事实上,早在1925年就出现第一台自动驾驶概念车,但为什么直至最近无人车才不再被视为科幻小说,而是眼下将实现的革命性科技产品?追其原因,主要在于,人工智能的显著进展,以及开发无人车的所需技术和硬件越来越便宜和普及,让自动驾驶车终能成形。

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拆解自动驾驶技术

Toyota研究机构负责人Gill Pratt列出几点和无人车相关的技术。首先是智能手机,其相关技术、低电压计算机处理器、计算机视觉芯片和摄影镜头,变得“难以置信的便宜和普及”。

再者,汽车也从过去的以动力装置为中心,转向以计算机为中心,例如配备行车纪录器、前后传感器等避免撞到物体和警示驾驶的科技。此外,用来识别位置和指引方向的图资系统,不论是GPS定位还是Google Map,都已越来越精确。

深度学习让计算机感知能力也越来越接近人类,让无人车可识别出脚踏车和行人、号志和树的区别。Gill Pratt指出,每年的“ImageNet图像识别大赛”会考验用深度学习算法识别图片和影像的准确度,好几年前,错误率高达30%,不过在去年,错误率已大幅降到低于5%。

这些关键的感测技术和计算能力,构成了实现无人车的基础,很大部分也和ADAS(先进驾驶辅助系统系统)用到的技术重迭。

自驾车如何看见世界

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为什么要这么多种传感器?优缺点互补

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目前多数车商在量产车中配备的“自动驾驶”功能,包含特斯拉、Volvo、Mercedes-Benz、奥迪等,事实上就是搭载ADAS,若以NHTSA对自动驾驶的等级,大多介于第二到第三级。不过,Google、福特和百度,则是希望跳过“半自动驾驶”的过程,直接研发等级最高的完全自动驾驶。

NHTSA将自动驾驶车,按照自动化程度分为五等级

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过去,ADAS多装载于高阶车辆,但如今已有越来愈普及的趋势。目前ADAS系统包含:自动巡航系统,即透过自动维持车速以和前方车辆保持安全距离;停车辅助系统,让汽车可自动将车辆停在停车位;道路偏离预警系统,在车辆快偏离道路时警示驾驶,以及自动紧急刹车的防撞系统。

而在ADAS产业技术最领先的,就是位于以色列的Mobileye,全球ADAS市场约有90%都来自Mobileye。过去,特斯拉就是和Mobileye合作研发,不过在特斯拉发生首起死亡车祸后,Mobileye便宣布停止双方合作关系。今年7月,Mobileye宣布和BMW及Intel连手,合作打造全自动驾驶汽车,预计2021年量产。

“MIT”的先进辅助驾驶系统

财团法人车辆研究测试中心(ARTC)从2006年起开始研发的先进驾驶辅助系统,并于今年10月于彰滨工业区鹿港总部展示研发成果,包含自动辅助驾驶系统(自动紧急刹车系统和车道跟随系统)、无线充电系统、停车场自动辅助驾驶系统及行人识别系统,预计最快2017年装有ADAS的自动驾驶车就能在台湾上路实测。

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ARTC指出,交通事故当中,高达九成是人为因素造成,起因于人类在长途驾驶会因过度疲劳而分心,无法百分之百注意周遭的路况与环境,造成车辆偏移车道、碰撞前方车辆等情况。为减少此类交通事故发生,车辆中心开发自动紧急刹车(Autonomous Emergency Braking System,AEB System)及车道跟随系统(Lane Following System,LFS),让车辆在道路行驶中,无论直线、转弯皆能自行维持在车道内,当遇到其他车辆或行人等障碍物出现时,系统将主动介入控制刹车,以减轻事故所造成的伤害。

测试当天于高速行进情境所使用的自驾车,主要由摄影机侦测车道线,方向盘由系统操控,驾驶者只需操控刹车和油门,最高速可达120kph。测试当天,速度维持在60kph,当毫米波雷达侦测到5到100公尺的范围内有行进30kph汽车,便会启动自动紧急刹车,大约2秒左右就能刹到10kph,待刹到一定的速度后再交由驾驶操控。

除了模拟在高速公路高速行进的情境,ARTC也展示在市区的自动驾驶情境。这台由光达、定位系统和摄影机组成的自动驾驶车,在车辆偏离车道时可自动导回车道。

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三种系统的作用优先级,第一是光达,不仅可以侦测障碍物,还可以“识别”。例如,当识别出前方障碍物为汽车,车辆会选择绕过汽车。第二是影像系统,可侦测车道线,维持在车道间。第三是定位系统,负责路径规划和转弯,且当遇上障碍物而绕道,导致车辆和定位系统的位置差太多,定位系统会介入来导正路径。

此外,当天也展示了停车场自动驾驶,其中运用了超音波和影像感测技术侦测障碍物、车道线和车位等周边环境,并结合GPS、电子图资、惯性测量组件(Inertial Measurement Unit,IMU)和轮速计,控制车辆自动进入停车位。驾驶只需透过app获得停车信息,便能设定让车辆自动寻找车位、停妥车辆;回到停车场后,同样可透过app直接召换车辆自动开到所处位置。

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其他展示的技术还包含车用无线充电系统,能实时判断金属异物入侵与否,有效中断无线电力传输,并将相关讯息发送至客户端,避免导电产生安全问题,以提升系统安全性。行人识别系统,使用视觉传感器模块识别,可识别出5~25公尺范围内的行人,未来将扩充可识别出车辆、机车和脚踏车等障碍物。搭配用来测距的雷达后,可升级为自动紧急刹车系统。