汽車先進駕駛輔助系統(ADAS)_Part 2

2021年08月04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)
 
3.ADAS歷史
 

圖4、系統發展順序
  
後面將依照年代排列,陸續介紹ADAS的系統發展

3.1、1995盲點偵測系統BSM
 隨著駕駛安全系統的關注程度日益升高,無論是主動配備與被動設施都加入了高科技的技術支援,包括ACC(主動巡航系統)、AEB(自動緊急煞車系統)、LDWS(車道偏移警示)、LKA(車道偏移輔助)等,其中跟駕駛視野最有關係的莫過於BSM(Blind Spot Monitor,盲區偵測系統),防止駕駛人因為視野死角而發生事故,保護自己與其他用路人的安全,以下我們就對於BSM系統做深入的說明。一般車輛都有配備車內外後視鏡,以加強後視野的掌控,但是因為後照鏡的座落位置無法涵蓋車身範圍造成的死角,或可能因為後視鏡造型設計因素讓可視範圍縮減,以至於在倒車、變換車道、或是雨天行車時發生事故的機率大大增加。筆者就曾經見過一輛未配備倒車雷達與倒車攝影機的車輛在倒退時,差點壓過坐在後方玩耍的小朋友,而自己在騎車時也親身經歷差點被右轉車輛直接撞倒的驚險一瞬間。如果有相關輔助系統的提示,這些危險狀況的發生機率會減低不少。
 
 汽車駕駛人的盲點是指三面後視鏡,左、右、內看不到的區域,相信很多駕駛人都對於盲點有深刻的印象,它也是在眾多事故中,常發生的意外之一。盲點偵測系統通常望裝在車體四周,使用紅外線感測器、超音波感測器、毫米波雷達
,來偵測車輛後方的盲點區,在盲點區偵測到車輛靠近時會向駕駛員提供警示,幫助駕駛人將意外的機率降至最低。


圖5、車輛行駛時會遭遇到的盲區範圍


圖6、盲點偵測系統原理
 
3.2、2000偏離車道警示系統LDWS
    輔助警示系統(LDWS)主要是利用安裝於車輛上之攝影機或雷達波,用以偵測車輛外面左右兩側道路的狀況並確認車輛於行駛時是否保持於車道之內,若偵測到車輛有偏離車道情形時,即對駕駛人發出警示訊號,避免因為駕駛人分心或其他因素而偏離車道造成交通事故的發生。一般車道偏離輔助警示系統架構包含有功能元件及系統介面,利用車道線感知器,持續的偵測車輛與車道線的相對位置,並將訊號即時的傳入電子控制單元(ECU)進行演算與判定;一旦偵測到車輛有偏離車道的情形時,則電子控制單元將對駕駛人自動發出警示訊號,以提醒駕駛人應立即做出應變。系統的發展也有相當多元化的過程,在相關技術的發展初期,曾有以安裝於車輛下方的感知器來偵測路面上的標線,一旦發現車輪軌跡有壓踏在標線之上時,便以震動方向盤或是震動座椅的方式,來提醒駕駛人車輛的行進路線已經偏離原有車道,但駕駛人若有使用方向燈時則不作動。
 
    以影像的方式來判斷車輛是否有偏離車道的情形,這樣的技術不僅較為成熟,且電子控制單元判斷錯誤的情況也能夠大幅減少,而且同樣一具攝影機也能夠同時進行更多功能的搭載,分車廠中對於車輛偏離車道的警示,也有以發出聲音及光學的方式處理  系統由攝影機、傳感器及控制器所組成,原理是運用在車身側面或後視鏡的攝影機,采樣目前行駛車道的標識線,再通過圖像處理取得當前汽車在車道的位子,這時只要汽車偏離車道,控制器就會發出警報信號,從感測到發出警報,過程只需約0.5 秒的時間,以實時提醒、叫醒駕駛,避免意外的發生。


圖7、偵測車輛左右兩側道路的狀況並確認行駛時是否保持於車道之內


圖8、偏離車道警示系統運作示意圖
 
3.3、2002主動車距控制巡航系統ACC

ACC系統(Adaptive Cruise Control),全名是主動車距調節巡航系統,即是「自動跟車」,利用車前的雷達偵測來調整與前方汽車的距離,並且自動調整車速,降低駕駛在長時間中/高速的路況下所產生的疲勞感,進而提升行車安全。舉例來說,假使需要在高速公路上開長途的車,汽車裝ACC的話,那你只要顧好方向盤,油門不需要踩放踩放的,一方面減少油耗,一方面也可以減輕長途駕駛的疲勞感,原理主要是利用傳感器的雷達去偵測距離,進而將狀況回傳,經電腦運算後,再看節氣門、制動和檔位要怎麼執行。ACC的傳感器就好比是汽車的眼睛,目前都採用雷達偵測。想讓ACC的功能有效發揮,傳感器的探測就必須更遠、更廣,於是就會採用長、中距雷達模式的切換、佈置多個/多種雷達或採用其他類型傳感器的方式來解決,但目前ACC還是以「毫米波雷達+鏡頭」的雙系統為主流。
 
ACC再怎麼聰明,還是有可能會出現盲區的,例如:
1.遇到切車道或是機車突然切進,就容易出現突然煞車減速的狀況。因為ACC只能偵測前方的車輛,無法偵測鄰近切入的車輛,面對突然插隊的汽車,雷達偵測到後,發現距離過近而緊急煞車減速。
 
2.當前方的路況是慢速或靜止的狀態時,若前車沒有提早切換車道,而是臨時切換閃避的話,就可能因為和前前車的速度差太多,而撞上前前車。
無論是ACC盲點一或盲點二,只要不過度依賴ACC,眼睛看路,就能適時進行人為干預,預防危險發生的。大部分的車廠都還是會建議ACC還是用在直線快速道路或高速公路就好,市區、彎道或山路這種容易有變化的路況還是盡量避免。
 

圖9、主動車距控制巡航系統示意圖

圖10、ACC系統架構圖

3.4、2003適路性車燈系統AFS

汽車頭燈除了努力提高照明強度之外,因為一般實際路況並非平直不變,隨著路面轉彎、十字叉路、高速行駛、及濕路面等情況,都應考量給予不同的照明角度,以提高照明效果。此概念孕育了適路性前方照明系統(AFS)產品出誢,希望這套系統能夠因應車輛行駛在不同路況的需要,改變汽車頭燈照射出來的光型,提供駕駛者最安全與舒適的夜間行車視野;例如目前車種有搭載自動水平照準系統能上下調整照射的角度,可避免造成對向來車及前方車之炫光問題。適路性前方照明系統(Adaptive front-lighting system,簡稱 AFS)能隨方向盤轉向角度及車速,適時調整頭燈照射角度,或頭燈控制系統依照不同的道路型態,呈現不同的光型,提升前方照明視野,這套系統還可以依照不同環境、車速及天氣狀況,自動調整車燈的照明範圍及角度,讓車燈照射範圍可以更深遠下,又不會影像到其他用路人的視線,以提供駕駛人與對向來車更安全及舒適的照明,從過去的AFS主動轉向式頭燈,到現在結合傳感器的多顆LED智能型頭燈,都是屬於此系統的範疇。


圖11、AFS主要功能


圖12、適路性車燈系統運作原理