施,车辆也能够在该区域内安全定位和移动。
各位停车困难户们是不是已经非常期待了?估计它要进入量产阶段还需要一些时间。建议宝马能到国内那种很拥挤的车库来进行各种实验,如果能在“极限”环境下顺利通过测试,那么应付其他环境应该也没什么问题了。

智能汽车终极目标—自动驾驶

看过了宝马这种“召之即来,挥之即去”的自动泊车术,后我们来看看汽车智能技术终极的进化方向—自动驾驶。在这方面,奔驰走在了前面。早在2013年9月,奔驰就让一辆以S级为基础打造的S 500 Intelligent Drive自动驾驶车,通过了从德国曼海姆到普福尔茨海姆长达100公里的道路测试。而在CES 2015上,奔驰展示了其新的无人驾驶概念车F 015 Luxury in Motion。

F 015 Luxury in Motion设计方面的内容请大家移步各大汽车网站,我们这里主要谈谈奔驰在它上面搭载的这套无人驾驶系统。这套系统名为“Extended Sense”,应该是在奔驰无人驾驶系统“Mercedes-Benz Intelligent Drive”的基础上进行了进一步的改进,后者包括了Pre-Safe Brake行人侦测防撞系统、Distronic Plus主动式定速车距控制系统、Active Lane Keeping Assist主动式车道维持辅助系统。所有这些系统都是基于汽车上配置的Stereo Camera摄影头与Multi-stage Radar Sensors雷达传感器来实现的。Stereo Camera摄影头充当车辆的“眼睛”,Radar Sensors雷达传感器则化身为“耳朵”。在行驶过程中,它们不断搜寻周边信息,包括障碍物、车辆、行人、标线、交通标志等,并将信息交由行车电脑处理,后针对当时的路况做出反应。在高精度的GPS数据配合3D导航地图的情况下,该系统可确保车辆定位精确到厘米级别。

与目前装备了奔驰智能驾驶系统的车型一样,F 015 Luxury in Motion靠着摄影头传回来的路况,以及200米长程雷达波、60米中程雷达波、30米短程雷达波的重叠侦测,对市区路况做出精准判断。其行人侦测与防护的有效范围为时速7公里~72公里,当行车电脑察觉到车辆可能会撞上行人时,会先在仪表板上以红色图示提醒,并辅以警示音。若驾驶者不予理会,在后一刻才踩下煞车、且煞车力道不足时,Bas Plus煞车辅助系统会立刻介入,自动施以大的力道将车辆煞停。若是驾驶者没有注意到行人,也完全没有踩下煞车,甚至还持续加油的话,在危急时刻,行车电脑会自动掌控车辆,将车辆煞停,防止事故发生。此外,奔驰在F 015 Luxury in Motion上更进一步的设计是让它拥有自己的感知、解释和沟通能力。它可以实现这样的功能:如果道路一侧的行人挥手示意想等待,让汽车先过,无人驾驶汽车的传感器便能感知和识别,并在检查交通状况后继续行驶。

自动和手动驾驶模式下的灯光是不同的,蓝色灯表示它正处于自动驾驶模式。
自动和手动驾驶模式下的灯光是不同的,蓝色灯表示它正处于自动驾驶模式。

F 015 Luxury in Motion可以利用激光投射技术为行人投射出一条临时的人行横道
F 015 Luxury in Motion可以利用激光投射技术为行人投射出一条临时的人行横道

乘客可以在F 015 Luxury in Motion中做自己的事,而不用对行驶进行干预,这已经达到了Level 4甚至Level 5级别的自动化驾驶阶段。
乘客可以在F 015 Luxury in Motion中做自己的事,而不用对行驶进行干预,这已经达到了Level 4甚至Level 5级别的自动化驾驶阶段。

此外,F 015 Luxury in Motion进一步开发并优化了LED技术,其功能不仅限于常规照明功能,更可以与周围环境进行沟通与互动。汽车前后LED模块由系统单独控制。前后排LED光源的色彩在无人驾驶状态下显示蓝色,在手动驾驶模式下则是白色,提醒车外行人和其他车辆注意汽车当前的驾驶模式。尾部LED矩阵式显示器向后方车辆明确地传达信息,如“STOP”(停止)或“SLOW”(减速)等。车头部分的高精度激光投影系统则负责实现与前方环境和行人的沟通。若前方突然出现行人,它会自动停下并利用激光投影技术在街道上投射出一条临时的人行横道,引导行人通过。

VDA (德国汽车工业组织)、BASt (德国联邦公路研究所)曾为车辆自动化驾驶定义出Level 0~Level 5共6个阶段。Level 0和Level 1是车辆没有辅助系统,或仅有初级的辅助系统,在这个阶段,驾驶者要完全依靠自己控制车辆;Level 2则是车辆部分自动驾驶,在此阶段,车辆可以执行一些简单的自动化操作,但驾驶者需要时时刻刻在旁监督,不能分神做其他事 (例如休息、玩手机)。这意味着如果有事故发生,驾驶者要负全部责任。Level 3则是有条件的自动化驾驶,此时车辆可执行大部分自动化指令,但是行车系统需具备预警系统,在即将发生“行车电脑难以处理的路况”前,提早告知驾驶者,以便让驾驶者接手汽车操作,防止意外发生。在此阶段,驾驶者可在车辆行驶中暂时分神做其他事。Level 4与5则是高度、完全自动化的车辆自主驾驶,车辆将接管所有的操作工作,行驶过程中,驾驶者可完全分神做自己的事情,例如看一部电影、睡觉休息,甚至驾驶座上都不需要有人待着,人完全扮演乘客的角色即可。奔驰此前开发的自动驾驶系统是处于Level 2阶段,而在F 015 Luxury in Motion上,它所展示的技术已经能达到Level 4甚至Level 5级别了。就目前来看,Level 2级别的自动驾驶技术已有相当高的成熟度,但将技术进一步量产并普及到旗下产品将是更重要的一步,F 015 Luxury in Motion概念车的诞生,或许会让我们更快地体验到自动驾驶技术。

一些智能技术已经可以在量产车中看到
一些智能技术已经可以在量产车中看到

小结

2015年一开年,众多汽车厂商就借助科技展会为我们展示了汽车行业在智能化方面的发展,它们中既有涉及操作方式的改变,也有人车交互模式的进化……汽车随叫随到、自动驾驶不再是科幻小说中的情节。这些技术其中有一些已经可以在量产车上看到,有些也已离我们不远。看过了这么多汽车厂商在汽车智能化方向上展示的技术,其实在这些智能功能的背后很多IT厂商在其中起到了不小的作用,谷歌、苹果、NVIDIA……从软件到硬件层面,这些IT厂商都为汽车智能化做出了不小的贡献,今后我们也会陆续为大家介绍这方面的内容,尽请期待。

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