蘋果玩智能汽車,路子比特斯拉還野

在擋風玻璃上視頻通話,溺水還有逃生系統。編譯 |  James編輯 |  曉寒蘋果又來給汽車產業提供新思路瞭。6月份以來,蘋果在汽車領域又獲得瞭20項新專利,涉及自動駕駛、智能座艙、智能車身三大方面。在這次新曝光的專利中,蘋果同樣是腦洞大開。其使用與谷歌Alpha Go類似的AI技術來教機器開車,用長波紅外相機等視覺傳感器來提升激光雷達的使用效率;將汽車的擋風玻璃變成AR-HUD屏幕,自動給車外的建築物編號方便導航,引入瞭自傢FaceTime視頻通話功能,甚至還給汽車做瞭一個溺水逃生系統…作為全球市值最高的科技公司,以及在消費電子領域極具影響力的IT巨頭,蘋果每涉足一個領域,都會帶來大量令人驚嘆的創新,並將產品體驗推至新高。雖然已經放棄瞭自己造車的泰坦計劃,轉做自動駕駛。但蘋果在最近幾年裡,還是一直在申請各類智能汽車相關的專利。透過這些文件,既可以看到蘋果為業界帶來的創新技術和各種奇思妙想,也能看出這個科技巨頭的技術儲備是多麼強大。

▲蘋果今年獲得的汽車專利

今年6月份車東西就曾系統報道過蘋果在上半年獲得的幾十項汽車專利(可參考《70項專利解密蘋果汽車!腦洞太大,特斯拉都追不上》),本文則主要解讀6月份之後獲得的新專利。本文福利:蘋果汽車專利車東西已經幫大傢下載整理好啦!公眾號對話框回復公眾號對話框回復【車東西0122】下載部分專利原文。01.用AI教機器開車 谷歌Alpha Go同款技術

在5個月左右的時間裡,蘋果一共獲得瞭10項自動駕駛專利,其中涉及自動駕駛的傳感器、通信、控制三大領域。如今,自動駕駛發展多年,計算設備的算力正在大幅度提升,但如何控制自動駕駛汽車仍然是一大難題,難點在於自動駕駛汽車如何做出及時、合理的決策。並且,道路上的車輛越多,交通環境越復雜,決策就越難以實現。在蘋果的專利圖中,蘋果描繪自動駕駛車輛可以完成自動出入匝道、自動換道超車等駕駛動作。為完成這些動作,自動駕駛電腦需要完成兩個動作:1、預測即將發生的交通狀況,對車輛的行駛軌跡作出多種規劃;2、從多種規劃中選擇出一個正確的駕駛動作。這一決策過程與下棋的決策過程非常類似,因此蘋果采用瞭與谷歌Alpha Go類似的機器學習方法,即蒙特卡洛樹搜索,這一機器學習方法已經廣泛應用於棋盤類遊戲和開放式遊戲。當車輛進入自動駕駛狀態後,可以根據交通狀況規劃出在一定時間范圍內的車輛動作,包括加速、減速、改變車道等,這些動作可以通過蒙特卡洛搜索樹生成。

▲蒙特卡洛樹搜索的四個步驟

蒙特卡洛樹搜索的一個循環包括四個步驟,分別是選擇、擴展、仿真和反向傳播。從根節點R開始,逐漸向下推演子節點,每一個子節點都是車輛的狀態,連接子節點與父節點的邊代表車輛的動作。例如,車輛可以選擇從根節點R到子節點L的決策,如果成功,那麼可以從L繼續向下擴展至E。E節點之後,還將采用隨機選擇的方法繼續向下決策,進入仿真的過程。在這一自動駕駛過程結束之後,系統會從最下方的子節點反向推演至R,讓機器不斷學習,變得更加強大。

▲專利中對蒙特卡洛樹搜索的圖解

實際應用中,蘋果的決策過程顯得更加復雜。通過向不同的蒙特卡洛樹搜索模型提供記錄下的車輛動作、來自模擬的動作以及收益,在強化學習策略神經網絡、監督式學習價值神經網絡的蒙特卡洛樹搜索分別可以提升廣度和深度。實際上,控制自動駕駛車輛的方法也不隻是機器學習,還有隨機技術、確定性技術,最終輸入至決策過程的是三者混合的計算結果。總結來看,自動駕駛汽車在進行運動決策的過程中,遇到的可能是隨機、動態的環境,無限的空間,潛在巨大的視野以及實時的限制,這些因素導致自動駕駛車輛不能在公路上隨意行駛,而是依靠自動駕駛電腦的計算。02.傳感器一起上 激光雷達看得更清楚

自動駕駛車輛同樣離不開各式傳感器設備,對於高等級自動駕駛來說,激光雷達更是必不可少。蘋果最初在2018年就獲得瞭幾項有關激光雷達的專利,早期專利顯示,蘋果將使用激光雷達測距,並將這些數據用於自動駕駛。從今年6月以來,不到半年時間內蘋果再次獲得瞭3項激光雷達相關的專利,更進一步闡述瞭激光雷達應該如何用這個問題。在一項名為“用遙感檢測物體及測距”的專利中,蘋果就利用傳感器輔助激光雷達實現更準確的測距和識別。車輛在自動駕駛的過程中,並非所有路面交通狀況都需要車輛的關註,一些重要的交通狀況還需要更重點的關註。如今,視覺傳感器遍佈車身,幾乎沒有盲區,這些傳感器可以實時探測車輛周圍的交通狀況。

▲紅外相機輔助激光雷達測距

此時,視覺傳感器能夠確定一個重點關註區域,激光雷達加入測距,能讓距離判斷更加準確。在另一項名為“解決視場中隱藏物體的系統和方法”的專利中,蘋果利用長波長紅外傳感器(LWIR)輔助激光雷達,可以在極暗光環境下探測可能在道路上出現的動物和行人。借助長波長紅外線,可以在一定的區域內以較高分辨率檢測物體的熱能,檢測其他傳感器可能探測不到的物體。兩份專利信息都顯示,激光雷達可以和其他傳感器結合使用。例如,激光雷達與紅外相機共同測距,能夠提升距離測量的精準度。長波長紅外傳感器可以和單色傳感器、RGB傳感器、激光雷達等多種傳感器結合使用,增強目標檢測效果。同時,專利文件還展示瞭其他傳感器組件,包括攝像頭、生物探測處理器、激光雷達、垂直腔面射型激光脈沖控制器等,這些傳感器都能夠在自動駕駛過程中參與物體檢測。有趣的是,第一款搭載激光雷達的蘋果設備並不是汽車,而是今年的iPad Pro和iPhone 12 Pro系列,搭載於移動設備的激光雷達模組可以掃描一個房間的3D信息,同時也能提升弱光條件下的對焦速度。

▲iPhone激光雷達所“看”到的畫面

在這裡可以合理暢想一下,蘋果當前在激光雷達這一硬件上的佈局,可能也會應用於自動駕駛。03.擋風玻璃成超大屏幕 還能隨意FaceTime

除瞭大量的自動駕駛專利之外,蘋果在車內科技方面也絲毫沒有松懈,把移動設備中的優秀解決方案裝進汽車。一直以來,AR增強現實都是蘋果重點發展的技術之一,現在瀏覽蘋果官網,其主要產品都能通過AR查看,在購買之前對設備的尺寸以及顏色有更準確的認識。

▲用AR查看iPhone

同時,大量AR應用在蘋果App Store提供,甚至還有憤怒的小鳥、我的世界AR版。在汽車行業,今年以來對AR的討論也不少,主要集中於AR-HUD。今年9月,奔馳發佈的第11代S級轎車中就搭載瞭AR-HUD。其顯示面積相當於77英寸的顯示器,根據奔馳的介紹,這一AR-HUD采用瞭影院放映所使用的數字微鏡器件的成像單元,由130萬個微鏡片和一個高效光源的高分辨率成像矩陣構成。

▲奔馳S級AR HUD顯示效果

在駕駛時,能將動畫箭頭、車距等虛擬的信息疊加在10米以內的真實世界上,從而實現AR效果。佈局多年的蘋果自然也希望AR技術走進汽車,主要應用仍然是AR-HUD。據統計,蘋果至今一共獲得瞭四項有關AR-HUD的專利。在蘋果獲得的一項名為“增強現實技術顯示系統”的專利中,就詳細描述瞭蘋果希望AR-HUD能夠實現的功能。1、提供導航信息,還能翻譯路牌HUD的初衷就是讓駕駛員更加專註地開車,盡可能不讓視線離開道路。AR-HUD就是在HUD的基礎上來一個大的提升,讓原本小面積、固定內容的HUD擴展到更大面積,同時基於外界環境提供增強現實的體驗。基於這一目標,最容易想到的是將導航信息從車機或儀表搬上擋風玻璃。通過特定的標識,駕駛員可以得到更優質的導航服務,同時更多的駕駛員可以讓導航“徹底閉嘴”。

▲AR-HUD可翻譯路牌

AR-HUD僅提供導航服務還是比較單一,於是蘋果加入瞭翻譯路牌的功能。如果到海外地區駕駛,由於各國路牌不統一,加上語言不通,可能導致比較嚴重的安全隱患。如果車輛能夠實時識別路牌,並將路牌的含義、文字信息都轉化為淺顯易懂的內容,也會方便更多的駕駛員。2、擋風玻璃上來個FaceTime通話 副駕還能看視頻FaceTime通話被喬佈斯定義為蘋果再一次定義瞭iPhone,那麼在車裡,自然也少不瞭FaceTime通話。有瞭AR-HUD,駕駛員可以直接在擋風玻璃上通話,顯示畫面的大小可以和真人一樣,讓視頻通話更有臨場感。不過,在駕駛過程中,FaceTime電話並不會擋住駕駛員視線,副駕可以看到完整的畫面,主駕隻能音頻通話。當車輛速度下降或者停止時,駕駛員一側才會顯示FaceTime畫面。

▲通過擋風玻璃可以實現FaceTime視頻電話

實際上,在FaceTime引入車內以後,擋風玻璃就是一塊大屏。在出行過程中,副駕可以通過擋風玻璃觀看視頻,甚至來一場遊戲。AR-HUD的應用實際上也不僅如此,蘋果在另一項名為“在混合現實界面中識別物體的系統和方法”的專利中講述瞭AR-HUD的另一個用處。在紛繁復雜的城市中,當我們走到高樓林立的街區時,說不出高樓的名字,不知如何描述已經成為人們出行的一大難題。蘋果在AR-HUD中對路面高樓或臨街店鋪進行標記,車機上選擇編號,車輛就會自動駕駛至特定位置,方便車內乘員抵達某一特定位置。04.四個車窗都是智能玻璃 還有溺水逃生系統

在軟件和服務之外,蘋果在硬件上也下足瞭功夫。在車身結構上,蘋果也希望“全副武裝”,讓硬件工業達到新高度。據統計,蘋果在半年時間內共獲得瞭10項有關車身的專利。可能是蘋果對隱私保護十分重視,申請瞭不少“變色車窗”相關專利,今年以來一共獲得瞭7項。同時,車身安全的保障一直也受到蘋果的重視,即便車輛落水,也能做出正確的操作方便車內人員撤離。1、智能車窗可虛可實 5層組件保護隱私蘋果希望將車窗設計成多層,每一層利用不同的結構實現對車窗整體色彩氛圍、透明度的調節,這樣一來,既可以保證車內乘員不受有害光線的傷害,又能在不貼膜的前提下保護隱私。在一項名為“窗戶與系統”的專利中,蘋果希望利用電動可調節的車窗控制光線的吸收,從而達到控制車內光線的效果。這一技術既可以用於側面車窗,也能應用於擋風玻璃、天窗、後窗,全車車窗的透光率都可調整。根據專利文件的描述,車窗玻璃實際上和液晶顯示組件非常類似,在調節顏色的同時,也能用於顯示圖像,例如顯示導航信息、提供車內照明等實用功能都能在車窗玻璃上實現。在另一項名為“帶有可加熱的紅外透明區域的車窗”的專利中,蘋果在車窗內加入瞭可阻擋紅外光的濾光層。這樣一來,可以避免在陽光曝曬時,在車內積聚太多的熱量。另外,車輛後窗會加入歐姆絲,通電後生熱就能為車窗除霜。在蘋果最新獲得的專利中,“動態隱私保護與車窗著色的系統和方法”中對車窗的分層進行瞭更加詳細的描述。從專利圖中可以發現,車窗分別由聚碳酸酯層、導電層、Guest-Host液晶層組成,其中聚碳酸酯層與導電層將Guest-Host液晶層包裹在內部。

▲車窗組件共有5層顯示組件

通過這一組件,車窗就能動態調整車窗著色。如果遇到強光射入,車窗會調整刺眼的光線,如果外界能見度較低,車窗能夠更加清晰透亮。另外車內乘員也能手動調整車窗著色,保護車內隱私。車輛甚至可以調用激光雷達裝置,如果車外有人看向車內,車輛會調整車窗透光,防止車內隱私泄漏。同時,為避免攝像頭、激光雷達、夜視儀等組件的不可見光被車窗夾層吸收,蘋果在車窗上為這些硬件預留瞭一定的區域,保證不可見光順利透過車窗看向遠方。2、溺水後方便逃生 安全帶、車窗、車門都是關鍵蘋果還獲得瞭一項名為“動態元素保護措施”的專利,車輛在溺水後,可以根據溺水情況作出正確反應,幫助車內乘員盡快逃生。

▲車輛溺水十分危險

當車輛部分淹沒在水中時,車內的一個或多個計算機系統開始介入,並操作關閉車窗、鎖閉車門、解鎖安全措施、開啟漂浮設備、發出求救信號以及調整座椅位置方便車內乘員逃生。與此同時,在車內向乘員發出提醒,準備逃生。車輛會實時進行生命探測,使用高分辨率超寬帶雷達設備就能夠檢測車內可能存在的生命體征,包括對呼吸和心跳的檢測,甚至遺留在車內的寵物也能被及時發現。在確定車內乘員全部逃脫後,車輛會進入自我保護狀態,鎖閉門窗,避免更大損失。除車窗和安全專利之外,蘋果還獲得瞭智能懸架專利,讓車輛行駛更加平穩。同時還能夠將通風管道隱藏在車體骨架中,讓車內空間更加充裕。從這些細節可以看出,蘋果在造車這件事上,非常用心。05.結語:“蘋果智能汽車”值得行業借鑒

蘋果所獲得的汽車專利目前已經達到百項以上,近半年來所獲得的專利顯示蘋果對自動駕駛的重視程度正在迅速提升,也讓蘋果的自動駕駛路線逐漸清晰。如今,在智能汽車行業中,特斯拉等造車新勢力無論在車輛智能化、自動駕駛還是三電系統在汽車行業都是一道靚麗的風景線,蘋果這樣的巨頭在汽車行業內動作不斷,也給正在造車的新勢力們一些優秀的借鑒,如何像蘋果一樣造車?蘋果所定義的汽車是不是仍能受到市場歡迎?

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