1. 展會概況
       在無人駕駛車的開發進度及經驗累積上,Google已居于領先地位,緊接在后的反而是國際汽車大廠。Google想把無人駕駛車的創新概念“一步到位”實現,奔馳、BMW、奧迪等汽車大廠反而是采“進化”步驟,一步一步增加新功能,引領消費者逐步適應截然不同的駕駛體驗。

      說起無人駕駛車,大家立刻聯想到的就是Google,而且這印象還深入人心。畢竟自從Google在2010年首度對外宣布無人駕駛車測試計劃以來,至今“Google Self-Driving Car”(見圖一)已在路上累積超過70萬英哩的實駕經歷了,而且還是零事故發生率,這對普通大眾而言,真的是前所未聞的新奇事物,同時也會讓人不禁贊賞Google的創新能力。
      只是這種未來科技離一般人的生活經驗太遙遠了,以致于感受不深,而且距今也好幾年,新鮮感不再,一般人也只是把無人駕駛車當個話題看待而已。

      目前除了Google仍對無人駕駛車持續投入研發改良,而且還頗有成果之外,國際級的汽車大廠也是認同此趨勢,認真務實地在對待這項技術。

      就在今年2015 CES消費電子展上,無人駕駛車又再度成為萬眾矚目的焦點。例如奔馳(Mercedes-Benz)所展出的無人駕駛車“F015Luxury in Motion”(見圖二),最大的特色就在于自動駕駛時,駕駛者可以將前座轉個180度向后與其他乘客互動,車子就宛如一個行動的豪華包廂,再加上充滿科幻前衛的內外觀設計及配備,自然吸引了整場目光,但這僅止于是概念性的發表,預計要到2030年,這類車型才會正式上市。

      BMW則與三星電子合作,展示全自動無人駕駛遙控停車助理(Remotevalet Parking Assistant)技術(見圖三),通過智能手表Gear S就能遠程控制無人駕駛車自動停入停車場,也能遙控汽車自動駕駛至車主所在位置,但前提是該停車場也要安裝能夠與無人駕駛車互感互通的傳感器才行。

      奧迪(Audi)則是推出以A7車款為基礎的無人駕駛概念車“Jack”(見圖四),該車擁有自動變換車道及過彎的功能,也可以自動加速及剎車,更重要的是此車也有實際上路測試,在2015 CES展覽期間,“Jack”一路從硅谷“自駕”到拉斯韋加斯的CES展場,幫自己累積了500英里的實駕經歷。

      不過,就像當時搭乘“Jack”的Wired雜志作者AlexDavies所描述的,“奧迪的無人駕駛車或許會讓人覺得是智能巡航控制、車道偏離警報和其他半自動技術的榮耀升級版,如今許多的高級轎車都有提供這些技術”。

      之所以會讓人有如此感覺,就在于與Google發表的無人駕駛車相比,奧迪的無人駕駛車看起來與一般車無異,整個自動駕駛過程不會讓駕駛者感到不尋常。

      Google在實際測試多年后,于2014年5月首度發表了自主駕駛車模型(Self-drivingCar Mockup)(見圖五),除了卡通化的外觀造型,以及車頂上的光達(LIDAR,Light Detection And Ranging)系統令人印象深刻之外。

      最為顛覆傳統認知的竟是全車沒有方向盤、沒有油門踏板、沒有煞車踏板,只剩二個按鈕可供乘客手動操控緊急停止或前進,剩下的駕駛工作則全部交給傳感器及計算機負責,因為Google的理念是無人駕駛的過程不需人為的介入。

      接著在2014年12月發布的自主駕駛車原型(prototype)則是將LIDAR系統縮小,并安裝了實體車頭燈;除了必備的傳感器及計算機外,也把方向盤及煞車踏板裝回去了,這樣的組合似乎是對當初設想的“完全無需人為駕馭”的情境,打了點折扣,但反過來想,以現階段來說,會有多少人可以接受沒有方向盤的車?能符合消費者的實際需求才是最重要的課題,太過超越的創新反而會令人為之卻步。

      無庸置疑的是,在無人駕駛車的開發進度及經驗累積上,Google已居于領先地位,緊接在后的反而是國際汽車大廠。但Google是想把無人駕駛車的創新概念“一步到位”實現,汽車大廠反而是采“進化”步驟,一步一步增加新功能,引領消費者逐步適應截然不同的駕駛體驗。

      先不論無人駕駛車在正式上市前將面臨的許多法律、保險以及消費者接受度等等的問題,我們來看一下無人駕駛車包含了哪些重要技術。

      根據美國的專利顧問公司Lexinnova的報告,歸納出九種已運用于無人駕駛車的基本技術(見圖六):車對車通訊(V2VCommunication)、巡航控制(Cruise Control)、自動煞車(Automatic Brakes)、車道維持(LaneKeeping)、雷達(Radar)、循跡或穩定控制(Traction or Stability Control)、視訊攝影機(Video Camera)、位置估計器(PositionEstimator)、全球定位系統(Global Positioning System,GPS)。在上述的基本技術中,前五項技術的專利申請數量是相對比較多的,也顯示其重要性,所以接下來就針對這五項技術作一簡單介紹。

      1、車對車通訊(V2V Communication)

      通過車對車通訊,車輛之間可以互相傳送數據,讓佊此了解對方的行為與狀況,可以讓駕駛者提前作出判斷和決定,減少視野盲點所造成的危

      美國國家公路交通安全局(NHTSA)正在制定車對車通訊相關標準及規格,以確保所有車輛都使用共同的語言,而且美國運輸部也宣布,最快在2017年出廠的新汽車,按規定都要配備車對車通訊系統。

      NHTSA制定的車對車通訊系統,使用的是基于IEEE802.11p及IEEE 1609標準的專用短程通訊(DSRC,DedicatedShort Range Communications)技術,藉由5.9GHz微波頻段傳輸數據,擁有超低傳輸延遲、高傳輸速度等特性。在DSCR網狀網絡中,每一節點(汽車)以每秒10次的頻率向四方傳送信號,覆蓋范圍達300公尺,在網絡內的數據收訊可以多步(multi-hop)方式往前跳躍到5到10個節點(汽車)之遠,就如同收集到一英哩外的交通狀況,這使駕駛者對交通狀況擁有充足的應對時間。

      根據Lexinnova的統計,車對車通訊的相關專利,多數為豐田汽車及其子公司Denso所掌握,緊接在后專利權人則為日本車用電子商Alpine及通用汽車(GM)。

      2、巡航控制(Cruise Control)

      傳統的定速巡航控制系統,會依據設定的巡航速度,自動調整引擎節氣門開度,進而達到定速行駛的目的。智能巡航控制系統(ACC,AdaptiveCruise control)則會主動偵測前方車距,以系統限定的安全跟車時間間距,以及駕駛者設定的速度為依據,適當地控制油門與煞車,進而達到適應前車狀況的巡航控制。

       

      ACC系統主要是由前車車距偵測器、車速傳感器、縱向加速傳感器、煞車及油門控制單元,及邏輯運算控制單元組成。

      根據Lexinnova的統計,巡航控制相關專利的前三大專利權人為:博世(RobertBosch)、日產汽車、通用汽車。

      3、自動剎車(Automatic Brakes)

      自動煞車系統包含防死鎖煞車系統(ABS,Anti-LockBraking System),以及電子煞車力分配(EBD,Electronic Brake-Force Distribution)系統。

      ABS最早由Bosch于1987年引入市場,目前已是相當普遍的配備。踩煞車時,ABS會透過感測組件偵測車輪轉速,一旦發現車輪有死鎖現象,ABS會釋放煞車,然后再快速煞車死鎖,接著再度釋放再度死鎖,如此循環,可以讓駕駛者仍能操控方向盤避免打滑失控。

      EBD為ABS的附加系統,其作用先于ABS,以減少不必要的ABS動作。EBD系統監控四輪轉速,將各車輪煞車油壓自動調節至最恰當的程度,以防止ABS作用前的任何死鎖現象,增大保護范圍。

      根據Lexinnova的統計,自動煞車系統相關專利的主要專利權人為南韓的汽車零件供貨商萬都株式會社(MandoCorporation)及博世,但萬都株式會社的ABS或EBD專利似乎未用于無人駕駛車領域。

      4、車道維持(Lane Keeping)

      車道維持的技術分為下列二種:

      車道偏離警示系統(LDWS,LaneDeparture Warning System),當感測組件偵測到車輛偏離車道時,若駕駛者未打轉換車道的方向燈訊號,系統會發出視覺、聽覺或震動的警示訊號以提醒駕駛者返回車道。

      車道維持系統(LKS,LaneKeeping System)或車道維持輔助系統(LKAS,Lane Keeping Assist System),則是當車輛無意間偏離車道時,若駕駛者沒有立即對偏離狀況做處置,LKAS會主動介入控制方向盤,給予適當輔助力,讓車輛維持在原有車道內。無人駕駛車即采用此種系統,傳感器可以使用影像傳感器、雷射傳感器,或紅外線傳感器。

      圖十、車道維持輔助系統(LKAS)示意圖

      根據Lexinnova的統計,車道維持系統相關專利的前四大專利權人為博世、日產汽車、豐田汽車,及現代汽車。

      5、雷達(Radar)

      雷達系統是無人駕駛車最重要的技術之一,除了我們熟知的倒車雷達之外,定速巡航要用到雷達,偵測周遭交通狀況要用到雷達,防撞系統要用到雷達,保持車道也要用到雷達。

      車用雷達依訊號產生源的不同,分為聲波雷達、光波雷達,及毫米波雷達(MillimeterWave Radar)等三種。

      屬于聲波類的超音波雷達,因其測量距離較短,主要用于停車輔助系統,例如倒車雷達。

      屬于光波類的紅外線雷達及激光雷達,其最主要的缺點為光線穿透力易受塵雨霧雪的干擾,而影響測量的精確度。紅外線雷達的測量距離較短,可用于夜視系統,而激光雷達的測量距離較長,與紅外線雷達一樣,均可用于防碰撞系統。

      毫米波雷達的波長如名稱所示為毫米級(mm),運作頻率范圍在30GHz到300GHz之間,主要集中在23~24,60~61,76~77GHz頻段,是目前車用雷達研發的主流。與聲波相比,毫米波雷達不受大氣紊流的影響,與光波相比,毫米波雷達的穿透性較強,因此毫米波雷達的探測性良好,精準度高。

      無人駕駛車除了使用雷達系統之外,還有使用光達系統(LIDAR),也就是光學遙感技術,通常是利用雷射光脈沖對目標物進行高密度掃描,以量測物體的距離,或獲取物體三維形貌的數據。

      根據Lexinnova的統計,雷達關專利的前四大專利權人為豐田汽車、日立商社、博世及富士通。

      結論

      無人駕駛車在正式上市前,除了要面對復雜的法規問題之外,還有許多技術問題尚待克服,例如各式各樣的感測組件穩定度及準確度問題、車對車通訊的安全性問題、軟件整合度的問題、操作判斷程序的問題等等,而這些種種技術問題,最終將匯集成為消費者最敏感的價格問題。

      其實無人駕駛車所需的基本技術,都是目前現有技術的再研發與改良,但將這些技術整合運用則是一種創新與發明。我們期待這股創造力量能為科技產業與汽車產業帶來龐大的商機,也希望能夠透過科技的力量創造出更安全、更有效率的行車環境,以及更節能、更環保的生活方式。

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