看不见的危险才是最危险的--电子后视镜的功能性分析

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如果说后视镜的出现是历史必然,那么后视镜的消失也会是历史必然吗?

 

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作为最悠久的汽车零部件之一,汽车后视镜诞生至今已经超过百年。当然,和你想的一样,后视镜这个物件也不是自汽车诞生起便与生俱来的。

 

但是要我说呢,后视镜的出现是历史必然,就像汽车挡风玻璃、方向盘的倾斜角度以及橡胶轮胎等一样,没有它的出现,汽车就不可能发展成为如今的模样。

 

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源起

 

1905年英国传奇女车手多萝西·莱维(Dorothy Levitt),当时被誉为"世界上最快的女子"。

 

由于赛车手的特殊工作,多萝西常与汽车打交道,而女性特有的敏感细腻使她察觉到身处汽车中就无法目测四周情况,这样会使行人和车手本身都变的危险。

 

于是她在1906年出版的手册《The woman and the car》中提出了使用镜子观察车后情况的想法,这就是汽车后视镜的雏形,但当时她并没有去实施。

 

1911年的第一届印地500车赛上,美国Marmon公司的工程师兼赛车手瑞·哈罗恩在自己的赛车上安装一个用镜子做成的简易后视装置,并夺得了冠军,之后很多车手都开始效仿,但赛场外后视镜并没有得到广泛使用。

 

直到1921年,一位名叫Elmer Berger的发明家获得了汽车后视镜的专利,将之命名为“COP-SPOTTER”,并在自己的公司开始进行批量生产,后视镜才正式诞生。

 

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最初后视镜采用的都是圆形和平面镜材质,跟普通日常用的镜子并无不同。

 

而且非常别扭的是,当时后视镜只存在于驾驶者一侧,不仅观察后方的面积有限,非对称的外观也不符合大众的审美。

 

此外,还出现过左右大小不一的后视镜,有曲面的后视镜等等。

 

当然,到最后,左右大小一致并且面积更大的方形后视镜还是成为主流趋势,直到现在大部分汽车的后视镜都还在采用这样的设计。

 

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改变

 

传统的后视镜采用曲面设计,镜面表面曲率一经确定,可观察的范围就固定下来了,为了防止镜面上的图像变形过大而失真,曲面不能无限加大,自然观察范围也是有限,所有的传统后视镜都无可避免的存在盲区这一天生的问题。

 

厂家们只能通过加大镜片边缘曲率(双曲率镜片)或者另外增加一块曲面更大的小镜子来弥补盲区问题,但盲区这一最大的致命伤始终存在。

 

另外由于后视镜受外界光线、天气的影响,不可避免的存在夜间看不见、雨雾天看不清、雪天刺眼、炫目等各种各样的问题,并且因为截面大,风阻问题也是一直无法解决。

 

问题就这样存在了一百多年时间,没有人去改变这一传统的不能再传统的设计。

 

直到,2011年特斯拉盯上了存在将近一百年的传统汽车后视镜,又一场革命的大幕拉开了!

 

特斯拉创始人——埃隆·马斯克联合丰田、大众等12家汽车制造公司向美国相关部门提出申请,希望能用摄像头取代后视镜,该提案连续5次被否决。

 

然而特斯拉显然没把否决提案当回事,一如既往的按照自己的节奏在推进研究,并在自己即将上市的Model X上率先用微型摄像头取代了后视镜,摄像头捕捉到的图像会显示在车内的电子触摸屏上。

 

在这里,我们应该感谢特斯拉公司,感谢马斯克同志,正是他的鬼主意和创新的执着让上帝打开了一扇窗,也宣布了另一扇窗要慢慢的关闭。

 

从2016年欧盟标准《ECE R46-2016 关于间接视野装置及安装间接视野装置车辆认证的统一规定》颁布起至今,在欧洲、日本、中国已经形成了大规模的应用。

 

中国国标《GB 15084—XXXX(代替GB 15084-2013)机动车辆间接视野装置性能和安装要求》也将加入对电子后视镜的进一步法规支持和更加全面的技术要求。

 

从2018年开始,各大车展上的主力车型都开始应用此项设置,特别是一些新势力的产品,更是把安装此项装置当成了标配,我们可以预见电子后视镜的未来是无比光明的,将成为历史的必然选择。

 

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优势

 

电子后视镜通过摄像成像技术的应用,几乎解决了传统后视镜所有的缺点,并且在成像清晰度和亮度方面具有先天的优势。

 

下面我们从几个方面对公交车上应用这一技术的优势逐一分析。

 

1、消除盲区

 

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△图表 1传统后视镜盲区图

 

“看不见的危险才是最危险的,每一起事故的背后都隐藏着一名杀手”,上面的图就是传统后视镜的公交车盲区分析图,除了绿色的区域,其它颜色的区域均是盲区。下面的图是一些因后视镜盲区造成的交通事故。

 

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△图表 2盲区事故图

 

使用电子后视镜后,所见视野除了完全覆盖传统后视镜的视野之外,比之更宽,完全覆盖了原来的盲区。

 

在实际装车后,两侧视野比传统后视镜各宽了一条车道,前车门前后的盲区也能够通过广角显示在车内屏幕上,A柱下方的盲区被单独显示在独立的屏幕区域上,传统后视镜的盲区就这样呈现在驾驶员的眼前。

 

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△图表 3传统后视镜与电子后视镜视野对比图

 

 

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△图表 4电子后视镜右侧实际显示效果

 

电子后视镜用这种“眼见为实”的方式,彻底解决了日常盲区监测难的问题,特别是那些铰接车,铰接盘后面的车厢盲区更加严重,驾驶员只能凭着感觉开,而电子后视镜+角传感器的组合,恰恰可以实现图像角度自调节功能解决了这一难题。

 

下面观看一下欧洲Stoneridge公司所做的电子后视镜应用视频,帮助大家更好地理解电子后视镜在盲区、视野、转弯、夜晚等多场景的应用优势。

 

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2、夜间看的见

 

“当你身处黑暗时,最关心的一定是光明”,我们之所以能够通过传统后视镜看到外面的人和物,就是利用镜面折射光线的原理,来实现外部图像在人眼中的成像。

 

而夜晚,车外的黑暗带不来多少光线,人眼就很难分辨外面的人和物,这也是传统后视镜在这一场景下无法克服的弱点,而电子后视镜却可利用传感器的低照度感光成像技术,将外面黑暗中的场景以“亮如白昼”的方式呈现在屏幕上,视觉效果与白天无异,这一点是传统后视镜万万达不到的。

 

对比如下图:   

 

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△图表 5夜晚电子后视镜与传统后视镜的对比成像效果

 

3、雨天看的清

 

雨天,传统后视镜上的雨水会以水珠、水流、水雾的形式存在于镜面上,驾驶员只能通过后视镜看到后面一个大概的轮廓,具体什么情况真的看不清。

 

同时由于车内湿度大,前挡风玻璃和侧窗、前门玻璃上会有大量的水雾弥散在上面,前挡风玻璃可以通过除霜机及时清除水雾,两侧就没什么好办法及时处理掉了,给驾驶安全带来了严重的安全隐患。

 

这时很多驾驶员会有开坦克的感觉,恐怕大多数驾驶员都有过这样的经历吧。

 

而电子后视镜却可以完美的解决这一问题,由于摄像头有自清洁涂层,永远不会出现被水雾包围的状态。

 

看下面的图片,什么道理都明白了。 

 

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△图表 6雨天电子后视镜与传统后视镜的效果对比

 

4、雪天不结霜

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一夜大雪后,早晨后视镜表面被冻住的现象大家一定都经历过吧,一夜冻雨之后,后视镜表面被冻上了一层冰膜,很多人也一定碰到过,通常的的做法,上车打开后视镜电加热,静静地等待冰层融化。

 

而电子后视镜的外置镜头是隐藏在防护罩内的,镜头表面积很小,小小的镜头表面还附着了一层疏水性防护涂层,雪水很难附着在镜头上,镜头在工作期间还要自发热,也不可能出现在运行期间被雪水冻住的问题,所以其不需要电加热。

 

当大雪来临时,驾驶员只管开车就是,无需像传统后视镜一样,频繁的擦拭后视镜表面,以便保持镜面清晰。

 

5、优秀的防眩目性能

 

夜晚车辆行驶在路上,后方车辆刺眼的灯光让驾驶员根本无法看清楚后方的情况,这就是“眩目”现象。

 

传统后视镜要想缓解此现象,需要在镜面表面镀一层能够随着电压变化而改变颜色深浅的特殊电化学层,配合两个光敏二极管及电子控制器组成防炫目后视镜,电化学层随着光敏二极管感受到后方射来的光线强弱来自动改变颜色,电压越高,电化层颜色越深,这样即使再强的照射光照到后视镜上,经防眩目车内后视镜反射到驾驶员眼睛上则显示暗光,不会耀眼。

 

但是,要牺牲清晰度,后视镜中的景物会随着颜色的加深更加黯淡。

 

电子后视镜则能够通过感光技术和图像处理技术比较完美的解决此问题。在降低后面照射光线的强度的同时,不会改变周围其它景物的清晰度。

 

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△图表 7传统后视镜与电子后视镜眩目对比图1

 

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△图表 8传统后视镜与电子后视镜眩目对比图2

 

6、显示不失真,变形率小

 

传统后视镜利用光线在曲面上折射来显示景物,为了显示更大的角度和范围,采用双曲面镜片,在镜片边缘由于表面曲率加大,图像失真非常严重。

 

有些车主为了减少盲区,还会再加一片曲率更大的小镜片,通过这样的镜片看到的景物都会有很严重的失真问题。

 

电子后视镜就如我们有手机拍摄视频一般,通过图像处理技术就很轻松的解决了这一百年的问题。 

 

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△图表 9传统后视镜失真效果图 

 

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△图表 10电子后视镜以极小变形率实现大视野效果图

 

7、图像角度自调节

 

传统后视镜不管是单曲面还是双曲面后视镜,曲率一经确定,显示范围和角度就不可改变。

 

而电子后视镜镜头广角的角度范围远大于屏幕显示的图像,这样我们就可以通过控制器来实现屏幕显示角度和范围调整了,显示范围只受制于屏幕宽度尺寸。

 

如果传统后视镜要实现同样的角度,要么加大镜面曲度,图像也会随着镜面曲面的增加而严重变形,要么增加后视镜的宽度来增加显示范围,又会增加车宽,降低车辆行驶安全性。

 

另外,这项功能对于铰接车的实际意义就非常重要了。

 

众所周知,铰接车由于驻车和挂车的夹角可以达到90度以上,在车辆转弯时,车头和挂车的夹角会非常大。

 

这就是我们俗称的“死亡月牙”现象!

 

如果后视镜显示角度一成不变,即便是电子后视镜在车辆尾部也会存在盲区,更不要说传统后视镜更是大片的盲区。

 

但是如果采用电子后视镜+角传动器的方案(角传动器安装在转向立柱上),那么图像会随着转角的加大而自动向盲区偏转,彻底消除了铰接车右侧盲区(左侧没有这个需求)。

 

这项功能再一次证明了电子图像处理技术在车辆上应用的意义。

 

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△图表 11电子后视镜可以通过控制器实现屏幕显示角度和范围调整

 

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△图表 12铰接车的“死亡月牙”原理

 

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△图表 13图像角度自动调节视频

 

8、隧道变光不突兀(明适应&暗适应调整能力突出)

 

车辆进隧道口和出隧道口时,由于隧道内外的存在明显的“明暗”现象,车辆进入时,传统后视镜会出现类似于夜间眩光的效果,车辆出隧道时,由于隧道内光线较隧道外黯淡太多,后视镜中实际上根本看不清后方情况。

 

电子后视镜就可以通过过滤光线技术来解救入隧道“眩光”问题,利用电子图像补光技术来解决出隧道的问题,这一困扰依旧的传统问题。

 

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△图表 14进入隧道前后的自动调光效果视频

 

9、图像存储

 

现代车辆越来越朝着数字化方向发展,所有零部件的发展都倾向于实现数字化转换。

 

传统后视镜只是一个光线折射平面,不具备图像处理的功能,所以根本无法实现图像数字化。

 

而电子后视镜因为具备图像处理环节,恰恰具备实现数字化的所有基础,图像数字化了,图像存储自然也就具备了。至于这项功能的应用,我想事故处理是最好的应用场景。

 

10、风阻更低

 

受法规要求,传统后视镜还不能取消掉,但我们把眼光向前看,如果可以取消,那么两侧巨大的后视镜就可以用非常小巧的摄像头或组件来代替了,车辆迎风截面积将有效降低,风阻自然更低。 

 

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△图表 15外置摄像头组件

 

以上说了这么多的优点都是传统后视镜一直无法解决掉的问题,哪怕一百多年的技术改进,也只是得到部分缓解。

 

而电子后视镜一经出世,就以碾压的姿态轻松解决了这诸多以前解决不了的缺陷,这不得不说是技术上的跨越。

 

回到我们文章的开始,我们是否可以说如果说电子后视镜的出现是历史必然,那么传统后视镜的消失也会是历史必然”呢?” 

 

突然想起那首《如梦令》中的意境:“昨夜雨疏风骤,浓睡不消残酒。试问卷帘人,却道海棠依旧。知否,知否?应是绿肥红瘦。”,对于传统后视镜,我爱你百年,你却仍然海棠依旧,还期望我心依旧,不现实吧。

 

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电子后视镜 VS  360环视系统

 

360环视系统也是一种电子显示的综合应用系统,他通过前后左右四个方向安装的摄像头,利用图像合成技术,将四个方向的图像拼成一张车辆俯视图,感觉就像我们玩过的“极品飞车”游戏中的俯视模式一般。

 

那么360环视系统与电子后视镜系统在实际应用中有什么差异?二者的功能是否存在替代关系?我从三个方面来阐述这个问题:

 

1、“死角”问题

 

360环视系统显示的图像既然是四个方向的图像拼合的,那么在拼合的四个边界上势必有“死角”,这个“死角”中的人和物,在图像上某个时刻是看不见的(有图像“进出”的现象)。而这个“死角”又恰恰存在于大型车辆A柱盲区的范围,这就是360环视系统的缺陷了,如果车辆在行驶中依靠这样有缺陷的图像来判定周围情况做出操作,将可能出现不可预知的严重后果。

 

2、图像延迟

 

我测试过几个360环视系统的图像响应速度,延迟均在300~500毫秒左右。

 

这是什么概念呢?

 

举个例子:如果一辆车以100km/h的速度行驶,屏幕上此刻显示的图像是在后面8.3333米~13.8888米处所产生的图像,听起来是不是很可怕。

 

也就是说你通过屏幕所看到的不是此刻外面的情景,这么大的延时感,没有任何司机能够接受,所以360环视系统的最好应用场景是在倒车时使用。

 

电子后视镜的延时是多少呢,可以做到60毫秒,甚至更低。

 

所以电子后视镜既没有图像延迟现象也没有图像盲区问题,它更适于车辆两侧情况的实时监测。

 

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△图表 16电子后视镜延时测试,实测19ms

 

3、显示范围

 

360环视系统只能显示车辆周围3~5米左右的场景,视野范围太小,用来行车变道观察后方车辆的距离远远不够用,更适合倒车和起步前的观察。

 

通过与360环视系统相比较,我们可以发现,360环视系统只能用于倒车或车辆起步查看周围情况用,是倒车影像系统的升级产品,而电子后视镜在倒车、停车、起步、高速行车时都能用,同时在图像延时、盲区方面具有决定性的优势。

 

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伏脉观点

 

电子后视镜功能性上解决了传统后视镜诸多缺陷,并且因为图像技术的应用加深,势必会衍生出更多传统后视镜不可能实现的功能,(例如:并道提醒、危险报警),未来作为图像入口设备,也将会并入汽车核心操作系统中,并随着电气构架的不断进化而进化,图像数据进入车身域管理体系,成为车辆这一信息单元的重要组成部分。

 

总之这东西真的很好使,大家有机会用用,什么都知道了。后面我将会对电子后视镜的核心技术指标进行一下简单的解读,并告诉大家如何区分优劣,敬请关注!

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2020年3月5日 09:45
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