未来道路与车辆前景展望

方陵生/编译

未来道路与车辆前景展望

方陵生/编译

·车辆和高速公路技术的未来将如何发展，设计者们有时也难以预测。

1893年，诺曼·贝尔-格迪斯（Norman Bel Geddes）出生于新兴汽车工业中心底特律以西约40英里的地方。贝尔-格迪斯是一个不同寻常的姓氏，是诺曼·梅兰顿-格迪斯 （Norman Melancton Ged des）与海伦·贝尔-施奈德（Helen Belle Schneider）联姻的结果，这个混合姓氏象征着两个极富创意大脑的结合。从小母亲带他去看歌剧时，贝尔-格迪斯对舞台艺术十分着迷，早期他是一位成功的设计师，后进入戏剧界从事设计工作。曾被纽约时报描述为“20世纪的达芬奇”的贝尔-格迪斯后来成为一名成功的工业设计师，他的流线型设计风格极受大众欢迎。他还是1939年纽约世界博览会上通用汽车（General Motors）“高速公路和未来视野”展的设计者，他将这个被称为“未来世界展”的展览描述为“代表了美国几乎所有类型地形的大型模型展，展示了未来美国全国高速公路系统发展的全貌。”

五百万人参观了这个“未来世界展”，成为当时“世界历史上最受欢迎的博览会”。参观者坐在可在模型边缘随意移动的舒适椅子上，俯视着未来汽车世界的图景。模型展示了从当时起未来20年后世界高速公路的样子。展出的未来愿景中包括一个自动化的公路系统，运行在这个自动化系统中的车辆都是自动驾驶汽车，类似于今天已实现了自动驾驶梦的谷歌汽车和其他形式的自主车辆。贝尔-格迪斯认为，这次展览能够获得巨大成功，是因为人们对于每日排队乘坐公共汽车，或每日开车上路的厌倦和不胜烦恼。“未来世界展”给了所有人都要面对的问题一个震撼人心的、非常形象化的解决方案。这个展览非常成功，以至于通用汽车在1964年纽约世界博览会上又推出了一个现代版的“未来世界展II”。

贝尔-格迪斯在这次博览会后出版的 《神奇的高速公路》（Magic Motorways）一书中，以及通用汽车1940年拍摄的 《迈向新视野》（To New Horizons）里的许多插图，都超越了当时“未来世界展”所设想的未来。其中最突出的一幅图是“道路的十字路口：明天的城市”，在这张图里，城市车流川流不息地行驶在一条没有行人的单行道上，行人都在高架行人道或拱形游廊上行走，这让人联想起几十年前，1913年的《工程月刊》上提出的一个五层街道概念。贝尔-格迪斯的书中也提出了几种高架道路的设想，其中包括在电力大坝上建立河上交通通道的设想，以及跨湖双层桥等。

高速公路上的车辆行驶概念图，无人驾驶车辆可通过无线信号交通指挥系统定位互相之间的位置，以减少城市繁忙十字路口或司机不易看到的弯道“盲区”等危险区域的事故发生率

但是讽刺的是，尽管贝尔-格迪斯的书中描绘了许多未来高速公路的神奇图景，但奔驶在公路上的绝大多数都是1930年代后期明显已过时的“古董”车辆。贝尔-格迪斯的目光似乎只聚焦于未来的道路，尽管他已构思了更先进的泪滴状流线形设计理念，但他似乎没怎么想过，到了未来的1960年，他所驾驶的汽车会是个什么模样。这或者是通用汽车设计师的权限限制所至，毕竟，通用汽车不想向公众或其竞争对手披露他们想象中20年后的汽车会是个什么样子。但是今天的我们，对于目前或不久未来的汽车，或许会有一个更清晰的展望。

车辆驾驶辅助系统已成为今天的现实

未来，智能汽车将行驶在智能高速公路上，穿行在智能桥梁间，即使司机经验不是很丰富，或坐在方向盘前偶尔打个盹，未来的自动驾驶车辆也能自动找到回家的路，就像旧时的“老马识途”一样。正如罗伯特·弗罗斯特（Robert Frost）在他1916年的诗篇“行走在雪夜林中”中所描写的，在他对前面道路不太确定时，就会摇一下铃铛向他所骑的马“咨询”一下。明天的汽车会比“识途老马”更“能干”，它们会根据路面情况向我们发出各种警示信息，甚至当我们做出愚蠢的举动时，自动控制住车辆。例如，当我们全速接近停在前方的一部车辆，或当我们一侧有辆车，而侧视镜中看不到的时候想要进入超车道时，或漂移越过车道，或太靠近人行道边缘时，智能汽车会及时向我们发出警告，避免事故的发生。

今天，这样的车辆驾驶辅助系统已经成为现实，配备了辅助驾驶系统的车辆可通过听觉、视觉和触觉提示与司机沟通。只要经过很短一段时间的适应，司机就可习惯于辅助驾驶系统显示的数字和图标，根据它发出的哔哔声和闪烁的指示灯，做出相应的反应。一些系统的智能化程度相当高，如果司机没有及时做出反应，系统会控制着汽车返回原来的车道，在紧急情况下甚至自动将车停下来。一些汽车还能够自动泊车，一辆装配了自动导航仪的四轮驱动特斯拉，可根据司机的意图自动变换车道。如今的任何车辆，如果在转弯时走错了路，GPS导航器会发出通知，重新更正行车路线。

自动驾驶车辆还配备有可以同时检查所有四个轮胎压力的设备，在控制屏幕上显示轮胎压力是否正常。精密的巡航控制系统不仅可以维持稳定的行驶速度，还能够与两侧和前面的车辆保持安全的距离。智能控制系统可在行驶过程中实现平稳减速，一辆行驶速度为每小时65千米的车，在前面一辆车车速突然变慢的情况下，可将车速自动降到每小时55千米。

即使是在黑暗的夜晚，今天的汽车前灯也能将道路两旁黑暗树林深处照得雪亮，如果对面有相反方向的车辆驶来，智能系统还能自动将车灯调暗。如果车辆准备驶下高速公路，转入一条通往某个农舍的土路，根据转弯的方向，车前灯的光束也会相应转向左边或右边。在车窗玻璃上刚开始溅上几滴雨水时，智能雨刮器就会自动开始工作，并根据雨量大小自动调节雨刷的移动速度。

在体验了汽车的这许多特点之后，我们也许会憧憬未来的汽车会发展成什么样。挡风玻璃雨刮器能检测和清理溅到玻璃上的树叶吗？当我们行驶在州际公路上时，充气不足的轮胎会自动充气吗？燃油不足的警告图标会触发GPS做出反应，自动将我们带到汽油价格、质量和品牌都符合我们要求的最近加油站吗？如果估计剩余燃油不足以驾驶到最近的加油站时，车辆会放缓速度降低能耗，让我们在燃油耗尽之前抵达加油站吗？这些都是改进现有技术创造未来技术的发明家和工程师们所要面对的挑战。

与车辆建立实时通信联系的智能桥梁

2013年5月23日，一辆超大型车辆在过桥时触碰到了桥梁上方的桁架，导致桥梁倒塌。这是华盛顿州5号州际公路上斯卡吉特河上的一座大桥，如果桥上装有车辆高度检测传感器，及时检测到因超高而无法通过的车辆，就能避免这次塌桥事故的发生

以上介绍的特性，更多是与车辆相关，而不是车辆行驶所依赖的道路和桥梁。但是道路与桥梁的一些智能化设计也已经非常普遍，例如，人行道上路口的探测器会通知红绿灯，是否有一辆车正准备向左拐，并以左转箭头示意，如果左转箭头没有出现，对面方向过来的车辆就可以绿灯放行，畅通无阻。还有一些智能道路和桥梁，可通过一些智能化基础设施监控道路和桥梁上的交通状况，随时提请人们注意。一些道路上嵌入的传感器，可用于在冰雪天气里探测道路状况，必要时发出派遣专门人员来处理的信号。桥梁上不仅可以安装传感器，还可以安装通过传感器控制的设备。例如，当传感器检测到桥面开始结冰时，就可触发嵌入路边或护栏的系统，向路面喷洒防冰液，无需任何人工干预。

这一技术的另一个用途是可以及时检测到桥梁结构中严重的裂纹或腐蚀，将检测到的大量数据发送到（通过电缆线连接）与之连通的计算机上。不足之处是代价比较昂贵，如果采用无线传输方式，则可以低成本高效率地达成目的。

这类检测设备有利于基础交通设施的安全和维护的一个例子是美国特拉华州威明顿市495号州际公路克里斯蒂娜河上的大桥，2014年中，检查人员发现支撑高架桥的好几个桥墩出现了结构倾斜现象，这座高架桥的下方是一片闲置工业用地，有人将50 000吨堆泥土非法堆放在桥墩边上，造成地面移位，破坏了桥墩的稳定性。如果桥上安装有灵敏的无线倾斜检测仪，就可以通过桥梁上安装的传感器与过往车辆的车载计算机建立联系，发现和收集到桥墩出现异常的数据信息，早期检测到问题可阻止进一步的破坏，不但桥梁出现的问题可以迅速得到修复，维修费用也相对较低。

在2013年的一起塌桥事故中，一辆超高大型车辆在通过华盛顿州5号州际公路上斯卡吉特河上的一座大桥时，触碰到了桥梁上方的钢架结构桁架，被撞到部分的桥体倒塌断裂后落入水中，这座已有58年历史的桥面路况很差，迫使许多车辆在行驶时偏向于接近桥梁右侧的边缘部分，那里上方桁架呈向下弯曲的弧度，车辆通过时的垂直空间间隙更小，之前曾发生过车辆与桥梁上方结构部分相撞的事件，但未对桥体造成重大影响。除了这个问题之外，斯卡吉特河桥之前已被列为处于断裂临界点的“危桥”，其状态与六年前导致13人死亡的明尼阿波利斯州际大桥倒塌事件相似，但幸运的是，斯卡吉特河倒塌事件中没有人员伤亡。

在像斯卡吉特这样的桥梁上安装可及时检测到高度超高车辆驶近的传感器并不困难。通过雷达检测车辆速度并在公路上显示的检测设备已很普遍，它可以及时警告司机放慢速度。更先进的巡航控制系统还可通过雷达和计算机让汽车自动与前面的车辆保持安全距离。想象一下，配备了类似装置的垂直间隙较小的智能桥梁，车身较高的智能车辆在接近桥梁时，就会及时获得警告信息，在有可能发生碰撞事故之前减速停下。这种桥梁结构与车辆之间的无线通讯连接，可明显防止出现桥梁崩塌和人员伤亡事故。未来，这种设想也将成为现实，成为一种普遍应用的技术。

工程师们目前正在开发的一种高速公路-车辆系统，可让几百码长度内行驶在同一段高速公路上的车辆保持持续的无线联系，在这样的一个系统中，因交通拥挤或因视线不良造成的在弯道上行驶的互相之间看不到的两辆车会一直保持联系。如果前面的车突然停车，就会发出信号让后面的车立即自动刹车。

通用汽车的宣传资料展示，下一代凯迪拉克车将结合各种传感技术，实现在高速公路上的全自动无人驾驶

其他一些让车辆之间保持通信联系的技术可能导致一些交通标志最终消失。如果十字路口附近的所有车辆都成为某个无线网络的一部分，接近十字路口的车辆就可通过计算机知道前面的交通情况，例如是否有交叉车流，如果有的话，司机就会小心接近或干脆停车，即使不是以全息图像的形式直接出现在司机的视线里，或许也可以在导航屏幕上以明显的电子停车信号显示。如果十字路口畅通无阻，就不会有警告信号出现，车辆可以直接通过，甚至不需要放慢车速。如果所有的车辆都成为这个系统中的一部分，未来交通信号灯和交通提示标志都可以完全取消，从而减轻交通部门购买、安装和维护这些交通设施的负担。此外，没有了这些物理标志物的高速公路将会减少视觉混乱，导致注意力分散的干扰也会更少，为人们创建一个更安全的道路环境。

2014年夏，美国交通部宣布了一个计划，在不久的未来，要求所有的小汽车和卡车，无论新旧，都必须安装先进的汽车通信技术设备。到2020年，给一辆新车安装一个通信发射机预计将增加约350美元成本；现有汽车也可以通过翻新加装一个等效装置。工程研究团队与大学、政府实验室和汽车工业联合对这项技术进行了测试。作为密歇根大学交通研究所这一项目的一部分，志愿者们驾驶配备了这一系统的近3 000部车辆进入了真实的交通环境中。

无人驾驶与自我修复的智能道路

完全无人驾驶汽车已经成为现实，尽管到目前为止只有原型车。美国国防部通过其国防高级研究计划局，多年来一直在赞助无人驾驶汽车的研究和发展，为在城市和战场上成功实现无人驾驶的研究提供的奖金高达200万美元。在这些成功项目的基础上，谷歌自2009年以来一直致力于开发无人驾驶汽车，在随后的5年里，这样的自主驾驶车辆已在公路上跑了70多万英里。

汽车工业也在积极发展自己的自动驾驶技术。奥迪Q5配备的计算机系统可对一些机载设备数据进行处理，包括摄像机、雷达和激光传感器收集到的数据。2015年初，在一次从旧金山到纽约的3 400英里的行驶途中，基本实现了自动驾驶，99%的时间里都由计算机自主驾驶，只有在施工区域等复杂的道路环境中，才由人类驾驶员接管驾驶权。埃隆·马斯克（Elon Musk），特斯拉的首席执行官承诺将于2020年推出一款全自动化的车辆。通用汽车预计于2017年推出在高速公路上无手动驾驶的凯迪拉克。随着技术的发展，车辆渐渐都会配置上这类技术，我们甚至可以期待，在未来的车辆上，前面的座位可以旋转过来，如果愿意的话，车里的人甚至可以在车辆行驶途中玩纸牌和棋盘游戏，面对面交谈以及发送邮件和短信等，而不用担心会发生交通事故。

即使车辆上乘客的眼睛没有盯在道路上，他们也可以通过“数据提供者”帮助观察和了解道路状况。这是一个名为“新城市动力”的团体所提出的概念，一个致力于“为城市居民提供创新服务”的团体。2010年，“新城市动力”市长办公室在波士顿成立，后来费城也建立了类似的机构，这些机构通过“在内部机构和外部企业家之间建立合作伙伴关系，开展试点项目，满足居民的需求”，起到了“创新孵化器”的作用。具体项目包括从改进垃圾筒到高科技智能手机应用等。

“道路凸起”（Street Bump）就是这类应用软件中的一个，它可在波士顿的道路上追踪某辆自动汽车的行驶路线。在这款免费应用程序激活后，就可以将智能手机放在汽车仪表盘上用来监控汽车行驶。手机的加速计可检测到道路上的凹凸不平，并可区别其产生原因，比如是路面上出现一个凹坑，还是压到了减速带上。如果确认车辆遇到了一个凹坑，通过GPS确定其所在位置，将相关数据发回给城市监控路面状况的有关部门，确定之后就可派相关人员去填平它。

东北大学工程师开发的“通用机载嵌入式移动传感器”（首字母缩写为VOTERS）将这一理念延伸到了各个方面，配备了各种各样传感器的车辆每天行驶在城市道路上。包括测量轮胎声音的传感器，检测道路表面凹陷的传感器，以及检测路面下地层状态变化的检测器，通过这类数据可及时发现道路表面出现凹坑的先兆，对可能出现的情况进行监测，以及时进行道路的维护和修复。

另外，如果研究人员能够成功开发出一种可自我修复的沥青，道路凹陷出现坑洼的现象就将成为历史。这些研究中最为有名的是荷兰代尔夫特理工大学土木工程师埃里克·施兰根（Erik Schlangen）领导的微观力学实验。通过在沥青混凝土中渗入短钢丝绒纤维，路面材料出现裂缝时，就可通过微波修复法得以愈合。施兰根在一次6.5分钟的演讲中现场演示了这一过程，他将一小块沥青一分为二，然而将分裂开的两半一起放在微波炉里，在他讲话结束时，从微波炉里拿出来的两半沥青块已经重新合二为一了。他希望能够开发工业规模的道路微波修复设备。

硅酸盐水泥制作的自修复混凝土路面也开始出现。制作时将含有休眠细菌和淀粉类物质的微型胶囊融入混凝土中，细菌若被激活就可分泌碳酸钙堵塞裂缝。混凝土产生裂缝时封装的细菌会被释放出来，细菌遇水激活后消耗淀粉类物质，分泌本质上为石灰岩的碳酸钙，堵塞裂缝并预防进一步的破损。修复后的混凝土强度可达到之前未出现裂缝时的90%。

有了这种新科技，行驶在未来道路上的车辆将更平稳更少噪音，乘客的体验与诺曼·贝尔-格迪斯在通用汽车“未来世界展”上所展示的以及他所著的《神奇的高速公路》一书中所描述的可能不完全一样，因为现实将比贝尔-格迪斯当年的设想更神奇更美妙。

图为自修复混凝土的样本，其中包含有用微型胶囊密封住的休眠细菌和淀粉，出现裂纹时，封装被打开，水进入激活细菌，细菌吃掉淀粉，分泌出碳酸钙堵住裂缝

城市规划者希望通过行驶在道路上的车辆获得城市道路的实时信息。一个名为“道路凸起”的道路路面状况软件就是对这类信息的实际应用，“道路凸起”软件已在美国几个大城市中投入实际使用

［资料来源：American Scientist］［责任编辑：遥 醒］

本文作者亨利·佩特罗斯基（Henry Petroski），杜克大学土木工程和历史学教授。