主動式安全技術日趨成熟 汽車自動駕駛不再是夢
近期媒體報導價值千萬超級跑車在公路上奔馳撞毀的消息，顯見目前車輛的主動安全控制仍存在改善空間。儘管目前高階車款已裝設的被動安全技術可有效減輕事故災害，但隨車輛數目不斷成長，主動安全功能需求日益突顯，從而更積極地避免車輛碰撞，甚至可避免事後由於交通堵塞引起可觀的間接經濟損失。
有鑑於此，國際資通訊廠商和車廠等都在思考如何能充分運用科技，如先進駕駛輔助系統結合新世代資通訊技術等，來主動預防車禍之憾事發生。舉例來說，最近澳洲的神經科技(Emotiv)、FinchProductions和澳大利亞皇家汽車俱樂部正實驗開發一款以注意力來驅動的汽車(Attention Powered Car)電控系統，駕駛人須戴上神經科技所開發的無線腦電圖掃描聽筒(EPOC)，該聽筒有十四個氧氣感測器(EGS)，其中有八個用於採集駕駛員大腦額葉發出的腦電波並隨時監控，以駕駛人開車時分心的頻率來控制車輛的啟停。只有當駕駛人注意力完全集中時才能全速開動，一旦駕駛人分心，系統便會自動協助煞車，並依據外界環境安全程度調降車速，來預防憾事發生。
目前市場上商業化高階汽車原型中，主動式電子系統已能控制煞車、轉向與加速，如電子穩定控制(ESC)系統便可預防在濕滑道路上行駛時打滑。未來高階汽車上的感測器(照相機、雷達、雷射雷達、紅外線、超音波等)將不斷增多，這些設備能收集數據並將數據傳給中央處理器。在商業化案例上，國際車廠於2014年時，已經陸續推出搭載主動安全系統的新車，以下分別舉例說明。
如2014年賓士(Mercedes-Benz)的S級車款能實現自主煞車、加速和車道保持，最高時速可達到200公里；2014年款寶馬(BMW)i3實現遇到交通阻塞時將時速自動降低的技術；特斯拉(Tesla)電動汽車製造商也正在考慮和谷歌(Google)合作，增加汽車的自動駕駛技術含量。
結合穿戴式裝置 車輛提升主動安全
美國汽車製造商與矽谷神念科技合作研製而成的耳機，應用心電圖感測器測量腦波，駕駛人可應用該感測器與汽車互動。此類穿戴裝置之必要性在於特殊車輛應用，如殘疾人士專用汽車，不須配備笨重的方向盤，可能只有一個操縱桿或控制鍵盤配合穿戴裝置就可讓汽車安全行駛。
歐洲的賓士和寶馬也在進行穿戴式裝置的研究。如賓士已與矽谷智慧型手表廠商PEBBLE合作，開發能與人、車、路等多向互動的穿戴式智慧手表，當車輛遠方有塞車、事故、施工等狀況時便會以不同頻率震動警示聲等通知駕駛人，並能接收Siri語音助理互動查詢車輛附近商家、免下車即能預訂停車場或商品優惠票券等。當駕駛人停車離開，也能透過隨身智慧表隨時監看車輛是否上鎖、空調與油電里程、車內或周邊是否有竊賊狀況等。
德國柏林自由大學AutoNOMOS實驗室的科學家使用特殊的軟體，讓駕駛者不動手、僅透過大腦想像，便成功地駕駛一輛大眾帕薩特汽車。用於實驗的這輛帕薩特汽車也經過一系列改裝，同時配備包括衛星導航、紅外雷達、微波探測器、立體攝錄影機等其他技術，確保電腦能獲得足夠多的車況和路況數據。未來，汽車將使用座位上的感測器來監控乘客的生命體徵，如果探測到司機突發疾病，車輛將自動地行駛到安全的地方並撥打急救電話，其他諸多新式的應用研發案例也如雨後春筍般出現(表1和表2)。
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歸納目前整車廠商及汽車零組件生產廠商試圖開發監控駕駛者注意力的技術，較為主流的兩種監控方式，分別為透過攝像頭或感測器捕捉人臉(或五官、瞳膜)等變化，以及透過感測器(紅外線、重力感測器等)技術進行駕駛人行為監控。利用「注意力驅動」之安全系統，目前多屬原型階段，可謂升級版的「主動防撞技術」，但尚未臻於成熟。以下介紹現行幾項較為成熟的主動防撞與相關技術。
主動防撞技術已臻成熟 配套措施蓄勢待發
「主動防撞技術」已被領導車廠列為汽車安全領域的重要研究方向，包括主動防追尾安全技術和側面碰撞預防技術。其原理是採用雷達、紅外線等多種方式來監測車輛周圍的道路交通狀況，一旦發現有兩車相撞的危險時，便會給駕駛員發出提醒訊號，有些還會自動採取制動、轉向等輔助措施來避免碰撞。
以賓士汽車來說，其制動輔助系統共分為三個階段，第一階段是在距離碰撞2.6秒時進行語音的提醒，其次為在1.6秒時會施加40%的制動力予以提醒，並減緩速度，如果駕駛員仍無反應，系統就會進入第三階段，即是在碰撞發生前0.6秒時施加100%制動力以減小損失，且可以按照預先設定的車速與跟車距離做自動調整，即使前車停住再啟動也沒有問題。
另一種類似的技術，是目前正逐漸流行的「駕駛警覺控制系統」，該系統通常由一個位於擋風玻璃和內視鏡之間的照相機、一些感測器以及一個控制器組成。照相機用於測量汽車與車道標誌線的距離，感測器記錄下汽車的運行狀況，這些資訊將被傳送到控制器，並由其來評估駕駛員是否處於失控駕駛的危險狀態。一旦危險級別被評估為很高，駕駛員將收到聲音訊號的提示。如富豪(Volvo)汽車的車道偏離報警系統，會在車輛高速行駛時提醒駕駛員汽車正在偏離正常行駛的車道，並透過安裝面向前方的攝錄影機隨時監測車輛行駛的道路。當發現車輛無意間偏離車行道，處理器做出判斷後輸出一個訊號驅動警報電路，警報形式可以用語音或震動坐椅來提醒駕駛員。
其他成熟案例還有日系的豐田汽車，他們提供能預測正側面衝撞事故，提前打開保護駕駛人或保護行人的安全氣囊；三菱汽車則推出智慧整合式安全系統(e-Assist)電子輔助安全系統，採用毫米波雷達和車載攝像頭，毫米波長雷達安裝在前進氣格柵處，雷達波頻率為77GHz，不會受到紫外線或者其他光線的干擾，在夜晚及雨天最大檢測範圍達到200公尺，攝像頭安裝在擋風玻璃頂部，監視車輛前方分道線的位置。為了保證攝像頭不受到溫差影響起霧並保持穩定的成像品質，將其緊貼於汽車擋風玻璃內側，內部還整合感測器，用來檢測是否有雨滴滴在擋風玻璃上，並會自動開啟雨刷來清掃雨滴。
承上所述，車電技術雖然已經成熟，但主動安全配備能否普及的因素不光在於技術，還須視法規與消費市場接受程度如何。歐、美、日等國家將車輛的自動化程度概分為四種等級，即駕駛員輔助階段、半自動駕駛階段、高度自動駕駛階段和完全自動駕駛階段。
此階段的許多技術其實已經開始投入應用，如車道偏離警告(LDW)系統、正面碰撞警告(FCW)系統以及盲點訊息系統(BLIS)等。該階段的系統已經商業化安裝於歐洲多個車款中，利用資通訊技術，在關鍵時候能夠給予清晰、精確的警告，來降低車禍的發生機率。
在這一階段，汽車會智慧地判斷司機是否對已提示的危險狀況做出回應，如果沒有，則會立即自動替司機採取行動，例如富豪汽車的緊急自動煞車系統(AEB)、緊急車道輔助系統(ELA)等。目前裝設在富豪V40上的增強版城市安全系統，已可在時速50公里內發揮作用。
．第三級：高度自動駕駛階段
在此階段，汽車能夠在一段時間內實現自動控制行駛，富豪汽車將在2014年量產的全球第一個自動駕駛技術–堵車輔助系統，就是屬於此一等級。該系統可以使汽車在車流行駛速度低於50公里/小時的情況下，能夠自動跟隨前方車輛行進。在此模式啟動後，發動機、制動和轉向系統將會自動做出反應，自適應巡航控制系統自動保持與前車之間的適當距離，同時保持對轉向的控制。
在此階段，汽車可以在無需司機監控的情況下，完全實現自動駕駛。駕駛人可以坐在車裡上網、睡覺、飲食等。
儘管先進技術已漸趨成熟，但以一般國家之規範現況下，目前汽車的先進駕駛輔助系統仍多只作用於高速和低速場域，在中速場域部分仍須由駕駛人集中注意力(圖1)。
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| 圖1 目前汽車先進駕駛輔助多數作用於高速和低速區域，而中速仍需由駕駛人集中注意力。 資料來源：KPMG，IEK/ITRI(2014/3) |
在消費者對於自動駕駛的接受意願方面，根據富豪汽車公司調查消費者對於自動駕駛車型的態度研究中顯示，在年齡從18歲到37歲的駕駛員中，近半數的人肯定或可能購買完全自動駕駛的車型。而根據麥肯錫報告，只要管理機構和普通大眾能在2025年接受自動駕駛汽車，自動駕駛汽車可以帶來高達一兆九千萬美元的經濟規模。
值得一提的是，目前先進國家法規也仍在逐步升級中。如美國國家公路交通安全局(NHTSA)已經宣布，將要求全美新上路的汽車和其他小型車輛安裝「車對車(Vehicle-to-Vehicle, V2V)」通訊系統，以有效阻止交通事故的發生。所謂車對車通訊系統，是指不同車輛利用雙向專屬短距離通訊(Dedicated Short Range Communication, DSRC)或無線區域網路(Wi-Fi)等無線技術進行「對話」，以每秒10次的頻率交流車速和方向等基本數據，從而提供車距等安全資訊，及時為司機報警。
美國運輸部認為，除了醉駕或機械故障外，這種車間通訊技術將能預防多達80%的交通事故。交通安全局負責人士指出，推行車對車通訊系統的意義，可與引入汽車安全帶與安全氣囊等安全措施相提並論，不過交通安全局同時強調，短期車對車通訊系統僅為司機提供警報，並不會立刻代替司機進行自動駕駛。此外，這個系統只涉及基本安全數據，不會交換或記錄個人資訊。
V2V/DSRC日漸發展 列隊行車應用初具雛形
自從美國交通部於2006年制定車用無線存取環境(WAVE)規範，以802.11a Wi-Fi做延伸，採5.9GHz頻譜的雙向專屬短距離通訊IEEE 802.11p規範，可在3,600英呎內傳輸6?27Mbit/s、200微秒(μs)低延遲無線訊號；之後，美國材料試驗協會(ASTM)更加入IEEE 1609.2服務應用層，開發出停車場收費、高速公路電子收費(ETC)等相關應用。
目前運用5.9GHz頻譜的DSRC/WAVE技術，可讓優先緊急車輛藉由車對車或車對路(V2R)之方式，發出訊息來通知前方車讓出車道，以加速到達目的地。在遭遇阻塞、大霧、路面結冰，以及事故等危險情況時，車輛也可以向所有道路上受到影響的駕駛員發送出危險地段的準確訊息。不僅如此，它還會以盡可能快的速度向馳往該地段的車輛發出警告，有利於駕駛者及時掌握相關情況並採取相應措施。車對車技術即為未來自動駕駛技術的關鍵。
富豪汽車集團於2011年11月加入車輛間通訊聯盟(CAR 2 CAR Communication Consortium)，並就2016年實施車輛通訊共享技術簽署備忘錄。2012年9月，富豪執行歐洲環保型道路安全列隊行車(SARTRE)專案測試，在西班牙巴塞隆那公路上，以90公里/小時完測成功，即建構在DSRC 802.11p–ETSI ITS G5(5.9 GHz)3G UMTS(4G LTE)通訊技術基礎上，由富豪汽車領軍進行的智慧型安全列隊行車技術。該專案是政府支持的研究項目，以容許高達十五輛車的列隊行車進行自動控制，目的是確認實施公路列車(Road Train)的可行性，並在與其他道路使用者的混合環境下，確立安全列隊行車的車流管理。詳細作法是，由一輛「頭車」引領著一列多達十五輛的車隊在公路上行駛(圖2)。
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| 圖2 歐洲環保型道路安全列隊行車專案道路測試 資料來源：Volvo，IEK/ITRI(2014/3) |
除了頭車以外，後方跟車的駕駛人都可雙手離開方向盤，在車裡看雜誌，接打電話、吃東西或看電影–所有駕駛工作全都改由頭車的司機包攬。這些車輛都配備有精密的感測器和通訊系統，每輛車之間的間隙保持13英呎(不超過4公尺)，車隊可能還會根據車流量擁堵情況實現自動切換車道。想加入列隊行車的駕駛人只要說出(輸入)他想前往的目的地，車上的新型智慧導航系統就會引導該駕駛人前往最近的列隊行車車隊，系統串接完成後即由列隊行車系統掌控該車之行進。而該行列車隊當中任何一台車的駕駛人，隨時都可以決定自行離開車隊，改由駕駛人自行掌控車輛行進，其所遺留之車隊空位則自動由後車遞補上來。此套系統最大優點就是不需要額外的道路基礎建設即可立即實施。
列隊行車的優點除了能夠解放駕駛人雙手以外，還有其他優勢，如能夠減少多達50%的油耗，還可以改善交通流量(依據國際研究發表於電力電子工程師學會期刊數據，可提升500%車流效率)、縮短行駛時間，且透過搭配城市安全系統、行人探測系統、自適應巡航控制系統等科技，還有可能實現零事故和零傷亡。
此種列隊行車的自動駕駛亦可應用於軍警/救護車、消防車、物流快遞車輛等，讓駕駛人員也能加入工作團隊，於第一時間充分釋放雙手、或提供服務，如對病患施以最合適的急救措施或準備適當的治療導航訊息提供病患家屬，尤其在幅員廣大的國家如俄羅斯、中國大陸、加拿大和美國的偏遠地區，此類服務可節省人力，或用於緊急救護之高速遠距救援車隊，避免長途運輸失誤。
在實現無事故願景的過程中，車輛的自動反應非常重要，為實現這一目標，富豪汽車擴展系統中使用的攝錄影機、雷達和雷射技術，以及自適應巡航控制系統(ACC)、城市安全系統、車道保持輔助系統、盲點監測系統和停車輔助等先進技術。該項目如果成功商業化，將能不同程度地實現減低油耗、減少擁堵、提升交通安全等目標。
自適應巡航控制系統是使用雷達感測器識別前方車輛，並與前車保持駕駛員設定好的距離(約3?4公尺)，並可保持靜止長達4分鐘，然後仍可加速駛離。城市安全系統會在車速30公里/小時以下時啟動，利用內置在擋風玻璃頂部的一個雷射傳感器來監測前方的交通狀況。它可以探測保險桿前方10公尺以內的汽車及其他物體，如果前面的車輛突然停車或減速，駕駛員精神不集中並未能及時做出反應時，會對駕駛員發出警示，若駕駛員仍未採取任何行動，車輛就會自動剎車。
根據最近的高速公路安全保險協會(IIHS)報告，搭載城市安全系統車輛的碰撞頻率降低22%。此外，根據富豪XC60的保險索賠統計，城市安全系統使個人傷害索賠的成本降低51%，同時車輛修理成本降低20%以上。車道保持輔助系統是幫助駕駛員將車輛保持在正確的車道上行駛，在時速65?200公里/小時之間時，位於車輛前方的攝錄影機可監測左右兩邊的車道線，在車輛靠近車輛標線邊緣時，即會以輕微的反側向扭轉力提醒駕駛員。若駕駛員未進行任何修正動作，該系統將通過方向盤震動向駕駛員發出警告。
車用電子漸趨複雜 混合系統設計強化安全
隨著智慧車輛上的主動安全、資通訊、自動控制等系統升級，電子元件數量亦將與日俱增。目前每輛汽車上包含的處理器數量從五十顆到二百顆不等，電線總長度長達1.6公里。而且，越來越居主流地位的混合動力汽車和電動車也正在加速這一趨勢，如插電式電動汽車雪佛蘭沃特需要一千萬條代碼，比運行一架波音787客機的代碼還多兩百萬條。隨著車用電子日趨複雜，也造成售後維修廠處理之困難度，因此了解融合之介面標準顯得日益重要。
至於在功能性方面，目前各套系統各自有其限制–如安全感測器的系統，目前應用於車側環繞360度仍存在感測死角(圖3)，而若要求車廠大量裝設，其實並不符成本效益；另一種DSRC，目前也尚未歷經市場大量使用之功能可靠度驗證，單獨使用此系統則可靠度尚不足。若能將兩種系統融合，恰可提供冗餘設計，以確保100%系統功能之發揮(圖3)，並且也能彌補感測死角，充分滿足車側環繞360度感測(圖4)。
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| 圖3 安全感測器的系統與車聯網資通訊系統優缺點比較 資料來源：KPMG Interview，IEK/ITRI(2014/3) |
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| 圖4 安全感測器的系統與車聯網資通訊系統融合以彌補感測死角。 資料來源：AD，IEK/ITRI(2014/3) |
融合系統的應用實例，以智慧型安全列隊行車所需的車間通訊為例(圖5)，前後車之間的距離有些廠商採用雷射雷達(LIDAR)感測器來做量測，而兩車之間的通訊與反饋就必須依靠DSRC來完成。如此才能保持車隊等間隔安全行進。後車(Following Vehicle)之融合系統功能動作方塊圖範例(圖6)。
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| 圖5 安全列隊行車所需的車間通訊 資料來源：A.C. Conference USA，IEK/ITRI(2014/3) |
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| 圖6 後車之融合系統功能動作方塊圖範例 資料來源：A.C. Conference USA，IEK/ITRI(2014/3) |
各廠商在實施設計應用時，由於各自技術供應鏈與成本等不同設計考量，會決定採用不同的技術。因此各廠商之車電系統勢必存在著不同之特性與限制(表3、表4)。
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自動駕駛指日可待 相關單位秣馬厲兵
在不遠的將來，隨著車電技術的進步，不管是穿戴技術或自動駕駛，目的都是釋放人類雙手並提高行車安全與效率，讓人行車之時可以做多價值的事。然而，智慧車普及與否面臨的最大障礙就是法規。麥肯錫發布的調研報告雖看好2025年實現全面的無人駕駛，但前提是法律必須允許。如果各國政府設立的法律允許自動駕駛的汽車在公共道路上行駛，新型的交通事故責任歸屬模式就會來臨。目前美國只有包括佛羅里達州在內的少數幾個州已經通過相關法律，允許對全無人駕駛系統進行測試。
在歐洲，聯合國歐洲經濟委員會(UN-ECE)也正在尋求對《維也納公約》進行修訂，其中，「自動駕駛」的事故責任被認定為是最關鍵的問題。雖然自動駕駛可以大幅降低事故率，但不代表零事故，汽車製造商懼怕車主不須駕駛汽車後，發生意外事故的責任就會轉嫁到他們頭上，所以，當自動駕駛汽車肇事時，責任誰來承擔？如何設置車上電腦的應用程序，在生死攸關的時刻做出正確決定？這些問題都亟待法律的規範。
其他接踵而至的問題還包括車電網路的安全，這與電腦系統的網路病毒類似，一輛自動駕駛汽車的車電或導航系統有可能被駭客或病毒碼攻擊，從而導致災難性後果，因此，還必須在自動駕駛汽車上路前就建好一個完善的網路安全系統。除了法律政策之外，無人駕駛汽車的來臨締造另一個重大問題是將使汽車相關網絡商業模式以及產業生態系統進行概念重組。根據推估，無人駕駛汽車會使傳統車輛行業的年收入銳減數千億美元，遭到牽連的包括傳統汽車製造商、傳統零組件供應商、汽車經銷商、汽車保險公司、汽車金融公司、汽車修理廠、傳統司機等不一而足，這些傳統業主必然會想辦法延遲自動駕駛技術發展的步伐。
在全球出海口方面，未來新興智慧車電市場的供需消長，最不可忽略的就是新興的亞太地區。近年來，亞太地區的車電供應商展現的競爭力均不容小覷。除了日本與中國的供應商外，韓國的三大頂尖集團三星、樂金(LG)及SK電訊等也都看到未來車電市場的潛力需求，現代及起亞汽車不約而同認為，像自動駕駛感應器(Self-driving Sensors)、聲控及手控資訊娛樂系統(Voice-and-gesture-controlled Infotainment Systems)及使用擴增實境技術呈現的抬頭顯示(Head-up Displays)等最新科技及產品，將為未來汽車產業的主流；韓國領導廠商一致看好車用半導體包括記憶體晶片等，未來均將廣泛運用在汽車產業中。
