我们与零愿景之间有多大差距？

在我写这篇文章的时候，德克萨斯州正在经历一场史无前例的冬季风暴。我们的基础设施无法应对这场风暴，事实也证明了这一点。由于昨天遇到了糟糕的情况，我不得不驾车行驶500英里从特灵瓜前往奥斯汀，公路上结了冰，不时有倾覆的18轮重型货车被遗弃在大自然中，骨架散落到划分出的专用车道上，非常拥堵，我们在公路上蜗行，虽然一路上风景如画，但却是一次悲惨的探险。



以上是NI汽车事业部SELENE VAN DER WALT 在风雪路况下的一次驾驶经历。作为一个汽车测试行业人员，他对汽车行业的智能化趋势有足够的敏感度，他联想到了在这种情况下智能汽车怎样帮助人们改善驾驶体验。

本文摘自NI汽车测试杂志 2021年第2季度

作者：SELENE VAN DER WALT，NI汽车事业部

在整个12小时的旅程中，我不禁想到了实现零愿景的迫切性以及它所能实现的出行未来。如果交通运输工具实现零排放，拥挤在路上的汽车和卡车不对气候变化推波助澜，我们也无需奋力抗击因气候变化引起的这场风暴，情况会是什么样呢？如果铁路基础设施配备完善且高效，就不需要那些争用公路的18轮重型货车，甚至也不需要我这次旅行所需的私人车辆，情况将会如何？如果我的汽车配备我信赖的自动驾驶软件包，载着我驶过结冰的道路，让我不必紧握方向盘，情况又将如何？

我们还没有实现这个目标，但零排放、零碰撞和零拥堵的愿景至少已现曙光。图01中的时间轴显示了我们行业在过去十年取得的进展，这足以值得我们停下来庆祝一番。然而，在接下来的这个十年，我们将需要在ACES（自动驾驶、智能互联、电动汽车和共享出行）汽车技术方面取得巨大进步，这些技术是实现零愿景的基石。这个十年其实就是采用在全球各地研究实验室中开发的杰出IP并将其变为现实，这意味着经受住政府法规的检验、达产和获得公众认知。

我们相信，测试不仅至关重要，它还将是下一个十年ACES进步过程中的颠覆者。测试的意义在于确保安全，鼓舞信心并验证这些创新产生的影响。


图01 21世纪10年代见证了汽车行业的巨大进步

自动驾驶

目前，路上行驶的是2+级汽车，开发、测试和生产3级及以上的汽车将是这个十年面临的挑战。我们认为，政府法规和仿真技术将是此技术的两个关键促进因素。

2021年2月，德国交通运输部长提交了一份立法草案，对4级及以下自动驾驶做出了规定(Bridie Schmidt，The Driven，2021年2月11日)。如果德国联邦议会和参议院通过该草案，则在为自动驾驶汽车(AV)的开发和测试制定有力的政策和法律框架方面，德国将加入新加坡、荷兰、英国和芬兰的国家行列。这非常令人振奋，因为自动驾驶级别提升到4级后，汽车将能在没有驾驶员的情况下自主转向、加速、制动和导航，而在减轻AV感应和规划负担方面，政府法规可以发挥重要作用。立法也至关重要，通过立法，可以在公路上对AV进行测试，并确保公路质量和标志的一致性，从而减轻AV算法负担。

此立法可提供AV技术标准和统一的测试方法，使汽车公司集中精力开发技术本身。后者是我们目前看到的许多团队所处的状态——在进行产品设计的同时，开发测试要求和标准。尽管NI在这一领域拥有可以帮助客户的专业知识和可以建议的解决方案，但我们认为，更有力的政府建议（尤其是在全球一致的情况下）有助于实现更快的创新。

制定完这些要求后，任务还远未完成。需要验证的数量庞大的驾驶场景令人难以应对，如果不进行仿真，将无法完成。据宝马报告，所有测试里程的95%是在虚拟仿真的基础上进行测试的（德国宝马汽车公司，“自动驾驶之路”，2020年5月14日）。对于确保将剩余5%的公路驾驶里程用于微调而不是检测重大故障，该仿真的保真度至关重要。

传感器和算法的仿真和测试比单纯验证技术所起的作用更大。逐步培养公众对AV的信任将是成功路上的一大障碍。在公众准备好广泛采用之前，我们还有一段很长的路要走；根据自动驾驶汽车教育合作伙伴(PAVE)的调查，20%的美国人认为AV永远不会安全（PAVE 2020年民意调查）。同样，只有35%的日本消费者想要获得完全自动驾驶AV，79%的人认为自动驾驶AV永远不会安全（Seth Lambert和Nicole Kareta，MES Insights，2020年10月14日）。

然而，PAVE 2020年民意调查显示，如果对AV技术拥有更多的了解，60%的美国人将会更信任AV，因此AV仍然大有希望。这意味着对于汽车、其工作原理及其测试严格程度，我们分享的信息越多，消费者接受度也就越高。


图02 美国汽车工程师学会定义了以下五个驾驶自动化级别

智能互联

AV能够与周围车辆、行人和城市基础设施进行通信，这一点让AV大受裨益。实现车联网(V2X)通信可以减轻拥堵，因为当汽车彼此沟通意图后，我们可以优化道路通行能力并提高安全性。但在下一个十年，要在此互联领域取得进展，我们需要克服基础设施、标准化和数据隐私挑战。

由于覆盖范围、容量、可靠性和低延迟，行业已经在蜂窝V2X领域实现标准化，作为智能交通系统的接入层技术。5G网络已经处于开发阶段，但其复杂性和覆盖范围差异巨大，构成了需要加以解决的另一个难题。此外，要完全实现V2X，需要在传感器网络和路边设备方面进行基础设施投资。由于需要经过一段时间后才能看到全部优势，因此这项投资也可能颇具挑战性。道路上配备V2X技术的汽车需要达到一定的数量阈值，才能实现减轻拥堵和提高安全性的更广泛优势。

为了确保大量设备彼此成功通信，可互操作性至关重要。在这方面，3GPP和5GAA等组织正在引领方向，号召设备和基础设施供应商共同测试标准和部署。仿真也是一项促成技术，因为测试需要对汽车与真实外界进行复杂仿真。

最后，数据安全与共享也是需要应对的挑战。由于侵犯隐私和黑客攻击，开放性和可互操作性在为V2X提供价值的同时，也成为了其短板。不同国家/地区甚至州/省在数据保护法律方面存在明显差异，有些国家/地区要求不断报告AV位置，而其他国家/地区要求匿名化处理所有数据，这一事实无助于解决此问题。AV需要适应其本地司法管辖区的数据隐私和报告要求或受地理围栏限制，这限制了其可用性。对于大多数汽车制造商而言，网络安全是一个全新的测试领域，因此将需要具备新的测试技术和IT专业知识，从而确保安全。安全事关重大，因此这一点至关重要。

电动汽车

电动汽车(EV)，或许更重要的是汽车制造商对开发EV的承诺，在过去的十年取得了长足发展。通用汽车发布了一则2021年超级碗广告，承诺在2025年之前推出30款新型EV。这是继21世纪10年代早期主要汽车制造商抵制主流EV的头条新闻后令人耳目一新的发展。这些头条新闻将EV说成是环保类小众车型的利基解决方案，并仍将特斯拉视为一厢情愿的初创企业。为了在这个十年利用这一势头并进一步促进EV的广泛采用，我们需要开发充电基础设施，以此降低电池制造成本，并缓解消费者对里程的担忧。

关于开发大众市场EV的最有效方式，仍然存在一些问题。为了满足排放要求，汽车制造商是应在短期内将精力集中于混合动力汽车并推迟EV开发，还是立即将精力完全投入到EV开发中？在从制造到报废的整个汽车生命周期中，我们如何有效减少排放？理想的替代燃料来源是什么？随着汽车动力源的变化，是否必须更改整个汽车架构？或者，能否创建一种可复用现有设计的即插即用系统？同样，EV市场上的每家公司是否都需要制造完整的汽车？或者，我们是否可以通过合作，对市场分而治之，从而可以让产品更快上市？

电池包已经达到每千瓦低于100美元的惊爆价。在这个阈值下，汽车制造商应该能够按照与燃油车辆相同的价格和利润销售大众市场EV。在这方面已经取得了切实的进展，据报道，中国2020年12月份的电动公交首发价低于该阈值。平均的纯电动汽车(BEV)电池组价格已经达到126美元/kWh，与2010年1,100美元/kWh的价格标签相比，降低了89%（BloombergNEF，2020年12月16日）。实现这一里程碑关键是产量的提高、新型化学成分的采用以及优化的生产工艺。

在任何情况下，达产都是一项挑战，但对于没有汽车制造背景的许多EV初创企业来说，这尤其具有挑战性。在2月份的访谈中，Elon Musk坦率地谈到了在特斯拉达产过程中保持产品质量的挑战，随着更多EV生产线和汽车颠覆者开始规模生产，这些挑战无疑会不断出现。电池是生产难点的具体代表，因为许多安全关键型元件需要在整个电池制造和装配过程中接受测试。高性能测试设备可以在不影响产品质量的情况下提高生产线速度。此外，具有内置数据管理功能的测试系统可以将制造见解传送回研发团队，以便提高产品性能，这有助于使所创建设计在规模生产中简化生产和测试。

共享出行

尽管是并行开发，但共享出行肯定会在很大程度上依赖于上述技术的成功。这样的未来可能包括与应用程序和基础设施关联的电动自动驾驶车队，将出行作为一种服务来提供。因此，我们认为合作对于成功至关重要。汽车公司、科研机构与政府之间的合作逐年增加，印证了这一行业趋势。同样，传统汽车制造商的部分业务正在向移动出行服务领域转移。例如，大众集团旗下的MOIA为汽车共享创建了数字生态系统。在车队维护和用户体验方面，数据分析让这一领域受益良多。

以测试作为加速器

对于实现零愿景的ACES技术而言，测试投资是一个关键加速器。测试是产品性能的推动因素。汽车制造商可以通过测试来有效仿真适当的场景，验证产品设计，逐步提升产量，同时保持产品质量，也许最重要的是，说服消费者相信并采用这些技术，从而让我们实现零排放、零拥堵和零碰撞。