汽车技师:带着司机的助手去兜风

你正在路上开车,突然另一辆车在你身后突然转向,在你准备换车道的时候接近你的盲点。你的汽车快速地推一下方向盘,轻轻踩一下刹车,你就安全无恙地回到了自己的车道上。

每家汽车制造商都至少有一辆配备了自动停车或自适应巡航控制等技术相关辅助设备的汽车。用汽车行业的说法,这些助手被称为高级驾驶员辅助系统(ADAS)。凯迪拉克STS、别克卢塞恩(Buick Lucerne)、奔驰E-350、福特Fusion、马自达3和英菲尼迪M都配备了旨在帮助人们更好地驾驶汽车的功能,或至少能更好地在瞬间做出决定。

电视广告详细说明了基本原理:奥迪A8的车灯可以在黑暗的道路拐角旋转,英菲尼迪的刹车可以自动防止碰撞。但是您可能想知道这些特性实际上是如何工作的。什么是技术魔法?为了找到答案,我试驾了几款车型,并向每家公司的专家询问了具体细节。

车道偏离警告

这一功能于2001年首次出现在英菲尼迪M上,事实证明,即使在别克卢塞恩(Buick Lucerne)等相对便宜的汽车上,这一功能也很受欢迎。在一次试驾过程中,Lucerne在仪表盘上显示了一个微妙的绿色图标,显示车道对齐正常,但当车辆偏离轨道时,则显示为琥珀色。

通用汽车全球安全总监约翰•卡普表示,卢塞恩和几款凯迪拉克车型(如豪华版STS)都在后视镜附近安装了一个黑白摄像头,通过模式识别系统不断扫描道路。相机会寻找色调的强度——例如,解释亮白或黄线与暗灰色路缘之间的区别。

卡普表示,通用汽车正在不断改进相机的功能。在欧洲,欧宝Insignia会扫描路标,找到当前的速度,如果你开得太快,就会发出警告。在德国等国家,司机可能不会注意到罕见的限速标志,这可能是个问题。为了让它工作,通用汽车给卢塞恩的LDW(车道偏离警告)摄像头编程,让欧宝徽章读取限速标志。

雷克萨斯汽车,莱恩也警告使用前雷达之前,你的车寻找其他车辆和识别车道标记,甚至黑暗的肩膀(或平台)提醒你关于流浪的车道,根据雷克萨斯经理保罗•威廉姆森帮助培训经销商的先进技术。雷克萨斯HS250h等车型甚至可以自动把你推回车道。

一款即将推出的车型——梅赛德斯GL450——也将轻轻一推,把你拉回车道。在未来,这种自动控制将进一步发展。斯坦福大学的研究美国国防部高级研究计划局挑战表明汽车制造商将对LDW进行改造,利用自适应巡航控制和车道保持系统让汽车在没有人参与的情况下行驶很长一段公路。

自适应巡航控制系统

自适应巡航控制自动调整车辆的速度,根据预先设定的条件(如1.5秒或3秒)之间,你和前面的车。雷克萨斯LS-430在2000年首次引入了这一功能,并称之为动态激光巡航控制系统。高端凯迪拉克和奔驰车型也有这种能力。

有趣的是,虽然这一特征看起来很复杂,但它主要依赖于多普勒雷达系统(通常在前格栅)扫描反射。在一些车型中,挡风玻璃上方还安装了第二个摄像头。

自适应巡航是奔驰E350等汽车中最自动化的功能之一。在我的试驾过程中,E350逐渐放慢了速度,让我从几百英尺前的一辆缓慢移动的汽车前靠了回来。这项名为“Distronic Plus”的技术可以让你根据与前方车辆的距离来配置汽车何时开始减速。

卡普说:“目前,我们提供的车型可以在高速公路上工作,但我们正迅速转向以走走停停的速度工作的车型,在施工区域或交通堵塞时让你减速。”“该系统所做的是使用雷达来收集反射,并使用多普勒雷达技术。我们计算速度和距离,并对图像进行处理,以保持你和前面车辆之间的距离。”

“这些系统在探测物体的距离和巡航速度方面都有最佳点,”模拟设备公司(Analog Devices)的测试和测量主管罗布·奥莱利(Rob O'Reilly)补充道。该公司生产用于自动控制的传感器和计算机模块。该系统在汽车时速从15英里到115英里的时候运行,它们可以发现492英尺外的其他车辆。他说:“在为数不多的实际应用中,大多数都在60GHz到80GHz范围内运行”,以衡量汽车之间的距离。传感器输出依次交给主计算机(通常位于仪表板下方),自动转向模块、刹车组件模块和加速模块则位于离发动机更近的位置。

另一辆沃尔沃XC60采用了一种名为“城市安全”的新技术,可以在城市街道上使用。“如果一个司机在高速公路上的车速低于每小时10英里,汽车就会全力刹车,防止你撞到前面的车,”Mike Caudill说,他是NADA指南的汽车专家,NADA指南是由全国汽车经销商协会出版的二手车指南。考迪尔解释说,适应巡航在缓慢的速度将有助于减轻小车祸。

在凯迪拉克STS等通用汽车车型上,自适应巡航系统有助于提高长距离通勤时的油耗,因为电脑可以控制逐步加速和平滑刹车。传统的(标准)巡航控制系统要求“驾驶员必须打开和关闭刹车,从而开启和关闭系统。”当你踩下刹车时,它就会脱离巡航控制。”自适应巡航控制系统可以让汽车在不踩刹车的情况下滑行。踩刹车会迫使汽车加速到先前设定的速度。适应性将保持无论你前面的车是什么速度…还有司机设定的距离。这可以帮你节省燃料。”

辅助停车

雷克萨斯(Lexus)和丰田(Toyota)在辅助停车上有一个拐角,你把车停在一个空闲的停车位上,汽车就会自动为你平行停车。这种形式的机器人很重要,因为特别是对一些司机来说,动作可能很棘手,甚至不可能完成。雷克萨斯的威廉姆森说,自动泊车的计算非常复杂,包括计算停车距离、车轮位置和当前速度。

“首先,你开车经过空地,”威廉姆森说。威廉姆森说:“超声波传感器可以检测空间两侧汽车的边缘,以确定汽车是否能塞进空间。”“接下来,我们使用后备摄像头的视觉图像,要求司机确认使用哪个空间。你可以用手指点击和拖动来选择车位,然后汽车就会把你送回车位。”

威廉姆森解释说,汽车每个角落的传感器发出无线电信号,反射附近的物体并探测障碍物。有趣的是,2010款雷克萨斯LS 600h还使用了轮速指示器和无线电传感器,当你减速时,收集越来越多的数据。例如,雷克萨斯知道你在“停车前”的速度,并更详细地扫描障碍物。

在Flex和Taurus Sho等福特汽车上,Active Park Assist功能结合了机器人和驾驶员辅助功能。在一次试驾中,一辆福特Flex扫描空位,并提示我减速、停车并倒车。然后,车辆倒车(相当快)并开始平行停车。使用Flex时,司机必须在汽车进入现场时刹车,然后在汽车前进时再次刹车。卢瑟汽车公司(Luther Auto)的客户经理杰里•克劳特(Jerry Krauth)表示,福特特别希望以一种涉及驾驶员、而非完全自动驾驶的方式引入机器人。该公司将慢慢引入更多人工智能控制功能。

有趣的是,没有一家汽车制造商表示计划为自动泊车功能提供广泛的再培训,美国也没有自动泊车功能的认证程序。随着自动驾驶汽车的运营成为常态,汽车公司可能需要为这些先进的驾驶功能增加课程或推广政府资助的指导。

包括别克卢塞恩(Buick Lucerne)和福特Fusion在内的几款车型都使用了传感器来检测靠近你的车辆。据通用汽车的Capp称,大多数盲点警告都没有使用可以分散驾驶员注意力的声音提示,而是在驾驶员应该注意的侧视镜附近显示一盏灯。他说,这有助于避免因分心而导致的撞车。根据卡普的说法,盲点传感器扫描距离车辆约六英尺的地方。

Analog Devices公司的O' reilly说,大多数带有盲点警告的汽车都使用视频摄像机来检测反光,或者像奔驰E350那样,使用20kHz范围的超声波传感器来检测运动。传感器连接到车辆的中央处理器,并将数据与加速度计的信息进行比较,以检测速度和方向盘角度,并与陀螺仪连接,以检测车轮的转动速度(慢、快或空转)。

在讴豪ZDX上,盲点传感器使用两个24GHz雷达发送一个简短的无线电信号,然后通过车上的多个天线收听返回信号。如果汽车计算出返回信号来自设定距离内的另一辆车,汽车将在侧后视镜中显示盲点警告。

在我试驾别克卢塞恩(Buick Lucerne)时,盲点指示器异常精确:任何靠近的车辆都会立即在后视镜中发出警报。另一方面,堤防、栏杆或建筑物没有引起警告。

碰撞检测

一些车型配备了碰撞检测和预防系统。例如,奥迪A8不仅会在感知到前方有另一辆车时轻微刹车,还会在面临冲击时全力刹车。奥莱利说,这些刹车系统使用了一个加速计——和苹果iPhone——感知加速器倾斜的快速变化。如果你在正常驾驶时突然松开油门踏板,汽车会用液体来加速刹车,以更好地刹车。

汽车网站Edmunds.com的高级评估工程师阿尔伯特·奥地利(Albert Austria)说,最先进的碰撞检测系统,比如奔驰(Mercedes)和奥迪(Audi)车上的碰撞检测系统,都是利用传感器来检测你前面车辆的尾灯。传感器知道卡车和树的区别,但他说,大多数碰撞检测系统无法识别一辆完全停止的汽车,因为传感器扫描移动的物体。碰撞检测的工作原理类似于盲点和车道偏离预警系统。

“传感器收集感兴趣的物体,并将信息发送到车辆的多个电子控制单元(ecu),这些单元有许多微处理器,”奥地利说。“ecu有复杂的算法,可以根据许多输入(如车速、油门位置、接近目标的距离、制动应用、偏航(左右)、滚转(沿直线旋转)和俯仰(上下))来计算车辆干预和行动过程”。

在讴乐ZDX上,碰撞探测系统在前格栅上使用毫米波无线电——最高的无线电频率波段,扫描前方约300英尺。有趣的是,这个被称为“碰撞缓解制动系统”的功能,利用驾驶员的反应来决定如何刹车。它首先实时跟踪障碍物,然后用视觉和听觉提醒驾驶员,等待反应,应用轻微刹车,显示更多警告,然后完全刹车,自动系紧安全带。

其他自动化

一些汽车使用技术来帮助控制其他功能。最新的车型之一是马自达3(带有先进技术套件的Grand Touring车型),当你在路上转弯时,它的前灯会自动转向,而不仅仅是指向黑暗;重量传感器,如果你装载后备箱,它移动前灯,使前灯指向正确的角度和方向;还有感应雨的挡风玻璃雨刷,下雨时你甚至不需要打开雨刷。

车头灯通过加速计读取方向盘的位置、你的速度和汽车在道路上的倾斜度来移动。为了根据载货量调整前照灯的高度,汽车在右侧使用加速计来确定当前的俯仰,同时也考虑到当前的速度和道路的角度(基于乘坐高度)。在雨感测方面,有一个红外传感器可以透过挡风玻璃投射光线。如果被遮挡或向各个方向散射(例如,由雨水造成),挡风玻璃的雨刷就会自动开始工作。

未来的功能

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