钢铁侠用激光 Biu 坏人,马斯克用激光 Biu 鸟屎

4 月 8 日,马斯克用 Giga Texas 开幕式告诉世界一场优秀的发布会应该怎么开,如果你还没来得及看, 可以点击下方我们往期的节目复习一遍。

Giga Texas 对于 Cybertruck 来说意义非凡,它将于 2023 年在 Giga Texas 首发量产

所以,Cybertruck 在这场发布会上占据了马斯克演讲的最后一部分内容:压轴登场,并在老马结束演讲后载他离开舞台。

值得注意的是,对比三年前发布的概念车版,此次登上官方舞台的 Cybertruck 是更接近量产的版本,为了满足法规限制和日常使用的需求,它添上了后视镜和雨刷器,这使得它的造型看起来就没那么「赛博朋克」了。

看到这里,你是不是非常期待能有个「不过」来转折一下?这就满足你。

不过,这种情况在不远的将来极有可能发生改变。根据美国专利商标局最新公布的一项专利文件显示,特斯拉研发了一种「激光雨刷」技术,如果这项技术能投入量产,Cybertruck 就有望去掉笨拙粗壮的雨刷器。

用激光代替雨刷靠谱吗?本期技术车间将带你从专利文件的角度,探探「激光雨刷」的虚实。

传统雨刷的局限

玻璃是如今汽车制造中不可缺少的原材料之一,被广泛应用于汽车风挡、侧窗、后视镜等位置。由于空气中悬浮的尘土或者意外飞溅而来的异物,这些玻璃制品在日常使用中非常容易积累污渍。

这一点经常用车的朋友肯定深有体会,比如前两天,北京下了一场雨,雨水夹带上空气中的尘土,在车身上干透后就只剩下了泥。对这种「荒漠迷彩」,车玻璃也无法幸免。

智能驾驶时代,这些斑驳的泥点不光会阻挡驾驶者的视线,对于特斯拉这样采用「全视觉自动驾驶方案」的车辆来说,泥点同样也成了摄像头的障碍。

对于前风挡后的摄像头,传统雨刷器就能解救它们,但如果是更厚重粘稠的污渍,例如鸟粪,雨刷器也会力有不逮。

而对于布置在侧翼子板、B 柱、车尾等位置的摄像头来说,由于这些位置没有设置相应的清洁装置,就只能纯纯地靠用户手动清洁了。我们的@常岩 CY 常老师不止一次在微博上抱怨过,他 Model 3 的倒车影像经常在雨雪天后被糊得严严实实,只能下车手动清洁后摄像头。

所以,我们需要一种全天候的解决方案。

激光新选择

传统雨刷器受其结构形态的限制,很难合理地安装在前后风挡以外的区域,我们以前曾在很多车的大灯上见过迷你的小雨刮,但很快就被行业淘汰了。

从这个角度想,特斯拉研发激光雨刷,也不全是为了酷炫的外观。因为激光雨刷并不只限定在前挡风玻璃处使用,在侧翼子板、B 柱等这些不好布置雨刷或喷淋清洁装置的部位,激光源布置相对来说更灵活,也更隐蔽。

特斯拉确实也是这么设计的。

在这份专利文件中,特斯拉用一辆 Model S 作为例子,阐述了激光雨刷的实际应用场景。

从图中可以看到,特斯拉在车辆前机盖处设置了两个激光源 218A、218B,用于清洁前挡风玻璃上的污渍 210A、210B,在 B 柱上设置了一个激光源 218C,用于清洁前后侧窗玻璃上的污渍 210C、210D,在侧面翼子板上,特斯拉也设置了一个激光源 218D,用于清洁转向指示灯 216。

那么特斯拉究竟是如何用激光来清洁污渍的?我们继续往下看专利。

激光雨刷的奥秘

在这份专利文件中,特斯拉将激光雨刷概述为:

这是一种用脉冲激光清洁汽车玻璃制品上附着污渍的设备装置。

激光雨刷系统主要由电控模块、激光发生器、光束透镜组件、污渍侦测模块、I/O 接口、显示器等组成。

这套系统工作的基本工作原理,首先就是由污渍侦测模块检测对应区域是否存在污渍。确定位置后,电控模块控制激光发生器发射脉冲激光,通过光速透镜组件定位后,利用脉冲激光的能量清除污渍。

常识告诉我们,激光只有在聚集的状态下才具备更高的能量,这也就是为什么需要有一个污渍侦测模块的原因。有了它,激光雨刷才能如同精确制导武器一般,集中力量处理污渍区域,提升效率。

由于检测环节如此重要,所以特斯拉提供了两种思路供选。

其一是利用视觉,这是特斯拉的看家本领。激光雨刷可以利用安装在其内部的摄像头,观测特定区域的视场(FOV),并精确定位这些污渍在玻璃上所处的位置。

这种检测方式结构简单,但如果这个摄像头也被污渍阻挡,激光雨刷也就无效了。

其二,则是利用覆盖在玻璃表面的电容性或电阻性透明检测层。想想我们的手机,触摸屏幕会使屏幕相应位置的电容或电阻发生变化,手机就可以跟踪手指的位置。同理,污渍也会使玻璃上透明检测层的电容或电阻发生变化。

这种方式要在玻璃上覆盖一层独立的硬件,能稳定检测异物,但车辆日常行驶中可能会对这层检测硬件产生磨损,这是这一方案的缺陷。

两种检测方式各有利弊,可根据激光雨刷所处的不同场景,自由选择。

确定污渍位置后,下一步,如下图所示,电控模块会控制激光发生器 108 产生相应波长、频率、脉冲率等参数的激光束,通过光束透镜模块 110,照射到污渍区域 210。其中,光速透镜模块包含一个转向部件,使激光照射特定区域的功能就靠这一部件完成。

总的来说,特斯拉这套激光雨刷其实有点类似工业上常用的激光除锈装置,只不过,目标从金属上的铁锈,变成了玻璃上的污渍。

专利之外

刚刚提到「激光除锈」,有的同学可能就开始紧张了.

「激光连铁锈都能除去,它会灼伤我的眼睛吗?它会损伤玻璃吗?」

这种担心大可不必。

首先,脉冲激光的能量必须在设定的焦距上才能发挥出来,换句话说,在这个设定距离之外的地方,由于激光处于散射的状态,它所携带的能量并不大,也就不会对人体造成伤害。

其次,这种关系到人身安全的问题,特斯拉当然也考虑到了。

上面提到,激光雨刷的激光源是可以设定其产生激光的波长、频率和脉冲率等参数的。特斯拉宣称,这种激光光束经过特殊校准,它的穿透厚度将远小于玻璃的厚度。

同时,特斯拉还会在玻璃上设置一层氧化铟锡涂层,这种涂层会能隔绝或反射激光光束,确保激光光束不会穿透玻璃,照入车内,从而保证车内驾乘人员的安全。

实际上,对于特斯拉这项专利的实用性,我有别的担忧。

激光的能量强于普通可见光,但它仍是一种光,也就是说,光的折射、反射等特性,在激光上也不例外。激光雨刷在空气干燥时,或许能获得很好的清除污渍效果,但当空气中的湿度变大,这种情况可能就会发生变化。

说一个相对极端的情况,当激光雨刷遇上暴雨天气,激光在到达挡风玻璃前,可能会遇到或穿过很多个小水滴。我们可以把这些小水滴想象成是一面面的小玻璃镜子,折射、反射会使激光无法精确命中污渍。

再有,激光雷达可能对于局部小区域内的污渍有很好的清除效果,但当暴雨袭来,整个前挡玻璃都会附上一层水,我并不觉得激光雨刷能在短时间内把整面前风挡玻璃上的雨水都除去。

激光雨刷可能无法在暴雨天气及时刮去雨水,这着实有些太尴尬了。

因此,我们编辑室的同事们一致认为,就目前特斯拉这份专利里表现出来的内容,激光雨刷并不能承担起全部的雨刷功能,它需要另一个搭档来帮助它应对暴雨天气。

有意思的是,前几天,华为公布了一项车用超声波雨刷器的专利。

华为超声波雨刷的工作原理是,用超声波换能器(电机),将超电能转换为超声波并传递到前挡风玻璃上,而超声波的高频振动能将玻璃上的杂物震落,从而实现「雨刷」的功能。

对比激光雨刷,超声波雨刷似乎能更好地应对暴雨这种需要大面积除水的使用工况。

超声波雨刷 + 激光雨刷,我们即将干掉在汽车上存在了两百年的传统雨刷器,这种科技革新传统的感觉实在是太棒了。

而 Cybertruck 也能恢复到它最初的性感模样了。

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