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自動駕駛車技術發展概要
  • 發布年度:2013
  • 主要類別:車輛產業調查與分析
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 產業發展處 陳柏豪

    2013年8月日本車廠Nissan宣布將於2020年推出自動駕駛車,近期因Model S電動車而成為家喻戶曉的美國電動車廠商Tesla,亦於9月底宣布將於3年內推出自動駕駛車,加上GM、Google與Mercedes-Benz車廠宣告的商品化時間,使的自動駕駛車發展更是白熱化;然此技術發展沉潛許久才露出曙光,現階段仍有許多課題須待克服。

    DARPA自動駕駛挑戰賽開啟重要發展契機
    自動駕駛車發展起初僅於部分車廠內部進行小規模測試,直到美國國防部 (DARPA,Defense Advanced Research Projects Agency)舉辦自動駕駛挑戰賽,且不限制參賽隊伍,才結合了多方技術能量使自動駕駛車可迅速的發展。
    首場賽事於2004年3月美國Las Vegas沙漠舉行,100多支參賽隊伍沿15號州際公路進行長達240公里的競賽,僅卡內基美隆大學(紅隊)行駛近12公里為最長距離,無任何隊伍能完成賽事。2005年10月再度於同地舉辦,賽道中新增3個隧道與近百個彎道,近200支的競賽隊伍最終僅4支隊伍於規定時間下完成,然對比2004年的賽事,表現上已優異許多。

    第三場賽事於2007年11月舉行並移師至加州George空軍基地舊址,賽道上設有交叉路口、交通標識、號誌燈等,並有人駕駛的車輛同行以營造出一般公路的駕駛環境,賽制上亦改為開始前才通知地點與終點,最終11支參賽隊伍有6支車隊完賽,顯示自動駕駛車技術能力已大幅提升。值得一提的是,參賽隊伍大多由車廠與院校研究機構組成,如冠軍隊伍TartanRacing是由GM集團與卡內基美隆大學、亞軍史丹佛賽車團隊與福斯集團合作,季軍VictorTango則是Ford集團與維吉尼亞理工學院組成。

    自動駕駛車運作概要與發展關鍵
    DARPA舉辦的自動駕駛挑戰賽引起眾多廠商的興趣並積極投入,近年車廠宣佈自動駕駛車商品化,更使得民眾期盼電影裡的科幻劇情將真實上演,然未來能否如期上市仍有待考驗。

    細看自動駕駛車配備,包含攝影機、雷達、360°雷射雷達、導航系統、圖資系統與車間溝通等,如下圖Google自動駕駛車所示,車頂裝配雷射雷達進行360°度旋轉,掃描周遭200公尺環境繪成3D地圖;左後輪裝上定位感測器,測量汽車的移動,監控車輛是否偏移GPS地圖中位置;車體周邊裝上雷達感應器協助判斷車輛遠距離物體位置與距離等,使自動駕駛車行進。以人體為例,簡要概述自動駕駛車運作,車頂攝影機與360°雷射雷達由如人體眼睛,全方位掃描周邊環境;車身雷達感測器如人體觸覺,評估汽車所在的位置、監測後方車輛的距離;GPS導航如人體手腳,定位車輛目前所在位置;電腦資料庫如人體大腦,將即時資訊透過網路連接資料庫,進行數據交換與比對,最後下達行駛指 令,使車輛對交通狀況做出正確反 應。

    資料來源: Google;ARTC整理(2013/10)
    圖  Google自動駕駛車設備裝置

    自動駕駛車上路更涉及「安全」重大議題,如下圖所示包含4大關鍵。首要條件為各感測元件(如攝影機、雷達、感測器等)需可承受長時間運轉以及溫度、濕度等環境變化的干擾,提升運轉穩定性與偵測準確性;再者,各感測元件交互整合成各主動安全系統,車廠須克服系統間相互干擾的問題,及車輛間通訊(V2V)能否有效溝通亦考驗著車廠的資通訊發展與整合能力;第四,車廠須建置電腦資料庫,透過車間通訊的資訊及時回復與不斷更新3D地圖,才能避免下錯指令。如同人們手、腳、觸覺與大腦相互配合,才免於行走時跌倒。最後,重要的問題就是「成本」,以Google自動駕駛車為例,額外裝配進行測試的設備高達7萬美元(約新台幣210萬元),若價格上無法更親民,則將使自動駕駛車停留在概念車階段,或只能少規模生產無法大眾化普及。

    資料來源:  ARTC  (2013/10)
    圖 自動駕駛車技術發展4大關鍵

    美國NHTSA規範,自動駕駛車依法可「行」
    企業擁有技術能力外,還有賴政府訂定相關規範,自動駕駛車才能正式合法上路。2012年2月美國加州政府正式發出全球第一張合法牌照,由Google拔得頭籌;汽車零件供應商Continental與傳統車廠Audi亦相繼取得內華達州合法牌照,為目前可合法上路的3家廠商。

    2013年6月美國國家公路交通安全管理局(NHTSA,National Highway Traffic Safety Administration)進一步發佈自動駕駛車發展政策以及相關準則,內文指出其他州可遵循加州與內華達州自動駕駛車的法令,此一鬆綁將使更多州發放自動駕駛車牌照。另一方面,美國政府認為自動駕駛車發展羽翼未豐,不建議進行測試以外的目的,除非有駕駛執照(甚至有「自動駕駛車」駕照)的駕駛人才可進行非測試以外的用途,以確保意外發生時能即使接管車輛,未來待自動駕駛車輛技術成熟並廣泛使用,才考慮放寬限制。重要的是,規範中明確定義並劃分車輛自動化等級,從Level 0到Level 4共五個層級,如下表所示,以目前Google發展自動駕駛車為例,屬於Level 3層級。未來四年將完成正式規範與準則,供自動駕駛車商品化使用。


    克服4大發展關鍵,自動駕駛車「駛」向未來
    美國國防部挑戰賽提供發展契機,Google、Continental及Audi於美國相繼取得了合法上路權,美國NHTSA制定相關規範,雖未成熟但首開先例往前邁向一步,使美國目前位居發展自動駕駛車領導地位。以Nissan發展自動駕駛車為例,亦是與2007年挑戰賽優勝隊伍如麻省理工學院、史丹佛大學、卡內基美隆大學進行合作,吸取技術發展經驗。

    未來自動駕駛車商品化更需克服4大關鍵,包括:自動駕駛車發展需提升感測元件穩定性與準確度、各系統與車間通訊整合能力與電腦資訊系統的建置與更新,待技術成熟後並將成本降低,方能使自動駕駛車成功商品化,讓原本僅存在於電影劇情裡的畫面,真實馳騁於大街小巷中。
     

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