进步的驱动力

1. 智能驾驶舱

6 月份，JD Power 发布年度客户满意度调查时，最让美国购车者恼火的问题不是风噪、加速不足或其他与实际驾驶过程相关的问题，而是语音识别不尽如人意。司机现在希望汽车能像信息技术泡沫一样滚动，汽车制造商也在相应地重塑驾驶体验。

到目前为止，汽车公司一直难以跟上计算技术的进步。苹果每年都会发布一款新 iPhone，而通用汽车则需要在汽车上市前数年完成车载硬件和软件的开发。但汽车制造商可能很快就会把大部分软件开发工作交给编写智能手机应用程序的工程师。今天，你可以用 USB 数据线将手机连接到汽车上；汽车软件会加载你的音乐和联系人。很快，智能手机将成为汽车的电脑，托管目前运行车载应用程序的软件。宝马集团技术办公室工程师戴维·布鲁姆 (David Bloom) 表示，智能手机是“客户带入汽车的一台功能强大的免费电脑”。它将使驾驶舱——导航屏幕、仪表盘、告诉你“前方左转”的声音——像今天的智能手机一样易于定制和更新。

为了防止大量数字信息成为致命的干扰，工程师们开始重新思考汽车与驾驶员的沟通方式。例如，今年早些时候，奥迪推出了一款增强现实系统的概念，该系统将地形信息（景点、建筑物名称）投射到挡风玻璃上，将其叠加在前方的风景上。

汽车还可以通过触觉反馈向驾驶员发送信息。2013 款凯迪拉克 XTS 轿车在座椅上使用振动马达来警告驾驶员注意危险，例如汽车通过盲点移动。卡内基梅隆大学和 AT&T 研究实验室的研究人员合作设计了一种原型方向盘，它利用振动来传达导航系统的指令。当汽车接近转弯时，20 个微型马达以顺时针或逆时针模式以递增的频率发出嗡嗡声，让驾驶员知道应该往哪个方向走。参与原型设计的 AT&T 工程师 Kevin Li 表示，大脑会“将这些离散的振动拼接在一起”，从而产生连续运动线的幻觉。工程团队已经与汽车制造商取得联系，Li 表示触觉方向盘可以立即投入使用。

2. 廉价碳纤维

碳纤维增强塑料 (CFRP) 的强度是钢的五倍，重量只有钢的三分之二，二十年来一直是赛车底盘的首选材料。但碳纤维的制造一直耗时费力，因此对乘用车来说并不经济。越来越高效的制造方法正在降低成本。明年，宝马将开始销售其 i3 电动城市车，这是第一款采用碳纤维底盘的量产汽车。四座 i3 底盘被宝马称为“生命模块”，重量仅为 265 磅，比钢结构轻 50%。（CFRP 也比最先进的挤压铝轻 30%。）

宝马的一家合资企业已投资 1 亿美元在华盛顿州的一家工厂生产碳纤维“丝束”——由 50,000 根碳纤维丝束组成，每根丝束的宽度为人类头发的 1/10。这些丝束比以前航空航天和汽车应用中使用的 6,000 根丝束更粗，因此编织成支撑 CFRP 的碳纤维织物所需的丝束更少。在宝马的工艺中，工人们将丝束从华盛顿运到德国，在那里将它们编织成织物，然后加压并浸渍液态塑料。然后，CFRP 可以在不到 10 分钟的时间内成型为结构部件——而这一过程曾经需要数小时。

i3 的碳纤维底盘减轻了重量，足以抵消汽车笨重的锂离子电池组的质量。事实上，宝马工程师能够使用比竞争对手更小、更便宜的电池（21 千瓦时，而日产聆风的电池组为 24 千瓦时）实现 100 英里的续航里程。到明年，该汽车制造商计划开始每年生产 100 多万个碳纤维结构件。宝马华盛顿合资公司的董事总经理 Joerg Pohlman 表示，尽管碳纤维的成本仍高于铝，但他“绝对有信心”一旦宝马开始批量生产汽车，碳纤维的成本将降至与铝相当的水平。“不到 10 年，你就会在普通乘用车中看到复合材料结构，”他说。这一发展可能会使汽车比以往更快、更高效、更耐撞。

3. 超级电容器

在城里缓慢驾驶电动汽车，锂离子电池的剩余电量会毫无意外地减少。但猛烈加速对电池来说更是雪上加霜。上高速公路，剩余续航里程会急剧下降。

将电池与超级电容器配对可以解决这个问题。与以化学方式储存能量的电池不同，超级电容器在涂有多孔活性炭的两个电极之间的电磁场中保持电荷。这使它们能够以与插座释放电能相同的速度吸收电能，并以同样快的速度放电。在汽车中，这意味着快速充电和强大的加速。

与电池不同，超级电容器吸收电能的速度与插座释放电能的速度一样快，放电速度也一样快。目前，最好的超级电容器所储存的能量只有同等大小的锂离子电池的 5% 左右——不足以驱动电动汽车，但足以起到辅助作用。标致等汽车制造商已经在试验将超级电容器用于再生制动和启停系统，这些系统通过在红灯时关闭发动机，然后在驾驶员踩下油门后立即重新启动来节省燃料。下一个合乎逻辑的步骤是将超级电容器添加到电动汽车中，以处理对电池造成过度压力的任务。麻省理工学院电气工程教授乔尔·辛达尔 (Joel Schindall) 正在研究使用纳米管改进超级电容器的方法。“最好的解决方案，”他说，“是一种混合型解决方案，电池针对总能量存储进行优化，而超级电容器满足加速期间的峰值功率需求。”辛达尔和其他科学家正在努力通过在分子水平上改进电极材料来制造能够存储更多能量的超级电容器。如果他们成功了——如果超级电容器有朝一日能够接近锂离子电池的充电容量——他们就可以解决电动汽车面临的一个最棘手的问题：充电时间太长。最快的快速充电站需要 30 分钟才能给没电的电池充满电。（任何更多的电流都会开始损坏电极。）相比之下，超级电容器可以在几分钟内充满电。

4. 车对车通信

如今的高端汽车可以在你偏离车道时纠正你的转向，自动刹车以防止你撞到其他车辆，并判断你何时会睡着。凯迪拉克甚至有望在未来两年内推出免提巡航控制。然而，要使自动驾驶或半自动驾驶汽车网络发挥作用，汽车必须能够相互通信和反应。使它们能够做到这一点的技术可能很快就会投入生产。

五月的一个下午，欧盟资助的 SARTRE 研究项目的成员在西班牙的一条公路上派出了一支由一辆牵引拖车和三辆沃尔沃汽车组成的车队。这些车辆之间相距仅 20 英尺，以每小时 50 英里的速度一起行驶；只有卡车有司机。

SARTRE 是“公路列车”的首次真实测试——一队汽车自动跟随一辆由专业人员驾驶的领头车辆（很可能是卡车或公共汽车）。（请观看下面的视频中的试运行。）后面的汽车可能是长途旅行的乘用车。通过减少风阻并以恒定速度行驶，这些车队可以提高燃油经济性，并将尾气排放量减少 20%。它们还可以使公路旅行更加愉快。该项目的总工程师 Eric Chan 解释说，一旦加入车队，后面车辆的“司机”就可以“放松并看书”。

参加 SARTRE 测试的沃尔沃汽车使用量产车中已有的摄像头和雷达/激光雷达传感器来检测车道标记和其他车辆。工程师们添加了定制软件来融合这些传感器收集的数据（以及运行该软件的处理器）以及允许汽车通过 Wi-Fi 进行通信的天线。但 SARTRE 工程师强调，所涉及的所有技术都是现成的。事实上，剩下的最大挑战是法律和心理方面的。监管机构必须修改交通法规以适应无人驾驶汽车。汽车制造商必须为这些车辆配备加入公路列车所需的软件。最后，必须让司机相信该系统是安全的。（SARTRE 工程师表示，公路列车实际上可以减少交通事故死亡人数。）这三个步骤已经足够了，公路列车实际上还不会在未来十年内投入使用。

5. 微小内燃机

到 2025 年，燃油经济性标准将上升到 54.5 英里/加仑。为了实现这一目标，汽车制造商不得不在越来越小的发动机上安装涡轮增压器和计算机控制的直喷系统，以便将每加仑汽油的行驶里程发挥到极致。例如，2012 款宝马 328i 搭载的是涡轮增压四缸发动机（这是宝马自 1999 年以来推出的第一款四缸发动机），该发动机比它所取代的六缸发动机效率更高，扭矩更大。福特预计将在不久的将来在嘉年华上推出涡轮增压三缸发动机。但涡轮增压器和直喷系统的作用有限：要实现三位数的行驶里程，工程师们必须从根本上重新考虑内燃机。许多工程师已经开始了。

马萨诸塞州的 Scuderi Group 公司正在测试一款原型发动机，该发动机将不同的活塞用于压缩和动力冲程，从而引发一系列变化，使行驶里程数增加 50%。总部位于密歇根州的 EcoMotors 公司正在完善一款对置活塞对置循环 (OPOC) 发动机，其中一对水平移动的活塞共用一个燃烧室。增加的效率可以使紧凑型汽车的油耗达到 100 英里/加仑。EcoMotors 表示，他们的发动机可以在五到七年内投入生产。