汽车的「飞行员视野」——驾驶盲区与透明A柱技术

合众新车U的发布,引起了工程师朋友们在微信群里对透明A柱技术的讨论。实际上,将汽车驾驶舱两侧遮挡视线的车架隐藏起来,以获得更大的驾驶视野,是设计师和工程师们一直在追求的「新技术」。这篇文章就简单说一说透明A柱的技术解决方案。

我们先从手机说起。开阔明朗的可视范围,在设计和功能两方面都具有独特的价值:更加「完美」的视野呈现,不仅有独特的美感,也是用户偏爱的体验。举个栗子:智能手机的屏占比越来越大,而近两年更是出现了各种「全面屏」的百花齐放——

图1,百花齐放的全面屏解决方案

图1,百花齐放的全面屏解决方案

图中各家旗舰以及其代表的解决方案,已经演绎成了产品的标志和技术水平的判定标准。然而,艺术设计和工程实现在相辅相成的同时,却总是存在需要妥协的矛盾:就比如图中这一系列全面屏的方案,无论是大下巴、刘海、水滴、升降还是挖孔,在为了实现全面屏的同时,摄像头、听筒和解锁等等功能实现就需要做出妥协,甚至研发新的技术来克服困难。

汽车也是一样,在设计和工程上都需要追求更广阔的可视范围:

  • 在设计方面,更大的视野,对用户体验无疑会有极大的提升;
  • 在功能方面,消除视觉盲区,对驾驶安全有所改善。

然而,对可视范围的追求却一直面临着着现实的工程难题:驾驶盲区。

一,驾驶盲区

实际上,驾驶盲区(Blind spot/zone)是汽车一直都存在的问题:

图2,驾驶盲区与汽车A/B/C柱,原图来源:Automotive Blind-Zones: A Review of Legislation and the Use of Close-Range Camera Systems, 2008;Driving test tips

如图2所示,汽车行驶中有部分区域是驾驶员看不到的,这些盲区是因为汽车连接柱(Pillar)导致。汽车车窗位置的纵向支撑叫做汽车连接柱,对于大部分车型来说,有A、B、C三个支柱,部分车型如旅行车还会有第四根柱子D柱,双门跑车与轿跑则只有A柱和B柱,而敞篷车则仅有A柱。也正是由于连接柱的存在,驾驶员做不到如战斗机飞行员一般环顾四周毫无障碍。

图3 汽车驾驶员左侧A柱盲区示意图

那么,为什么不直接用一块玻璃罩住驾驶舱,把A柱、B柱、C柱什么的统统取缔呢?

这个美好设想早在20世纪50年代,设计师们就已经在概念车上展示了:福特和通用将火箭和喷气式战机的设计运用到了汽车设计中,仅用金属条连接了驾驶舱的玻璃,构成了几乎全透明的驾驶舱。

图4 1954年的概念车,模仿喷气式战机设计了驾驶舱

然而现实很骨感——汽车连接柱的作用可不仅仅是拼接玻璃!

全透明的设计虽然美感十足,但是在功能上却缺乏安全保障。随着现代被动安全技术的发展连接柱的重要性尤为突出,曾经细细的连接柱远不能够满足安全要求(如图5中50年代的MK II)。如今汽车连接柱的主要作用是保证了车体结构的强度,在碰撞中不易溃缩,是乘员安全的重要保障。尤其是汽车前进方向上连接车顶和前舱的A柱,是最受考验的一条防线。

图5 1956 Continental MK II,在过去A柱的安全作用并不显著

如图6所示,当发生正面碰撞时,A柱结构承受了正面碰撞的压力,这一部分的溃缩直接保护了前排乘员的头部。特别地,对于仅有的一根A柱的敞篷车来说,其A柱设计因此更为强壮。所以半个世纪以来,连接柱不仅没有消失,反而依旧粗壮。

图6 正面碰撞,来源:IIHS

但是,A柱的盲区却同样存在着安全隐患。在低速行驶的城市间工况,由于道路情况复杂小型交通工具多,同时驾驶速度低、驾驶员动态盲区大,往往也导致了安全事故的发生。

图7 A柱盲区与盲区导致的事故

安全,无疑是汽车最重要的性能保障。如何在保证碰撞安全的同时,降低盲区、提升驾驶感受?这就是汽车公司们探索「透明A柱」技术的原因。

二,透明A柱的各门各派

在「透明A柱」的探索上,各车企有如同手机全面屏一样的百花齐放,大致包括四大流派:结构派、光学派、投影派和柔性屏派。

1)沃尔沃,「镂空结构」

图8 沃尔沃的安全概念车,来源:沃尔沃

发布于2001年的沃尔沃安全概念车,属于结构流:用机械设计的方式直接将A柱挖空。这一方案需要结合更高强度的材料才能够与原先的A柱相比拟,否则在同样材料的前提下,该设计无疑会大大降低结构强度。也正是受限于材料与成本,这一设计也停留在了概念车阶段。

2)丰田,「光学反射」

图9 丰田专利中的透明A柱装置,来源:丰田专利

丰田在2017年的专利(https://patents.google.com/patent/US20170227781A1/en)中,提出了一个精巧的发明,利用数面镜面的反射,实现A柱的透明。如图9,可以将它理解为利用一系列镜面的反射,绕过了不透明的圆柱体C,从而在另一面成像。然而A柱的形状并不像专利中圆柱体一样规则,且可视角度与亮度均有可能受到限制,因此这一专利何时能够应用于实车,仍然是未知数。

3)捷豹路虎,「录像投影」

图10 捷豹路虎推出的透明A柱方案,来源:JLR

捷豹路虎在推出的透明A柱方案中,利用车身周围布置的摄像头,将画面投影到A柱上,从而让A柱「隐形」。同时,车内布置的摄像头则用于检测驾驶员的头部转向,进而能够计算合适的投影效果。这一设计很像VR电影的拍摄和播放,但是需要极大的运算量。因而JLR同时还提出了将这一设备连接云端,用于完成计算。

4)合众U,「AR+柔性屏」

图11 合众新车U的动图,来源:爱卡汽车新闻稿

接着就要说到合众汽车推出的量产车U,合众展示了一种将AR与柔性AMOLED屏结合的透明A柱方案。这一方案与捷豹路虎的方案有类似的地方,不同之处在于显示手段。与投影方案不同,柔性屏亮度更高,占用空间更小,也更加实用,它的使用得益于屏幕技术的进步。不过在运算端,柔性屏准确的成像同样需要大量的计算。

三,从概念到量产?

合众汽车的AR柔性屏方案,并不是首发,早在Eureka 01的概念车上,合众已经展示过了这一方案。后视镜和A柱的流媒体令人印象深刻,加上驾驶舱内的屏幕,一共7块——

图12 合众概念车Eureka 01的透明A柱展示

然而,不同于前三个方案的是,合众汽车拟在今年量产车上直接使用该技术,这倒是第一个「吃螃蟹的人」。在透明A柱第一次出现于概念车Eureka 01,几乎所有关注者,都认为这是又一个停留在概念车上的产品。原因是这一技术不仅需要占用计算资源,同时高温高寒场景下AMOLED的可靠性,也有待检验。而成本和可靠性是量产车所必须面对的难关。

但是,要在众多新势力中杀出重围,就必须要创新和差异化竞争。如何给消费者留下印象、让潜在的消费者产生兴趣,是新势力们都在尝试解决的问题:蔚来的NOMI、小鹏的车顶摄像头、威马的旋转屏幕、拜腾的超大屏、车和家的四块屏、爱驰的加电包……而对于合众,透明A柱就是一个直击痛点的秀技术机会。

这不免又要谈到另一个有意思的话题:一些我们习惯认为的、在传统专业思考里认为难以量产的方案,造车新势力进行了轮番的尝试。大屏幕、多块屏、加电、透明A柱……其中一些方案甚至带动了传统车企进行了对标的设计。比如Model S最早推出的大屏幕,它在争议声中走过了十年,但我们所能看到的是:不论传统车企,还是造车新势力,新推出的汽车屏幕越来越大。

从这个角度来说,透明A柱的量产是值得期待的,至少是值得体验的。因为对于消费者来说,尽管见识过了各式各样的概念方案,然而实际驾驶中的盲区从未被克服。透明A柱在新势力的量产,或许有助于推动的配置不断更新与下沉,那些传统厂商曾经秀一秀就放回床底的「透明A柱」方案们,消费者们可能会有机会真实体验到了。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:姚昌晟

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