关于虚拟后视镜在汽车产业应用前景的分析

魏文渊　赵鹏超　张博　龙腾

摘 要：随着汽车在人民大众生活中的普及，传统镜面后视镜已经成为当代汽车不可或缺的重要组成部分，可以有效提升道路行车安全，但是依然存在不少的问题，而虚拟后视镜技术的出现可能提出了更加安全的解决方案。本文通过总结传统后视镜的缺陷、虚拟后视镜的优势与限制条件，详细分析了虚拟后视镜在汽车产业应用方面的良好前景。

关键词：汽车新技术 虚拟后视镜 电子后视镜

Analysis on the Application Prospects of Virtual Rearview Mirrors in the Automotive Industry

Wei Wenyuan Zhao Pengchao Zhang Bo Long Teng

Abstract：With the popularization of cars in peoples lives， traditional mirrored rearview mirrors have become an indispensable part of contemporary cars， which can effectively improve road safety， but there are still many problems. The emergence of technology of virtual rearview mirrors may provide a more secure solution. This article summarizes the defects of traditional rearview mirrors， the advantages and limitations of virtual rearview mirrors， and analyzes in detail the good prospects of virtual rearview mirrors in the automotive industry.

Key words：new car technology， virtual rearview mirror， electronic rearview mirror

1 引言

1.1 背景介绍

汽车作为当前人们出行通勤的重要方式，已经走入了平常大众的生活。在汽车丰富众多的零部件中，汽车后视镜具有着不可替代的作用。汽车后视镜可以使驾驶员坐在驾驶座位上就可以获取车辆正后方、左后侧及右后侧的外部环境信息，极大地拓展了驾驶员在行车时对周围环境的掌握情况，可以有效减少行车安全事故的发生，保护其他车辆与人员的安全。

尽管后视镜在当今汽车工业中具有着重要的作用，早期的汽车却并不具有后视镜。

1905年，年仅23岁的英国传奇赛车手多萝西·莱维（Dorothy Levitt）创造了当时全世界女性车手的最高连续里程记录，并又在第二年打破了女性最快车速记录，因此被誉为“世界上最快的女子”。然而，即使是如此优秀的赛车手，也开始感觉到在驾驶时无法随时掌握车辆周围的信息。她在自己出版的《女人和汽车》中提出了利用镜子来观察车辆后方路况的构想，但是汽车后视镜的概念并不为人所认可。由于没有装备后视镜，早期的赛车上除了赛车手之外还需要额外配备一名专门负责观察后方情况的观察助手[1]。

在1911年的印地500汽车大奖赛上，来自美国的工程师兼赛车手瑞哈罗恩（Ray Harroun）在他的赛车上首次装备了一个用镜子改装的后视装置，并把他的助手请下了车。而在赛车这种对整车重量极为敏感的比赛中，少一个人的重量简直就是绝大的优势。在这种前提下，瑞哈罗恩毫无悬念地获得了比赛冠军。

由于早期的汽车尚未普及，道路上行驶的汽车数量极少，行人也不多，因此对后方环境信息的需求并不高，后视镜也并未在民用汽车上大規模使用。但是随着汽车数量的不断增多，行车安全开始成为不可忽视的问题。

直到1921年，发明家Elmer Berger获得了一项名为“COP-SPOTTER”的汽车后视镜专利，标志着汽车后视镜的正式问世。发展到今日，后视镜已经成为了汽车不可或缺的标配。

1.2 传统汽车后视镜的限制

当前的汽车后视镜主要由三个后视镜组成，包括车内后视镜和左右外侧后视镜。三个汽车后视镜的配合可以极大提升驾驶员的视野，但是也依然有着难以克服的问题。以下将简要分析传统后视镜的限制：

（1）汽车外侧后视镜对车辆整体的风阻有负面作用。根据大量的汽车试验检测，在正常道路上行驶时，后视镜对风阻系数的影响会达到0.01-0.03。当前汽车的风阻系数通常在0.3cd左右，部分轿车甚至可以做到0.23cd的风阻，因此后视镜会对整车的风阻增加3%-13%的程度，使汽车油耗上升并会造成高速行驶时的风噪[2]。

（2）后视镜盲区问题。众所周知，尽管后视镜可以拓展驾驶员的视野，但是依然有无法直接看到的盲区。正常驾驶中，在驾驶员保持前视不回头的情况下，最大视野仅能覆盖到360中的200，剩下的部分主要依靠汽车后视镜来解决，但是传统后视镜根本无法完整覆盖剩下的160区域。长期以来，后视镜存在视野盲区的问题都困扰着汽车研究专家和工程师们。

（3）恶劣天气环境下的后视镜效果变差。如上图所示，行车过程中如果遇到强降雨天气，驾驶员视角的左右后视镜画面会收到严重的干扰，基本无法看清后侧的车辆，存在较大的安全隐患。即使配备有最新的后视镜加热功能，也难以做到立竿见影的效果，使用经验极为有限。

（4）昼夜环境下后视镜反射率不同。汽车后视镜的反射膜主要采取了银和铝的材质，反射率可以保持在80%以上。在白天的行车过程中，高反射率可以保证后视镜清晰反映真实路况，提升行车安全性。但是在夜间行驶时，后方车辆开启前大灯可能会对驾驶员造成影响，甚至会出现眩晕感。随着防炫目后视镜的普及，昼夜反射率相差大的问题得到了缓解，但是依然存在。

（5）后视镜本身的安全问题。后视镜由镜面、保护外壳等部分组成，当遇到撞击类或其他事故时，处于车辆外侧的后视镜可能会成为造成二次伤害的来源，比如碎裂镜片的飞溅。即使采用了安全玻璃，玻璃组件与整个装置也有互相分离的危险[3]。

根据以上描述，传统光学汽车后视镜固然提升了行车道路安全程度，但是依然存在着较多的安全隐患。根据交通部的数据显示，由汽车后视镜相关问题引发的交通事故数量达到了车祸总数的75%以上，对驾驶员和乘客的安全带来了潜在威胁。而虚拟后视镜的出现可以在很大程度上解决传统后视镜的短板，从而进一步提升行车安全。

2 虚拟后视镜的应用前景分析

2.1 虚拟后视镜优势

随着智能驾驶与无人驾驶的出现，虚拟后视镜（电子后视镜）逐渐被各大车企重视并生成了新一代的解决方案。虚拟后视镜是一种基于高清摄像头和液晶显示屏的电子后视镜技术，通过摄像头将车外的实时路况信息传输至车辆内部的显示屏，方便驾驶员随时查看[4]。目前，本田Urban EV概念车、奥迪e-tron和雷克萨斯ES等车型已经可以看到虚拟后视镜的应用。虚拟后视镜的优势包括有：

（1）有效降低整车风阻。由于虚拟后视镜不需要车辆外侧的整个反光镜片，而以高清摄像头代替，车辆外侧的后视镜部分可以明显缩小[5]。以最新发布的奥迪e-tron车型为例，选装虚拟后视镜版本的e-tron车型的风阻系数从传统后视镜版本的0.28cd降至0.27cd，降低了3.5%。更低的风阻可以有效降低高速行驶下的风噪，并且进一步降低汽车能耗，对于电动车型尤为重要。

（2）虚拟摄像头可以改善视野盲区。虚拟后视镜可以通过多个摄像头互相配合以扩大感知范围，进而有效提升行车安全。以本田的解决方案为例，盲区显示系统可以将后侧可视角度从常规的20度提升至80度，盲区范围大大缩小。同时，以视频形式展示的路测信息明显优于当前的变道预警系统，使驾驶员可以分辨何时可以变道。

（3）虚拟后视镜可以对自动驾驶提供数据支持与接口。随着自动驾驶和人工智能的普及，汽车需要采集和处理的数据也呈现爆发式增长。虚拟后视镜可以提供更有效的车外环境信息方面的数据支撑，从而加快智能驾驶实现的进度。

（4）在各种天气环境下显示效果良好。基于摄像头成像的虚拟后视镜隔绝了车窗玻璃的干扰，使车辆外部环境直接显示在车内屏幕上，不会出现沾水或起雾等影响视觉的情况。

（5）在各种光照环境下保证恒定的反射率。虚拟后视镜的车内显示屏幕可以根据当前的光线情况适当调节亮度，例如白天晴朗时会提高亮度，夜晚行车时会降低亮度，确保不会刺激到驾驶员的眼睛。

（6）可作为升级版的行车记录仪使用。目前市面上广泛使用的行车记录仪主要聚焦于车辆正前方与正后方的行驶记录，但是对于车辆两侧发生的事故则无能为力。虚拟后视镜可以充当传统行车记录仪的强力补充，实现汽车360度无死角的行驶记录，在保障事故追责的同时记录事故的发生时刻。

（7）对汽车设计的进一步解放。传统后视镜为了获得较为宽阔的视野，车辆的后车窗需要设计得足够宽大以保证安全。由于虚拟后视镜通过车外摄像头收集外部信息并直接在车内显示屏成像，故而对车辆的后车窗尺寸和C柱的造型没有严格限制，因此可以设计出外形更加前卫的车型。

2.2 虚拟后视镜的限制

虽然虚拟后视镜相比传统后视镜具有不少的有点，但是虚拟后视镜自身也有着一定的局限性，相关技术的推广也需要时间和消费者口碑的积累。目前阶段限制虚拟后视镜发展和普及的因素包括：

（1）政策方面的制约。根据我国《GB15084-2013 机动车辆间接视野装置性能和安装要求》中的规定，只配备有虚拟后视镜的车辆无法在我国国内销售和驾驶[3]，传统镜面后视镜必须保留。在政策上，国内政府对于汽车安全性配置的规定处于非常谨慎的态度，因此虚拟后视镜的普及需要等待一个关键节点。而日本早在2016年就允许采用外置电子摄像头来代替传统后视镜，欧美相关组织也在积极推进修改法规，尽量消除政策对于科技发展的阻碍情况。

（2）车内显示屏幕的位置选择。尽管虚拟后视镜的外置摄像头代表了该技术的优越性，但是各大企业对于车内屏幕位置的选择存在一些分歧。奥迪etron选择将成像屏幕放置在车门门把手的上方，驾驶员在查看左右路况时需要将视线下移，而这样就与习惯传统后视镜的驾驶方式产生了冲突。雷克萨斯ES虽然将显示屏幕放置在了与传统后视镜平齐的位置，但是完全悬浮出来的屏幕降低了汽车内饰的一致性，甚至让消费者感到一种强烈的“改装感”。

（3）虚拟后视镜成本问题。根据之前的论述，虚拟后视镜系统主要包含了摄像头和显示屏的组合，而满足车规级应用的摄像头和显示屏幕成本远高于传统的后视镜系统。此外，虚拟后视镜相当于增加了一套信息收集与输出系统，在保养和维修方面可能会有更高的成本。

（4）虚拟后视镜技术性问题。为了尽可能消除行车时的视野盲区，虚拟后视镜可能需要多余一个摄像头的解决方案。而多个摄像头的图像拟合涉及到了当前较为前沿的研究问题，包括处理图形还原、图像畸变纠正等算法，这些都对车企提出了较高的门槛要求，一旦关键技术处理不好则会弄巧成拙，严重影响行车安全[6]。

通过虚拟后视镜限制因素的分析，可以看出虚拟后视镜距离真正的推广仍然需要克服一些技术和政策上的难题，否则将沦为智能驾驶普及过程中华而不实的噱头。

3 总结

综上所述，虚拟后视镜可以有效消除驾驶员的视野盲区，提高驾车的安全系数。另外，虚拟后视镜可以降低整车风阻系数，改善燃油经济性或电量消耗，进而更加符合空气动力学原理。因此，虚拟后视镜代替传统光学后视镜是汽车工业发展的重要标志，对提升汽车安全程度和智能驾驶程度都具有积极的意义。但是同时，汽车行业从业者也应看清当前阶段的虚拟后视镜仍然存在一些技术难点需要克服，需要国家政策的支持才能真正从概念走向现实。

总体来说，虚拟后视镜在短期内可能仅存在于少量豪华品牌的高配置车型中，但是长期来看，虚拟后视镜对于汽车产业的应用前景值得期待。

参考文献：

[1]余春瑜.没有外后视镜在商用车上逐渐成为现实[J].商用汽车新闻，2018（24）：13.

[2]刘念，孙跃东，吴旭陵，杜雪伟，陆飞龙.基于正交试验法的汽车后视镜风阻优化[J].农业装备与车辆工程，2016，54（10）：18-22.

[3]崔利军.汽车后视镜技术分析[J].汽车工业研究，2017（06）：56-58.

[4]王晓婧，尚洋.對于新型汽车后视镜技术研发的探讨[J].时代汽车，2017（18）：99-100.

[5]李少峰，武建德，王鹏，刘东曜.汽车外部电子后视镜尾流区域气动特性研究[J].机械设计与制造工程，2018，47（02）：128-132.

[6]王昕，周洋.基于NIOSⅡ的汽车电子后视镜系统设计[J].杭州电子科技大学学报，2007（04）：45-48.