日照市機(jī)電工程學(xué)校 孔艷玲

1 汽車噪音機(jī)

在高速行駛的狀態(tài)下，電動(dòng)汽車產(chǎn)生的噪音與傳統(tǒng)燃油車之間沒(méi)有太大差距，因?yàn)樘ピ霑?huì)蓋過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的噪音。但是在低速行駛的狀態(tài)下，電動(dòng)汽車的噪音非常小，可能會(huì)導(dǎo)致路上的行人無(wú)法聽(tīng)到后方的來(lái)車，容易造成不必要的損傷。美國(guó)運(yùn)輸部國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車和混動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中與行人發(fā)生交通事故的幾率比噪音更大的傳統(tǒng)燃油汽車高19%。早在2010年，美國(guó)國(guó)會(huì)就通過(guò)了《行人安全促進(jìn)法案》（Pedestrian Safety Enhancement Act），該法案要求時(shí)速低于18英里（1英里≈1.6 km）時(shí)聲音過(guò)低的汽車人為增加噪音。因此美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)從2013年起就在醞釀“安靜汽車法規(guī)”（quiet car rule）。如今美國(guó)交通部（DOT）經(jīng)過(guò)多年考慮，終于決定實(shí)施這一法規(guī)，要求汽車制造商在其電動(dòng)和混合動(dòng)力車型上增加行人噪音設(shè)備。美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)規(guī)定，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)商必須給車輛安裝至少一個(gè)外部揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器需要在車輛以較低速度行駛時(shí)發(fā)出持續(xù)的聲音，從而起到對(duì)行人和非機(jī)動(dòng)車進(jìn)行提醒的作用。美國(guó)運(yùn)輸部國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）要求所有電動(dòng)車型在2019年初開(kāi)始都要安裝噪音設(shè)備，到2020年年底，所有新型電動(dòng)汽車都必須在低速行駛時(shí)發(fā)出聲音，以提醒周圍行人。

歐盟此前也通過(guò)了一項(xiàng)決議，該決議要求電動(dòng)車和油電混合型汽車在2019年7月之前都必須安裝AVAS（車輛聲響警示系統(tǒng)），以讓行人警覺(jué)到車輛的存在，提升道路交通安全。同時(shí)，歐盟議會(huì)還通過(guò)了提案要求傳統(tǒng)汽油和柴油汽車、卡車加裝降噪裝置以降低噪音，其中轎車、面包車、長(zhǎng)途客車和公交車必須能夠降低4分貝噪音，而大卡車必須能降低3分貝的噪音。

我國(guó)于2018年1月1日開(kāi)始實(shí)施的《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）也規(guī)定：純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車在車輛起步且車速低于20 km/h 時(shí)，應(yīng)能給車外人員發(fā)出適當(dāng)?shù)奶崾拘月曧憽?/p>

2013年時(shí)，一位特斯拉車主提出擔(dān)心在家附近玩耍的孩子聽(tīng)不到其Model S車正低速行駛過(guò)來(lái)，提出要讓Model S車型發(fā)出聲音，但是同時(shí)要避免噪音污染。當(dāng)時(shí)特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克表示：“未來(lái)最好的解決方案是在車身之上安裝接近傳感器，并且在探測(cè)到有行人時(shí)，讓該傳感器向行人所在的方向發(fā)出悅耳的聲音。這樣車輛發(fā)出的就不是煩人的噪音，而且讓車輛只在需要的時(shí)候發(fā)出聲音?！碧厮估?016年的特斯拉Model S車型示意圖零件目錄中泄露了一款“行人噪音”裝置。如今特斯拉正在修改Model 3車型零部件，不難發(fā)現(xiàn)在車身的后面可以看到似乎特意留了位置安裝行人噪音機(jī)裝置（圖1）。

日產(chǎn)汽車公司早在2010年就在第一代Leaf電動(dòng)汽車上安裝了車輛行人聲音警告系統(tǒng)（Vehicle Sound for Pedestrians System），這一系統(tǒng)會(huì)在車速低于18英里、倒車或車輛起步階段自動(dòng)啟動(dòng)。此外，韓國(guó)起亞的秀兒電動(dòng)汽車（Soul EV）也安裝了類似的聲音警告系統(tǒng)；雪佛蘭公司2019款沃藍(lán)達(dá)電動(dòng)車便配備了行人噪音系統(tǒng)。

圖1 特斯拉Model 3車型車身后面預(yù)留的安裝行人噪音機(jī)裝置的位置

2 電子后視鏡

傳統(tǒng)后視鏡龐大的身軀對(duì)風(fēng)阻系數(shù)影響很大，因此許多跑車及電動(dòng)汽車都在想方設(shè)法地改變后視鏡的造型，以減小風(fēng)阻系數(shù)，但由于物理鏡片體積問(wèn)題，還是有不少的局限性。另外，傳統(tǒng)后視鏡，在陰暗地區(qū)光線不好時(shí)，看不清；在下雨天車窗鏡子糊了一灘水，看不清；后方的光線太強(qiáng)烈產(chǎn)生眩光，看不清，從而增加了行車危險(xiǎn)性。因此，在一些車企眼中，尤其在一些追求汽車性能的車企眼中，傳統(tǒng)外后視鏡就是不和諧的存在。一是它增加了風(fēng)阻，二是它存在死角，三是它看著比較丑。近幾年來(lái)有不少高端品牌（如法拉利、寶馬、奧迪、雷克薩斯等）車企，在概念車中已經(jīng)把傳統(tǒng)的外后視鏡給砍掉了，取而代之的是所謂“電子后視鏡”，其優(yōu)點(diǎn)很明顯，低風(fēng)阻，視角廣，2個(gè)不夠可以裝4個(gè)。例如寶馬i8 Mirrorless概念車、特斯拉model X概念車等，都設(shè)計(jì)了電子后視鏡。凱迪拉克CT6車采用的是一種叫做“流媒體影像”的后視鏡。外置后視攝像頭對(duì)后方的情況進(jìn)行拍攝并反饋到車內(nèi)顯示屏上，能夠提升3倍的后方可視范圍，同時(shí)這種“流媒體影像”還可與傳統(tǒng)后視鏡來(lái)回切換。

所謂電子后視鏡，就是用電子攝像頭（圖2）取代車外的物理后視鏡，通過(guò)攝像頭來(lái)將汽車盲點(diǎn)區(qū)域的圖像傳遞到車內(nèi)的顯示屏（圖3）上面。電子后視鏡一般都帶有圖像數(shù)字修正技術(shù)，眩光時(shí)能調(diào)暗，黑暗時(shí)又能提高亮度，還不用擔(dān)心鏡面上有水漬，因?yàn)轱@示屏在車內(nèi)，根本就不用在乎車窗玻璃。與傳統(tǒng)的后視鏡相比，電子后視鏡的攝像頭體積較小，能夠降低汽車的風(fēng)阻，且能提供更寬的視野，減少汽車盲區(qū)。由于電子攝像頭的體積小，安裝、傳輸數(shù)據(jù)靈活，不像傳統(tǒng)汽車后視鏡需要一側(cè)一個(gè)，只要你需要，任何位置都可以安裝，再與車身的其他傳感器配合，最后合成的畫(huà)面，可以達(dá)到360°全方位無(wú)死角，避免傳統(tǒng)后視鏡存在的盲區(qū)問(wèn)題（在大車上尤為適用）。當(dāng)然，電子后視鏡比傳統(tǒng)后視鏡的成本要高一些，且對(duì)攝像頭在高像素、無(wú)畸變、寬動(dòng)態(tài)、低照度、高可靠性等方面都有著極高的要求。另外，電子元件信息傳輸都或多或少會(huì)存在延遲性，由于后視鏡不止在倒車、停車時(shí)使用，在日常行駛、變線等方面都在使用，特別是在高速行駛時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)算能力、數(shù)據(jù)傳輸及存儲(chǔ)器需求都是極高的，一旦稍有延遲，變線時(shí)便有可能發(fā)生碰撞事故，造成很大的安全隱患。

圖2 電子攝像頭

圖3 車內(nèi)的顯示屏

然而目前量產(chǎn)車中，并沒(méi)有電子后視鏡的影子，其最大的原因是法律不允許沒(méi)有后視鏡的汽車上路行駛，這里說(shuō)的后視鏡即傳統(tǒng)的后視鏡。目前允許無(wú)后視鏡汽車上路的國(guó)家有日本，而且計(jì)劃在2023年前，日本29%的汽車將用攝像頭代替后視鏡，且12%的汽車將不再有側(cè)鏡。除了日本，還有一個(gè)神奇的國(guó)家同樣允許無(wú)后視鏡汽車上路，那就是印度，因?yàn)橛《鹊穆氛?，后視鏡容易被剮蹭壞掉。當(dāng)然，鑒于電子后視鏡的優(yōu)勢(shì)，取代傳統(tǒng)后視鏡只是遲早的事，各國(guó)的法規(guī)也會(huì)作出相應(yīng)的調(diào)整。只是電子后視鏡也有缺點(diǎn)，主要是駕駛?cè)说牧?xí)慣，由傳統(tǒng)的鏡子圖像換作顯示屏上的圖像，需要一個(gè)適應(yīng)的過(guò)程。我國(guó)在《機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》（GB 15084—2013）也規(guī)定，主外視鏡都是必裝裝備。

3 自己動(dòng)的車輪——Ring-Drive電動(dòng)車輪

輪內(nèi)電機(jī)是電動(dòng)汽車發(fā)展的新里程碑，體積小巧的電機(jī)能安裝在輪轂內(nèi)，直接利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，動(dòng)力傳輸更直接，動(dòng)能回收效果也更好。近來(lái)，輪內(nèi)電機(jī)有了更實(shí)用的設(shè)計(jì)，Orbis公司設(shè)計(jì)出可替換無(wú)動(dòng)力輪的Ring-Drive電動(dòng)車輪（圖4）。

圖4 Ring-Drive電動(dòng)車輪

圖5 Ring-Drive車輪的結(jié)構(gòu)

Orbis公司推出的Ring-Drive車輪是輪內(nèi)電機(jī)的應(yīng)用衍伸，構(gòu)造與輪內(nèi)電機(jī)相同，在輪圈內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)，連接電池后可成為獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)。Ring-Drive車輪采用小型、輕量化低扭矩電機(jī)，通過(guò)將電機(jī)偏置安裝在輪轂中（圖5），直接驅(qū)動(dòng)與車輪輪轂相連的環(huán)形齒輪（ring gear），能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每個(gè)車輪，從而替代了輪轂架（hub carrier）和制動(dòng)系統(tǒng)，明顯降低了車輪和制動(dòng)系統(tǒng)的重量，并且能增加汽車的動(dòng)力，但Ring-Drive車輪由電力驅(qū)動(dòng)，需要一塊大電池。例如，前輪驅(qū)動(dòng)車由于后輪無(wú)動(dòng)力，在抓地力與反應(yīng)上會(huì)比四輪驅(qū)動(dòng)車略遜一籌，但如果將前輪驅(qū)動(dòng)車的后輪裝上Ring-Drive車輪，則前輪驅(qū)動(dòng)車便立即變成四輪驅(qū)動(dòng)車，能獲得后輪2個(gè)輪內(nèi)電機(jī)額外提供的50馬力～100馬力（1馬力≈0.735 kW）。

Orbis公司將Ring-Drive車輪裝在一輛10代本田思域（Civic）Type R車（該車搭載2.0T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和6速手動(dòng)變速器，最大功率為310馬力，最大轉(zhuǎn)矩為400 N·m，采用前輪驅(qū)動(dòng)，百千米加速時(shí)間控制在5.7 s）上進(jìn)行測(cè)試（圖6），試驗(yàn)車的動(dòng)力提升到了400馬力以上，百千米加速時(shí)間提升到5.3 s）。

圖6 10代本田思域（Civic）Type R車后輪安裝Ring-Drive車輪

4 智能風(fēng)窗玻璃——自發(fā)光的HUD顯示器

日本積水化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社推出一種新型HUD顯示器，采用層壓加工方式，為風(fēng)窗玻璃增加了一層感光材料（light-reactive material）薄膜，位于儀表板上的激光投影儀照射風(fēng)窗玻璃（圖7），便可以激活風(fēng)窗玻璃上的感光膜，讓感光膜自發(fā)光，以在風(fēng)窗玻璃上顯示導(dǎo)航指令、車速、警示燈信息。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)HUD是將風(fēng)窗玻璃當(dāng)作鏡子來(lái)反射信息，而該新型HUD則是將風(fēng)窗玻璃當(dāng)作屏幕來(lái)顯示信息。新型HUD還可以與駕駛輔助系統(tǒng)相結(jié)合，顯示道路上的行人、動(dòng)植物或其他危險(xiǎn)因素。

圖7 自發(fā)光的HUD顯示器

5 無(wú)線充電技術(shù)

汽車的無(wú)線充電相對(duì)于手機(jī)的無(wú)線充電而言更加實(shí)用，駕駛?cè)丝衫脽o(wú)線充電設(shè)備來(lái)提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。圖8所示為Continental（大陸）和WiTricity公司推出的無(wú)線充電底座，其原理是利用磁場(chǎng)將能量從充電底座傳輸至車載電池內(nèi)，比插電式充電方式的效率更高，目前Continental（大陸）和WiTricity公司的無(wú)線充電底座能夠傳輸高達(dá)11 kW的電力，而常規(guī)公共交流電充電設(shè)備則只能達(dá)到6 kW～7 kW。在停車場(chǎng)安裝充電底座以后，只要汽車停在上面，就可以為汽車充電，非常便利。

圖8 Continental（大陸）和WiTricity公司推出的無(wú)線充電底座

6 超高頻透地雷達(dá)

WaveSense推出了一款超高頻透地雷達(dá)（groundpenetrating radar，圖9），可讀取地下管道、巖石和樹(shù)根，類似指紋功能，用于在無(wú)標(biāo)記的路面上進(jìn)行導(dǎo)航，旨在幫助車輛了解其精準(zhǔn)的全球定位。另外，該技術(shù)還有助于幫助高度自動(dòng)化的車輛實(shí)現(xiàn)街道導(dǎo)航，無(wú)需依賴不斷變化的道路標(biāo)識(shí)，即使在大雪、暴雨或濃霧天氣也不會(huì)受影響。

圖9 超高頻透地雷達(dá)