知識庫

車輛中心自動輔助駕駛系統介紹及成果展示
  • 發布年度:2016
  • 主要類別:駕駛輔助
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處

    自動輔助駕駛系統(Autonomous Driving Assistant System, ADS)的發展是近年來車輛中心(ARTC)的重點研發項目之一,其最大的困難在於整合多個主動控制系統於一身,而各子系統間的訊號如何調配合宜,會是成就一部自動輔助駕駛車輛的關鍵之一。

    ARTC已開發出許多智慧化駕駛輔助系統,除了車輛全周環境偵測已有完整的技術基礎,對於特定單一主動控制功能來說,也已逐步進行開發,例如:車道維持系統(Lane Keeping System, LKS)、自動緊急煞車系統(Autonomous Emergency Braking, AEB)等,這些系統都是成就今日自動輔助駕駛車輛開發的基礎。而未來更將在多個主動控制系統間的整合多加著墨,增強自動輔助駕駛系統的功能。

    ARTC自動輔助駕駛系統技術介紹
    自動輔助駕駛系統功能的設計係大量採用感測融合技術(Sensor Fusion)的概念,完成感測訊號整合與系統容錯之設計。在感測訊號整合方面,本自動輔助駕駛系統主分成LiDAR環境感測、影像車道線偵測與障礙物辨識、GPS結合電子地圖資訊動態定位等三項主要技術。

    在LiDAR環境感測技術方面,由於LiDAR所感測之訊號較不易受氣候影響,所偵測出來的訊息也是車輛當下最即時且真實之用路環境,因此,於自動輔助駕駛系統整體控制順序上排列最優先。而LiDAR所偵測出來的物體資訊,例如:障礙物位置、建築物相對距離等,則可供給影像與車輛定位系統,進行偵測訊號之融合。

    在影像車道線偵測與障礙物辨識技術方面,因影像偵測系統接收到LiDAR回饋之障礙物位置訊號後,可迅速辨識出車輛前方車道上物體之種類,有助車輛緊急煞車之控制邏輯判斷,提升系統之安全。此外,本自動輔助駕駛系統仰賴影像偵測車道線之回饋訊號進行車道維持功能,倘若LiDAR偵測車輛移動環境無異常,將系統則依車道線偵測訊息將車輛維持於指定道路上。

    然而,影像偵測車道線仍可因外在環境過曝或是路面品質不良致使車輛俯仰角變化過大而使影像訊號偵測異常並導致車道維持功能失效,此時GPS結合電子地圖資訊動態定位技術的導入可解決該現象發生時車輛姿態之控制。GPS的定位為一粗略的位置,但結合LiDAR偵測車輛周圍環境,例如:建築物、特定設施等,結合給定之電子地圖資訊,可輔助車輛定位在一行駛車道上。但因電子地圖終究為事先量測好的資訊,並非車輛行經當下最即時的情況,因此在自動輔助駕駛系統上屬於輔助控制之角色。依目前ARTC之動態定位技術而言,動態定位誤差約略在1.5公尺左右,等同於半車道之誤差量,可協助車道維持系統失效後之輔助控制機制。

    另外,在系統容錯設計方面,因自動輔助駕駛系統在運行過程中可能遭遇不可預測之外在環境,而使系統或次系統部分功能失能或短暫失效,最後危害車輛之安全。因此,在設計過程中,單一功能需設計出多重控制迴路,以主控制迴路與備援控制迴路之分別,以防當系統特定功能失效後,另一輔助功能可協助車輛短暫運行,提升車輛整體的安全性。所以在自動輔助駕駛設計之初即須以最可靠之系統為主控制迴路,而次控制迴路之設計則需與主迴路之結構不同才能達到輔助控制之目的。

    ARTC自動輔助駕駛系統功能展示
    在去(2015)年SAE環保節能車大賽活動上,ARTC展示了自動輔助駕駛技術。當時在一筆直道路中,自動輔助駕駛車輛可自行通過S行車道,並進行車道變換與自動煞車等主動控制性能,然車速最高僅約10公里/小時;一年之後,ARTC在同一活動上再次展示自動輔助駕駛技術研發的進展,除了自動駕駛距離由150公尺直線道路延伸到600公尺廠區封閉路徑外,展示項目也由原先3項增加到了6項,性能大為精進,以下分別就自動輔助駕駛系統6項展示功能之技術進行說明:

    影片:2016.5.15 ARTC自動駕駛車展演
    1. 車道變換與避障功能:當車上LiDAR偵測到車輛前方有類似車輛之障礙物時,系統會評估碰撞距離,若研判有發生碰撞之危險時,將對車輛控制系統下達車道變換之命令,以變換車道之方法避開該障礙物,達到車輛避障之功能。
    2. 道路縮減功能:在2015年的展示中,是以車道雙側排列交通角錐的方式,導引車輛進入S型車道;而今(2016)年的展示車道則以單側擺設交通錐的方式,營造出道路縮減之情境,由原先3.75公尺寬之車道縮減至3公尺,目的在考驗動態控制技術,將車輛控制在車道內行駛。該功能係採用LiDAR偵測車輛前方環境,當偵測到車輛行駛道路上有角錐擺設時,會回傳車側與角錐的相對距離,並控制車輛離角椎在一固定距離,避免碰撞角椎,並完成通過道路縮減之區域。
    3. 路口轉彎功能:與往年最大的不同在於展示路徑中會遇到多處路口,車輛到達此處須自動進行轉彎,然而,當車輛轉入與原先車道角度差達90度的新車道時,如何保持在該行駛的路徑上,則為一看似簡單但實為困難的議題。本系統應用裝設於車頂上之LiDAR掃描車輛環境建築物之特徵,搭配GPS定位系統,將物體特徵與GPS標示於電子圖資上之位置進行匹配,確認車輛處於交會路口時即進行車輛轉彎,當車輛進入新的車道時,除了LiDAR提供與建築物之相對距離外,若影像系統偵測到車道線時,主控系統會主動切入車道維持控制,將車輛維持行駛於新車道,完成路口轉彎之控制任務。
    4. 直線加速功能:當車輛進入一直線車道後,最高將加速至時數30公里。雖然直線加速仍以車道維持系統為主,但在加速過程中仍需考慮影像偵測失效等問題,因此,控制系統在設計時已將地圖資訊與LiDAR偵測建築物相對距離等資訊列入第二與第三後備控制迴路,即若光線過曝或路面品質不良導致車道維持系統之影像偵測失效時,控制系統仍有其他資訊足以輔助控制車輛動態,避免車輛失控之情形發生。
    5. 自動緊急煞車功能:相較於前一年所展示的自動緊急煞車功能雛型,在2016年的展示中,除了車速更快,煞車減速度更高之外,還可在行人離開車道後自動啟動油門,繼續進行車輛自動控制。自動緊急煞車係採用LiDAR偵測車輛前方車道內之障礙物位置,再與影像辨識系統進行結合,若辨識出前方物體為行人且有發生碰撞之危險,控制系統將會自動進行緊急煞車,避免碰撞情形發生。
    6. 自動停車功能:車輛憑藉地圖資訊找尋適當的停車空間,透過控制系統駛往指定位置之後,自動控制車輛油門、煞車與方向盤,將車輛自動駛入該停車格,完成自動停車之功能。

    整體來說,自動輔助駕駛系統設計之關鍵在於如何有效整合車輛感測資訊以及提高系統可靠度,系統功能的呈現除了展現卓越的控制技術之外,其背後隱含的訊號處理、訊號融合等技術是其成功之主要因素,也是整體系統的重要基礎。而系統功能的另一重要指標在於可展示的情境,愈可靠的系統所能適用的情境勢必愈廣泛,這也是目前眾多知名的自動輔助駕駛車輛設計單位所追求的目標。

    ARTC經過一年的努力,自動輔助駕駛系統已從直線道路情境提升至封閉路徑場域,也不斷地將所開發的主動控制系統整合至自動輔助駕駛系統上,相信不久的將來,ARTC所開發的自動輔助駕駛車輛可於更多的操作環境中行駛。
     

© 2016 ARTC All Right Recerved. Design by Creatop.