智能交通要从何处入手?先来看看百年前的案例

  • 发表于: 2016/08/05 08:29:06 来源:车云网

前车之鉴往往具有现实意义。从阿德勒失败的过程中,也能让我们避开一些智能交通路上的坑洼地。

车云按:随着自动驾驶技术的发展,智能交通的研究也跟着水涨船高,愈加受到重视。但是你是否知道,在近一个世纪之前,就有人做过这方面的研究呢?

本文来源于IEEE Spectrum,作者Lee Vinsel是一位技术史学家,就职于美国纽泽西州霍博肯市的斯蒂文斯理工学院,其中调研工作由美国华盛顿史密森尼国家博物馆完成。车云菌对原故事略有删减。

本文主人公小查尔斯·阿德勒(Charles Adler Jr.)本文主人公小查尔斯·阿德勒(Charles Adler Jr.)

在1925年12月,小查尔斯·阿德勒站在巴尔的摩市北边的一条国道福斯路旁边。他在那里测试他最新的发明:一个电磁装置,该装置可以自动降低行驶车辆的危险速度。阿德勒已经将磁性板嵌入在道路中,这条路前面是一个危险的弯道,他正在等待一辆经过特别准备的汽车驶过磁性板。磁铁会触发一个连接汽车引擎的调速器,使汽车降低速度到24千米/小时。

阿德勒之前已经为铁路交叉口开发了这套自动调速系统,在当时的铁路交叉口发生了许多致命的事故。但除了铁路交叉口之外,十字路口、学校所在的街道、弯道甚至陡峭的下坡路,都可以是这套装置的应用场景。

测试汽车在阿德勒和他的支持者的注视中驶下福斯路。磁性板成功触发了调速器,并降低了汽车的速度。接下来,阿德勒花了一年时间推广他的发明装置并吸引了一批投资者。当时随着美国交通意外剧增,民众都在呼吁推出解决对策。可是一年多后,阿德勒的努力并没有得到回报。在随后的十年里,他继续完善他的设计并发明新的装置,但其中许多可以让道路变得更安全的发明并没有得到广泛地采用。

时至今日,阿德勒的自动调速系统看起来就像现代智能道路或智慧交通系统的早期版本。这些感应和通讯系统可以将前方道路状况通知驾驶员或全自动驾驶汽车,因此提高了安全指数和效率。这样的系统或能在汽车驶近堵车路段、事故现场或者十字路口时自动降低汽车速度,这与阿德勒所追求的十分相似。了解阿德勒为什么会失败,对于现在的智能交通研究,有很大意义。

交通事故剧增带来的迫切需求

1899年,正是阿德勒出生那年,亨利.H.布利斯成为第一个死于汽车事故的美国人。从那时起,美国的交通死亡数字急剧爬升。1913年,当时在美国上路的汽车达126万辆,4200人死于车祸;到了1925年,在阿德勒进行实验的时候,车祸死亡人数翻了5倍多,达21900人。

这样的问题当然并不止发生在美国。实际上,只要有汽车的地方,这种问题就会发生。随着车祸死亡人数的上升,公众的强烈抗议也在不断升温。1920年,芝加哥论坛报开辟了一个每日专栏,详细报道城市周围的车祸死亡事故。另外,美国的许多城市被交通堵塞弄得凌乱不堪。包括道路、十字路口、桥梁以及其他配套基础设施在内的整个汽车路网系统都一片混乱。

改变也随之而来。美国的一些城市和州开始要求车主对刹车装置和车头灯进行检查并购买汽车保险。第一批交通灯信号系统就在1912年出现在盐湖城。

于此同时,企业家嗅到商机,新企业与老牌企业争相推广各自的交通信号系统进行竞争。导致涌现了一批混乱且各不相同的交通控制信号和交通标志。1921年在纽约市的第五大道启用了首批电动交通信号系统。当时的黄色信号表示第五大道上的车辆可以前行,从横向道路上的车辆停止通行;红色信号表示包括第五大道和边道在内的所有过往的车辆停止通行;绿色信号表示只有第五大道边道上的车辆可以通行。

阿德勒是扎进这个新兴市场的发明者之一。在14岁那年(1913年),他发明了一个电动汽车制动装置并在5年后获得了专利。

1919年初,阿德勒在马里兰-宾夕法尼亚铁路公司谋得一份工作。当时铁路公司主席欧.南斯从阿德勒投过稿的《马里兰驾驶者》报刊的一篇文章上知道阿德勒少年时的电动制动发明。被阿德勒的发明所吸引的南斯要求阿德勒研究一个难题:铁路公司安装了电动警告信号装置在铁路交叉口上,也就是普通道路与铁路交叉的地方,但是该信号装置经常失效。阿德勒很快就制定了一个方案,利用一种新型的继电器和一个连接一系列响铃的信号灯。即使响铃失效,信号灯仍然可以点亮。这个新发明解决了问题,并且阿德勒被提升为信号工程师,并拥有了自己的办公室和实验室。

阿德勒的首个重点项目是一个在铁道交叉口工作的新型闪灯信号装置。当时,很多汽车在铁道交叉路前都嫌麻烦而不会停车等候,导致了每年约有1500人死于汽车与火车的碰撞意外。为了避免这个问题,最终只能是尽可能地将铁路架设在与普通道路交汇处的上方或者下方以此取消铁道交叉口。同时,美国铁道协会ARA,亦即美国铁路行业的贸易组织,要求其成员企业在上述铁路与普通道路的交汇处安装一种闪灯提醒的信号装置。

铁路与普通道路交叉口的提醒装置铁路与普通道路交叉口的提醒装置

这种由阿德勒设计的装置,在火车驶近交汇处时会自动被触发。两种灯光信息会交替闪烁,仿效了采用人工挥舞一盏灯来警告即将有来车的做法。阿德勒的闪光信号装置获得了ARA的认可,而且超过40家铁路企业采用了该装置。

然而阿德勒的志向远不止在铁路信号上。1930年,凭着家里给他的资助,他离开了铁路公司,潜心发明。

自动调速系统的兴衰

在他离开铁路公司前,他就构想了前文所述的自动调速系统。1924年10月1日,他第一次产生了这个构想,并在他细心保管的实验笔记本上进行描述。毫无疑问,他的灵感来自从火车自动制动系统,这是一种不需单独依靠驾驶员的火车限速技术。这个构想在19世纪中期已经普遍存在,但并没有被广泛应用。

在这之前,42000名辛辛那提市民签署了一份请愿书,呼吁在所有汽车上安装调速装置并将汽车速度限制在25英里/时或以下。但之后在全国汽车驾驶员的反对下,这项提议并没有通过。阿德勒认为他的系统能够使汽车只有在特定的危险路段才会触发调速装置,将会较容易被接纳。

阿德勒在福斯路上演示的装置是这样的:一系列磁条板埋在危险路段下方约20米,磁条板与道路平行,角度稍向下以便磁条板的磁北极端尽可能接近路面。测试车辆的前轮轴同时装有一个附带磁针(跟指南针上的磁针一样)的继电器。当车辆行驶到磁条板上方的路段时,磁针会旋转并随即打开继电器,这个继电器连接着另一个更关键的继电器。

第二个继电器安装在车盖下面的一个盒子里,连接着汽车的点火开关和调速装置。该继电器由2个安装在一个摆动杆对面两侧的电磁线圈组成,摆动杆作为线圈之间的开关。当摆杆靠在其中一个线圈上时,它闭合了电路使电流正常流通,汽车可以保持点火状态。当摆杆接收到来自磁针继电器的电平脉冲后,它会摆到另一个线圈上,使点火电流流过调速器。当速度处于24公里/小时或更低时,调速器会让电流经点火系统传到汽车的火花塞;当速度高于24公里/小时,电流会被切断,而汽车速度会降低。最后,汽车会经过埋在地下的第二排磁条板,另一个来自磁针继电器的电平脉冲会使摆杆回摆到另一个线圈上,以此恢复点火电流。

阿德勒在笔记本上画的汽车自动调速装置原理图阿德勒在笔记本上画的汽车自动调速装置原理图

阿德勒知道他需要花大量的精力去推广他的想法。在试验验证之后,他开始设计系统的组件,同时将这个技术卖给其他人。1925年,阿德勒在国家安全委员会和美国安全工程师协会的联席会议上发表演讲,阐述自己的想法。

因为看到过美国铁路协会的认可是如何驱使众多铁路企业采用他的灯管信号,因此他在寻求同样的权威去支持他的速度调节系统。当时的商务部长赫伯特·胡佛召开了关于街道和公路安全的国家会议,讲到了美国道路的致命性问题。这是联邦政府首次着力推行汽车安全意识。该会议将铁路、有轨电车和汽车企业的高管、教育专家、统计师、精算师以及其他人士召集起来,使他们定期会面讨论研究如何减少交通意外。讨论团提出了很多值得关注的解决方案,包括一系列标准化的交通法则。

阿德勒联系了负责会议日常运作的欧内斯特.格林伍德,在他的支持下,备受鼓舞的阿德勒给会议的600名代表发了他刚在《安全工程》期刊上发表的文章的重印版本。

但阿德勒误读了这个会议的基本性质。胡佛避开了联邦法规,而是让企业和各个州和地方政府自发采取行动,他是基于这个精神召开会议的。尽管阿德勒认为没有联邦法律法规赋予胡佛权力去监管汽车设计和道路建设,他的发明仍需要在各级政府和汽车行业之间的协调。没有权威部门要求汽车安装调速装置以及道路安装磁条板的话,这个系统是运作不了的。

因而在1925年12月路试成功后,他随即继续向记者、信号制作者、警察局长、国家机动车管理人员和潜在的投资者演示了该系统。他建议当地政府可以出售在警告驾驶者有危险地段的标志上的广告版面,以此支付安装磁条板的费用,并希望速度调节器的安装可以成为汽车年检的一项要求。

不过,阿德勒的想法未能勾起汽车制造商的兴趣。因而,他在1926年中开始将注意力从私人汽车转移到公共汽车和商用车上。与保险业高管们的谈话使他相信保险费用将会成为商业车采用调速系统的强大动力。他在笔记本上写道:“通过使用调速装置而减少的保险费用应当多于因此而赔偿给公共汽车企业的费用。”

这并不是他一厢情愿的想法。期间,美国邮政部和其他一些拥有很多汽车和货车的组织都安装了调速装置在他们的车上。(一些企业,比如灭虫公司Orkin,现在依然这样做。)阿德勒成功说服马里兰州的两家公共汽车企业安装他的系统以作演示。

落幕

在这之后,阿德勒继续改进技术,推广一个方便驾驶者的“仪表盘自动信号装置”。安装在道路下的磁条板仍然会触发商用车上调速装置,但一般的车辆仅仅会点亮仪表盘上信号灯告知驾驶者正驶近危险路段。

但是阿德勒的项目已经渐渐失去动力了。1926年12月15日,阿德勒的投资者会面并决定中止项目计划直到他们确认胡佛在国家安全会议上推行该系统,但胡佛并没有这样做。一个月后,其中一个投资者试图从马里兰州获得投放广告的许可来支付安装磁条板的费用,然而连这份努力也付诸东流了。1927年初,阿德勒停止了这个项目的研究。

阿德勒的另一项目——当车辆经过声音探测器时会触发信号灯阿德勒的另一项目——当车辆经过声音探测器时会触发信号灯

但他没有停止使交通安全自动化的尝试。他继续研发汽车安全装置,并推出了声控交通信号灯的装置。当驾驶者遇到红灯时,可以通过按响喇叭转换灯信号。这套信号系统是给某些特定的十字路口使用的,如较少车流量的道路与主干道的交汇处以及只在有来车通过的时候才需要转换灯信号的位置。

这套装置被通用电气采用,并将其作为交通管理创新发明系列的一部分向市场推广。但阿德勒的创意很快被另一个发明超越,新发明采用两块金属板嵌入路面以此感应车辆的存在,所以也就不需要驾驶者的任何操作了。

与此同时,交通控制系统的开放性已不复存在。上世纪30年代初期,我们至今仍在采用的交通安全技术,包括三色交通灯信号和标准化的道路标识等,大部分在当时都已经很完备了。30年代后期,阿德勒已经放弃道路安全的研究工作并开始将精力集中到飞行安全上。

小结

为什么阿德勒的汽车速度控制系统会失败?虽然说系统的缺点很明显,比如如何保证装置不会失灵,以及如何应对装置失灵(包括人为使其失灵)等。然而阿德勒的系统真正的障碍并不主要是技术问题。它失败的根本原因是缺少法律上的支持以及政府机构并没有强制要求使用该系统。

2014年2月3日,美国国家道路交通安全局宣布正考虑要求所有在美国上市的车辆采用车对车(V2V)通讯技术。从那时起,国家道路交通安全局逐步推行该技术和法规,这将使阿德勒的汽车速度控制系统变成了现实。许多汽车专家认为V2V通讯技术逻辑上的下一阶段将会是智能道路和自动驾驶汽车。

当今天的汽车制造商在豪华车系上采用新的安全技术,比如安全气囊、防抱死制动、电子稳定控制和后视摄像头等作为营销卖点时,通常联邦政府是有必要立法向所有新汽车推行这些新技术的。但是,阿德勒的时代并没有这类法律条文。阿德勒的想法确实是领先于他的时代,但是他的事例非常深刻地说明,一种创新想法的成功所依靠的社会体系往往与其技术可行性本身同样重要。

(本文是车云「翻译官成长计划」作品,原文来自IEEE Spectrum,编译/James)

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