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      駁“飛行汽車”偽概念,前瞻車用技術如何“師從飛行器”| 科技說

      • 發表于: 2018/08/03 07:58:00 來源:車云網

      眼下汽車使用的諸多技術,都來自于曾經的航空或軍事領域,那么未來呢?

      數日前,吉利汽車收購的美國Terrafugia(太力)飛行汽車公司公布了關于第二代兩座飛行汽車Transition量產型產品的細節,這其中包括了混合動力發動機、推進系統、安全系統與供應商等內容,并預計首批量產車將于2019年問世(與之前公布的信息相同)。

      與此同時,和吉利一樣覬覦天空的汽車公司,在世界范圍內并不少,譬如說奧迪曾在2018年的日內瓦車展上展出了與空客公司合作的Pop.Up NEXT純電動飛行汽車(下圖),該車分為座艙、地面模塊和飛行模塊三部分,座艙可與另兩個模塊單獨結合分別實現地面行駛或飛行狀態。

      直至半個月前,奧迪又與空客公司合作,獲得了由德國政府頒發的飛行出租車測試資格,并將在奧迪總部所在地因戈爾施塔特進行測試;除此之外,像波音、巴航工業和Uber等公司,也都對飛行汽車表示過興趣。

      但是,無論是誰表達出對“飛行汽車”的興趣,眼下都沒有任何一款值得量產的產品拿出來,諸多企業更多關注的是在未來技術的框架之下,這種能飛又能跑的交通工具會帶來哪些獨特的價值?

      畢竟,當仿生學大行其道的當下,考慮到動物們都不會浪費生命和能量去發展那些對生存沒有意義、或者說是多余的結構和功能,我們又如何能在現階段的科技體系下,研制出一個既能在地上跑得快,同時又在天上飛得高的“復合型交通工具”呢?

      信天翁的飛行能力是有目共睹的,但當它落了地之后,你看過它走路嗎?信天翁的飛行能力是有目共睹的,但當它落了地之后,你看過它走路嗎?

      但,我們終歸不能說“飛行汽車”是個純粹的偽命題,因為汽車在進化過程中,一直和航空器保持著密不可分的技術聯系,下面這些閃閃發光的航空器技術,就給眼下的汽車帶來了翻天覆地的變化:

      Ju52飛機的波紋鋁材外表,甚至還是著名旅行箱Rimowa的靈感來源。Ju52飛機的波紋鋁材外表,甚至還是著名旅行箱Rimowa的靈感來源。

      譬如說,眼下越來越主流的鋁制車身技術,就是汽車向航空器致敬的一個典型案例,因為只要談到輕量化,先進的汽車制造工藝總是愿意師從對鋁合金材料應用經驗更豐富的航空器制造技術,1994年,全鋁車身打造的奧迪A8震驚世界,但是時間再往前推50年,2系鋁合金已經在航空器上大行其道了。

      其次,就像現在在汽車上越來越多見的HUD(Head Up Display,平視顯示器),也是來自于航空器上的一個技術。就比如現在比較新的波音737Max和空客A350等大型客機,以及絕大多數的軍機上,HUD都近乎于標準配置;但HUD技術的前身“光學瞄準器”,卻是一個不折不扣在第一次世界大戰期間出現,并于第二次世界大戰期間被廣泛利用的“老”技術(如上圖,二戰期間英國噴火式戰斗機的光學瞄準鏡,截圖取自一款以擬真為訴求的飛行模擬游戲)。

      現在,一些比較人性化的導航APP(比如百度導航),也可以模擬HUD的工作原理,允許用戶把手機放在汽車風擋下面,然后用風擋玻璃把手機屏幕的“倒像”給反射出來,讓駕駛員可以在視線不離開路面的前提下看清導航的指示。

      那么,未來的汽車將從航空器上借鑒到什么先進的技術與設計經驗,未來的汽車會朝著哪個方向發展呢?(以下內容為作者的個人意見和觀點,供參考)

      1、傳感器普及,實現汽車最基本的“自我救贖”

      眼下的飛機,可以看作是一個綜合了多種傳感器的“展示中心”,無論是飛機頭部那些密密麻麻跟“胡子茬”一樣的傳感器探頭,還是機身背部和腹部的各種天線,五花八門的傳感器組成了飛行的控制和輔助控制系統,介入了飛機從啟動發動機、起飛、高空巡航、下降、降落和滑行等各個階段,尤其是在飛行員處于半托管狀態的高空巡航階段,飛機上獨立工作的傳感器和與外部通信的傳感器,保障了飛機的飛行安全。

      未來的汽車上,傳感器也會大量普及化,這就意味著,眼下像緊急制動輔助系統、行人保護系統、駕駛員疲勞監測系統,車道偏離預警系統、以及泊車輔助系統等功能,將隨著市場對汽車安全要求的提高,逐漸成為法律規定的“強制配置”,就像當初被當作高端車型才可以擁有的ESP系統,現在已經在美國、加拿大、歐盟等很多國家(區域)都已經成了法律強制的汽車標準配置,直接提升了汽車的安全水平。

      2、重視駕駛輔助技術中的硬件性能和軟件設計

      海灣戰爭期間,美國一架EF111電子戰飛機遭到伊拉克戰斗機的追殺,在無力反擊之際,這架EF111依靠地形回避跟蹤雷達進行超低空飛行,成功誘導伊拉克戰斗機撞毀在地面上;此外,在一些地震、海嘯等自然災害的緊急救助任務中,地形回避跟蹤雷達對進入災區執行高強度救援任務的飛行器(尤其是直升機和大型運輸機)也極為重要。

      作為能輔助飛行員執行超低空高風險飛行的工具,地形回避跟蹤雷達性能強悍,其通過發射雷達波探測飛機前方的地面,然后根據收集到的地形數據給飛機控制系統下達命令,讓飛機自動進行爬升、下降、轉向的機動,或者與地面保持相同高度飛行,這種工作機理,與目前汽車自動駕駛技術中依賴的激光雷達有很大的相似之處,但軍用雷達的優勢之處就在于,其可以在夜間甚至惡劣的天氣條件下正常工作,讓飛行器在陸地的刀尖上“起舞”。

      MH-47G 是最新型號的 SOA 直升機,該型直升機換裝了更加先進的設備,包括多模式雷達,使飛機在任何天候下都可進行地形跟蹤和地形回避。MH-47G 是最新型號的 SOA 直升機,該型直升機換裝了更加先進的設備,包括多模式雷達,使飛機在任何天候下都可進行地形跟蹤和地形回避。

      除去性能的強悍外,地形回避跟蹤雷達的軟件設計也極為重要,以美國軍隊中多采用的“APQ-174/186”多模式雷達來說,其具有極其成熟的控制算法,高可靠性設計和通用的內置測試軟件,確保了一個高可信度的系統,并具有極高的客戶易用性。

      作為“APQ-174/186”多模式雷達的生廠商,美國雷神公司也在空中交通管制、數據、圖像與信息管理、交通與通信領域多有涉獵,其空中交通管制自動化系統,已被北京首都國際機場、香港赤臘角機場和其它十幾個中國民用、軍用機場選用;甚至以潛艇聲納技術為基礎開發出了商業捕魚設備。

      根據網絡上的公開信息(非官方),一套“APQ-174/186”多模式雷達系統的售價在25萬美金左右,可以說其成本和系統內需要保密的部分,是其助力民用化的最大障礙,但是該系統的一些設計思路,說不定可以給眼下的汽車自動駕駛技術,提供一些不一樣的問題解決思路,并在未來的汽車上,用強大的軟件系統發揮更強大的安全輔助作用

      3、利用“互聯”實現車輛對環境的感知,實現更高級智能安全。

      在大型客機上,幾乎實現100%自動駕駛的巡航過程,一定是未來汽車自動駕駛技術需要參考的重點。一方面,大型客機可以實現自動駕駛,首先要依賴在國際上取得高度共識的“飛行規則”,并遵守相關的航空法律法規;第二,飛機還要依靠自身傳感器,與地面導航臺(相當于V2X),與其它飛機(相當于V2V)的信息溝通,保障飛行安全。

      就拿每架大型客機必配的空中防撞系統(Traffic Collision Avoidance System,縮寫:TCAS)為例,TCAS系統主要由詢問器、應答機、收發機和計算機組成,其該系統工作時,由詢問器發出脈沖信號,當其他飛機的應答器接收到詢問信號時,會發射應答信號。TCAS的計算機根據發射信號和應答信號間的時間間隔來計算距離。同時根據方向天線確定方位,為駕駛員提供監視區內多架飛機的動向和危險接近警告,使駕駛員有25-40秒的時間采取措施。

      假如汽車上也裝有類似的防撞系統,那么對于一隊以N輛汽車在高速公路上編隊行駛的車隊來說,其控制車隊啟動、剎車和行進的效率會非常高,就假設在通過紅綠燈路口時,第一輛車啟動的信號可以瞬時通知給車隊的尾車,這就使車與車之間的距離也可以保持得更緊密,提高車隊運行效率(前途汽車的 K50,已經開始進行類似的技術測試)

      而假如按照眼下ACC系統實現的編隊功能,當車隊第一輛車緊急剎車的一瞬間開始計時,直到最后一輛車判斷需要緊急剎車為止,中間已經經歷過(N-1)輛車的物理慣性和電子系統的判斷延遲過程了,這也就意味著,為了保證車隊的安全,車隊的車輛之間需要留有更大的空間去應付系統遲緩,這也意味著車隊運行效率的大幅度降低。

      但是,如何實現不同品牌的汽車,不同檔次的汽車,不同用途的汽車之間都能“溝通”這個目的呢?現在比較公認的觀點是通過“V2V”、“V2X”技術來實現,但是這兩個技術到底是一個什么樣的形態,汽車行業里未取得實質性的進展,但在軍事領域,已經有了可參考的成品。

      2009年4月,美國空軍確立了一項為期5年的“多功能先進數據鏈”(MADL)升級計劃,該計劃可以使洛克希德-馬丁公司的F-22A“猛禽”隱形戰斗機與其他型號的隱形戰斗機(或是一些非隱形戰斗機)進行交流,分享彼此的信息,為飛機提供一個“球面視界”;眼下,美軍正在研發的新一代TTNT數據鏈正在尋求對保密、通信距離、通信效率、多平臺數據鏈協同并最終一體化的開發目標(意味著陸海空軍的數據鏈打通)。

      而根據2016年的網絡報道,中國人民解放軍也擁有了可以動態、自主組網的全軍綜合數據鏈系統。

      考慮到軍事領域上使用的數據鏈是專用的數據通信系統,而未來車用數據鏈是一個公用的數據通信系統,所以在通信的數據體量、標準化制訂、系統體積和數據終端數量方面,車用系統的設計要求很可能要大大超過現有軍用數據鏈系統的設計標準,這也意味著,實現車用“V2V”和“V2X”技術,還有很長的路要走

      4、座艙的科技化趨勢需要在節制和創新中重新定位

      眼下,越來越多的大屏幕開始出現在汽車的駕駛艙內,在車云菌看來,部分整車廠迎合消費者這種超前喜好的態度,甚至都到了不留底線的程度,就譬如說某款車型,為了在中控臺裝下一個大觸控屏,把很多和駕駛相關的核心功能按鍵,擠到了極為不方便駕駛者安全使用的位置上。

      波音737Max的駕駛艙波音737Max的駕駛艙

      雖然在眼下的客機上,座艙玻璃化的趨勢也是勢不可擋,但相較于那些可以適當為消費者喜好屈服的汽車設計師,航空設計師對安全底線的把守則嚴格的多。具體來說,就是飛機駕駛艙內大屏幕的出現,是把曾經眼花繚亂的各種儀器儀表所顯示的信息,做了一個高度集成的梳理,讓這些顯示信息的呈現方式更加有條理、主次分明并且人性化。

      空客A350的中央控制面板空客A350的中央控制面板

      那些事關飛行安全的重要功能或是常用的功能(就像飛行員頭部、腿部的控制板),則依然保留了最原始的物理按鍵供飛行員使用;而且,飛機駕駛艙對觸摸屏在什么場景下可以用觸摸功能來操作的考慮也是非常謹慎的

      在大型客機上第一次使用HUD技術的達索Mercure飛機,控制面板并不是最讓人眼花繚亂的在大型客機上第一次使用HUD技術的達索Mercure飛機,控制面板并不是最讓人眼花繚亂的

      相比之下,那些廣泛采用了大尺寸中控觸摸屏的新車們,在操作效率、準確性和回饋響應等方面,依然難以滿足嚴苛的使用要求,反倒是一些可以進行創新的地方,比如把車內延續傳統多年的遮陽板,參照波音737Max和空客A350左駕駛側的HUD設備,進行數字化和電子化的液晶改型(如下圖),或者是像威馬汽車的車門投射技術,一直都卡在“車規級”和“成本”的門檻外遲遲實現不了。

      摩托車頭盔中的HUD技術摩托車頭盔中的HUD技術

      對于“控制成本”的觀點,“我”持贊成態度,但如果一味考慮成本,那么就難以實現用“設計”對品牌溢價。就比如說iPhone X,其成本肯定不會比競爭對手低,但其由于出色的產品設計帶來的品牌溢價,則使其在投入市場后,可以把多支付的制造成本給“賺”回來。所以,“成本”的高低是相對的,對很多新造車勢力來說,設計創新帶來的差異化,則是一個很重要的營銷手段,這也意味著,未來的汽車設計流程,需要以“價值”為核心,進行系統化的全面打通

      5、復合材料占車身比重的提高

      當汽車可以實現更高級的智能安全標準后,保障車內人員安全的任務,將由傳統的高強度金屬車身“移交”給強大的電子系統。到時候,像眼下車輛推向市場后不得不經歷的NCAP碰撞安全測試,將成為汽車發展史中翻過去的一頁。畢竟,交通工具的安全性,不能和構造強度及行駛速度掛上直接的線性聯系,否則高鐵和飛機從運行速度來考量,根本滿足不了碰撞安全要求。

      當汽車安全性可以用電子系統來保障而不是單純依賴與鋼鐵框架之后,汽車的輕量化、功能性設計和自由的模塊化設想,將由大量非金屬的復合材料和塑料來實現,這就像眼下的飛機一樣,雖然還是依賴金屬材料制成的框架結構承重,但已經開始大量采用復合材料給機身減重了,所以,當未來關于汽車安全標準的概念被重新定義,現有的新材料技術將在汽車這個產品上找到用武之地

      6、重視“地效應”給地面交通工具帶來的“半飛行”顛覆

      地效飛行器,也稱作翼地效應機,是一種利用翼地效應緊貼地面或水面高速行駛的“飛行器”,其“飛行高度”極為有限,但又可以不接觸地面和水面,最終實現高效、高速的“載運飛行”。

      從工作效果說,地效飛行器有點兒類似磁懸浮列車,但二者的工作原理完全不一樣:地效飛行器除了機翼、機身產生的升力外,在機翼與地面或水面之間還能產生一股向上的托力。這股托力能輕而易舉地托舉飛機離開地面或水面,以使地效飛行器在飛行過程中受到的阻力比船在水中航行受到的阻力要小得多,因此其速度也快得多,設計航速可以達到100千米~500千米/小時,同時又不需要像真正的飛行器那樣,設計一對兒占地面積巨大的機翼。

      在上世紀80年代,前蘇聯實驗了一款綽號叫“里海怪物(Ekranoplan,綽號是美國給起的)”的地效飛行器,該飛行器極限飛行重量可以達1000噸,還可以貼著水面高速飛行;而眼下,國產的地效飛行器“海王地效應船”,正在瓊州海峽適航審定過程中(下段文字后的動圖)

      眼下,之所以地效飛行器多以海洋為測試場所,主要是因為水面相對平整的原因,不需要在陸地建起超長距離的“人工測試路面”,以節省測試成本;可一旦海面起風,水面卷起波浪,地效飛行器的工作勢必受到影響(和船不在浪大時出港一個道理)。

      但是,一旦地效飛行器的技術趨于成熟,那么在陸地上像給傳統輪式交通工具建造一條高速公路一樣,給地效飛行器建好一條適合其安全飛行的“超級高速公路(道路橫截面為凹型,增強地效應效果)”,將有可能實現汽車與飛行器在“低速接駁、高速運載、高效工作”設計形態上的“握手”;而此類地效飛行器的所具有的“飛行控制系統”,也可以依靠先進的軟件設計來實現,并有自動駕駛技術進行輔助,從而大幅度提升地效飛行器的工作安全性。

      車云小結:

      眼下,汽車的產品形態依然相當傳統,其使用的主流技術,為了滿足“車規標準”和“成本控制”的要求,也一直保持謹小慎微的發展態度,但是,隨著信息技術的飛速發展,尤其是信息流通成本的降低和傳輸速率的上升,汽車越來越無法在數據經濟的洪流中“獨善其身”;在未來,航空和軍事領域正在應用的技術,必然會在汽車行業中發揮重要的作用,而且歷史已經證明過,這并不是憑空的猜測


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      杏耀是个大平台吗

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