马路上的创新,自动驾驶如何运作?

马路上的创新,自动驾驶如何运作?
马路上的创新,自动驾驶如何运作?

车子毕竟不像人有双眼可看,或有双耳可听,因此必须藉由摄影镜头、各类感测元件作为辅助,协助电脑系统「看见」、「听见」外界情况,藉此判断前方是否有车,以及行进方向是否偏离行驶路线。

早期的感知技术多半透过趋近感应器、光线识别等方式判断车辆前方是否有物体趋近,藉此判断是否距离前方车辆过近,或是侧面是否有车经过,但毕竟感测元件无法像人可藉由双眼迅速判断前方路况,因此后续才加入摄影机拍摄影像方式,结合电脑视觉技术让车辆能以更快速度反应,甚至更能进一步分辨前方行经物件,藉此判断是否启动煞车,或是进行闪避。在部分概念车、自驾车设计甚至将后视镜移除,或是仅保留后视镜外观,实际上则是以摄影镜头取代其功能,让驾驶更方便透过萤幕确认车辆后方状况,或是直接输入自驾系统让电脑有更多资讯可做判断。

以目前自驾车等车辆採用识别系统,多半都已经结合感测元件、摄影镜头,以及用于快速、精准测距的雷射光车头灯设备,藉此构成先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS),让这些装置代替人眼协助车辆「看清楚」前方路况,甚至能随时「紧盯」车辆四周,藉此辅助驾驶在行进过程能随时顾及情况。目前包含Mobileye、ZF等厂商都已经分别提出以摄影镜头、趋近感应器、超音波及雷射感测元件等为基础的辅助系统解决方案,藉此代替人眼帮车辆「看」得更仔细。

另一方面,自动驾驶与辅助驾驶系统不光是顾及车辆四周,其中一项重点更在利用摄影机检视车内状况,避免驾驶在行车过程產生分神,或是疲劳驾驶等情况,进而降低人为因素的车辆意外,甚至判断驾驶当下情绪是否因道路不熟悉,可透过播放缓和心情的音乐,或提示是否透过导航系统查询路线,藉此缓和驾驶内心焦虑,减少因紧张导致错误操作而造成危险。

而车辆「看」的部分,其实更包含整个车辆内部重要运作机件,也能确认燃油管线是否异常、胎压是否处于正常范围,或是煞车做动是否正常,虽然这些过去车厂都已经提出相关解决方案,但在自驾系统与辅助驾驶系统更必须与车载电脑整合,进而在发现异常状况时,交由电脑做第一线判断与处理,否则就要及时转由驾驶接手操作。

车子自己开,还要仰赖外部协助

现阶段的车载系统设计,即便採用高效能电脑与感测元件,依然无法实现等同人脑的判断能力与反应速度,加上无法像人脑可透过个人认知、经验或情感等判断当下是否应该让车辆转弯或停下,车载系统往往需要更多外部资讯协助真实路况判断,例如发现前方路口堵塞时,人脑或许可透过眼睛直觉判断,或是过往经验决定是否绕道,自驾车则必须仰赖连网取得即时交通流量资讯,配合地图系统判断是否改变导航路线,进而完成绕道的「决定」。

此外,从最早的自动驾驶系统设计到目前採用技术,已经从路况判断、路线范围与行驶过程的趋近物件识别等运算均在车辆系统完成运算,演变成藉由连网即时取得高解析地图资讯确认可行进路线,或是标记单行道、道路限速等资讯,同时可即时取得前方道路交通流量、是否发生车祸等资讯,让自驾车可预先知晓前方行进路线情况后,将多数运算资源集中在车辆四周围的突发状况,例如留意前方车辆是否紧急停下、是否因应路人突然靠近而需让车辆停下,甚至注意车内驾驶是否精神不集中,或是将目光集中在使用手机等情况,判断是否提出警告或是让车辆平稳停下。

而在外部资讯连动部分,更包含与智慧城市中的交通号志连动等功能,透过主动提示自驾系统应将车辆平缓停下,可省去自驾系统透过电脑视觉判断交通号志是否为红灯的运算流程,进而让自驾系统应用变得更具效率,对于计画发展无人接驳巴士应用的城市而言,这样的设计将使自驾系统更具安全。另一方面,藉由智慧城市以巨量数据分析各地区交通流量,进而让自驾车能轻易地透过数据资讯拟定最佳行进路线,进而降低交通堵塞比例,同时也能减少自驾系统在诸多道路状况判断时產生错误机率。

因此对于整个自驾系统应用,不但只是车辆本身必须够聪明,还要能配合外部协助「看」得更多,甚至可从车与车之间的彼此连结获取更多资讯,如此才能从里到外确保自驾过程的安全。

至于在动能方面,由于不少车辆开始走向电力辅助或纯电驱动设计,因此不少车辆解决方案朝向电池快充技术发展,让电池可在短时间内充入足够到下一个充电位置的电量,藉此提升全电驱动车辆使用率,甚至因应以全电驱动的运输车辆需求,例如包含Skoda在内的车厂,已经在欧洲特定地区测试可随时供电的道路设计,并且藉由太阳能形式维持电量,而高通日前也在Formula E赛事中提供名为Halo的无线充电技术,让BMW提供的安全前导车能以无线充电板补充动能,并且可在一小时内完成充电,未来更计画应用在实际道路,让更多市售电动车能在行驶过程同时充电。

数位助理不只是噱头,开口说也能操控车

从苹果推出数位语音助理Siri,到亚马逊去年底大量开放第三方厂商使用其Alexa数位语音助理服务,目前有越来越多车厂开始将数位语音助理服务应用在车载系统,让使用者能透过自然口语方式操作车辆功能。

而加入此类功能,并非只是噱头,其实是考量驾驶过程直接透过萤幕选单操作容易发生危险,因此许多车厂在很早之前就将简单语音声控应用在车载系统,让使用者能透过关键字词启动特定功能,近年因苹果推行CarPlay、Google提供Android Auto等应用,使得语音操作在车载系统成为重要应用项目。

只是目前此类技术发展过程,仍面临车内麦克风收音效果、语音辨识成功率和能否了解使用者不同口语所表达的涵义等挑战,而这也是各车厂未来需要改善的问题。至于进一步与数位语音助理服务结合,不仅是让使用者能以更贴近自然口吻方式与车载系统进行「互动」,更重要是,可藉由持续连网与机器学习让车载系统更能了解驾驶实际需求,长时间累积之下将可让车载系统变得更「聪明」。

数位语音助理不仅扮演乘客与车辆沟通的桥梁,未来更担任使车辆电脑理解乘客实际需求的重要关键,在自动驾驶逐渐取代原本人为操作之后,车辆行进间的所有操作纵使交由电脑负责,车内乘客依然必须随时与电脑系统互动,例如交代开车前往目的地、中途是否改变前往路线、是否开启车内娱乐设施或其他需求等。而加入数位语音助理与乘客之间的互动,更能使得原本让人觉得冰冷的自驾车更具「人情味」。

但由于距离实现《霹雳游侠》中的「伙计」仍有些遥远,因此部分厂商,如NVIDIA,固然认为数位语音助理应用相当重要,但暂时还不会太快应用在车载系统,因为目前此类应用放在车辆上的实用性仍不高,加上自驾技术还无法完全保证安全性,若驾驶将注意力过于放在与车辆互动,反而可能造成危险。不过,诸如福特、Nissan等车厂则认为提供数位语音助理服务,更有利驾驶专注持握方向盘,并且透过语音声控方式启动车辆功能,甚至能进一步与家中设备连动,比方福特便结合亚马逊Alexa数位语音助理功能,让驾驶能直接在车内透过语音开启车库铁卷门,而不用麻烦地寻找遥控器。

自动驾驶不仅用在四轮车,还有二轮车种

自动驾驶技术除了应用在四轮车款之外,目前也开始逐渐应用在更多人使用的二轮车辆,包含本田、山叶等日本车厂,其实都已经针对二轮车辆骑乘时,因路况湿滑、碎石等情况造成车辆打滑等问题提出技术解决方案,例如本田透过本身机器人ASIMO研发经验,在二轮车辆前叉与车台结合处导入类似ASIMO的膝关节设计,当车辆藉由内部感测元件侦测到目前处于不稳定状态,便会立即改变前叉与车台支撑角度,模拟人体双脚面临重心不稳时,将本能地踏出一步改变重心并取得平衡的方式,同时搭配陀螺仪等元件让车辆能维持稳定。

而制作各类家电、电动工具出名的德国厂商BOSCH,其实本身同样投入车载系统元件与发展后端云端服务解决方案,除了针对连网车载系统与自驾车提供感测元件、视讯镜头及云端数据分析平台之外,提供二轮车款的解决方案则是针对骑乘过程面临不同路况时的煞车辅助,当驾驶在雨天湿滑路面打滑时,感测元件警觉车辆即将面临转倒,系统便会介入ABS煞车元件与控制引擎转速,藉由适当煞车操作辅助与车辆自动降速,让车辆能够妥当稳定地停下,避免驾驶在着急之下反而因人为操作不当造成更大意外。

至于在操作辅助部分,诸如BMW等车厂其实也针对二轮车款提出智慧应用方案,例如藉由在车辆设置各类感测元件,随时监控车辆引擎转速、行进速度、燃油残量,以及煞车等重要元件是否处于异常,另外也能透过蓝牙连线方式,将相关行车资讯投放到搭载抬头显示器功能的安全帽镜片,驾驶能直接透过眼前镜片观看重要行车资讯,或是连结手机显示即时来电或简讯,甚至可在镜片显示路线导航功能。

另外诸如Garmin等针对车辆提供辅助器材的厂商,同样也在二轮设计的自行车上打造自行车智慧雷达设备,一旦侦测后方来车逼近到一定程度,便会自动向骑士发出警示,甚至可配合其他设备显示多部后方车辆逼近程度与相对接近速度,骑乘过程中也会以闪烁灯号形式提醒前方车辆,避免前方车辆在未留意后方自行车的情况下,因突然煞车或转向导致意外发生。台湾车厂光阳更在去年针对二轮车辆提出新款仪表系统Noodoe,让骑乘者可自设仪表风格、显示邻近加油站等设施,或是连动手机来电资讯等内容,让骑乘者能在最短时间获得所需资讯。

虽然不比四轮车款更着重于自驾系统发展,许多车厂、配件厂商对于二轮车款的下一步,主要还是聚焦在车辆操作乐趣与驾驶本身安全之间的平衡,毕竟二轮车款一旦发生意外,受到最大衝击往往是驾驶,而不像四轮车款至少能藉由坚硬车身挡下首波衝击。

看更多精彩内容详见本期的数位时代

  • 数位时代 2017-02-07
关键字: 无人车电脑自驾车
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