基于汽車智能化的高新技術(shù)研究

羅錦鋒

（信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程學(xué)院，河南 信陽 464000）

引言

汽車從最初發(fā)明到目前，經(jīng)歷了許多次技術(shù)上的大改進(jìn)，汽車上的許多零部件早已跟多年前的汽車不相同了。我們?nèi)祟悓?duì)舒適、安全、享受的需求從而推動(dòng)汽車科技的發(fā)展，從當(dāng)前汽車技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀來看，汽車智能技術(shù)：例如，自動(dòng)駕駛技術(shù)、新能源技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為了當(dāng)今發(fā)展主流。那么要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的發(fā)展，以現(xiàn)在的汽車技術(shù)而言，仍然有很多地方要去攻破和改進(jìn)。例如：外后視鏡電子化和超大尺寸平視顯示器技術(shù)、電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和手機(jī)遠(yuǎn)程操控技術(shù)、地圖數(shù)據(jù)規(guī)?；杉蜔o線充電技術(shù)、駕駛員注意力系統(tǒng)和地下數(shù)據(jù)探測(cè)技術(shù)、線控制動(dòng)和鎂合金零部件技術(shù)等。上述技術(shù)會(huì)為汽車自動(dòng)駕駛、新能源動(dòng)力和車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供支撐。下面我們就重點(diǎn)談?wù)勥@些汽車“黑科技”。

1 汽車外后視鏡電子化和超大尺寸平視顯示器技術(shù)研究

對(duì)于汽車來說用攝像頭代替外后視鏡有這些好處，汽車電子后視鏡能夠提供更寬的視域、更低的空氣阻力，它和數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)聯(lián)合使用，可以很好的彌補(bǔ)低能見度下的成像。

對(duì)于現(xiàn)有的汽車光學(xué)后視鏡，鏡面的曲率、形狀和大小固定不變的，依靠后視鏡司機(jī)是沒有辦法判斷后車的距離是多少，只能發(fā)現(xiàn)是有車還是沒車。從某種程度上講，后視鏡的視野范圍和精確度是一對(duì)矛盾，為了能使駕駛員更加準(zhǔn)確地判斷后車車距，是可以通過減小部分視野范圍的。在攝像頭后視系統(tǒng)中，駕駛員可以實(shí)時(shí)切換后視鏡的顯示視角，可以在常規(guī)視角、廣角、長(zhǎng)焦角度三個(gè)視角間切換。視角畫面通過車載計(jì)算機(jī)程序處理矯正之后，視角畸變幅度遠(yuǎn)小于目前汽車光學(xué)后視鏡的。對(duì)于車內(nèi)后視鏡可以應(yīng)用流媒體后視鏡。流媒體后視鏡由于取景的位置更靠后，能夠有效增加可視角度，另外，由于沒有車尾立柱的阻擋，流媒體后視鏡的視野范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前汽車光學(xué)車內(nèi)后視鏡。

另外，電子外后視鏡減小了傳統(tǒng)后視鏡整套系統(tǒng)的體積?？梢院芎玫慕档驼嚨娘L(fēng)阻。由于攝像頭的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一面光學(xué)鏡片，電子后視鏡的風(fēng)阻將有很大的提升，這對(duì)于汽車的油耗和風(fēng)噪都有很好的改善。其實(shí)在研發(fā)攝像頭后視鏡之前，汽車研發(fā)人員就已經(jīng)研究可行技術(shù)，來降低外后視鏡的風(fēng)阻，他們給后視鏡安裝一個(gè)適合空氣動(dòng)力學(xué)的外殼。當(dāng)安裝有外殼后，從主駕駛位置看副駕駛的后視鏡，后視鏡鏡片和A 柱之間的區(qū)域會(huì)被外殼所阻擋。這樣就會(huì)產(chǎn)生一定的盲區(qū)。會(huì)給駕駛帶來一定的不方便之處。所以汽車外后視鏡電子化會(huì)給駕駛員帶來很大的實(shí)用價(jià)值。

汽車駕駛平視顯示器利用光學(xué)反射原理，將重要的駕駛信息，投射到汽車前擋風(fēng)玻璃上面。然而，現(xiàn)有的汽車平視顯示器的眼動(dòng)范圍都較小，如果駕駛員視線轉(zhuǎn)移得過大，所顯示的車輛駕駛信息會(huì)部分或全部消失。然而，基于全息技術(shù)的創(chuàng)新方案，使得平視顯示器具有更大的眼動(dòng)范圍，更便于司機(jī)觀察。讓駕駛員即使是在發(fā)生移動(dòng)，或者低于或高于平均高度的時(shí)候，也可以看到顯示的信息。全息汽車駕駛平視顯示器，它采用全息光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的駕駛員眼動(dòng)范圍要大很多。全息技術(shù)，不是依賴傳統(tǒng)的光學(xué)器件，而是制造出一種超薄的光學(xué)器件，最終可以直接應(yīng)用到擋風(fēng)玻璃上。全息光學(xué)元件包括一種光反應(yīng)材料的特殊薄膜，它安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上。而安裝在駕駛室儀表板上的激光投影儀可以激活這種光反應(yīng)特殊薄膜，并能夠在薄膜上顯示駕駛信息，例如導(dǎo)航、車輛行駛速度和各種安全警報(bào)等信息。全息光學(xué)元件平視顯示器與駕駛員輔助系統(tǒng)相結(jié)合，能夠在汽車擋風(fēng)玻璃上指出道路上的行人、障礙物、動(dòng)物或其它危險(xiǎn)。

2 汽車電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和手機(jī)遠(yuǎn)程操控技術(shù)研究

汽車傳統(tǒng)四驅(qū)結(jié)構(gòu)中，汽車通過發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸以及差速器等實(shí)現(xiàn)前后輪四輪驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的分配和傳遞。在電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，依靠輪轂電機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)四驅(qū)能夠取消發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸以及差速器等傳動(dòng)零件，減輕汽車整體重量，同時(shí)提高空間利用率。以汽車底盤前后都安裝有電機(jī)的電動(dòng)汽車為例，能通過車載ECU 的控制，實(shí)現(xiàn)前驅(qū)、后驅(qū)以及電動(dòng)全輪四驅(qū)的模式。電動(dòng)全輪四驅(qū)在技術(shù)上還有許多可以提升的方面。安裝在四輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)的“輪轂電機(jī)”或許將會(huì)是電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)的最終形態(tài)。輪轂電機(jī)安裝在汽車車輪內(nèi)，由電機(jī)和減速器組成，直接驅(qū)動(dòng)車輪，大幅提升傳動(dòng)效率。在輪轂電機(jī)電動(dòng)概念車上，四個(gè)車輪均裝有輪轂電機(jī)，可以以汽車自身為圓心自轉(zhuǎn)，也可以像橫向移動(dòng)方便停車入庫。具有強(qiáng)大的可操控性和高實(shí)用性。輪轂電機(jī)電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)給電動(dòng)車移動(dòng)性和駕駛性帶來提升，進(jìn)一步發(fā)揮電動(dòng)車的靈巧優(yōu)勢(shì)。

汽車上的車載設(shè)備通過無線通信技術(shù)，對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的所有車輛動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行有效利用，在汽車運(yùn)行中提供不同的功能服務(wù)，這種通信叫做車聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)閷?shí)時(shí)的為汽車之間的間距提供技術(shù)保障，降低汽車發(fā)生刮撞事故的幾率；車聯(lián)網(wǎng)可以幫助駕駛員實(shí)時(shí)導(dǎo)航，并通過與其它車輛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信，提高交通運(yùn)行的效率。汽車車聯(lián)網(wǎng)可以將手機(jī)與汽車連接起來，能夠使用手機(jī)做為遙控器，遠(yuǎn)程控制汽車，可以構(gòu)建汽車與人的安全互聯(lián)。車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)同無人駕駛等新興技術(shù)成為汽車行業(yè)未來的發(fā)展方向。駕駛員可以通過手機(jī)的藍(lán)牙解鎖車輛，手機(jī)預(yù)約為自己的愛車充電等功能?，F(xiàn)在很多汽車制造商也開始在車輛上安裝近場(chǎng)通信，能夠提供很多汽車周邊服務(wù)信息。

3 汽車地圖數(shù)據(jù)規(guī)?；杉蜔o線充電技術(shù)研究

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查研究，目前使用專用車輛繪制道路地圖的做法并沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，使用服務(wù)型車輛來參與地圖數(shù)據(jù)的采集，將會(huì)使地圖數(shù)據(jù)規(guī)模化采集。運(yùn)用垃圾清掃車、掃雪車、灑水車、警車等服務(wù)型車輛，使他們具備采集數(shù)據(jù)所必要的傳感器，按照他們?nèi)粘Ｂ肪€行駛采集地圖數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云端，使地圖數(shù)據(jù)規(guī)?；杉?，可以節(jié)省地圖數(shù)據(jù)采集的成本開支，還能夠采集到更加可靠的地圖數(shù)據(jù)。此外，還可以利用全景背包采集，可采集步行街、景區(qū)、沙灘等環(huán)境的全景圖像。而針對(duì)公共場(chǎng)所，例如商場(chǎng)、酒店、機(jī)場(chǎng)、展覽館、醫(yī)院等場(chǎng)所的室內(nèi)采集需求，采用全球領(lǐng)先的點(diǎn)云系統(tǒng)全景采集技術(shù)，可同時(shí)采集室內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、WiFi 等數(shù)據(jù)。地圖數(shù)據(jù)規(guī)模化采集所有采集車均可完成自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)級(jí)別地圖數(shù)據(jù)采集，依托圖像識(shí)別等人工智能可實(shí)現(xiàn)對(duì)全景圖像自動(dòng)化處理，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)模式下的數(shù)據(jù)生產(chǎn)力。在未來，每一輛汽車都有能成為地圖實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù)終端，利用圖像收集車況信息，利用云端平臺(tái)實(shí)時(shí)快速更新。無論是收集數(shù)據(jù)的速度，還是地圖更新速度都提升了好幾個(gè)量級(jí)。高精度地圖的質(zhì)量對(duì)于智能自動(dòng)駕駛的功能和安全有著重要的影響。

無線充電技術(shù)可以縮短電動(dòng)汽車的充電時(shí)間，在安裝了這種無線充電裝置后，電動(dòng)車司機(jī)可以利用無線充電，提高電動(dòng)車的續(xù)航里程。駕駛?cè)藛T只需把車停在充電板上方即可，當(dāng)汽車靠近裝有感應(yīng)充電裝置的停車場(chǎng)時(shí)，會(huì)自動(dòng)同充電站進(jìn)行身份驗(yàn)證。汽車人機(jī)界面系統(tǒng)會(huì)引導(dǎo)駕駛員將汽車停好并且確認(rèn)開始為車輛充電。電源通過地面充電板無線傳輸?shù)诫妱?dòng)汽車底部的接收板進(jìn)行充電。該無線充電系統(tǒng)包含一個(gè)接收板、電力電子設(shè)備、控制器，以及人機(jī)界面系統(tǒng)。它可使電動(dòng)汽車充電速率最高達(dá)到12 千瓦，在12 千瓦的充電速率下，每充電1 分鐘可以提供行駛一公里的電量。另外，如果無線充電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到汽車底部的兩個(gè)充電板之間有異物進(jìn)入，充電會(huì)立馬停止。無線充電利用磁場(chǎng)將能量從電板傳遞到車輛上，它的使用效率與普通充電樁形式的充電模式一樣高。

4 汽車駕駛員注意力系統(tǒng)和地下數(shù)據(jù)探測(cè)技術(shù)研究

主動(dòng)監(jiān)測(cè)駕駛員注意力系統(tǒng)是一個(gè)高科技的系統(tǒng)，這套系統(tǒng)能分辨駕駛員注意力是否集中，在駕駛員注意力不集中之前予以安全警示。該套系統(tǒng)的傳感器由安裝在儀表板上的一組LED 發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管發(fā)出紅外光監(jiān)控駕駛員的眼睛，由于紅外光波長(zhǎng)在人眼睛可視范圍之外，因此駕駛員看不到傳感器光線。監(jiān)控駕駛員的駕駛狀態(tài)，在駕駛員注意力不集中之時(shí)予以警示是提高汽車行駛安全的根本。

汽車高頻探地雷達(dá)能像掃描指紋一樣探測(cè)地下管網(wǎng)、巖石和根系的情況，以幫助汽車駕駛員了解其所在的具體位置。這套地下數(shù)據(jù)探測(cè)系統(tǒng)能夠在沙塵天氣下進(jìn)行導(dǎo)航，同時(shí)它也可以幫助高度自動(dòng)化的汽車在道路上行駛，而無需依賴不斷變化的地面地標(biāo)，特別是這些地標(biāo)可能被雪、雨或霧所遮掩。

5 汽車線控制動(dòng)和鎂合金零部件技術(shù)研究

汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)是智能汽車的重要組成部分，是車輛 提升安全和節(jié)能性能的必需，線控制動(dòng)系統(tǒng)采用電子機(jī)械裝置替代液壓管路，線控制動(dòng)系統(tǒng)由執(zhí)行器、ECU、駕駛員意圖感知部件等組成。目前汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)難點(diǎn)主要包括：由于去除了備用制動(dòng)系統(tǒng)，需要有很高的可靠性，必須采用比汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)更可靠的總線協(xié)議，即具有容錯(cuò)功能的協(xié)議；由于制動(dòng)能量需求較大，一般要開發(fā)42V/48V 高電壓系統(tǒng)；制動(dòng)器需要具有更好的耐高溫性能，同時(shí)質(zhì)量輕、成本低；汽車線控制動(dòng)系統(tǒng)需要更好的抗干擾能力，抵制車輛運(yùn)行中遇到的各種干擾信號(hào)。

新能源汽車使用更加輕質(zhì)的材料就成為實(shí)現(xiàn)輕量化的重要手段。鎂合金在未來實(shí)現(xiàn)汽車輕量化方面前景可觀。鎂合金作為汽車制造材料的優(yōu)點(diǎn)是鎂合金密度小，且比強(qiáng)度高若將同等強(qiáng)度的鎂合金與鋁合金或與碳鋼比較，鎂合金較鋁合金及碳鋼更輕，這說明鎂合金具有比強(qiáng)度較高的優(yōu)勢(shì)。因此，在不降低強(qiáng)度的前提下，使用鎂合金作為汽車制造材料能夠顯著降低汽車的整備質(zhì)量。這樣既達(dá)到了汽車輕量化的目標(biāo)，又符合汽車安全性方面的要求。

6 結(jié)論

我們要通過制造“更好的汽車”創(chuàng)造“美好社會(huì)”的初心和愿景，在外后視鏡電子化和超大尺寸平視顯示器技術(shù)、電動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和手機(jī)遠(yuǎn)程操控技術(shù)、地圖數(shù)據(jù)規(guī)?；杉蜔o線充電技術(shù)、駕駛員注意力系統(tǒng)和地下數(shù)據(jù)探測(cè)技術(shù)、線控制動(dòng)和鎂合金零部件技術(shù)等技術(shù)為核心構(gòu)建全方位的汽車智能技術(shù)綜合力，一起為實(shí)現(xiàn)汽車社會(huì)更加智能化的目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。