現在,正是發展無人車的完美時機
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現在,正是發展無人車的完美時機

為什麼直至最近無人車才不再被視為科幻小說,而是眼下將實現的革命性科技產品?主要原因在於,人工智慧的顯著進展,以及開發無人車的所需技術和硬體越來越便宜和普及,讓自動駕駛車終能成形。

事實上,早在1925年就出現第一台自動駕駛概念車,但為什麼直至最近無人車才不再被視為科幻小說,而是眼下將實現的革命性科技產品?主要原因在於,人工智慧的顯著進展,以及開發無人車的所需技術和硬體越來越便宜和普及,讓自動駕駛車終能成形。

拆解自動駕駛技術

Toyota研究機構負責人Gill Pratt列出幾點和無人車相關的技術。首先是智慧型手機,其相關技術、低電壓電腦處理器、電腦視覺晶片和攝影鏡頭,變得「難以置信的便宜和普及」。

再者,汽車也從過去的以動力裝置為中心,轉向以電腦為中心,例如配備行車紀錄器、前後感應器等避免撞到物體和警示駕駛的科技。此外,用來辨識位置和指引方向的圖資系統,不論是GPS定位還是Google Map,都已越來越精確。

深度學習讓電腦感知能力也越來越接近人類,讓無人車可辨識出腳踏車和行人、號誌和樹的區別。Gill Pratt指出,每年的「ImageNet圖像識別大賽」會考驗用深度學習演算法辨識圖片和影像的準確度,好幾年前,錯誤率高達30%,不過在去年,錯誤率已大幅降到低於5%。

這些關鍵的感測技術和計算能力,構成了實現無人車的基礎,很大部分也和ADAS(先進駕駛輔助系統系統)用到的技術重疊。

自駕車如何看見世界

圖/ 翁羽汝/製圖

為什麼要這麼多種感測器?優缺點互補

技術 優點 缺點
光達(Lidar) 1. 可不分晝夜進行偵測。
2. 可描繪出物體的輪廓和距離。
1. 易受大雨、下雪、濃霧等氣候影響。
2. 所需電腦計算效能高。
3. 售價昂貴是無法普及的最大障礙。
毫米波雷達 1. 無線電波可穿透霧、灰塵、雨、雪,不受天氣影響。
2. 可判定逼近物體的速度。
1. 無法偵測到物體的形狀跟大小。
2. 無法偵測道路指標和靜止物體。
聲納 可和其他感測器的數據交叉比對。 可偵測範圍窄、距離短
高功率攝影鏡頭 1. 相較其他感測器較低價。
2. 搭配軟體可辨識雷達無法分辨的交通號誌、障礙物種類。
受限於視覺,天黑或天氣不佳時的辨識度會下降。

目前多數車商在量產車中配備的「自動駕駛」功能,包含特斯拉、Volvo、Mercedes-Benz、奧迪等,事實上就是搭載ADAS,若以NHTSA對自動駕駛的等級,大多介於第二到第三級。不過,Google、福特和百度,則是希望跳過「半自動駕駛」的過程,直接研發等級最高的完全自動駕駛。

NHTSA將自動駕駛車,按照自動化程度分為五等級

等級 功能 說明
0 無自動 由人類駕駛完全控制汽車行駛,包含煞車、方向盤、油門等。
1 特定功能自動 主要由駕駛控制,車輛只能輔助特定任務,通常指的是自動巡航,讓汽車保持在一定的速度。
2 整合功能自動 車輛擁有至少2項可整合作用的自動功能, 汽車可自行維持速度、煞車避免碰撞、維持在道路中間等,不過駕駛依然需負責駕駛。特斯拉目前的車輛屬於此階段。
3 部分自動駕駛 駕駛在特定情況或區域可以讓車輛自行控制。車輛不只可以控制速度和方向,還可做決定,例如前面有車時,不一定只能煞車,還可換車道。
4 完全自動駕駛 車輛可以自主安全的駕駛,人類駕駛完全不須介入操控。

過去,ADAS多裝載於高階車輛,但如今已有越來愈普及的趨勢。目前ADAS系統包含:自動巡航系統,即透過自動維持車速以和前方車輛保持安全距離;停車輔助系統,讓汽車可自動將車輛停在停車位;道路偏離預警系統,在車輛快偏離道路時警示駕駛,以及自動緊急煞車的防撞系統。

而在ADAS產業技術最領先的,就是位於以色列的Mobileye,全球ADAS市場約有90%都來自Mobileye。過去,特斯拉就是和Mobileye合作研發,不過在特斯拉發生首起死亡車禍後,Mobileye便宣布停止雙方合作關係。今年7月,Mobileye宣布和BMW及Intel聯手,合作打造全自動駕駛汽車,預計2021年量產。

「MIT」的先進輔助駕駛系統

回到台灣,財團法人車輛研究測試中心(ARTC)從2006年起開始研發「Made in Taiwan」的先進駕駛輔助系統,並於今年10月於彰濱工業區鹿港總部展示研發成果,包含自動輔助駕駛系統(自動緊急煞車系統和車道跟隨系統)、無線充電系統、停車場自動輔助駕駛系統及行人辨識系統,預計最快2017年裝有ADAS的自動駕駛車就能在台灣上路實測。

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圖/ 侯俊偉/攝影

ARTC指出,交通事故當中,高達九成是人為因素造成,起因於人類在長途駕駛會因過度疲勞而分心,無法百分之百注意周遭的路況與環境,造成車輛偏移車道、碰撞前方車輛等情況。為減少此類交通事故發生,車輛中心開發自動緊急煞車(Autonomous Emergency Braking System,AEB System)及車道跟隨系統(Lane Following System,LFS),讓車輛在道路行駛中,無論直線、轉彎皆能自行維持在車道內,當遇到其他車輛或行人等障礙物出現時,系統將主動介入控制煞車,以減輕事故所造成的傷害。

測試當天於高速行進情境所使用的自駕車,主要由攝影機偵測車道線,方向盤由系統操控,駕駛者只需操控煞車和油門,最高速可達120kph。測試當天,速度維持在60kph,當毫米波雷達偵測到5到100公尺的範圍內有行進30kph汽車,便會啟動自動緊急煞車,大約2秒左右就能煞到10kph,待煞到一定的速度後再交由駕駛操控。

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圖/ 侯俊偉/攝影

除了模擬在高速公路高速行進的情境,ARTC也展示在市區的自動駕駛情境。這台由光達、定位系統和攝影機組成的自動駕駛車,在車輛偏離車道時可自動導回車道。

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圖/ 侯俊偉/攝影

三種系統的作用優先順序,第一是光達,不僅可以偵測障礙物,還可以「辨識」。例如,當辨識出前方障礙物為汽車,車輛會選擇繞過汽車。第二是影像系統,可偵測車道線,維持在車道間。第三是定位系統,負責路徑規劃和轉彎,且當遇上障礙物而繞道,導致車輛和定位系統的位置差太多,定位系統會介入來導正路徑。

此外,當天也展示了停車場自動駕駛,其中運用了超音波和影像感測技術偵測障礙物、車道線和車位等周邊環境,並結合GPS、電子圖資、慣性測量元件(Inertial Measurement Unit,IMU)和輪速計,控制車輛自動進入停車位。駕駛只需透過app獲得停車資訊,便能設定讓車輛自動尋找車位、停妥車輛;回到停車場後,同樣可透過app直接召換車輛自動開到所處位置。

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圖/ 侯俊偉/攝影

其他展示的技術還包含車用無線充電系統,能即時判斷金屬異物入侵與否,有效中斷無線電力傳輸,並將相關訊息發送至客戶端,避免導電產生安全問題,以提升系統安全性。行人辨識系統,使用視覺感測器模組辨識,可辨識出5~25公尺範圍內的行人,未來將擴充可辨識出車輛、機車和腳踏車等障礙物。搭配用來測距的雷達後,可升級為自動緊急煞車系統。

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圖/ 侯俊偉/攝影

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