2021年07月28日

專欄作家曾逸敦/
現任中山大學機電工程學系教授,開授汽車學與世界發展史課程。著書有「汽車學原理與實務」、「電動車原理與實務」、「保時捷911傳奇」及「義大利超跑傳奇」。
部落格:曾教授與古董保時捷(eatontseng.pixnet.net)
現任中山大學機電工程學系教授,開授汽車學與世界發展史課程。著書有「汽車學原理與實務」、「電動車原理與實務」、「保時捷911傳奇」及「義大利超跑傳奇」。
部落格:曾教授與古董保時捷(eatontseng.pixnet.net)
自駕車時代來臨,加快了先進駕駛輔助系統 ( ADAS) 的發展,ADAS為先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems)的簡稱,是近年來車廠積極發展的智慧車輛技術之一,是為了將來可以達到無人駕駛智慧車輛境界的技術進階過程,用於持續監控車輛周遭環境,提醒駕駛員危險路況,並採取糾正措施,如減速、導正或停止。這系統使用來自各式各樣的感測器(如攝影機和雷達)資料彙整處理並及時提供給駕駛和系統中相關功能服務,致力於大幅減少道路交通事故,以及幫助駕駛避免因爲碰撞所造成的傷亡,這些系統的反應比任何人都快,且時時保持警惕,目前已被各種車款所採用,從高級房車到經濟型都有配備,亦成為台廠積極布局的重點領域。
1.ADAS的重要特性
近年來豪華汽車所具備的高階特性隨著時間的推移,最終慢慢地都應用到中階和經濟型汽車上,成為必備的電子和電氣系統。而ADAS系統應用拓展如此之快的原因是出於廠商們增強自家產汽車的吸引力,再者是成本的大大降低是關鍵因素,現階段已實現將多種感測器和處理器的技術集成在很少的元件中,以中階汽車能夠承受的價格來設計ADAS應用,最後則是政府規章制度的原因,政府要求安裝得到驗證的ADAS技術,作為汽車中的標準配置,以確保駕駛者、乘客、行人以及其他道路用戶的安全。那麼,為何安裝ADAS系統如此重要呢 ? 我們以下圖為例說明ADAS四大重要特性。

圖1、ADAS 四大重要性
2.感測器融合
感測器融合這一想法的偉大之處在於獲得不同感測器和感測器種類的輸入內容,並且使用組合在一起的資訊來更加準確地感知周圍的環境。相對於獨立系統,這樣可以做出更好、更安全的決策。雷達也許不具有光感測器所具有的解析度,不過它在測距和穿透雨、雪和濃霧方面具有很大優勢。這些天氣條件或光照不足的惡劣情況不利於攝影機發揮作用,不過攝影機能夠分辨顏色(可以想一想街道指示牌和路標),並且具有很高的解析度。目前路面上影像感測器的解析度已經達到100萬畫素,在未來幾年內解析度甚至會更高。
雷達和攝影機是兩項感測器技術完美融合、互為補充的典範;採用這種方法的融合系統所實現的功能要遠超這些獨立系統能夠實現的功能總和。使用不同的感測器種類可以在某一種感測器全都出現故障的環境條件下,額外提供一定冗餘度。這種錯誤或故障可能是由自然原因(如一團濃霧)或是人為現象(如對攝影機或雷達的電子干擾或人為干擾)導致。即使是在一個感測器失效的情況下,這樣的感測器融合系統也可以保持某些基本或緊急的功能。完全借助警報功能,或者讓駕駛員時刻做好準備,從而接管對車輛的控制,系統故障就不那麼嚴重了。

圖2、ADAS與自動駕駛之運作
輸入:蒐集資訊
由散佈於車體的各種感測器,如超聲波雷達、紅外線、CCD/CMOS影像感測器、及輪速感測器、壓力感測器、氣體感測器等等…來蒐集相關的參數變化情形;並透過有線/無線傳輸技術如光纖電路、藍牙、WiFi等將訊號傳輸至中央處理單元。例如停車輔助系統(PAS)使用超聲波雷達來測量距離、盲點偵測系統(BSDS)採CMOS影像感測器來識別後方來車、夜視輔助系統(NVS)使用紅外線熱感測來協助駕駛人適應外在環境。
處理:控制單元
車用電子設備的處理核心,除了各種半導體元件之外,最重要的就是控制單元(ECU)、及微處理器(MCU);功能在將感測器所收集到的資訊進行分析處理、運算判斷出正確的行車資訊及應作出的控制指令,然後再向控制的裝置輸出控制訊號,以便作出即時且有效的反應。
輸出:執行指令
依據ECU輸出的訊號,讓汽車完成動作執行,
例如發出警告鈴聲、在螢幕顯示訊息、執行主動煞車或轉向等動作。

圖3、系統的三大處理程序