空曠的高速公路筆直地延伸至地平線，所以我抽出一點時間瞥了一眼汽車中控臺上的電子顯示屏。我迅速讀出螢幕上的數字，然後目光回到擋風玻璃上，這時我看到……什麼都沒有。濃霧吞沒了道路，我正盲目駕駛。在我能感覺到腳剎之前，一個清晰的警告——剎車燈般的紅色矩形——閃爍在擋風玻璃上。我沒有多想，猛踩剎車踏板，大聲咒罵。我的車倉促停了下來，一輛拋錨的汽車突然從前方的迷霧中出現。
我還沒來得及呼氣，明亮的燈光就照亮了四周，乘客艙內響起了不和諧的笑聲。我突然想起，我正坐在位於密歇根州迪爾伯恩市福特研究與創新中心的 VIRTTEX（虛擬測試跑道實驗）駕駛模擬器實驗室裡。這個巨大的蛋形模擬器圓頂使那裡的專家能夠在完全安全但高度逼真的虛擬現實條件下進行駕駛測試。對講機裡傳來的無形的笑聲是控制室技術人員在嘲笑我短暫的慌亂。
在過去的 15 分鐘裡，他們向我丟擲了各種任務——每一個任務都旨在展示分心駕駛的危險。我的工作之一——實際上是最後一個工作——是在被要求時看向中央顯示屏，並在不失去車輛控制的情況下報出那裡出現的數字。視線離開道路超過兩秒鐘，發生碰撞或險些碰撞的機率就會增加一倍。
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在隨後的彙報中，VIRTTEX 實驗室的技術負責人邁克·布洛默告訴我，在最後任務中彈出的擋風玻璃警報是由沃爾沃汽車上的前方碰撞警告裝置生成的視覺警報。該系統就像一個電子守護天使，透過雷達和攝像頭監控前方交通狀況，並在感知到危險時向駕駛員發出訊號。他指出，該警告與標準紅色剎車燈的顯著相似之處並非巧合：“工程師選擇該特定訊號是因為其含義對每一位經驗豐富的駕駛員來說都直觀明瞭。即使你以前從未見過它，你也確切地知道它的含義並採取了糾正措施。”
該系統只是旨在避免交通事故的最新一代先進安全裝置的一個例子。儘管這些技術目前在許多高階車型上都有配備，但它們也開始普及到成本較低的汽車和卡車上。下一代主要的防撞技術應該會更加有效，因為它將能夠在沒有任何駕駛員輸入的情況下自動啟動剎車。這些以及相關的安全功能可能預示著汽車的新時代，在這個時代，車主越來越願意接受道路上的自動化輔助，即使這意味著將他們對車輛的傳統掌控感讓渡給機器人系統。專家表示，在幾十年內，許多先進汽車將能夠避免大多數碰撞事故。事實上，在某個時候，它們將能夠自動駕駛。
安全趨勢
這些創新的主要動機非常明確。美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的資料顯示，2006 年美國發生了約 600 萬起機動車交通事故。這些事故導致近 39,000 人死亡和 170 萬人受傷。當年涉及碰撞事故的 1060 萬輛汽車中，幾乎 95% 是乘用車或輕型卡車。與此同時，儘管人們不斷呼籲加大對公共交通的投資，但美國的道路只會變得更加擁擠。世界其他地區，特別是汽車擁有量激增的發展中國家，也普遍存在類似的情況。
梅賽德斯-賓士的約爾格·布魯爾表示，事故統計資料表明，駕駛員失誤是道路安全問題的主要原因。“例如，當前方車輛突然減速時，駕駛員可能難以判斷剎車力度，”他說。“而且，你會浪費寶貴的微秒時間來判斷危險的嚴重程度。” 因此，“許多人剎車太晚、力度太小或根本不剎車，”他解釋說，因此梅賽德斯-賓士及其競爭對手正在努力提供自動剎車輔助功能。
還有兩個趨勢也在推動汽車自動化程度的提高。首先，世界上大多數駕駛人群的平均年齡正在迅速上升。隨著駕駛員的機能和能力下降，技術可以越來越多地彌補這一不足，以確保車內乘客和道路上其他人的安全。
第二個趨勢不太明顯。目前，更環保、更節能的汽車風靡一時。大多數此類努力都集中在開發更節能的發動機上，但工程師可以透過製造更輕便的汽車來實現同樣的效果。不幸的是，這種“輕量化”通常會導致車輛結構不夠堅固，在碰撞中更容易受到損壞。能夠避免事故的汽車可以在一定程度上彌補這一缺點。
另一方面，一些因素正在限制先進安全技術上線速度。它仍然相當昂貴。此外，汽車製造商仍然擔心因安全系統故障造成的傷害或死亡而可能產生的任何代價高昂的法律後果。或許最重要的是，汽車製造商小心翼翼地不過多侵犯客戶對公路機器的強烈控制感，因此他們專注於向駕駛員宣傳最新功能的好處，同時推出這些功能。這種努力歸根結底是要建立對新功能的信任。
生存下來
一些有助於駕駛員預防事故或減輕碰撞傷害和損壞強度的第一代技術（在業內被稱為主動安全系統）已經為人所熟知。（所謂的被動安全功能，例如安全帶、安全氣囊和可潰縮或碰撞吸能區，在發生碰撞時保護您。）1978 年上市的防抱死制動系統 (ABS) 改善了轉向效能，並在有人猛踩剎車時加快減速。“ABS 是感測器首次被允許‘感知’危急駕駛情況，然後自動採取行動來減輕這種情況，”布魯爾說。
牽引力控制系統 (TCS) 是接下來推出的主要主動安全技術。它們可以防止發動機驅動的車輪失去牽引力，從而在駕駛員踩下過多油門（發動機節氣門）時提高車輛的整體控制性能，從而產生超過路面條件所能承受的扭矩（旋轉力）。
TCS 之後是增強型穩定性控制系統，或 ESC。這些系統不斷監控方向盤的角度和車輛的行駛方向；後者透過側向運動速度、汽車相對於其中心軸的角度以及車輪的轉速來評估。當 ESC 系統檢測到側滑時，它會嘗試透過選擇性地啟動使汽車軌跡變直所需的剎車來短路側滑。它還可能會降低發動機的動力，直到汽車恢復正常。
梅賽德斯-賓士和豐田的研究表明，ESC 的安裝可將單車事故減少 29% 至 35%，並將正面碰撞事故減少 15% 至 30%，這在美國每年可轉化為數千條生命和數百億美元的損失。NHTSA 最近決定到 2012 年將 ESC 技術作為總重量低於 10,000 磅的車輛的標準配置，這突顯了 ESC 的顯著成功，羅伯特·博世公司車輛運動和安全部門的凱·斯特珀在密歇根州法明頓希爾斯報告說。新規的一個預期好處是 ABS 和 TCS 將成為所有汽車和輕型卡車的標準配置。
網路化安全
斯特珀繼續說道，此外，ESC 是新一代安全系統的關鍵，該系統利用車輛感測器、驅動裝置和計算機之間的網路通訊。由於 ESC 使用加速度或重力感測器來監控車輛的整體運動，因此它可以為中央監控和控制器單元提供有效應對迫在眉睫的道路威脅所需的資訊。“直到最近，車輛中不同的安全子系統都是彼此獨立工作的，”他說。“但是，透過將元件聯網在一起，使它們能夠相互通訊，我們可以實現增強的功能，甚至全新的功能，通常使用相同的裝置，甚至更少的裝置。”
考慮一下這種轉變的一個例子：為了在碰撞中觸發展開，博世當前的側面碰撞安全氣囊系統依賴於兩個獨立的感測器來驗證側面碰撞正在發生——一個在車門中檢測壓力，另一個在穩定性控制單元中測量加速度。“不幸的是，您必須等到驗證之後才能啟動安全氣囊，因此您會損失寶貴的毫秒時間，這在碰撞中可能是永恆的，”斯特珀指出。但在最新的網路化方法中，監控車輛運動的中央“黑匣子”控制器可以從 ESC 的加速度感測器接收有關偏航的資訊——即車輛繞其垂直軸旋轉，表明車輛正在側滑——並準備在車門壓力感測器關閉時立即展開側面安全氣囊。
汽車行業才剛剛開始透過將許多以前獨立的安全性子系統整合到網路中來利用這些潛在的協同效應，以便所有子系統都可以獲得關鍵資訊。斯特珀總結說，這種改變應該可以節省成本，“因為完成相同的任務將需要更少的感測器。”
碰撞警告
在安全系統中，更令人興奮的是警告和幫助避免與前方車輛或其他危險發生碰撞的技術——我在福特模擬器中以及在不同的測試跑道上試用過其中的一些版本。前方碰撞警告系統基於相對較新的自適應巡航控制裝置，該裝置依靠雷達資料來保持兩輛車之間預設的距離或時間間隔。
更新的“停止和啟動”自適應巡航控制系統使在緩慢移動的交通中行駛變得更加容易，因為它們可以精確地跟隨前方汽車的停止和再次啟動。新增攝像頭和複雜的軟體控制演算法構成了一個基本的碰撞警告系統。
大陸汽車系統公司位於密歇根州奧本山的迪恩·麥康奈爾表示，這些裝置需要將雷達與攝像頭結合使用，因為每種裝置都具有不同的功能。“雷達可以判斷是否有物體在那裡，並且可以測量到障礙物的距離，但它們在對物體進行分類方面不太擅長。影片攝像頭系統可以區分重要物體（例如汽車）和不重要的物體（例如街道上的沙井蓋）。” 他解釋說，只有將它們結合起來，才能有信心地確定何時可能發生危險的正面碰撞，並且需要剎車。
麥康奈爾指出，在典型的安裝中，遠端 77 吉赫茲微波雷達感測器監控前方 400 至 650 英尺的範圍，而短程 24 吉赫茲雷達單元掃描前方數十米範圍。它們的廣角攝像頭可以識別大約 130 至 165 英尺遠的物體。當警告系統確定汽車正以過快的速度逼近前方汽車時，它會輕推剎車踏板、閃爍剎車警報或啟用其他訊號，並透過預壓液壓剎車管路為瞬時啟動剎車做好準備。如果駕駛員沒有采取任何行動且碰撞迫在眉睫，則系統會自動減速車輛，至少可以減輕任何碰撞的影響。許多人將該技術比作將汽車的碰撞吸能區向前延伸。
自動剎車
今天的碰撞警告系統為未來的主動安全系統指明瞭方向，這些系統可以自動踩剎車或將汽車駛回車道以完全避免事故。但是，成功地部署故障安全、全速版本的此類技術要困難得多，並且還需要 5 到 10 年的時間。
沃爾沃在其 XC60 車型中率先嚐試了自動剎車，推出了 City Safety 功能，這是一種低速碰撞避免和緩解系統，可在時速 20 英里以下執行。沃爾沃位於瑞典哥德堡的托馬斯·布羅伯格表示，City Safety 旨在解決低速（通常是城市）輕微碰撞問題，在許多地方，輕微碰撞約佔所有汽車碰撞事故的四分之三。大多數輕微碰撞都是由分心駕駛員造成的。儘管這些事故很少導致死亡，但它們經常導致揮鞭傷，並且布羅伯格指出，“對社會造成了非常大的損失。”
City Safety 配備紅外雷射測距儀，可發出光束並尋找前方 20 至 25 英尺物體反射回來的光線。接收器測量兩個物體相互靠近的速度，並在必要時準備緊急剎車以快速響應。“如果駕駛員在這種情況下不做任何事情，系統將自動剎車，”布羅伯格說。“此時它不會發出警告，因為它只會讓駕駛員感到困惑。” 事後，系統會通知駕駛員 City Safety 已啟動。
布羅伯格說，升級到全面的全速自主剎車系統將很困難，因為確保它在危急情況下采取的任何行動都是正確的舉措具有挑戰性。“製造自動剎車的汽車很容易，”他觀察到。“訣竅是確保它在不應該剎車時不會剎車”，並確保“每次都能採取正確的行動”。到目前為止，沃爾沃、其他汽車製造商和安全系統供應商仍在進行測試，以確保他們的系統超可靠。例如，他們正在將這些系統安裝到世界各地不同環境中的汽車中——通常由普通客戶擁有。大多數時候，新系統處於非活動狀態，但它們會記錄是否會做出正確的決策。
保持在車道內
前視攝像頭是警告駕駛員車輛何時偏離車道的裝置中的關鍵元件。攝像頭跟蹤車道標記，並注意車輛何時偏離它們定義的路徑。
日產是率先推出此類技術的汽車製造商之一，日產北美公司位於田納西州納什維爾的亞歷克斯·卡迪納利報告說，日產正在推出升級後的車道保持技術。“我們的新型車道偏離預防系統可防止駕駛員因注意力不集中、分心或睏倦等原因而不經意地漂移出車道。它透過在一側車輪上施加制動輸入來干預，從而產生偏航運動，使汽車回到車道內。” 除了使用安裝在後視鏡上方的攝像頭監控車道標記外，該裝置還會考慮車輛的速度和駕駛員的轉向操作。
我有機會在底特律南部柔和的鄉村地區的博世美國測試機構外進行的一次試駕中演示了類似的系統。在三位博世工程師坐在乘客座位上的情況下，我們行駛在一段幾乎空曠的筆直雙車道公路上。當道路暢通時，我旁邊的研究人員通過幾次筆記型電腦按鍵啟動了系統。然後我將汽車駛入相鄰車道，方向盤和座椅開始抖動，就好像我們剛剛駛入“搓板”土路一樣。資訊很明確：回到你的車道。我們繼續嘗試了幾個類似的基本概念的實施方案，只是警報訊號變成了蜂鳴聲、提示音和儀表盤燈。撥動轉向燈會覆蓋車道保持功能。
我很快發現，我最習慣研究人員稱之為“浴缸模式”的類似老虎機的動作，指的是他的筆記型電腦螢幕上機器對轉向偏差的響應圖的傾斜側面。每次我轉動方向盤將汽車駛離我的車道時，一股相反的力都會非常平穩地將車輛導回我的車道。當我評論說我會發現“非常容易習慣在浴缸中央行駛”時，工程師們滿意地笑了。
避免被盲點
車道保持系統的對應物是盲點檢測系統，該系統使用側面安裝的超聲波或雷達感測器來檢視相鄰車道，並在駕駛員盲點區域內有車輛時通知駕駛員。在目前市場上銷售的大多數此類系統中，當車輛佔據這些區域時，後視鏡中的警告燈會亮起。麥康奈爾表示，盲點檢測器在嘗試過它們的駕駛員中越來越受歡迎，但該技術“實際上可能在商業市場中發展得更快，因為所有卡車都有很大的盲點。”
盲點技術的延伸是由系統提供的變道輔助功能，該系統會告知駕駛員相鄰車道中的汽車何時快速逼近，甚至阻止他們轉向這些車道。在這種情況下，麥康奈爾說，感測區域擴大到“幾個車身長度，大約 165 英尺，在後面。” 一項相關技術旨在避免當駕駛員倒車碾過一個小的、看不見的孩子（通常在車道上玩耍）時發生的 ужасные 情況。這些倒車保護系統可以在接觸之前檢測到孩子或物體並使車輛停止。他報告說，NHTSA 正在與汽車製造商及其供應商進行討論，以解決這些可怕但——值得慶幸的是——相當罕見的事件。
麥康奈爾預測，未來將會出現能夠識別和避讓道路上的行人和動物（例如鹿），甚至在夜間也能識別和避讓的安全系統，以及交通標誌識別系統，例如，防止駕駛員闖紅燈和停車標誌。
所有這些先進感測器系統的組合，特別是如果它們是聯網的，可以在車輛周圍建立一個虛擬的“安全氣泡”，可以檢測到附近幾乎任何危險。但這樣的車載系統可能很複雜且成本高昂，可能超過車主願意花費的金額。
汽車對話
由於成本問題，許多汽車製造商正在研究一種替代的、
成本較低的方法，該方法涉及透過無線通訊（與簡訊相比沒有複雜多少）將車輛和道路基礎設施連線起來。通用汽車研發執行總監艾倫·陶布表示，“與其依賴汽車自身的車載感測器套件，不如透過查詢其他車輛和附近的道路標誌和交叉路口來了解附近發生了什麼？”
這種車對車 (V2V) 和車對基礎設施 (V2I) 系統“將使駕駛員能夠看到超出視覺範圍的地方。例如，假設前方街道上停著一輛車，但它就在拐角處，”陶布說。“車載系統可能無法及時感知到它，但附近經過的汽車可能會感知到。” 或者，具有內建無線通訊節點的交叉路口管理系統可以告知注意力不集中的駕駛員，他的汽車即將闖紅燈。如果需要，它甚至可以踩剎車。
該概念的部分巧妙之處在於它是低技術的：汽車和道路將僅配備基本的感測器，例如全球定位系統 (GPS) 定位裝置、一些計算能力以及相容的無線短距離無線電發射器和接收器單元。陶布指出，並非每輛車最初都需要配備這些裝置：“即使只有 5% 或 10% 的車輛普及率，您也能獲得一些安全效益。”
但該方法也有缺點。這兩個系統都要求在一個國家銷售汽車的所有汽車公司都同意一致的通訊標準，這至少需要時間來建立。儘管為汽車配備在道路 V2I 網路中執行的裝置不會花費太多，但在整個道路基礎設施中安裝所需的裝置可能會很昂貴。一項估計表明，在美國建立全國性的 V2I 系統將耗資一萬億美元。
儘管如此，有關 V2V 技術的談判仍在感興趣的各方之間進行，包括豐田、通用汽車、日產等，特別是日本和中國的研究機構正在開發 V2I 原型。
自動駕駛
一旦目前正在開發的安全系統和自主導航技術實現了真正萬無一失的可靠性，並且駕駛員完全接受它們，那麼預見到能夠自動駕駛的車輛就不足為奇了。事實上，研究人員已經表明，這種汽車是可行的。
2007 年，一輛經過改裝的雪佛蘭 Tahoe，暱稱“Boss”，以及幾輛類似的無人駕駛汽車成功地在加利福尼亞州維克托維爾的一個逼真的城市街道景觀中導航，該景觀配備了其他汽車甚至交通擁堵。這些無人駕駛汽車和卡車正在參加美國國防高階研究計劃局的城市挑戰賽，這是一項旨在證明機器人公路車輛可以變得實用的比賽。此後不久，通用汽車執行長小 G. 理查德·瓦戈納預測，他的公司將在 10 年內將自動駕駛汽車推向市場。這種預測可能有點樂觀，但他的宣告肯定指明瞭在不久的將來實現真正的機器人汽車的方向。
注：本文最初發表時的標題為“駛向零碰撞汽車”。