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將來，新汽車可能貼有一張很吸引人的標(biāo)簽，標(biāo)識(shí)這款車通過“零死亡率車”認(rèn)證。在今后的10〜20年，汽車廠商會(huì)越來越依賴計(jì)算機(jī)模擬和虛擬技術(shù)來生產(chǎn)更安全的汽車，以減少死亡事故。

可以肯定，未來的汽車行駛起來會(huì)安全得多，這是由于關(guān)鍵部位零部件使用了鎂和碳纖維材質(zhì)、主動(dòng)安全系統(tǒng)在汽車行駛在彎道上時(shí)可減慢車速、車輛間的通信可對(duì)前方交通狀況提前報(bào)警。比如，沃爾沃汽車公司就啟動(dòng)了一項(xiàng)名為Vision 2020的計(jì)劃，該公司表示“到2020年，沒人會(huì)因乘坐新沃爾沃車而受到嚴(yán)重傷害甚至死亡?！蔽譅栁植坏谲噧?nèi)加入了新的保護(hù)措施，還加入了把汽車危險(xiǎn)因素告知駕駛員的技術(shù)。其他汽車公司也有類似的計(jì)劃。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，盡管“零死亡率”這個(gè)目標(biāo)聽上去野心勃勃，卻是可以實(shí)現(xiàn)的。在未來10年內(nèi)，道路標(biāo)志識(shí)別、行人檢測和汽車自主控制等安全技術(shù)的應(yīng)用將為人們帶來更安全的汽車。

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，汽車廠商們還需要加強(qiáng)底層的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施研究，以支持涉及數(shù)千萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的復(fù)雜碰撞模擬，還要研制可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，以便在車與車之間發(fā)送信號(hào)。

先進(jìn)的碰撞試驗(yàn)?zāi)M

碰撞模擬是汽車研制過程 中的一個(gè)重要手段，近些年來碰撞模擬發(fā)生了明顯變化。過去，工程師先設(shè)計(jì)好實(shí)體原型，讓它們朝著障礙物沖過去，然后在計(jì)算機(jī)上分析結(jié)果。如今，實(shí)體原型只是最后一個(gè)部分。

通用汽車公司的汽車安全工程師Majeed Bhatti說，高性能計(jì)算方面的技術(shù)進(jìn)步讓通用汽車公司得以改用交互式設(shè)計(jì)流程?！拔覀儸F(xiàn)在完整地模擬一輛車，也就是說，我們建立一個(gè)完成的汽車模型（包括汽車內(nèi)飾），車?yán)锩孀鲎苍囼?yàn)假人，其中所用到的數(shù)據(jù)元素多達(dá)400萬個(gè)?！?/P>

工程師設(shè)計(jì)好試驗(yàn)場景后，把試驗(yàn)結(jié)果發(fā)回給設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)師利用該信息來開發(fā)下一批汽車模型，以便再次試驗(yàn)。Bhatti說：“我們可以檢查碰撞后行李箱和假人出現(xiàn)了什么變化，還可以查看其他信息，就像你在實(shí)際試驗(yàn)中那樣。根據(jù)這些情況，我們?cè)贈(zèng)Q定是否需要改變車身結(jié)構(gòu)、安全氣囊和安全帶。如果是側(cè)面碰撞，還要看看是否需要改變車門內(nèi)飾、中立柱和車頂后管箱等。這一切都會(huì)在計(jì)算機(jī)上反復(fù)模擬好幾次?！?/P>

只有汽車設(shè)計(jì)通過了每一項(xiàng)虛擬的碰撞試驗(yàn)之后，才制作完整的實(shí)體原型。

用來模擬復(fù)雜碰撞環(huán)境的兩種主要的軟件工具是Altair公司的Radioss和ESI集團(tuán)的PAM-Crash。

據(jù)Altair公司的高級(jí)技術(shù)專家Pradeep Srinivasan介紹，使用Radioss的汽車廠商僅僅在一次模擬中就要用到幾百萬個(gè)數(shù)據(jù)，比如輪胎壓力、汽車重量和道路狀況。有一家日本汽車廠商在一次特別詳盡的碰撞模擬中用到的數(shù)據(jù)甚至多達(dá)1000萬個(gè)至1200萬個(gè)。

由于模擬和分析工作如此復(fù)雜，因而對(duì)計(jì)算機(jī)的處理能力提出了很高要求。好在為了進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬（比如一輛車向另一輛車撞去），汽車廠商本身就擁有很強(qiáng)大的計(jì)算能力。

美國本田汽車公司是一家生產(chǎn)汽車、摩托車、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力設(shè)備的公司。據(jù)該公司負(fù)責(zé)車輛結(jié)構(gòu)研究和計(jì)算機(jī)輔助工程的經(jīng)理兼首席工程師Eric DeHoff介紹，公司專門用于碰撞分析的處理器就有3000多個(gè)。他說：“我們使用的是高性能計(jì)算機(jī)集群，這些計(jì)算機(jī)擁有多個(gè)處理器，它們可以分擔(dān)工作負(fù)載，以應(yīng)用眾多標(biāo)準(zhǔn)化的碰撞模式規(guī)則來對(duì)碰撞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。比如，我們?cè)谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)變形分析和乘客受傷模式分析時(shí)，需要為約束系統(tǒng)的許多部件建立模型，包括安全帶、安全氣囊和實(shí)際碰撞的假人等?！?/P>

總部設(shè)在德國斯圖加特的梅賽德斯－奔馳公司的安全通信經(jīng)理Richard Krüger表示，該公司對(duì)新的車輛設(shè)計(jì)經(jīng)常要進(jìn)行全面的模擬。他說：“我們?cè)谝粋€(gè)新車型的開發(fā)周期內(nèi)，需要對(duì)完整的汽車模型進(jìn)行大約5000次碰撞模擬?！?/P>

據(jù)Krüger介紹，梅賽德斯使用LS-Dyna進(jìn)行崩潰試驗(yàn)的模擬、使用T-Systems公司的Medina進(jìn)行汽車建模，使用GNS公司的Animator4進(jìn)行碰撞可視化，來看模型在模擬的環(huán)境中有怎樣的表現(xiàn)。他補(bǔ)充說：“每一次完整碰撞試驗(yàn)?zāi)M通常需15個(gè)小時(shí)左右?！?/P>

加入更多的參數(shù)

盡管如今已擁有了先進(jìn)的模式和試驗(yàn)?zāi)芰?，但Bhatti說生產(chǎn)真正的“零死亡率”車仍然面臨一大絆腳石，就是研究人員對(duì)于人體解剖學(xué)和生理學(xué)方面缺乏了解。比如，研究人員對(duì)于大腦在頭部受損后有怎樣的反應(yīng)了解不夠，因而無法模擬出可區(qū)別輕微受傷和嚴(yán)重受傷的模型。

Bhatti表示，目前，虛擬假人只能用于測試位移、速度和物理作用力。更進(jìn)一步的研究還在進(jìn)行當(dāng)中，目的是建立一種新的人體模型，這種人體模型可測量身體組織的損傷、腦部創(chuàng)傷以及常規(guī)碰撞試驗(yàn)假人通常無法揭示出來的其他事故危害，開展這方面工作的主要是以全球人體模型聯(lián)盟（Global Human Body Models Consortium）為首的一批美國公司和國際合作伙伴。

市場研究公司Harris Interactive的分析師David Pulaski介紹了一個(gè)案例：一家汽車廠商生產(chǎn)的汽車遇到了一起事故，一位又瘦又輕的女性坐在這輛汽車的后座，車子出車禍時(shí)安全氣囊沒有打開。檢查發(fā)現(xiàn)，原因是這輛車在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定了乘客體重參數(shù)，只有乘客體重超過這個(gè)參數(shù)時(shí)，氣囊才打開。

他說，要是設(shè)計(jì)師在安全氣囊系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)M中使用更多的環(huán)境和乘客方面的參數(shù)，車子或許就能感知這位女性乘客的存在，相應(yīng)地在遇到事故時(shí)安全氣囊就能打開了。這個(gè)案例表明需要擴(kuò)大模擬試驗(yàn)范圍，加入更多的參數(shù)，而這需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有更強(qiáng)大的處理能力。

Pulaski表示，碰撞模擬面臨的另一大限制因素是成本。每家汽車廠商可能都要投入數(shù)百萬美元用于材料研究、購買碰撞假人所用的虛擬人體組織，汽車廠商為了抵消成本勢必要提高汽車的售價(jià)，然而消費(fèi)者可能并不會(huì)買汽車廠商的賬。

現(xiàn)在，我們大多數(shù)人已經(jīng)接受了這個(gè)現(xiàn)實(shí)：駕駛汽車有時(shí)候會(huì)造成致命傷害。實(shí)際上，由于技術(shù)的進(jìn)步是有可能避免這些傷害發(fā)生的。Pulaski表示，這就需要有一個(gè)誘因來促進(jìn)汽車廠商們改進(jìn)安全。正如石油成本急劇上升時(shí)，汽車廠商們終于開始認(rèn)真處理油耗問題。

讓車輛之間對(duì)話

車輛間的通信是向生產(chǎn)出零死亡率車邁出的另一個(gè)重要步驟。一輛車對(duì)其他車輛（以及道路）的情況了解越多，就越能做出及時(shí)反應(yīng)、避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

如今，通用汽車的OnStar和梅賽德斯的Mbrace等車載通信服務(wù)使用CDMA蜂窩和全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)，把車輛狀況（包括碰撞自動(dòng)通知）上傳給某個(gè)中心。除此之外，它們還提供其他服務(wù)，比如路邊救援和車門遠(yuǎn)程鎖住及開鎖。不難看出，這些服務(wù)會(huì)不斷拓展，以便車輛可以彼此通信，不過上述兩家公司都沒有宣布這方面的具體計(jì)劃。

福特汽車公司高級(jí)工程部技術(shù)主管Mike Shulman表示，公司正在改變碰撞期間保護(hù)乘客的被動(dòng)式安全保護(hù)方式，而改用可以完全預(yù)防碰撞的主動(dòng)安全功能。也 就是說汽車除了會(huì)采用安全材料，并提供安全氣囊及其他保護(hù)措施，還會(huì)主動(dòng)尋找安全隱患，辦法之一是通過與其他車輛保持通信，以及與包括道路標(biāo)志、紅綠燈和停車場在內(nèi)的道路基礎(chǔ)設(shè)施保持通信。

Pulaski表示，大多數(shù)汽車廠商已轉(zhuǎn)而使用主動(dòng)安全方法。比如說，如今幾乎每一家汽車廠商都有穩(wěn)定控制系統(tǒng)，可檢查輪胎速度是否均衡以及汽車是否在行駛時(shí)發(fā)生傾斜，以保持車輛平穩(wěn)、避免側(cè)翻。他表示，下一步就是與其他車輛就這些信息進(jìn)行通信。

為了促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)在2002年批準(zhǔn)使用專用短程通信（DSRC） 5.9 GHz頻譜，供車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行通信。2009年，美國運(yùn)輸部啟動(dòng)了智能駕駛（IntelliDrive）研究計(jì)劃。根據(jù)該計(jì)劃，汽車廠商們會(huì)與聯(lián)邦和州政府機(jī)構(gòu)合作，為無線信號(hào)制定標(biāo)準(zhǔn)，并明確如何在車內(nèi)使用。國家公路交通安全管理局定于2013年審查該計(jì)劃提出的建議，并決定是否批準(zhǔn)部署IntelliDrive技術(shù)。

美國公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）是保險(xiǎn)行業(yè)發(fā)起的著名的碰撞試驗(yàn)評(píng)定權(quán)威機(jī)構(gòu)，主要根據(jù)汽車與障礙物的碰撞情況來評(píng)定碰撞安全。福特公司的Shulman推測，DSRC信號(hào)可能會(huì)成為IIHS評(píng)定內(nèi)容的一方面，將來的汽車可能要接受與其他汽車通信這方面的功能評(píng)定——這為 “零死亡率”的汽車評(píng)定帶來了希望。

汽車之間相互通信的基本要求是，汽車向鄰近的其他每輛汽車發(fā)出自己的安全狀態(tài)信息，比如汽車速度、駕駛員踩剎車的力量大小和油門狀態(tài)。Shulman認(rèn)為，這樣的信號(hào)需要每秒發(fā)射10次。

而更高級(jí)一些的通信可能涉及更多、更詳細(xì)信息。比如，汽車可以根據(jù)GPS導(dǎo)航路線發(fā)送最新路況預(yù)測，或者根據(jù)周邊汽車發(fā)送來的信息提醒駕駛員注意目前處于不安全的狀況。這方面的一個(gè)早期實(shí)例就是Dash Navigation公司的Dash Express GPS系統(tǒng)。該導(dǎo)航系統(tǒng)在2008年初首次亮相，可發(fā)送每個(gè)Dash用戶提供的交通信息，以便其他駕駛員查看。（Research In Motion公司2009年收購了Dash Navigation，后來在2010年6月30日停止了Dash Express服務(wù)和支持。）

這一切可能讓Shulman所說的智能十字路口（smart intersection）成為現(xiàn)實(shí)：汽車會(huì)知道下一個(gè)紅綠燈的狀況、鄰近其他汽車的速度，還能知道一輛半拖掛車正沿著十字街道飛奔而來。Shulman表示，除了安全之外，汽車通信網(wǎng)絡(luò)還可以帶來其他好處，比如駕駛員可以查看好幾個(gè)星期以前走過的路線，或者通過計(jì)算機(jī)跟蹤了解每公里的油耗。

當(dāng)然，讓眾多汽車廠商為汽車通信確定一項(xiàng)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)并遵守標(biāo)準(zhǔn)也許是一大挑戰(zhàn)。而另一大挑戰(zhàn)則是，車輛在行駛中發(fā)送的無線信號(hào)可能不可靠。比如，剛開始應(yīng)用于2011福特Edge等汽車的Wi-Fi需要復(fù)雜的算法，才能確保行駛中的車輛發(fā)送的信號(hào)穩(wěn)定可靠。

現(xiàn)在判斷5.9GHz頻譜段的DSRC信號(hào)是否可靠還為時(shí)尚早，但可以確定的是，汽車廠商們需要試驗(yàn)及反復(fù)測試新系統(tǒng)以確保信號(hào)的可靠性和準(zhǔn)確性。

最后，正如AutoPacific的Kim指出，要是駕駛員犯下重大錯(cuò)誤，比如朝樹開去，那么再頻繁的車輛間通信都無助于事。

防撞系統(tǒng)：下一個(gè)熱點(diǎn)

為了減少死亡事故，車載計(jì)算機(jī)將首先幫助駕駛員避免發(fā)生碰撞。比如，你的車靠近公路上的另一輛車時(shí)，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)車速；盲區(qū)警示系統(tǒng)利用攝像頭或傳感器來檢測向你車開過來的車輛；車道偏離警示系統(tǒng)會(huì)在你的車偏離車道時(shí)提醒你，這些系統(tǒng)都已經(jīng)司空見慣。

未來的一個(gè)突破就是防撞系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可檢查周圍環(huán)境（如道路狀況和車道標(biāo)記）以及駕駛員的注意力（方法是測量方向盤動(dòng)作、汽車啟動(dòng)后的行駛時(shí)間、反常行為及其他許多變量），并且使用一些高級(jí)算法來確定對(duì)應(yīng)某種情況下司機(jī)踩剎車時(shí)應(yīng)用多大的力。

防撞系統(tǒng)已經(jīng)在一些高級(jí)車輛上得到了應(yīng)用，比如阿庫拉RL、梅賽德斯S550和沃爾沃S60。這種系統(tǒng)會(huì)向周圍發(fā)出雷達(dá)信號(hào)，等待回應(yīng)，以確定本車與前方車輛及其他物體的距離和接近速度。如果可能發(fā)生碰撞，車輛會(huì)先警示駕駛員，然后自動(dòng)減速或者剎車——具體要看距離撞擊物體的遠(yuǎn)近。

同樣，沃爾沃S60新的行人檢測系統(tǒng)結(jié)合了雷達(dá)（用來測量移動(dòng)物體的距離和行動(dòng)軌跡）和攝像頭（用來確定移動(dòng)物體是不是人）。如果有行人突然出現(xiàn)在汽車前方，車輛會(huì)自動(dòng)緊急剎車。 據(jù)北美沃爾沃汽車公司的技術(shù)媒體代表James Hope介紹，該系統(tǒng)里面存儲(chǔ)了大約1萬幅行人“模樣”的圖像。

Hope說：“攝像頭會(huì)將存儲(chǔ)的圖像與它在汽車前方看到的物體進(jìn)行比對(duì)，還會(huì)查找類似人的運(yùn)動(dòng)（手臂擺動(dòng)以及肩膀、頭部和腿部移動(dòng)），由此來確定看到的到底是人還是其他物體。雖然系統(tǒng)無法識(shí)別物體到底是動(dòng)物還是嬰兒小推車，但它可以識(shí)別出推小推車的人。”

這些防撞系統(tǒng)需要用到與行車條件有關(guān)的大量數(shù)據(jù)，在做出最合適的響應(yīng)行動(dòng)之前，計(jì)算機(jī)必須把每一種可能都考慮進(jìn)來。與碰撞試驗(yàn)一樣，計(jì)算機(jī)模擬在收集這些數(shù)據(jù)方面也起到了關(guān)鍵作用。據(jù)瑞典哥德堡沃爾沃汽車安全中心的安全高級(jí)技術(shù)顧問Thomas Broberg介紹，沃爾沃曾在虛擬環(huán)境下模擬行車50萬公里，用以對(duì)S60的行人檢測系統(tǒng)進(jìn)行測試。

為更好的模擬需要各種數(shù)據(jù)，沃爾沃在歐洲使用了100輛試驗(yàn)車，收集了 3年的行車數(shù)據(jù)。這些車都配備了視頻攝像頭和眼球追蹤傳感器，用以輔助研究和模擬。這個(gè)項(xiàng)目會(huì)收集約300萬公里的實(shí)際行車數(shù)據(jù)，這有助于發(fā)現(xiàn)不如正面碰撞和側(cè)面碰撞來得常見的其他碰撞所帶來的結(jié)果。Broberg表示，如果沃爾沃要實(shí)現(xiàn)零死亡率目標(biāo)，就需要這些數(shù)據(jù)。

Broberg說：“到時(shí)會(huì)結(jié)合更好的保護(hù)措施和防撞系統(tǒng)?？梢哉f，在接下來的10年內(nèi)（如果不能再早）實(shí)現(xiàn)車與車通信和車與基礎(chǔ)設(shè)施通信，這對(duì)車輛安全來說將是開拓性的成就?！?/P>

最終目標(biāo)是什么呢？Broberg說，汽車需要依賴與人的交互來完成更精準(zhǔn)的操作，比如預(yù)測駕駛員想做什么（通過觀察其頭部活動(dòng)）、識(shí)別道路標(biāo)志、根據(jù)行車條件來調(diào)整車速。Broberg說：“未來，車子會(huì)知道自己的狀態(tài)，知道道路很滑、駕駛員似乎很累，如果有什么東西出現(xiàn)在路上，汽車會(huì)及時(shí)避開。”

當(dāng)然，對(duì)于依賴計(jì)算機(jī)確保安全的汽車來說，即將面臨的一大挑戰(zhàn)在于，計(jì)算機(jī)并不是絕對(duì)可靠的。汽車廠商應(yīng)對(duì)這個(gè)問題的辦法是，編出可以在短時(shí)間內(nèi)多次核對(duì)、復(fù)核車輛狀態(tài)的軟件程序。比如，配備盲區(qū)檢測系統(tǒng)的梅賽德斯汽車會(huì)發(fā)送多個(gè)信號(hào)，核實(shí)變換車道是否安全。該公司代表說，汽車還會(huì)核對(duì)盲區(qū)檢測系統(tǒng)本身的狀態(tài)，如果該系統(tǒng)工作不正常，就會(huì)警示駕駛員。

雖然我們不太可能看到絕對(duì)不會(huì)因碰撞而導(dǎo)致乘客和司機(jī)死亡的汽車，但哪怕稍稍接近這個(gè)目標(biāo)，對(duì)汽車行業(yè)來說都將是一個(gè)巨大成就。美國運(yùn)輸部的資料顯示，美國公路上每年有3.7萬人死于撞車事故。因此，只要可以避免其中一小部分的死亡事故，我們也要把各種可用的技術(shù)用到極致。