自動(dòng)駕駛時(shí)代的前夜 巡航功能技術(shù)的變遷

從汽車被創(chuàng)造出來(lái)那天起，對(duì)自動(dòng)駕駛能力的渴求就成了一代代工程師攻堅(jiān)的方向。而自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control，簡(jiǎn)稱『ACC』）的出現(xiàn)則讓普通消費(fèi)者開(kāi)始對(duì)自動(dòng)駕駛汽車有了期待和暢想。回到 20 世紀(jì)，汽車制造商們開(kāi)始從 17 世紀(jì)工程師們的成果上尋找靈感，最終 1958 款的克萊斯勒帝國(guó)（Chrysler Imperial）成了全世界第一臺(tái)搭載駕駛輔助系統(tǒng)的車型。

這臺(tái)老爺車當(dāng)時(shí)配備的這套系統(tǒng)也叫做「autopilot」，不過(guò)和特斯拉沒(méi)什么關(guān)系。它接在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪軸上，儀表臺(tái)的地方有一個(gè)撥盤(pán)可以設(shè)置巡航速度，還有一臺(tái)另加的電機(jī)通過(guò)調(diào)整檔位來(lái)維持車速。盡管現(xiàn)在量產(chǎn)車上使用的 ACC 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的技術(shù)迭代已經(jīng)和之前的大不一樣了，但殊途同歸，目的都是讓駕駛盡可能地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1958 款克萊斯勒帝國(guó)車型搭載了一套 Auto-Pilot 定速巡航系統(tǒng) | GRautogallery

雖然真正意義上的自動(dòng)駕駛汽車還沒(méi)有走入消費(fèi)市場(chǎng)，但自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的應(yīng)用讓用戶得以提前一窺無(wú)人車時(shí)代的端倪。系統(tǒng)開(kāi)啟后，車輛能夠按照設(shè)定的跟車距離行駛，通過(guò)不斷調(diào)整車速來(lái)維持兩車的距離。駕駛員這個(gè)時(shí)候仍需要雙手握住方向盤(pán)，除非出現(xiàn)緊急情況，否則不需要對(duì)車輛進(jìn)行干預(yù)。

回望這項(xiàng)功能的發(fā)展史，我們可以看到它技術(shù)的迭代與升級(jí)，以及依靠體驗(yàn)逐漸積累和建立的用戶信任與滿意度，這是自動(dòng)駕駛時(shí)代還不曾擁有的。

巡航功能的技術(shù)變遷

首先要明確的一點(diǎn)是，巡航功能，不管是定速巡航還是自適應(yīng)巡航，都算不上是安全功能，它們最大的作用是讓開(kāi)車這件勞心費(fèi)神的事兒變得舒心一些。而定速巡航（Cruise Control）作為鼻祖式的存在，最早可以追溯到 1788 年，當(dāng)時(shí)詹姆斯·瓦特（James Watt）和馬修·博爾頓（Matthew Boulton）用它來(lái)控制蒸汽機(jī)的運(yùn)行，而調(diào)速器這種裝置（Cruise Control 也是調(diào)速器的一種）則在 17 世紀(jì)就得到了應(yīng)用。

之后演變而來(lái)的定速巡航裝置則是由發(fā)明家和機(jī)械工程師拉爾夫·蒂托（Ralph Teetor）于 1948 年發(fā)明的，首次搭載這套系統(tǒng)的車型正是 1958 年上市的克萊斯勒帝國(guó)。

從技術(shù)原理上來(lái)看，定速巡航由 EMS 進(jìn)行控制，EMS 會(huì)同時(shí)參考變速箱信號(hào)、當(dāng)前車速和駕駛員設(shè)定速度，通過(guò)調(diào)整節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和變速箱等控制單元對(duì)車速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)巡航。

開(kāi)啟自適應(yīng)巡航功能的特斯拉儀表界面 | Electrek

只不過(guò)隨著整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步，道路交通也變得越來(lái)越復(fù)雜，只是控制車速已經(jīng)不能讓駕駛過(guò)程變得舒適了，這個(gè)時(shí)候自適應(yīng)巡航系統(tǒng)就上線了。

顧名思義，這套系統(tǒng)的關(guān)鍵在于「自適應(yīng)」三個(gè)字。它借助外部傳感器（雷達(dá)、攝像頭、激光傳感器等）檢測(cè)自車與前方車輛的距離和相對(duì)速度，并控制自身車速和前車保持固定的距離。假設(shè)前車變道離開(kāi)，在未識(shí)別到新的目標(biāo)物之前，它會(huì)控制車輛按照設(shè)定的車速行駛。

從可實(shí)現(xiàn)的功能等級(jí)來(lái)看，目前主流的 ACC 系統(tǒng)還可以分為兩類：

自適應(yīng)巡航。自動(dòng)加減速，讓車輛按照預(yù)設(shè)的速度或者與前車保持一定距離行駛。低于一定速度退出，一般是 30 公里/小時(shí);

自適應(yīng)巡航+自動(dòng)啟停 （Stop & Go）。能以任何速度進(jìn)行巡航，包括在完全停止后隨著前車的移動(dòng)而恢復(fù)之前的行駛狀態(tài)。

《消費(fèi)者報(bào)告》針對(duì) ACC 功能的用戶調(diào)研結(jié)果 | Consumer Reports

在美國(guó)《消費(fèi)者報(bào)告》進(jìn)行的一項(xiàng)關(guān)于「高級(jí)安全系統(tǒng)」的用戶調(diào)研中，有 85% 的車主對(duì) ACC「非常滿意」，有 19% 的用戶表示自適應(yīng)巡航系統(tǒng)幫助他們成功避免了一次交通事故的發(fā)生，72% 的受訪者對(duì)這套系統(tǒng)足夠信任。

雖然從用戶的角度來(lái)看，自適應(yīng)只比定速巡航復(fù)雜了那么一點(diǎn)點(diǎn)，但從汽車工程層面來(lái)看，兩項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)的難度完全不是一個(gè)等級(jí)的。

ACC 因?yàn)樯婕暗狡嚨淖詣?dòng)加減速控制，不但需要發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng) EMS 參與控制，自動(dòng)變速箱控制器 TCU，電子穩(wěn)定程序 ESP 以及電子駐車 EPB 都要介入，這其中還涉及到更復(fù)雜的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)和雷達(dá)、攝像頭等外部傳感器的管控。雖然成本不可避免地增加了，但它對(duì)駕駛體驗(yàn)的提升效果也是十分明顯。特別是在高速公路上，可以大幅緩解人的緊張情緒。

如果說(shuō)自動(dòng)變速箱解放了人的左腳，自適應(yīng)巡航解放了人的右腳，那么下一代的領(lǐng)航技術(shù)（autopilot）則讓我們的雙手得以短暫松開(kāi)方向盤(pán)，朝著自動(dòng)化駕駛的方向逐步邁進(jìn)。

奔馳是最早讓這項(xiàng)技術(shù)上車的主機(jī)廠。2013 年發(fā)布的最新一代奔馳 S 級(jí)車型搭載了「Distronic Plus with Steering Assist」智能系統(tǒng)。它本質(zhì)上是在 ACC 的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)向輔助的功能，這樣系統(tǒng)能夠自動(dòng)控制方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車道保持或低速工況下隨前車小幅橫向擺動(dòng)的功能，從而讓駕駛員的雙手也得以解放出來(lái)。

功能的更進(jìn)一步也意味著新硬件的升級(jí)。要對(duì)轉(zhuǎn)向控制就必須有前視攝像頭的加入，利用人工智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)車道線的檢測(cè)，彌補(bǔ)了雷達(dá)傳感器的缺陷（比如縱向速度和距離測(cè)量精度高，但橫向較差）。而要更進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)全速度范圍內(nèi)的加減速以及獲得主動(dòng)變道的能力，則需要更多傳感器以及控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合。當(dāng)然，車輛的電控單元的數(shù)量也會(huì)大幅增加，軟件算法以及量產(chǎn)前的測(cè)試工作都會(huì)相應(yīng)變得很復(fù)雜。

特斯拉的 Autopilot 從功能構(gòu)成上來(lái)看，主要是由自適應(yīng)巡航和自動(dòng)轉(zhuǎn)向組成的。只不過(guò)特斯拉把它叫做「Traffic-Aware Cruise Control（TACC）」。至于自動(dòng)轉(zhuǎn)向，除了能夠?qū)崿F(xiàn)車道保持外，更新至最新版本的 Autopilot 上線了「Navigate on Autopilot」功能，它能夠在不提示車主的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變道。由于還是 beta 版本，實(shí)際體驗(yàn)中系統(tǒng)經(jīng)常在不合理的時(shí)機(jī)變道，沒(méi)有減輕壓力不說(shuō)，倒是先把人嚇得一身冷汗。美國(guó)《消費(fèi)者報(bào)告》的試駕編輯調(diào)侃道，「這種感覺(jué)就像看著你的孩子開(kāi)車一樣，心驚肉跳，亞歷山大！」。

用戶可以自行選擇將變道提示關(guān)掉，Autopilot 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)變動(dòng) | Engadget

不過(guò)特斯拉已經(jīng)算是在巡航和轉(zhuǎn)向功能上優(yōu)化做得很不錯(cuò)的品牌了，隨著 FSD 硬件平臺(tái)的投入，未來(lái)也會(huì)在「TACC+Auto Steer」的基礎(chǔ)上釋放更多的自動(dòng)駕駛能力。而根據(jù)《消費(fèi)者報(bào)告》的調(diào)研顯示，除了特斯拉，凱迪拉克、福特、現(xiàn)代捷恩斯，林肯、奔馳、保時(shí)捷、沃爾沃車型搭載的 ACC 功能表現(xiàn)最佳。

ACC 的工作原理和局限性

正如上面所提到的，實(shí)現(xiàn) ACC 功能最關(guān)鍵的是雷達(dá)傳感器。系統(tǒng)開(kāi)啟后，雷達(dá)對(duì)前車最遠(yuǎn)的探測(cè)距離可以達(dá)到 200 米，一旦檢測(cè)到目標(biāo)物，自車車速下降并維持設(shè)定的距離進(jìn)行巡航。

為了保持距離，雷達(dá)會(huì)向監(jiān)測(cè)兩車距離的中央控制單元發(fā)送信號(hào)。以特斯拉的 Autopilot 為例，如果探測(cè)到前方有車輛，主動(dòng)巡航控制可在任意車速下（靜止下也可以）啟動(dòng)，但前提是自車與前車至少相距 150 厘米。一旦前車變道離開(kāi)，系統(tǒng)會(huì)控制車輛加速至預(yù)設(shè)的速度行駛。而設(shè)定巡航速度的話，以特斯拉 Model 3 為例，將巡航控制桿向下移動(dòng)到底一次，然后松開(kāi)。這樣可以將巡航速度設(shè)為檢測(cè)到的速度限制或當(dāng)前行駛速度，以較高速度為準(zhǔn)。

假設(shè)行駛在多車道的公共道路上，傳感器檢測(cè)到前方出現(xiàn)多個(gè)可追蹤的車輛，這個(gè)時(shí)候 ACC 系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行甄別并選擇優(yōu)先目標(biāo)進(jìn)行跟車。如果有其他車輛超過(guò)了自車，ACC 會(huì)實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)管理并進(jìn)行剎車，將車速逐步降下來(lái)。假設(shè)系統(tǒng)判定需要進(jìn)行急剎，但減速過(guò)程消耗的能量超過(guò)了車輛能夠提供最大剎車動(dòng)能的 30%，那么儀表上就會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)信號(hào)并發(fā)出蜂鳴警報(bào)，提醒駕駛員手動(dòng)進(jìn)行剎車操作。

一套 ACC 系統(tǒng)主要由雷達(dá)和攝像頭兩種傳感器組成 | Extremtech

盡管目前各家的 ACC 技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，但由于傳感器硬件存在局限性，首當(dāng)其沖，在天氣惡劣的情況下使用會(huì)受到影響，也存在一定的安全隱患。譬如遇到大雨或大雪天氣，位于前格柵或前擋泥板下的傳感器可能會(huì)因無(wú)法正常工作失靈。特斯拉 Model 3 的用戶手冊(cè)中就提示了下列幾種不宜開(kāi)啟主動(dòng)巡航控制的情況：

道路有急轉(zhuǎn)彎

能見(jiàn)度差（因大雨、大雪、濃霧等造成）

強(qiáng)光（比如迎面而來(lái)的前照燈燈光或直射的陽(yáng)光）妨礙攝像頭視野時(shí)

雷達(dá)傳感器被遮擋（灰塵、遮蓋等）

擋風(fēng)玻璃阻擋攝像頭的視野（水霧、塵土或貼紙遮擋等）

此外，就 ACC 本身而言，它的傳感器配置現(xiàn)在是沒(méi)辦法應(yīng)對(duì)變化的道路限速的。這也是為什么絕大多數(shù)品牌都建議用戶在高速公路或環(huán)城高速等結(jié)構(gòu)化道路上使用，因?yàn)檫@些地方的限速情況統(tǒng)一，基本不會(huì)有什么幺蛾子發(fā)生。比如凱迪拉克的 Super Cruise 就嚴(yán)格設(shè)定了可開(kāi)啟的范圍（完成高精度地圖繪制的高速公路區(qū)域）。

還有就是在上面提到的多車道情況下，由于 ACC 系統(tǒng)配置的軟硬件能力有限，所以在遇到多個(gè)目標(biāo)物的時(shí)候很可能會(huì)出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的情況。特別是有彎道的情況下，識(shí)別前車的錯(cuò)誤率會(huì)更高一些。

通用 Super Cruise 系統(tǒng)有著嚴(yán)格的 ODD 限定，只能在繪制了高精度地圖的高速公路使用 | Consumer Reports

所以盡管 ACC 本身用起來(lái)可以增加駕駛的舒適性，但因?yàn)樗廊徊皇钦嬲淖詣?dòng)駕駛技術(shù)，所以不能完全依賴。一旦系統(tǒng)提醒可能需要接管的時(shí)候，一定要毫不猶豫地踩下剎車，避免意外情況的發(fā)生。

邁向自動(dòng)駕駛時(shí)代的前夜

現(xiàn)階段，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能提供完整的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)，但從《消費(fèi)者報(bào)告》的用戶調(diào)研來(lái)看，目前大家對(duì)這項(xiàng)功能的滿意度和信任度非常高。就能力而言，絕大多數(shù)的 ACC 系統(tǒng)能夠做到與前車保持時(shí)距行駛，這已經(jīng)從某種程度上解放了司機(jī)們的雙腳。更先進(jìn)更智能的，比如通用的 Super Cruise，盡管它的 ODD（Operational Design Domain，設(shè)計(jì)適用范圍）被限制得非常死，但在合適的工況下也算是完全實(shí)現(xiàn)了解放雙手。

隨著軟件算法以及傳感器硬件能力的提升，ACC 自然也會(huì)變得功能越來(lái)越復(fù)雜，這意味著機(jī)器將獲得越來(lái)越多的控制權(quán)，同時(shí)駕駛體驗(yàn)有望得到大幅提升。更關(guān)鍵的是，因?yàn)轶w驗(yàn)的提升人們的信任和滿意也許會(huì)因此逐漸「流向」自動(dòng)駕駛，而不是因?yàn)槟切┛犰诺?Demo 和演示視頻。

借著自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)步的浪潮，我們完全可以期待「人」的監(jiān)管角色的逐步退場(chǎng)，以及人和機(jī)器以協(xié)同配合的方式完成一次又一次的安全出行。