事實上,早在1925年就出現第一臺自動駕駛概念車,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,
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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
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
回到臺灣,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,
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預計最快2017年裝有ADAS的自動駕駛車就能在臺灣上路實測。
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),
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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,
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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,
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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。
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。這臺由光達、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。
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。
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,
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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。
文章源自於數位時代,