關于虛擬后視鏡在汽車產業應用前景的分析

魏文淵　趙鵬超　張博　龍騰

摘 要：隨著汽車在人民大眾生活中的普及，傳統鏡面后視鏡已經成為當代汽車不可或缺的重要組成部分，可以有效提升道路行車安全，但是依然存在不少的問題，而虛擬后視鏡技術的出現可能提出了更加安全的解決方案。本文通過總結傳統后視鏡的缺陷、虛擬后視鏡的優勢與限制條件，詳細分析了虛擬后視鏡在汽車產業應用方面的良好前景。

關鍵詞：汽車新技術 虛擬后視鏡 電子后視鏡

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 背景介紹

汽車作為當前人們出行通勤的重要方式，已經走入了平常大眾的生活。在汽車豐富眾多的零部件中，汽車后視鏡具有著不可替代的作用。汽車后視鏡可以使駕駛員坐在駕駛座位上就可以獲取車輛正后方、左后側及右后側的外部環境信息，極大地拓展了駕駛員在行車時對周圍環境的掌握情況，可以有效減少行車安全事故的發生，保護其他車輛與人員的安全。

盡管后視鏡在當今汽車工業中具有著重要的作用，早期的汽車卻并不具有后視鏡。

1905年，年僅23歲的英國傳奇賽車手多蘿西·萊維（Dorothy Levitt）創造了當時全世界女性車手的最高連續里程記錄，并又在第二年打破了女性最快車速記錄，因此被譽為“世界上最快的女子”。然而，即使是如此優秀的賽車手，也開始感覺到在駕駛時無法隨時掌握車輛周圍的信息。她在自己出版的《女人和汽車》中提出了利用鏡子來觀察車輛后方路況的構想，但是汽車后視鏡的概念并不為人所認可。由于沒有裝備后視鏡，早期的賽車上除了賽車手之外還需要額外配備一名專門負責觀察后方情況的觀察助手[1]。

在1911年的印地500汽車大獎賽上，來自美國的工程師兼賽車手瑞哈羅恩（Ray Harroun）在他的賽車上首次裝備了一個用鏡子改裝的后視裝置，并把他的助手請下了車。而在賽車這種對整車重量極為敏感的比賽中，少一個人的重量簡直就是絕大的優勢。在這種前提下，瑞哈羅恩毫無懸念地獲得了比賽冠軍。

由于早期的汽車尚未普及，道路上行駛的汽車數量極少，行人也不多，因此對后方環境信息的需求并不高，后視鏡也并未在民用汽車上大規模使用。但是隨著汽車數量的不斷增多，行車安全開始成為不可忽視的問題。

直到1921年，發明家Elmer Berger獲得了一項名為“COP-SPOTTER”的汽車后視鏡專利，標志著汽車后視鏡的正式問世。發展到今日，后視鏡已經成為了汽車不可或缺的標配。

1.2 傳統汽車后視鏡的限制

當前的汽車后視鏡主要由三個后視鏡組成，包括車內后視鏡和左右外側后視鏡。三個汽車后視鏡的配合可以極大提升駕駛員的視野，但是也依然有著難以克服的問題。以下將簡要分析傳統后視鏡的限制：

（1）汽車外側后視鏡對車輛整體的風阻有負面作用。根據大量的汽車試驗檢測，在正常道路上行駛時，后視鏡對風阻系數的影響會達到0.01-0.03。當前汽車的風阻系數通常在0.3cd左右，部分轎車甚至可以做到0.23cd的風阻，因此后視鏡會對整車的風阻增加3%-13%的程度，使汽車油耗上升并會造成高速行駛時的風噪[2]。

（2）后視鏡盲區問題。眾所周知，盡管后視鏡可以拓展駕駛員的視野，但是依然有無法直接看到的盲區。正常駕駛中，在駕駛員保持前視不回頭的情況下，最大視野僅能覆蓋到360中的200，剩下的部分主要依靠汽車后視鏡來解決，但是傳統后視鏡根本無法完整覆蓋剩下的160區域。長期以來，后視鏡存在視野盲區的問題都困擾著汽車研究專家和工程師們。

（3）惡劣天氣環境下的后視鏡效果變差。如上圖所示，行車過程中如果遇到強降雨天氣，駕駛員視角的左右后視鏡畫面會收到嚴重的干擾，基本無法看清后側的車輛，存在較大的安全隱患。即使配備有最新的后視鏡加熱功能，也難以做到立竿見影的效果，使用經驗極為有限。

（4）晝夜環境下后視鏡反射率不同。汽車后視鏡的反射膜主要采取了銀和鋁的材質，反射率可以保持在80%以上。在白天的行車過程中，高反射率可以保證后視鏡清晰反映真實路況，提升行車安全性。但是在夜間行駛時，后方車輛開啟前大燈可能會對駕駛員造成影響，甚至會出現眩暈感。隨著防炫目后視鏡的普及，晝夜反射率相差大的問題得到了緩解，但是依然存在。

（5）后視鏡本身的安全問題。后視鏡由鏡面、保護外殼等部分組成，當遇到撞擊類或其他事故時，處于車輛外側的后視鏡可能會成為造成二次傷害的來源，比如碎裂鏡片的飛濺。即使采用了安全玻璃，玻璃組件與整個裝置也有互相分離的危險[3]。

根據以上描述，傳統光學汽車后視鏡固然提升了行車道路安全程度，但是依然存在著較多的安全隱患。根據交通部的數據顯示，由汽車后視鏡相關問題引發的交通事故數量達到了車禍總數的75%以上，對駕駛員和乘客的安全帶來了潛在威脅。而虛擬后視鏡的出現可以在很大程度上解決傳統后視鏡的短板，從而進一步提升行車安全。

2 虛擬后視鏡的應用前景分析

2.1 虛擬后視鏡優勢

隨著智能駕駛與無人駕駛的出現，虛擬后視鏡（電子后視鏡）逐漸被各大車企重視并生成了新一代的解決方案。虛擬后視鏡是一種基于高清攝像頭和液晶顯示屏的電子后視鏡技術，通過攝像頭將車外的實時路況信息傳輸至車輛內部的顯示屏，方便駕駛員隨時查看[4]。目前，本田Urban EV概念車、奧迪e-tron和雷克薩斯ES等車型已經可以看到虛擬后視鏡的應用。虛擬后視鏡的優勢包括有：

（1）有效降低整車風阻。由于虛擬后視鏡不需要車輛外側的整個反光鏡片，而以高清攝像頭代替，車輛外側的后視鏡部分可以明顯縮小[5]。以最新發布的奧迪e-tron車型為例，選裝虛擬后視鏡版本的e-tron車型的風阻系數從傳統后視鏡版本的0.28cd降至0.27cd，降低了3.5%。更低的風阻可以有效降低高速行駛下的風噪，并且進一步降低汽車能耗，對于電動車型尤為重要。

（2）虛擬攝像頭可以改善視野盲區。虛擬后視鏡可以通過多個攝像頭互相配合以擴大感知范圍，進而有效提升行車安全。以本田的解決方案為例，盲區顯示系統可以將后側可視角度從常規的20度提升至80度，盲區范圍大大縮小。同時，以視頻形式展示的路測信息明顯優于當前的變道預警系統，使駕駛員可以分辨何時可以變道。

（3）虛擬后視鏡可以對自動駕駛提供數據支持與接口。隨著自動駕駛和人工智能的普及，汽車需要采集和處理的數據也呈現爆發式增長。虛擬后視鏡可以提供更有效的車外環境信息方面的數據支撐，從而加快智能駕駛實現的進度。

（4）在各種天氣環境下顯示效果良好。基于攝像頭成像的虛擬后視鏡隔絕了車窗玻璃的干擾，使車輛外部環境直接顯示在車內屏幕上，不會出現沾水或起霧等影響視覺的情況。

（5）在各種光照環境下保證恒定的反射率。虛擬后視鏡的車內顯示屏幕可以根據當前的光線情況適當調節亮度，例如白天晴朗時會提高亮度，夜晚行車時會降低亮度，確保不會刺激到駕駛員的眼睛。

（6）可作為升級版的行車記錄儀使用。目前市面上廣泛使用的行車記錄儀主要聚焦于車輛正前方與正后方的行駛記錄，但是對于車輛兩側發生的事故則無能為力。虛擬后視鏡可以充當傳統行車記錄儀的強力補充，實現汽車360度無死角的行駛記錄，在保障事故追責的同時記錄事故的發生時刻。

（7）對汽車設計的進一步解放。傳統后視鏡為了獲得較為寬闊的視野，車輛的后車窗需要設計得足夠寬大以保證安全。由于虛擬后視鏡通過車外攝像頭收集外部信息并直接在車內顯示屏成像，故而對車輛的后車窗尺寸和C柱的造型沒有嚴格限制，因此可以設計出外形更加前衛的車型。

2.2 虛擬后視鏡的限制

雖然虛擬后視鏡相比傳統后視鏡具有不少的有點，但是虛擬后視鏡自身也有著一定的局限性，相關技術的推廣也需要時間和消費者口碑的積累。目前階段限制虛擬后視鏡發展和普及的因素包括：

（1）政策方面的制約。根據我國《GB15084-2013 機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》中的規定，只配備有虛擬后視鏡的車輛無法在我國國內銷售和駕駛[3]，傳統鏡面后視鏡必須保留。在政策上，國內政府對于汽車安全性配置的規定處于非常謹慎的態度，因此虛擬后視鏡的普及需要等待一個關鍵節點。而日本早在2016年就允許采用外置電子攝像頭來代替傳統后視鏡，歐美相關組織也在積極推進修改法規，盡量消除政策對于科技發展的阻礙情況。

（2）車內顯示屏幕的位置選擇。盡管虛擬后視鏡的外置攝像頭代表了該技術的優越性，但是各大企業對于車內屏幕位置的選擇存在一些分歧。奧迪etron選擇將成像屏幕放置在車門門把手的上方，駕駛員在查看左右路況時需要將視線下移，而這樣就與習慣傳統后視鏡的駕駛方式產生了沖突。雷克薩斯ES雖然將顯示屏幕放置在了與傳統后視鏡平齊的位置，但是完全懸浮出來的屏幕降低了汽車內飾的一致性，甚至讓消費者感到一種強烈的“改裝感”。

（3）虛擬后視鏡成本問題。根據之前的論述，虛擬后視鏡系統主要包含了攝像頭和顯示屏的組合，而滿足車規級應用的攝像頭和顯示屏幕成本遠高于傳統的后視鏡系統。此外，虛擬后視鏡相當于增加了一套信息收集與輸出系統，在保養和維修方面可能會有更高的成本。

（4）虛擬后視鏡技術性問題。為了盡可能消除行車時的視野盲區，虛擬后視鏡可能需要多余一個攝像頭的解決方案。而多個攝像頭的圖像擬合涉及到了當前較為前沿的研究問題，包括處理圖形還原、圖像畸變糾正等算法，這些都對車企提出了較高的門檻要求，一旦關鍵技術處理不好則會弄巧成拙，嚴重影響行車安全[6]。

通過虛擬后視鏡限制因素的分析，可以看出虛擬后視鏡距離真正的推廣仍然需要克服一些技術和政策上的難題，否則將淪為智能駕駛普及過程中華而不實的噱頭。

3 總結

綜上所述，虛擬后視鏡可以有效消除駕駛員的視野盲區，提高駕車的安全系數。另外，虛擬后視鏡可以降低整車風阻系數，改善燃油經濟性或電量消耗，進而更加符合空氣動力學原理。因此，虛擬后視鏡代替傳統光學后視鏡是汽車工業發展的重要標志，對提升汽車安全程度和智能駕駛程度都具有積極的意義。但是同時，汽車行業從業者也應看清當前階段的虛擬后視鏡仍然存在一些技術難點需要克服，需要國家政策的支持才能真正從概念走向現實。

總體來說，虛擬后視鏡在短期內可能僅存在于少量豪華品牌的高配置車型中，但是長期來看，虛擬后視鏡對于汽車產業的應用前景值得期待。

參考文獻：

[1]余春瑜.沒有外后視鏡在商用車上逐漸成為現實[J].商用汽車新聞，2018（24）：13.

[2]劉念，孫躍東，吳旭陵，杜雪偉，陸飛龍.基于正交試驗法的汽車后視鏡風阻優化[J].農業裝備與車輛工程，2016，54（10）：18-22.

[3]崔利軍.汽車后視鏡技術分析[J].汽車工業研究，2017（06）：56-58.

[4]王曉婧，尚洋.對于新型汽車后視鏡技術研發的探討[J].時代汽車，2017（18）：99-100.

[5]李少峰，武建德，王鵬，劉東曜.汽車外部電子后視鏡尾流區域氣動特性研究[J].機械設計與制造工程，2018，47（02）：128-132.

[6]王昕，周洋.基于NIOSⅡ的汽車電子后視鏡系統設計[J].杭州電子科技大學學報，2007（04）：45-48.