永不相撞的汽车

王强

高速公路上的驾驶过程中，低头看一眼手机短信，仅仅几秒钟，汽车的紧急自动刹车系统就会响起警报，在你的视线重新回到道路前方时，你的车子马上就要撞到前面正在减速的货运卡车尾部了。

这个令人心惊胆战的惊险情景正是2012年初美国交通部和包括福特、通用在内的八家汽车制造商一起在加州进行最后的六次道路测试所采用的场景。这项测试就是美国交通部针对多个汽车制造商研发的新一代车辆通信技术进行的实际道路测试，目的是验证该系统能否减少交通事故的发生，从而挽救生命，改善交通状况。

根据美国国家公路交通安全管理局的调查报告显示，80％的公路交通事故是由于驾驶员在事故发生前3秒内的疏忽造成的。戴姆勒-奔驰公司的一项实验表明，如果提前0.5秒示警驾驶员，60％的追尾事故可以避免；若驾驶员能提早1.5秒得到示警并采取措施，则可以避免90％的追尾撞车事故。

上面提到的新一代车辆通信技术是指汽车通信网WAVE（IEEE802.11p），这个显得专业高深的技术术语其实并不难理解。WAVE的全称是Wireless Access in the Vehicular Environment，意为实现汽车环境下进行无线访问的通信协议，从IEEE开头命名的协议编码我们可以看出该协议已经成为了工业标准，即我们目前经常听到的“车联网”。任何技术的产生如果没有实际的应用场景都是没有意义的，WAVE也不例外，目前该技术在应用层面主要用于两个主要的应用领域，一个是V2V(Vehicle to Vehicle)系统 ，即车对车通信系统，简称车间网，可以实现高速率的车辆之间的数据交换。另一个是V2X（Vehicle to Infrastructure）系统，即车对道路基础设施通信系统，简称车路网，可以实现车辆与指定波段的标准智能交通系统（ITS）路边基础设施之间的通信和双向数据交换。

在V2V系统中，每辆汽车都必须使用一种约定好的标准方式来广播车对车通信的信息，但信息的具体展现方式是不受限制的，这就给了汽车制造商很大的发挥空间。这些系统的设计其实是一门艺术，参与V2V系统研发和道路测试的八大汽车制造商在这方面也是各显神通。举个例子，当你正准备穿过一个十字路口时，正好有辆车想从你的右边超车，讴歌TL车型会在里程表的上方显示黄色的提示信息；而福特开发的系统会在你的挡风玻璃上闪烁从左至右的红灯来提示，同时为了确保你能获得该项提醒，你的座椅也会从左至右地发生振颤。

实际测试表明，最有效的警报策略是听觉警报和触觉警报，将两者结合在一起的方式最为合理，并被广泛采用。由于行驶过程中驾驶者的视觉盯在道路前方，已经在接收很多信息，而听觉系统和触觉的负担则较轻，所以驾驶员对振动或者刹车录音的反应要比对仪表盘上指示灯提示的反应更加敏感。在这些测试中，无一例外，所有汽车制造商设计的系统都是用声音作为最紧急的警报，如即将撞车的警报。而其他的、相对不那么重要的提醒，如一辆车正从另外一条车道加速驶来的信息通常采用视觉提醒，显示在仪表盘、挡风玻璃或是后视镜上。

令人兴奋的是，随着该项测试的完成，美国交通部决定下一阶段在美国的六个城市进行一整年的现场试点。将近几十万辆汽车、卡车和巴士将会装配V2V系统。通过该试点结果，美国交通部将决定是否在2013年强制要求汽车制造商在近几年里为所有的新车安装V2V通信系统。如果政府要求汽车制造商在所有的车辆上开始安装V2V系统，那么首批使用该技术的汽车预计将会在2018年左右面市。另据通用汽车公司表示，V2V系统的价格将约为208美元(约合1579元人民币)。

过去，为了减少和避免交通事故，汽车设计工程师们一直在想办法如何设计出最好的防抱死制动系统、紧急刹车辅助系统用来提高汽车的行驶稳定性，并为车辆配置三点式安全带、安全气囊等被动安全设施来加强对驾乘者的保护。尽管这些方法在过去都曾经无数次地保护了人们的安全甚至挽救其生命，但它们并不是解决安全驾驶的唯一途径，更不是科技高速发展下的未来汽车所应具备的特性。V2V这个系统的诞生恰恰给出了新的解决方案，因为这种主动安全系统可以让汽车变得更加“聪明”更加“智能”。V2V系统就像给汽车赋予了生命，给予了这些机器“说话交谈”的能力，可以对其他汽车说：“哥们儿，小心点，别和我撞上了！”“别加塞儿！”“慢点，前方有事故，我要减速了。”

如果说V2V赋予了汽车与汽车之间沟通交谈的能力，那么可以把V2X当作赋予了汽车感知环境的能力。V2X系统可以与任何安装在路边或附近的兼容的基础设施设备传递信息，让司机在视线被前方大型车辆或障碍物阻挡时能及时作出应对。例如，在危险的拐角处安装该设备，一旦车辆高速接近该弯道，装有V2X应用系统的智能手机就会给驾驶者发送提醒信号。路边设备还可以标示道路施工区域的位置，当车辆进入区域时，系统会给驾驶者发送建议信息，并接收在施工区域的其他车辆的行驶信息。该系统还可以将道路表面状况及时通知后方车辆。当车辆遇到道路上的凹坑时，悬架系统能够通过测量陷入深度来确定凹坑的损坏程度。因此，当前方行驶车辆遇到凹坑时，凹坑的位置和损坏程度会同时传递给通信范围内的后方车辆，该车的驾驶员得到提示后，可以根据实际情况选择提前避让或快速通过。

这个系统和现阶段很多汽车制造商研发的主动安全系统究竟有何区别？目前曝光较多的是沃尔沃汽车引以为傲的城市安全系统，该系统利用安装在风挡玻璃顶部的一个激光传感器监测前方路况，能探测到车辆保险杠前方10米以内的物体。当车速低于30公里/小时，如果驾驶员对于前方物体距离过近而没有相应反应，如踩刹车，该系统判断有即将发生碰撞的危险时，会自动对车辆制动处理。这类技术有一个最大的问题就是传感器探测距离短，只有当汽车处于低速行驶状态时才能发挥作用。

V2X系统可以将预警距离扩展得更远，并且可以通过摄像传感器和专用短程通信路边设备，与覆盖范围内的周边环境同步。它利用卫星导航系统定位车辆所处的位置坐标，并通过专用短程通信技术把路况、车辆信息无线传送到周边的不同车辆上。在城市环境中，通信范围通常为300米。在空旷地带，通信信号可以到1000米。V2X系统由传感器、专用短程通信系统、一个具有独立显示屏幕的便携式终端设备组成。驾驶者可以通过便携式终端了解交换的信息，也可以将V2X应用程序安装在智能手机内与车辆互联。

相比其他短距离、低车速条件下的主动避让安全系统，V2X系统300米的覆盖半径可以让驾驶者在车辆高速行驶时有时间处置突发情况。专用短程通信是专门为汽车应用设计的一项技术，采用特许通讯频带，无线信号传输很快，车辆与路边基础设施之间基本无需信号交换。如果车辆在路边设备的通信范围内，就能同步获取并处理相关信息。如果车辆以110千米/小时的速度接近一个300米远的路边设备，它会在到达路边设备大约10秒钟前接收到该设备发出的信息。实际上，准确监测行人的位置比准确监测车辆的位置要困难得多，相关的系统也需要更深入的研究后才能对驾驶员发出预警，提醒他们可能要碰撞到行人。因此，为了感知行人的状态，仅仅依靠汽车本身的传感器检测是远远不够的，只有和环境的互动监控才能及时准确地感知行人。例如，为了捕获人行道上的行人信息，需要在十字路口安装摄像传感器和专用短程通信路边设备。

随着车辆的爆发式增长，交通拥堵以及交通安全已经成为中国目前面临的两大问题，这两大问题在大城市尤为明显。V2V和V2X系统的应用及普及将有助于改善中国的道路现况。就在两个月前，电装集团Denso和中国同济大学展开合作，自今年3月22日起在中国江苏太仓市的公路上进行无线通信交通控制系统（V2X技术）现场测试。电装集团Denso之前已经在日本、美国以及欧洲成功地进行过类似测试。电装的V2X技术目前定位公共车辆的应用，让紧急用车（如救护车以及消防车等）能够同其周围车辆以及路旁基础设施进行无线通信。当紧急用车接近时，V2X技术可以改变十字路口的交通信号灯并警示其周围的车辆转换车道，借此实现紧急车辆优先通行并防止事故发生。

纵观未来，V2V和V2X不仅仅能够解决驾驶安全和交通拥堵的紧迫课题，而且同时奠定了新的汽车技术发展方向。利用该系统，可以实现汽车的手动驾驶和自动驾驶的兼容。例如，搭配了该系统的车型，在自动驾驶模式下，能够通过对实时交通信息的分析，自动选择路况最佳的行驶路线，从而大大缓解交通堵塞。除此之外，通过使用车载传感器和摄像系统的V2X，还可以感知周围环境，做出迅速调整，从而实现“零交通事故”。

“内容和应用为王”一直是移动互联网领域不变的定律。我们可以想象，未来基于V2V和V2X技术，将会不断涌现出更多极具想象力的车载信息服务和车联网应用。微软公司在今年3月底正式发布了代号为“Project Detroit（底特律计划）”的车联网概念原型车。“底特律计划”为开源项目，将会在年底对开发人员公布。

无论是V2V系统还是V2X系统，要想使其发挥最大的作用，最重要的是得到政府的有力支持，利用政策手段鼓励和推动该系统的应用和普及，从而实现规模化和大范围应用。中国应该大力发展和推广该技术在汽车和交通管理的普及和应用。主要基于以下三个方面考虑：

首先，如果在中国使用V2V和V2X系统，据不完全预测统计，每年可减少车祸死亡人数约5万，减少伤残人数约30万，减少直接经济损失约200亿元，减少间接经济损失更加巨大。并且大大缓解城市交通堵塞，节约能源，减少空气污染。从而彻底改变我国交通事故发生率高的落后局面，大步进入交通事业最先进的国家行列。

其次，从我国汽车工业的发展现状看，涉及到汽车动力和控制的核心产品部分均为由境外商控制，中国自主企业很难介入，而车载信息娱乐系统（车联网）和安全系统则存在极大发展空间。提高汽车安全性成为汽车业面临的最大课题之一，未来汽车安全系统将开辟汽车电子的新市场。汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的市场之一。

最后，智能交通管理是国民经济中朝阳产业，也是V2X的主要应用领域，市场前景无限，社会效益和经济效益都十分明显。此外，我国目前公路建设的年投资额超过3000亿元人民币，城市基础设施、智能交通管理系统和物联网应用也在大规模积极建设，应很好地抓住这个技术课题，增加产品和相关技术标准制定的工作力度，加大对试点和科研项目的投入。

期望在不久的将来，中国的车主都会拥有一辆“永远不会相撞”的“智能”汽车。

（本文作者系微软企业服务部汽车与物联网首席架构师 ）