孙明阳
关键词：自动驾驶;智能汽车;模块化设计;安全模块;3D打印技术
汽车随着科技的日新月异已经发展为智能化自动驾驶新阶段。尤其是近几年，自动驾驶汽车研发已经从封闭实验阶段转为开放试运行阶段。全球汽车企业及相关行业协同合作，加速了人类自动驾驶汽车时代的来临。
1自动驾驶汽车及其模块化设计分析
1.1自动驾驶汽车及其模块化设计的发展
在国外，自动驾驶汽车（Autonomous vehicles;Self-drivingcar）是一种通过电脑系统实现自动驾驶的智能汽车。根据史料将自动驾驶汽车智能化发展大致分为三个阶段：第一阶段，实现性自动驾驶（高度自动化），第二阶段，安全性自动驾驶（零伤亡目标），第三阶段，体验性自动驾驶（人机交互）。1981年9月，中国人工智能学会（cAAI）在长沙成立，标志这中国人工智能产品设计正式开始。截止1991年，中国汽车智能发展进入借鉴摸索实践阶段。到2001年中国汽车智能制造基本实现规模化生产。2011年，中国智能汽车领域已经取得突破性发展，产业联盟快速形成规模化。2017年4月工业和信息化部、国家发展改革委和科技部，三部委共同印发的《汽车产业中长期发展规划》（工信部联装[2017]53号）指出：“到2020年，汽车DA（驾驶辅助）、PA（部分自动驾驶）、CA（有条件自动驾驶）系统新车装配率超过50%，网联式驾驶辅助系统装配率达到10%，满足智慧交通城市建设需求。到2025年，汽车DA、PA、CA新车装配率达80%，其中PA、CA级新车装配率达25%，完全自动驾驶汽车开始进入市场。”针对自动驾驶汽车各个层面的研究正在如火如荼的展开。从设计、制造的角度，模块化自动驾驶汽车成为一个选择方向。综上，自动驾驶汽车的使用有两种情境：一个是私有模式下的自动驾驶汽车;另一种是公有共享模式下的自动驾驶汽车。自动驾驶汽车普及必将经历三个阶段：第一阶段是自动驾驶汽车与传统汽车试行阶段;第二阶段是自动驾驶汽车与传统汽车并行阶段;第三阶段是自动驾驶汽车独行阶段。自动驾驶汽车的车型变化同样经历三个演变阶段：第一个阶段是单体车运行;第二阶段是合体车运行;第三阶段是复合体车运行。
1.2自动驾驶汽车模块化设计的特征
由于自动驾驶汽车摆脱了人工亲自驾驶操作的必须性，所以，自动驾驶汽车模块化设计与汽车模块化设计有显著区别，如表1所示。基于模块化汽车设计原理、方法的基础上，模块化自动驾驶汽车发展需坚持两个方向：一个是“极简主义”设计，外观简约、结构简化、部件减少。另一个是基于3D打印技术的整车打印和局部零部件打印。如Oiio采用模块化设计理念2060或推出未来通勤车辆设计。
2自动驾驶汽车模块化设计的原则及方法
2.1自动驾驶汽车模块化设计原则
采用模块化原理、方法设计汽车，制造汽车已经成为可能。主要因为汽车零部件构成已经从上万个发展为上百个，伴随材料技术和制造技术（3D打印技术）等最新科技的普及应用，汽车构成部件甚至更少。传统汽车设计以围绕人工驾驶操作为主，包括外观、内饰、结构等，所以车身外观基本一致，并无大的改变。但是，自动驾驶汽车摆脱了人工驾驶操作的必须性，因而整车设计应该完全采用新的思维视角进行思考。从设计到制造，结合用户需求可知，自动驾驶汽车模块化设计是一种发展趋势。通过调查总结出自动驾驶汽车模块化设计三原则：
第一，智能性原则。无论是载人自动驾驶汽车还是非载人自动驾驶汽车，汽车自动化水平（或者说智能化程度包括多感官参与下人机交互体验等）是汽车自动化驾驶的本质特征…。
第二，安全性原则。自动驾驶汽车模块化设计的优势是通过安全模块设计体现出来，尤其针对载人自动驾驶汽车而言，“以人为本，生命第一”的设计原则是自动驾驶汽车的核心内容。
第三，可持续性原则。自动驾驶汽车模块化设计保证汽车的标准化模块可以不断的替换更新。安全、环保的绿色材料是自动驾驶汽车可持续设计的绿色保障。
2.2自动驾驶汽车模块化设计方法
自动驾驶汽车采取模块化设计方法，包含两个主要方面：第一，自动驾驶汽车硬件的模块化分解设计;第二，自动驾驶汽车软件的模块化通信设计。通过建立自动驾驶汽车（产品）模块库将汽车进行系统工程管理便于研发。
3自动驾驶汽车模块化设计案例分析
3.1自动驾驶汽车方舱模块设计分析
翻检模块化自动驾驶汽车相关资料，发现瑞士Rinspeed模块化自动驾驶概念车提供了一种可行性研究方向，即自动驾驶汽车乘员方舱可以设计成一个独立单元模块。该公司2018年推出Snap模块化自动驾驶车。该自动驾驶车是一个自动驾驶模块化汽车，它由吊舱和底盘两个主要模块构成。2019年升级改进款的Microsnap自动驾驶模块化吊舱在尺寸上进行了缩减，形成封闭舱体。据此，结合汽车设计发展史可知，乘员舱分开独立设计有其科学合理性，符合模块设计思维。
3.2自动驾驶汽车安全模块设计分析
从2016年1月份的特斯拉致死案到2018年3月份优步自动驾驶汽车撞死行人，再到2018年5月份谷歌开创自动驾驶项目Waymo自动驾驶小型货车在亞利桑那州钱德勒相撞，造成测试员轻伤一案，为自动驾驶汽车技术安全敲响了警钟。通过实际案例得出，自动驾驶汽车安全面临考验。
在自动驾驶汽车模块设计上，应该明显区分载人自动驾驶和无人自动驾驶的安全模块设计。载人自动驾驶汽车应该增加头部、膝部和腰部等安全防护模块，保证乘员的安全。相反，无人自动驾驶汽车则可以减少此类安全模块设计的比重。其中，自动驾驶汽车乘员范围包括特殊群体如残疾人、老年人等，所以，安全模块设计十分必要。自动驾驶汽车意外碰撞情况分析，一种是运动过程中（行驶中）意外碰撞，另一种是静止状态下（停车中）意外被动碰撞。因此，前者方舱模块和后者安全模块设计的意义尤为重要，后者相对是非重点研究对象。
国内外研究现状表明：自动驾驶模块化汽车从用途角度，汽车设计的重点在两个方面：第一，基于安全性的安全模块;第二，基于实用性的功能模块。OSVehicle自动驾驶模块化汽车Edit可以拆分的五个部分分别为：前脸、车尾、车顶和两个对称门。除了外观之外，内饰部分同样可以进行定制。基于上述实践可以预测，车身分解模块可以作为安全模块进行设计。
此外，自动驾驶汽车在不同环境模式下，应该具备多功能变体模块，以适应多种环境变化需求。自然环境如气候环境，地理环境等，人工环境如交通环境，空间环境等。根据用户需求，提供更多的模块选择空间。
4结论
基于工业革命4.0背景下，文中简要回顾了自动驾驶汽车设计及自动驾驶汽车模块化设计的发展现状及趋势，其次，分析了自动驾驶汽车模块化设计的原则及方法，最后，针对自动驾驶汽车的非人为操控危险性，从功能角度提出了方舱模块设计和安全模块设计的必要性。毫无疑问，未来自动驾驶汽车是人类智能公交发展的必然趋势。自动驾驶汽车模块化设计能更好地满足智能公交乃至智慧城市的发展需求，市场开发前景广大。最后，希望文中针对自动驾驶汽车模块化设计的分析与展望对自动驾驶汽车设计领域实践提供新的思考方向，在宜人设计的基础上，更加符合未来智能公交乃至智慧城市建设发展的需求。
