方陵生/編譯

未來道路與車輛前景展望

方陵生/編譯

·車輛和高速公路技術(shù)的未來將如何發(fā)展，設(shè)計者們有時也難以預測。

1893年，諾曼·貝爾-格迪斯（Norman Bel Geddes）出生于新興汽車工業(yè)中心底特律以西約40英里的地方。貝爾-格迪斯是一個不同尋常的姓氏，是諾曼·梅蘭頓-格迪斯 （Norman Melancton Ged des）與海倫·貝爾-施奈德（Helen Belle Schneider）聯(lián)姻的結(jié)果，這個混合姓氏象征著兩個極富創(chuàng)意大腦的結(jié)合。從小母親帶他去看歌劇時，貝爾-格迪斯對舞臺藝術(shù)十分著迷，早期他是一位成功的設(shè)計師，后進入戲劇界從事設(shè)計工作。曾被紐約時報描述為“20世紀的達芬奇”的貝爾-格迪斯后來成為一名成功的工業(yè)設(shè)計師，他的流線型設(shè)計風格極受大眾歡迎。他還是1939年紐約世界博覽會上通用汽車（General Motors）“高速公路和未來視野”展的設(shè)計者，他將這個被稱為“未來世界展”的展覽描述為“代表了美國幾乎所有類型地形的大型模型展，展示了未來美國全國高速公路系統(tǒng)發(fā)展的全貌?！?/p>

五百萬人參觀了這個“未來世界展”，成為當時“世界歷史上最受歡迎的博覽會”。參觀者坐在可在模型邊緣隨意移動的舒適椅子上，俯視著未來汽車世界的圖景。模型展示了從當時起未來20年后世界高速公路的樣子。展出的未來愿景中包括一個自動化的公路系統(tǒng)，運行在這個自動化系統(tǒng)中的車輛都是自動駕駛汽車，類似于今天已實現(xiàn)了自動駕駛夢的谷歌汽車和其他形式的自主車輛。貝爾-格迪斯認為，這次展覽能夠獲得巨大成功，是因為人們對于每日排隊乘坐公共汽車，或每日開車上路的厭倦和不勝煩惱?！拔磥硎澜缯埂苯o了所有人都要面對的問題一個震撼人心的、非常形象化的解決方案。這個展覽非常成功，以至于通用汽車在1964年紐約世界博覽會上又推出了一個現(xiàn)代版的“未來世界展II”。

貝爾-格迪斯在這次博覽會后出版的 《神奇的高速公路》（Magic Motorways）一書中，以及通用汽車1940年拍攝的 《邁向新視野》（To New Horizons）里的許多插圖，都超越了當時“未來世界展”所設(shè)想的未來。其中最突出的一幅圖是“道路的十字路口：明天的城市”，在這張圖里，城市車流川流不息地行駛在一條沒有行人的單行道上，行人都在高架行人道或拱形游廊上行走，這讓人聯(lián)想起幾十年前，1913年的《工程月刊》上提出的一個五層街道概念。貝爾-格迪斯的書中也提出了幾種高架道路的設(shè)想，其中包括在電力大壩上建立河上交通通道的設(shè)想，以及跨湖雙層橋等。

高速公路上的車輛行駛概念圖，無人駕駛車輛可通過無線信號交通指揮系統(tǒng)定位互相之間的位置，以減少城市繁忙十字路口或司機不易看到的彎道“盲區(qū)”等危險區(qū)域的事故發(fā)生率

但是諷刺的是，盡管貝爾-格迪斯的書中描繪了許多未來高速公路的神奇圖景，但奔駛在公路上的絕大多數(shù)都是1930年代后期明顯已過時的“古董”車輛。貝爾-格迪斯的目光似乎只聚焦于未來的道路，盡管他已構(gòu)思了更先進的淚滴狀流線形設(shè)計理念，但他似乎沒怎么想過，到了未來的1960年，他所駕駛的汽車會是個什么模樣。這或者是通用汽車設(shè)計師的權(quán)限限制所至，畢竟，通用汽車不想向公眾或其競爭對手披露他們想象中20年后的汽車會是個什么樣子。但是今天的我們，對于目前或不久未來的汽車，或許會有一個更清晰的展望。

車輛駕駛輔助系統(tǒng)已成為今天的現(xiàn)實

未來，智能汽車將行駛在智能高速公路上，穿行在智能橋梁間，即使司機經(jīng)驗不是很豐富，或坐在方向盤前偶爾打個盹，未來的自動駕駛車輛也能自動找到回家的路，就像舊時的“老馬識途”一樣。正如羅伯特·弗羅斯特（Robert Frost）在他1916年的詩篇“行走在雪夜林中”中所描寫的，在他對前面道路不太確定時，就會搖一下鈴鐺向他所騎的馬“咨詢”一下。明天的汽車會比“識途老馬”更“能干”，它們會根據(jù)路面情況向我們發(fā)出各種警示信息，甚至當我們做出愚蠢的舉動時，自動控制住車輛。例如，當我們?nèi)俳咏Ｔ谇胺降囊徊寇囕v，或當我們一側(cè)有輛車，而側(cè)視鏡中看不到的時候想要進入超車道時，或漂移越過車道，或太靠近人行道邊緣時，智能汽車會及時向我們發(fā)出警告，避免事故的發(fā)生。

今天，這樣的車輛駕駛輔助系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)實，配備了輔助駕駛系統(tǒng)的車輛可通過聽覺、視覺和觸覺提示與司機溝通。只要經(jīng)過很短一段時間的適應，司機就可習慣于輔助駕駛系統(tǒng)顯示的數(shù)字和圖標，根據(jù)它發(fā)出的嗶嗶聲和閃爍的指示燈，做出相應的反應。一些系統(tǒng)的智能化程度相當高，如果司機沒有及時做出反應，系統(tǒng)會控制著汽車返回原來的車道，在緊急情況下甚至自動將車停下來。一些汽車還能夠自動泊車，一輛裝配了自動導航儀的四輪驅(qū)動特斯拉，可根據(jù)司機的意圖自動變換車道。如今的任何車輛，如果在轉(zhuǎn)彎時走錯了路，GPS導航器會發(fā)出通知，重新更正行車路線。

自動駕駛車輛還配備有可以同時檢查所有四個輪胎壓力的設(shè)備，在控制屏幕上顯示輪胎壓力是否正常。精密的巡航控制系統(tǒng)不僅可以維持穩(wěn)定的行駛速度，還能夠與兩側(cè)和前面的車輛保持安全的距離。智能控制系統(tǒng)可在行駛過程中實現(xiàn)平穩(wěn)減速，一輛行駛速度為每小時65千米的車，在前面一輛車車速突然變慢的情況下，可將車速自動降到每小時55千米。

即使是在黑暗的夜晚，今天的汽車前燈也能將道路兩旁黑暗樹林深處照得雪亮，如果對面有相反方向的車輛駛來，智能系統(tǒng)還能自動將車燈調(diào)暗。如果車輛準備駛下高速公路，轉(zhuǎn)入一條通往某個農(nóng)舍的土路，根據(jù)轉(zhuǎn)彎的方向，車前燈的光束也會相應轉(zhuǎn)向左邊或右邊。在車窗玻璃上剛開始濺上幾滴雨水時，智能雨刮器就會自動開始工作，并根據(jù)雨量大小自動調(diào)節(jié)雨刷的移動速度。

在體驗了汽車的這許多特點之后，我們也許會憧憬未來的汽車會發(fā)展成什么樣。擋風玻璃雨刮器能檢測和清理濺到玻璃上的樹葉嗎？當我們行駛在州際公路上時，充氣不足的輪胎會自動充氣嗎？燃油不足的警告圖標會觸發(fā)GPS做出反應，自動將我們帶到汽油價格、質(zhì)量和品牌都符合我們要求的最近加油站嗎？如果估計剩余燃油不足以駕駛到最近的加油站時，車輛會放緩速度降低能耗，讓我們在燃油耗盡之前抵達加油站嗎？這些都是改進現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)造未來技術(shù)的發(fā)明家和工程師們所要面對的挑戰(zhàn)。

與車輛建立實時通信聯(lián)系的智能橋梁

2013年5月23日，一輛超大型車輛在過橋時觸碰到了橋梁上方的桁架，導致橋梁倒塌。這是華盛頓州5號州際公路上斯卡吉特河上的一座大橋，如果橋上裝有車輛高度檢測傳感器，及時檢測到因超高而無法通過的車輛，就能避免這次塌橋事故的發(fā)生

以上介紹的特性，更多是與車輛相關(guān)，而不是車輛行駛所依賴的道路和橋梁。但是道路與橋梁的一些智能化設(shè)計也已經(jīng)非常普遍，例如，人行道上路口的探測器會通知紅綠燈，是否有一輛車正準備向左拐，并以左轉(zhuǎn)箭頭示意，如果左轉(zhuǎn)箭頭沒有出現(xiàn)，對面方向過來的車輛就可以綠燈放行，暢通無阻。還有一些智能道路和橋梁，可通過一些智能化基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控道路和橋梁上的交通狀況，隨時提請人們注意。一些道路上嵌入的傳感器，可用于在冰雪天氣里探測道路狀況，必要時發(fā)出派遣專門人員來處理的信號。橋梁上不僅可以安裝傳感器，還可以安裝通過傳感器控制的設(shè)備。例如，當傳感器檢測到橋面開始結(jié)冰時，就可觸發(fā)嵌入路邊或護欄的系統(tǒng)，向路面噴灑防冰液，無需任何人工干預。

這一技術(shù)的另一個用途是可以及時檢測到橋梁結(jié)構(gòu)中嚴重的裂紋或腐蝕，將檢測到的大量數(shù)據(jù)發(fā)送到（通過電纜線連接）與之連通的計算機上。不足之處是代價比較昂貴，如果采用無線傳輸方式，則可以低成本高效率地達成目的。

這類檢測設(shè)備有利于基礎(chǔ)交通設(shè)施的安全和維護的一個例子是美國特拉華州威明頓市495號州際公路克里斯蒂娜河上的大橋，2014年中，檢查人員發(fā)現(xiàn)支撐高架橋的好幾個橋墩出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)傾斜現(xiàn)象，這座高架橋的下方是一片閑置工業(yè)用地，有人將50 000噸堆泥土非法堆放在橋墩邊上，造成地面移位，破壞了橋墩的穩(wěn)定性。如果橋上安裝有靈敏的無線傾斜檢測儀，就可以通過橋梁上安裝的傳感器與過往車輛的車載計算機建立聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)和收集到橋墩出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)信息，早期檢測到問題可阻止進一步的破壞，不但橋梁出現(xiàn)的問題可以迅速得到修復，維修費用也相對較低。

在2013年的一起塌橋事故中，一輛超高大型車輛在通過華盛頓州5號州際公路上斯卡吉特河上的一座大橋時，觸碰到了橋梁上方的鋼架結(jié)構(gòu)桁架，被撞到部分的橋體倒塌斷裂后落入水中，這座已有58年歷史的橋面路況很差，迫使許多車輛在行駛時偏向于接近橋梁右側(cè)的邊緣部分，那里上方桁架呈向下彎曲的弧度，車輛通過時的垂直空間間隙更小，之前曾發(fā)生過車輛與橋梁上方結(jié)構(gòu)部分相撞的事件，但未對橋體造成重大影響。除了這個問題之外，斯卡吉特河橋之前已被列為處于斷裂臨界點的“危橋”，其狀態(tài)與六年前導致13人死亡的明尼阿波利斯州際大橋倒塌事件相似，但幸運的是，斯卡吉特河倒塌事件中沒有人員傷亡。

在像斯卡吉特這樣的橋梁上安裝可及時檢測到高度超高車輛駛近的傳感器并不困難。通過雷達檢測車輛速度并在公路上顯示的檢測設(shè)備已很普遍，它可以及時警告司機放慢速度。更先進的巡航控制系統(tǒng)還可通過雷達和計算機讓汽車自動與前面的車輛保持安全距離。想象一下，配備了類似裝置的垂直間隙較小的智能橋梁，車身較高的智能車輛在接近橋梁時，就會及時獲得警告信息，在有可能發(fā)生碰撞事故之前減速停下。這種橋梁結(jié)構(gòu)與車輛之間的無線通訊連接，可明顯防止出現(xiàn)橋梁崩塌和人員傷亡事故。未來，這種設(shè)想也將成為現(xiàn)實，成為一種普遍應用的技術(shù)。

工程師們目前正在開發(fā)的一種高速公路-車輛系統(tǒng)，可讓幾百碼長度內(nèi)行駛在同一段高速公路上的車輛保持持續(xù)的無線聯(lián)系，在這樣的一個系統(tǒng)中，因交通擁擠或因視線不良造成的在彎道上行駛的互相之間看不到的兩輛車會一直保持聯(lián)系。如果前面的車突然停車，就會發(fā)出信號讓后面的車立即自動剎車。

通用汽車的宣傳資料展示，下一代凱迪拉克車將結(jié)合各種傳感技術(shù)，實現(xiàn)在高速公路上的全自動無人駕駛

其他一些讓車輛之間保持通信聯(lián)系的技術(shù)可能導致一些交通標志最終消失。如果十字路口附近的所有車輛都成為某個無線網(wǎng)絡(luò)的一部分，接近十字路口的車輛就可通過計算機知道前面的交通情況，例如是否有交叉車流，如果有的話，司機就會小心接近或干脆停車，即使不是以全息圖像的形式直接出現(xiàn)在司機的視線里，或許也可以在導航屏幕上以明顯的電子停車信號顯示。如果十字路口暢通無阻，就不會有警告信號出現(xiàn)，車輛可以直接通過，甚至不需要放慢車速。如果所有的車輛都成為這個系統(tǒng)中的一部分，未來交通信號燈和交通提示標志都可以完全取消，從而減輕交通部門購買、安裝和維護這些交通設(shè)施的負擔。此外，沒有了這些物理標志物的高速公路將會減少視覺混亂，導致注意力分散的干擾也會更少，為人們創(chuàng)建一個更安全的道路環(huán)境。

2014年夏，美國交通部宣布了一個計劃，在不久的未來，要求所有的小汽車和卡車，無論新舊，都必須安裝先進的汽車通信技術(shù)設(shè)備。到2020年，給一輛新車安裝一個通信發(fā)射機預計將增加約350美元成本；現(xiàn)有汽車也可以通過翻新加裝一個等效裝置。工程研究團隊與大學、政府實驗室和汽車工業(yè)聯(lián)合對這項技術(shù)進行了測試。作為密歇根大學交通研究所這一項目的一部分，志愿者們駕駛配備了這一系統(tǒng)的近3 000部車輛進入了真實的交通環(huán)境中。

無人駕駛與自我修復的智能道路

完全無人駕駛汽車已經(jīng)成為現(xiàn)實，盡管到目前為止只有原型車。美國國防部通過其國防高級研究計劃局，多年來一直在贊助無人駕駛汽車的研究和發(fā)展，為在城市和戰(zhàn)場上成功實現(xiàn)無人駕駛的研究提供的獎金高達200萬美元。在這些成功項目的基礎(chǔ)上，谷歌自2009年以來一直致力于開發(fā)無人駕駛汽車，在隨后的5年里，這樣的自主駕駛車輛已在公路上跑了70多萬英里。

汽車工業(yè)也在積極發(fā)展自己的自動駕駛技術(shù)。奧迪Q5配備的計算機系統(tǒng)可對一些機載設(shè)備數(shù)據(jù)進行處理，包括攝像機、雷達和激光傳感器收集到的數(shù)據(jù)。2015年初，在一次從舊金山到紐約的3 400英里的行駛途中，基本實現(xiàn)了自動駕駛，99%的時間里都由計算機自主駕駛，只有在施工區(qū)域等復雜的道路環(huán)境中，才由人類駕駛員接管駕駛權(quán)。埃隆·馬斯克（Elon Musk），特斯拉的首席執(zhí)行官承諾將于2020年推出一款全自動化的車輛。通用汽車預計于2017年推出在高速公路上無手動駕駛的凱迪拉克。隨著技術(shù)的發(fā)展，車輛漸漸都會配置上這類技術(shù)，我們甚至可以期待，在未來的車輛上，前面的座位可以旋轉(zhuǎn)過來，如果愿意的話，車里的人甚至可以在車輛行駛途中玩紙牌和棋盤游戲，面對面交談以及發(fā)送郵件和短信等，而不用擔心會發(fā)生交通事故。

即使車輛上乘客的眼睛沒有盯在道路上，他們也可以通過“數(shù)據(jù)提供者”幫助觀察和了解道路狀況。這是一個名為“新城市動力”的團體所提出的概念，一個致力于“為城市居民提供創(chuàng)新服務(wù)”的團體。2010年，“新城市動力”市長辦公室在波士頓成立，后來費城也建立了類似的機構(gòu)，這些機構(gòu)通過“在內(nèi)部機構(gòu)和外部企業(yè)家之間建立合作伙伴關(guān)系，開展試點項目，滿足居民的需求”，起到了“創(chuàng)新孵化器”的作用。具體項目包括從改進垃圾筒到高科技智能手機應用等。

“道路凸起”（Street Bump）就是這類應用軟件中的一個，它可在波士頓的道路上追蹤某輛自動汽車的行駛路線。在這款免費應用程序激活后，就可以將智能手機放在汽車儀表盤上用來監(jiān)控汽車行駛。手機的加速計可檢測到道路上的凹凸不平，并可區(qū)別其產(chǎn)生原因，比如是路面上出現(xiàn)一個凹坑，還是壓到了減速帶上。如果確認車輛遇到了一個凹坑，通過GPS確定其所在位置，將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)回給城市監(jiān)控路面狀況的有關(guān)部門，確定之后就可派相關(guān)人員去填平它。

東北大學工程師開發(fā)的“通用機載嵌入式移動傳感器”（首字母縮寫為VOTERS）將這一理念延伸到了各個方面，配備了各種各樣傳感器的車輛每天行駛在城市道路上。包括測量輪胎聲音的傳感器，檢測道路表面凹陷的傳感器，以及檢測路面下地層狀態(tài)變化的檢測器，通過這類數(shù)據(jù)可及時發(fā)現(xiàn)道路表面出現(xiàn)凹坑的先兆，對可能出現(xiàn)的情況進行監(jiān)測，以及時進行道路的維護和修復。

另外，如果研究人員能夠成功開發(fā)出一種可自我修復的瀝青，道路凹陷出現(xiàn)坑洼的現(xiàn)象就將成為歷史。這些研究中最為有名的是荷蘭代爾夫特理工大學土木工程師埃里克·施蘭根（Erik Schlangen）領(lǐng)導的微觀力學實驗。通過在瀝青混凝土中滲入短鋼絲絨纖維，路面材料出現(xiàn)裂縫時，就可通過微波修復法得以愈合。施蘭根在一次6.5分鐘的演講中現(xiàn)場演示了這一過程，他將一小塊瀝青一分為二，然而將分裂開的兩半一起放在微波爐里，在他講話結(jié)束時，從微波爐里拿出來的兩半瀝青塊已經(jīng)重新合二為一了。他希望能夠開發(fā)工業(yè)規(guī)模的道路微波修復設(shè)備。

硅酸鹽水泥制作的自修復混凝土路面也開始出現(xiàn)。制作時將含有休眠細菌和淀粉類物質(zhì)的微型膠囊融入混凝土中，細菌若被激活就可分泌碳酸鈣堵塞裂縫?；炷廉a(chǎn)生裂縫時封裝的細菌會被釋放出來，細菌遇水激活后消耗淀粉類物質(zhì)，分泌本質(zhì)上為石灰?guī)r的碳酸鈣，堵塞裂縫并預防進一步的破損。修復后的混凝土強度可達到之前未出現(xiàn)裂縫時的90%。

有了這種新科技，行駛在未來道路上的車輛將更平穩(wěn)更少噪音，乘客的體驗與諾曼·貝爾-格迪斯在通用汽車“未來世界展”上所展示的以及他所著的《神奇的高速公路》一書中所描述的可能不完全一樣，因為現(xiàn)實將比貝爾-格迪斯當年的設(shè)想更神奇更美妙。

圖為自修復混凝土的樣本，其中包含有用微型膠囊密封住的休眠細菌和淀粉，出現(xiàn)裂紋時，封裝被打開，水進入激活細菌，細菌吃掉淀粉，分泌出碳酸鈣堵住裂縫

城市規(guī)劃者希望通過行駛在道路上的車輛獲得城市道路的實時信息。一個名為“道路凸起”的道路路面狀況軟件就是對這類信息的實際應用，“道路凸起”軟件已在美國幾個大城市中投入實際使用

［資料來源：American Scientist］［責任編輯：遙 醒］

本文作者亨利·佩特羅斯基（Henry Petroski），杜克大學土木工程和歷史學教授。