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智慧汽車之介紹

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

參考中國網站中〝科學中國〞百科科學網站之內容。對於智慧汽車的定義整理如下:

智慧汽車代表集合環境感測、決策規劃、多等級輔助駕駛等多功能的結合系統。運用的技術包括電腦、感測、信息綜合、人工智慧與自動控制。近年來對智慧汽車之研究方向在於:

1. 提高汽車安全性與舒適性。

2. 提供人車優良介面。

智慧汽車與無人汽車或自動駕駛的定義並不相同。無人汽車代表不需要人為駕駛,完全自動化操縱車輛。

智慧汽車此發展技術即是以現有的車輛上裝載各種感測器與控制系統。通過車輛的感測系統與所收集之資訊,使得人、車輛、道路狀況、外界大氣環境狀況等種種訊息進行資訊整理,自動分析車輛的行駛狀態與車內環境狀況,界定安全或是危險狀態,協助人員到達的目的。

汽車目前已有的智慧內涵可以舉例如下

1. GPS定位系統:以此確定車輛位置,與道路資料庫現有資訊比較,安排最佳路徑。

2. 道路狀況系統:與交通管理中心之網路相連,依據車流量堵車或是事故狀況,更新安排路徑。

3. 車輛防撞系統:由車上雷達偵測與他車距離。並且偵測障礙物或前方路人活動狀況,及時減速或煞車。

4. 緊急通報系統:有事故時自動通報指揮中心進行救援工作。

5. 駕駛控制系統:控制汽車起動,用油與控速,達到最省能源之效果。

6. 駕駛信息服務系統:存有各種道路與服務設施(加油站、休息站、旅館、警察局等)之資料以提供查詢。

智慧汽車的開發背景如下:由於汽車駕駛是一種多重輸入,多重輸出,輸入與輸出關係複雜而且多變,外界干擾源多且複雜,因此駕駛人十分耗神耗力。在駕駛車輛時,駕駛之眼力、聽覺、手腳等器官都是忙碌狀態。長期駕駛極易疲憊而判斷失誤。智慧汽車之開發目的就是用以減輕駕駛之負擔,並且使得汽車性能有效的發揮。對於外在大氣環境及地形之變化與突發之事故,都得以提早預知而可應付。

目前智慧汽車之發展內容如下:

一、智慧駕駛:具有智慧感測,進行輔助駕駛能力。以智慧計算與判別功能協助駕駛人。

二、安全防護:包括車輛防撞,防盜與位置追蹤。

三、使用輔助:各系統之異常預警,保護作業之預警通知等。

四、生活服務:各種服務系統之資訊提供。

上述四大系統的生活服務此部分並非特殊。一般之手機也可提供相同功能。使用輔助系統在電子化的汽車結構也早有具備,因此智慧汽車之發展重點是智慧駕駛與安全防護。事實上,現代化的汽車早已具備一些智慧功能,例如兩側因雨滴感應而自動啟動,前燈因外界光量降低(黃昏或進入隧道)而自動開啟。主動懸吊系統因路面狀況而控制懸架作用行程。酒精自動偵測裝置,在駕駛人進入車廂後,即自動關閉引擎啟動裝置等。

由於智慧汽車有不同之內涵,美國高速公路管理局即將智慧汽車區分成五個層次:

、無智慧性(層次0)

以駕駛員自行控制汽車之操控。

、有特殊功能之智慧化(層次1)

汽車有一個以上的特殊自動控制功能,用以防範車禍。例如車輛偏離警告系統與正面碰撞警告系統等。

、有多項功能之智慧化(層次2)

至少將兩項控制功能連結聯合作用。以系統判斷駕駛對於危急狀況是否進行反應,。如果未有行動,此系統自動作出反應,例如緊急自動剎車系統,緊急車道偏移輔助系統。

、有限制條件下之無人駕駛(層次3)

在特定環境下,交由自動控制系統以操縱汽車。汽車本身自動檢測車輛所處環境之變化,因而判斷是否交還駕駛員操縱車輛。

、完全無人駕駛(層次4)

自動控制系統完全操控車輛,全程檢測交通狀況,完成所有駕駛作業。乘客只要輸入目的資料。

 

由智慧汽車之發展可以開創兩項相關產業:

一、技術面

        由於智慧系統由感測系統、通信系統與控制系統三者所組成。智慧汽車所開創之技術產業包括:

1.     感測系統:機器視覺技術如雷射光、紅外線、雷達波、GPS定位精進等。

2.     通信系統:除了GPS3G/4G之應用,汽車相互之間之協調,車輛與路面狀況協調,車輛與交通管理中心之協調。

3.     控制系統:包括車體本身原有控制系統之改善,車輛之橫向控制,使用視覺,磁氣標誌,或是採用導引電纜等。縱向控制包括雷達,視覺等進行車輛與車輛之間縱向控制。

產業鏈

一方面為了提昇智慧汽車之應用,因此同時發展改善車聯網,交通管控系統。一方面針對上述技術面要求,可以建立上下游產業:

1. 上游產業:感測元件,控制元件等。

2. 中游汽車廠商,設備廠商與軟體平台廠商。

3. 下游之系統整合公司,通信服務公司,智慧資訊營運公司等。

 

綜合上述之技術內容,智慧汽車的商業開發有兩種不同的路線。

智慧汽車之研發是屬於汽車產業還是人工智慧產業?以人工智慧公司為例,Google公司的無人汽車即是一例。但是汽車工業也紛紛投入,以奧迪(Audi)、寶馬(BMW)、豐田(TOYOTA)、日產(NISSAN)、福特等公司為例,汽車公司具有技術面有雷達感測與光學攝影感測,並藉由專業GPS導航系統進行路徑規劃。油電混合之能源利用基礎,也是汽車工業之基本優勢。

二、汽車工業著重於層次2與層次3。人工智慧產業公司則以層次4無人駕駛為目標。汽車工業以安全實用為第一優先,發展之系統如前方碰撞預警、車道偏離預警、車速保持系統、停車輔助系統等均已實用化。近年來,優先發展有車輛自動軌跡系統,自動加減速度,自動巡航導引路徑等裝置。上述系統還是屬於第三層次。

三、全面無人駕駛之問題。無人駕駛是層次4之等級,然而飽受質疑在於能否應付突發狀況。電腦軟體內未設定之狀況,電腦系統將是無法處理。而在法律層面,無人駕駛汽車之事故,其責任歸屬問題?

 

綜合目前歐美與日本等汽車工業之結合發展,智慧汽車之發展未來特性,介紹如下:

、智慧汽車之核心是汽車廠商與其零組件供應公司

智慧汽車之應用在於其控制性能。汽車之控制包括動力系統(引擎),傳輸系統(變速箱等),作用系統(剎車,加速器,輪胎)等。智慧系統傳達命令能否順利作用,必須與原來汽車組件配合。人工智慧公司無法比起原來汽車產業更瞭解汽車性能。

換言之,汽車產業能夠納入人工智慧之成果,加以結合應用。人工智慧公司無法取代汽車產業。

二、汽車完全無人駕駛在10年之內無法大規模應用

智慧軟體無法處理其軟體內未設定之狀況。完全無人駕駛系統化必須在可控制之環境與路徑之內才可稱為安全駕駛。例如機場不同閘口之運輸,在固定封閉之路徑,在一定的停泊地點。未來都市區之無人運輸工具也是如此。

三、服務系統不應納入智慧汽車之範圍

以汽車上電腦系統進行導航,搜尋附近加油站,餐廳等服務地點,通知氣象資訊,收聽廣播或是電視節目,播放音樂或影片。此種作用功能在手機,在平板,在桌上電腦等都可執行之作業,不屬於智慧汽車。可做為一種輔助設備,但不是智慧汽車之發展項目。

四、汽車智慧化之人機介面複雜性能有多大

以人機介面之概念,語音導航,手勢操作,人眼識別,三維顯示等常用技術,在智慧汽車有多少應用性?其使用之複雜性能有多高?許多音響影視等設備,過於繁雜之控制鍵盤反而不受歡迎。而汽車駕駛其注意力要面對外界變化之氣候,各種路況與鄰近出現的車輛,動物與行人,其接受之人機介面其複雜程度能有多少?

 

<討論>

由歐美與中國對於智慧汽車之定義,可看出兩者之不同。

歐美著重車輛駕駛系統與安全系統,中國對原來的服務系統與音樂影視系統都納入智慧汽車範圍。原因十分簡單,歐美是由汽車產業自行發展,自由競爭。中國是在政府補助之下從事研發。範圍定義愈廣,輔助愈多。

、美國高速公路安全管理局已將智慧汽車明定五個層次。因此清楚明瞭,定義十分明確。

、人工智慧公司與汽車公司誰是勝利者?

人工智慧公司以Google為代表。汽車公司則有歐,美,日等原來汽車產業。誰是智慧汽車之贏家,其判別標準很簡單。

1. 汽車產業成立另一人工智慧部門,與原來汽車技術配合。

2.人工智慧公司尋找汽車工業代工,為其製造汽車。

以上兩項工作,哪一項較為容易?

、智慧汽車之關鍵技術

智慧汽車的內容無論已喊出多少口號,例如物聯網,工業4.0,大數據等等。智慧汽車之關鍵技術十分明確。在現有的汽車產業,包括各種機構,各類組件與各種標準,協定等基礎之下,增加汽車之智慧能力,而此智慧必須結合於原有產業基礎。其關鍵技術就是三大項:

        1. 感測技術

        2. 通訊技術

        3. 控制技術