汽車自發(fā)明以來(lái)已經(jīng)改變了整個(gè)人類的生活，特別是使人們的活動(dòng)半徑獲得了極大的提高，一百多年來(lái)汽車為人類的移動(dòng)出行提供了無(wú)限的空間。隨著信息化和智能化的發(fā)展，人們正在改變汽車，正在重新發(fā)明汽車，特別是為未來(lái)的機(jī)動(dòng)性，重新設(shè)計(jì)汽車。本文總結(jié)了德國(guó)智能互聯(lián)技術(shù)改變?nèi)祟悪C(jī)動(dòng)性方面提供了參考。

1 充分發(fā)揮自動(dòng)駕駛優(yōu)勢(shì)，為應(yīng)對(duì)未來(lái)機(jī)動(dòng)挑戰(zhàn)提供解決方案[1]

即使經(jīng)過(guò)120多年機(jī)動(dòng)化，道路交通中的機(jī)動(dòng)性還是面臨許多挑戰(zhàn)?？墒撬坪跤斜匾诩夹g(shù)上開辟新天地。如今許多地方已有的交通基礎(chǔ)設(shè)施非常擁擠，導(dǎo)致時(shí)間延遲，交通能源效率低以及經(jīng)濟(jì)成本下降。尋找停車位和擁堵不僅造成可避免的排放問題，而且僅在德國(guó)每年估計(jì)造成經(jīng)濟(jì)損失250億歐元。此外，不斷增長(zhǎng)的電子商務(wù)將導(dǎo)致貨運(yùn)量的增加。

城市中，公共交通業(yè)務(wù)無(wú)疑是個(gè)人流動(dòng)性不可或缺的基石之一。由于經(jīng)濟(jì)原因，大部分人不常使用出租車，新的移動(dòng)出行服務(wù)如汽車共享，只允許擁有有效駕駛執(zhí)照，剛在市場(chǎng)建立起來(lái)，其中一些移動(dòng)服務(wù)在德國(guó)是不合法的，即使它們只提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的出租車替代品服務(wù)。自動(dòng)駕駛技術(shù)可以幫助到那些諸多挑戰(zhàn)。表格1中對(duì)應(yīng)VDI定義描述自動(dòng)水平差別。

表1 自動(dòng)駕駛級(jí)別[1]

文中FIGURE 1給出了信息處理鏈的示意圖。傳感器提供數(shù)據(jù)，這是描述駕駛狀況和交通狀況的基礎(chǔ)。

FIGURE 1 Information process chain of automated driving functions compared to the human[1]

自動(dòng)化駕駛所帶來(lái)的挑戰(zhàn)非常復(fù)雜，可以用5個(gè)層次來(lái)說(shuō)明。文中FIGURE 3示出自動(dòng)駕駛過(guò)程中，從5個(gè)層級(jí)模型描繪出人因素與其它自動(dòng)化等級(jí)如何相互交融一塊。

迎接以上所描述的的挑戰(zhàn)作為未來(lái)移動(dòng)出行繼任者似乎有必要建立德國(guó)電移動(dòng)出行國(guó)家層面戰(zhàn)略平臺(tái)。從技術(shù)層面既要有創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)理念又要有網(wǎng)絡(luò)手段。

2 公交車自主駕駛[2]

由于客運(yùn)各種法律障礙，德國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)的自主或自動(dòng)駕駛目前不可行。然而，在非公共交通領(lǐng)域，今天已經(jīng)可以想到各種應(yīng)用。對(duì)于物流公司、公共交通站點(diǎn)和集裝箱碼頭，操作程序的部分自動(dòng)化為成本優(yōu)化提供了機(jī)遇。

服務(wù)回來(lái)之后，公交車準(zhǔn)備下一次當(dāng)?shù)毓步煌ㄕ军c(diǎn)派遣。停歇在站點(diǎn)需要做的工作有小維修檢查，特別是車輛的加油、清洗。據(jù)在一家公交車站點(diǎn)調(diào)查，擁有大量公交車，大量運(yùn)輸和調(diào)配擺放工作量可以通過(guò)自動(dòng)駕駛得到釋放而且降低人工成本。使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)確保公交車即可在站點(diǎn)也可在后來(lái)的公共道路自主駕駛。

Figure 1 Top view of the depot Stuttgart Galsburg with marking of the automatable operating sequences[2]

文中圖1斯圖加特公交站點(diǎn)地圖示出認(rèn)同的9個(gè)運(yùn)行步驟。站點(diǎn)自主駕駛是自動(dòng)駕駛首批步驟之一，因?yàn)轳{駛區(qū)域受到限制而且免受交通規(guī)則限制。雖然車輛遵守公共道路運(yùn)輸?shù)囊话憬煌ǚㄒ?guī)，但由路人或其他道路使用者引起的許多不可預(yù)見的情況被消除。由于處于封閉區(qū)域，不合格人員，例如行人或玩耍孩子不會(huì)成為問題。已確定斯圖加特-蓋斯堡站點(diǎn)作為自動(dòng)駕駛示范點(diǎn)。為全市公交車總站提供市區(qū)公交車。表2示出9個(gè)運(yùn)行過(guò)程所需平均時(shí)間。

表2 9個(gè)運(yùn)行過(guò)程評(píng)價(jià)時(shí)間[2]

為了確保自動(dòng)駕駛的功能不受限于站點(diǎn)，該系統(tǒng)基于自主車輛標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)而且與場(chǎng)地外的正常道路基礎(chǔ)設(shè)施兼容。為公交車配備GPS、攝像機(jī)、雷達(dá)和超聲系統(tǒng)可以解決有關(guān)加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向方面的挑戰(zhàn)。標(biāo)準(zhǔn)車輛已經(jīng)包括用于位置檢測(cè)、車道保持助力和安全距離警告?zhèn)鞲衅鳎▓D2）。

圖2 用交通紅綠燈標(biāo)識(shí)停車道次[2]

自主公交車點(diǎn)提供巨大經(jīng)濟(jì)潛能。每天斯圖加特蓋斯堡服務(wù)總站面對(duì)150臺(tái)公交車輛，每年如果采用自主駕駛可以節(jié)省人工成本10萬(wàn)歐元。比節(jié)省人工成本更重要的是增加運(yùn)輸產(chǎn)能。另外自動(dòng)駕駛能夠減少由于碰撞而引起的小的損傷。用于控制車輛的傳感器和作動(dòng)器已經(jīng)足以應(yīng)對(duì)運(yùn)作站點(diǎn)并為自動(dòng)駕駛提供基礎(chǔ)。

3 開發(fā)數(shù)字世界中的移動(dòng)出行[3]

汽車在上個(gè)世紀(jì)改變了世界，對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生了決定性影響。今天世界的變化正在引起汽車業(yè)及其應(yīng)用發(fā)生重大變化。

車輛互聯(lián)和智能化正在高速向前發(fā)展。它們將使輔助系統(tǒng)能夠有助于提高車輛安全性，舒適性和運(yùn)行效率。自主駕駛會(huì)改變用戶對(duì)車輛期望并生成車輛使用新的商業(yè)模式。能源部分的變化以及減少局部排放需求將提升汽車越來(lái)越多電氣化。這些改變的邊界條件需要整體的車輛開發(fā)方法。子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是了解整車及其作為一個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境，與其造型和人-機(jī)接口一起勾勒出一臺(tái)車輛特性。主要子系統(tǒng)如動(dòng)力傳動(dòng)系、熱管理、底盤、電氣系統(tǒng)以及車身和內(nèi)飾必須滿足結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)要求之外還要與車輛用戶要求相匹配（文中圖1）。在早期開發(fā)過(guò)程中，需要使用虛擬樣機(jī)模擬預(yù)先設(shè)定好影響車輛屬性，并在實(shí)際車輛操作短開發(fā)環(huán)路中經(jīng)受試驗(yàn)和驗(yàn)證。在封閉環(huán)路中再使用現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中的結(jié)果作為模擬和車輛模擬器試驗(yàn)和子系統(tǒng)開發(fā)輸入。動(dòng)力系統(tǒng)與車輛開發(fā)鏈接允許利用先前未使用的潛力。

以合作方式完成對(duì)車輛衍生品或整車的開發(fā)。在使用前后一致的模擬環(huán)境下特別強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)功能平面布置。車輛制造廠家正面臨把多種推進(jìn)系統(tǒng)集成到它們產(chǎn)品系列中并具有可接受的制造復(fù)雜度的挑戰(zhàn)。從市場(chǎng)角度，每次車輛推進(jìn)系統(tǒng)本身構(gòu)架須具有競(jìng)爭(zhēng)力。一方面對(duì)于諸如高壓電池，動(dòng)力系和位于車輛地板下排放系統(tǒng)位置發(fā)生任何折中都會(huì)影響車輛屬性，另外一方面影響到車輛車身結(jié)構(gòu)協(xié)同效果。動(dòng)力系熱系統(tǒng)以及車輛內(nèi)飾也是整車重要一環(huán)。未來(lái)移動(dòng)出行存在許多可能性，其特點(diǎn)即體現(xiàn)在動(dòng)力系統(tǒng)解決方案的多樣性以及互聯(lián)性。為用戶提供全方位解決方案變的越來(lái)越復(fù)雜而且要求車輛開發(fā)采用新方法。通過(guò)虛擬早期功能相互作用和車輛用戶主觀感知來(lái)優(yōu)化整個(gè)子系統(tǒng)。由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，有可能假設(shè)未來(lái)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛不再對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。這樣就為所有推進(jìn)系統(tǒng)之間打開新的競(jìng)爭(zhēng)之路。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看還會(huì)繼續(xù)聚焦CO2排放問題。合成燃料為內(nèi)燃機(jī)打開新的一扇窗。

圖1 基于對(duì)車輛系統(tǒng)理解的車輛開發(fā)[3]

為了開發(fā)和驗(yàn)證，駕駛員輔助系統(tǒng)和自主駕駛要求大量場(chǎng)景。將來(lái)通過(guò)采用混合實(shí)際和虛擬開發(fā)環(huán)境獲取完美開發(fā)成果。

4 從安全助力功能到遠(yuǎn)見和強(qiáng)化安全移動(dòng)出行設(shè)計(jì)理念[4]

未來(lái)人們移動(dòng)出行會(huì)基于不同運(yùn)輸模式組合，自主駕駛車輛將會(huì)發(fā)揮重要作用。而在農(nóng)村地區(qū)，車輛主要還是由駕駛員操作和私人擁有，城市個(gè)人移動(dòng)出行聚焦在用戶可按需求定購(gòu)的自主駕駛車輛上。這些無(wú)人駕駛車輛將由中央車隊(duì)管理系統(tǒng)管控。它們不再由私人擁有，而是由移動(dòng)提供商運(yùn)營(yíng)。

圖1 未來(lái)城區(qū)內(nèi)無(wú)人駕駛機(jī)器人出租車[4]

只有當(dāng)車輛能夠檢測(cè)和詮釋其周圍環(huán)境時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。由此車輛須配備環(huán)境傳感系統(tǒng)例如相機(jī)雷達(dá)或激光。如果一個(gè)傳感器檢測(cè)出障礙物，首先使用相關(guān)職能系統(tǒng)，有必要詮釋該信息。環(huán)境檢測(cè)和詮釋領(lǐng)域正是需要做大量工作的地方。檢測(cè)，詮釋和安全反應(yīng)要求計(jì)算能力。某些情況需要采用新技術(shù)和新方法例如人工智能。目前由司機(jī)承擔(dān)的所有動(dòng)作和監(jiān)控職責(zé)將來(lái)須車輛本身承擔(dān)來(lái)確保所有駕駛條件下其自身安全和可靠運(yùn)行。如果司機(jī)使用該系統(tǒng)感覺安全，司機(jī)就會(huì)接受自動(dòng)駕駛。

因?yàn)檫@些機(jī)器人出租車將完全取締駕駛員作用。這樣就會(huì)增大確保車輛和其周圍生態(tài)系統(tǒng)通常由司機(jī)所能承擔(dān)的責(zé)任技術(shù)挑戰(zhàn)內(nèi)容。這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)際的駕駛?cè)蝿?wù)。我們已經(jīng)研究了道路狀況檢測(cè)問題，這是確保自主駕駛汽車安全運(yùn)行的基本要求。如果世界主要城市街道到處出現(xiàn)自主機(jī)器人出租車迷人風(fēng)景，這樣的模塊將只是模塊和技術(shù)解決方案的完整系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。Continental公司正在與知名大學(xué)合作開發(fā)多種形態(tài)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)并最終實(shí)現(xiàn)其解決方案的工業(yè)化進(jìn)程（文中圖1）。總之，很清楚一點(diǎn)自動(dòng)駕駛對(duì)全球汽車供應(yīng)商行業(yè)的主要參與者的創(chuàng)新能力提出了很高要求。Continental公司意識(shí)到其在這方面的責(zé)任，并積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。通過(guò)這樣做，我們正在為未來(lái)提供智能和可持續(xù)的移動(dòng)出行鋪平道路，同時(shí)為保持個(gè)人移動(dòng)出行吸引力作出重大貢獻(xiàn)。

5 激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛和自主駕駛的關(guān)鍵技術(shù)[5]

雖然專家普遍認(rèn)為，未來(lái)的汽車將會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和自主駕駛，但問題何時(shí)和這類汽車如何看待當(dāng)天的亮點(diǎn)依然是汽車行業(yè)的一個(gè)爭(zhēng)論點(diǎn)。然而，像法雷奧這樣的供應(yīng)商正在準(zhǔn)備第一批產(chǎn)品。汽車制造廠家認(rèn)為利用激光雷達(dá)識(shí)別環(huán)境是朝向高和全自動(dòng)駕駛方向行進(jìn)的關(guān)鍵因素。普遍共識(shí)是，除了攝像頭和雷達(dá)（以及近距離超聲波）系統(tǒng)之外，自動(dòng)化水平3和更高層次也需要激光雷達(dá)。專家同意這一評(píng)估，估計(jì)到2026年激光雷達(dá)傳感器市場(chǎng)將增長(zhǎng)到25億美元。

通過(guò)推出Scala激光掃描儀，法雷奧公司向高度全自動(dòng)駕車輛邁出一大步。它是世界上首臺(tái)符合汽車行業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，開發(fā)和制造工藝、驗(yàn)證及成本方面嚴(yán)格要求的3-D激光掃描儀。

2010年Valeo公司開始開發(fā)激光掃描儀（圖1），其目標(biāo)就是為大型汽車生產(chǎn)開發(fā)傳感器，公司與激光雷達(dá)專家Ibeo簽署專有合作協(xié)議。聯(lián)合開發(fā)活動(dòng)的目標(biāo)就是創(chuàng)建一個(gè)寬泛檢測(cè)范圍、高分辨率和大視野系統(tǒng)。

圖1 使用激光雷達(dá)測(cè)量方法的激光掃描儀[5]

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，主要挑戰(zhàn)是確?？梢苿?dòng)部件在整個(gè)工作溫度范圍（-40至+850C）內(nèi)以及車輛常規(guī)震動(dòng)情況下所需機(jī)械精度。即使是旋轉(zhuǎn)鏡垂直角上出現(xiàn)最小錯(cuò)誤，在50、100或甚至200 m距離處物體測(cè)量點(diǎn)生成可測(cè)偏差。傳感器以905 nm頻率發(fā)射肉眼看不到的紅外線激光束，按照DINEN60825-1認(rèn)證為等級(jí)1激光。這就意味著激光掃描儀對(duì)人眼是安全的。根據(jù)這樣一個(gè)等級(jí)分類，通過(guò)組合光束的功率和持續(xù)時(shí)間，意味著短光脈沖可以具有比不間斷激光束更高的發(fā)射功率而且決定所需的最大光能量。

甚至產(chǎn)品引入市場(chǎng)前，Valeo公司開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)工作。到2020年，Valeo公司計(jì)劃將系統(tǒng)推向系列成熟，這不僅包括捕捉車輛前方區(qū)域的激光雷達(dá)傳感器，而且還包括整合來(lái)自幾個(gè)激光傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生整車3600無(wú)死角。

為了確保順利運(yùn)行，激光雷達(dá)傳感器前面板在冬天須沒有任何灰塵和污垢，或雪。這就是為什么法雷奧公司開發(fā)了用于激光雷達(dá)傳感器的Everview清潔系統(tǒng)以及用于傳感器盤的專用加熱系統(tǒng)。清潔系統(tǒng)配有一個(gè)帶有多個(gè)噴嘴的小型伸縮臂，可根據(jù)需要自動(dòng)啟動(dòng)，使傳感器免受灰塵、泥土、雪和其它污染。這個(gè)傳感器清潔系統(tǒng)到2020年實(shí)現(xiàn)成熟量產(chǎn)并由德國(guó)汽車制造廠家使用。

6 未來(lái)移動(dòng)出行[6]

今天主流移動(dòng)出行設(shè)計(jì)理念依然基于20世紀(jì)30年代所制定的未來(lái)愿景。未來(lái)模塊化移動(dòng)出行解決方案可能會(huì)廢黜汽車成為主要交通方式。汽車行業(yè)目前正在努力將自己定位為移動(dòng)服務(wù)提供商。

移動(dòng)主要聚焦在地理移動(dòng)，意味著大多數(shù)人被迫遷移，某種意義柔性化不要被綁在一個(gè)地方，大多數(shù)情況是從19世紀(jì)工業(yè)革命開始出現(xiàn)批量有限半徑遷移，移動(dòng)出行意味著去工作、交易度假或與家人團(tuán)聚。自Carl Benz和Gottlieb Daimler發(fā)明轎車，為人們創(chuàng)造新的可能性。當(dāng)時(shí)轎車廣泛被認(rèn)為是柔性化和個(gè)性化自由象征。

如果開發(fā)出一個(gè)新的移動(dòng)出行愿景，它將包括以下內(nèi)容：一個(gè)現(xiàn)代化的高速火車網(wǎng)絡(luò)，智能基礎(chǔ)設(shè)施，自動(dòng)駕駛車輛以及城市中心低成本公共交通運(yùn)輸協(xié)調(diào)系統(tǒng)，特別是地鐵系統(tǒng)。

未來(lái)，客戶和用戶將參與開發(fā)移動(dòng)出行解決方案的業(yè)務(wù)模型。消費(fèi)者越多地使用這些解決方案，它們就越能滿足他們的需要。在某些方面，汽車行業(yè)目前可以比作傳統(tǒng)電視。它提供幾個(gè)觀眾沒有任何影響的節(jié)目。然而，未來(lái)的汽車行業(yè)可能與互動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或邀請(qǐng)用戶定制設(shè)置的視頻游戲更加相似，但也允許它們主動(dòng)影響或改變鏈接內(nèi)容。用戶對(duì)軟件應(yīng)用做出貢獻(xiàn)，這為人們提供無(wú)限創(chuàng)新空間。這意味著，借助機(jī)器學(xué)習(xí)，他們正在訓(xùn)練它們的系統(tǒng)檢測(cè)現(xiàn)實(shí)世界物品。乘客運(yùn)輸全球市場(chǎng)價(jià)值十萬(wàn)億美元。這意味著充分利用人工智能，繪制物理世界的公司，最低故障率、受益良多。其創(chuàng)新潛能也許大于任何其它行業(yè)。