汽車先進駕駛輔助系統(ADAS)_Part 3

2021年08月16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)
 
3.5、2005停車輔助系統PGS

停車技術對於初學開車之駕駛來說是一個惱人的問題,依據路邊停車空間與前後左右的車輛裕度,必須不斷地進行方向盤角度調整,方能將車輛順利停入該停車空間。隨著車輛數的快速增長,可用的停車位變得越來越缺乏,增加了停車期間潛在碰撞事故發生的可能。為了減少事故,許多研究機構或製造商開始開發停車引導系統 (Parking Guidance System, PGS),利用攝影機以及倒車軌跡輔助駕駛執行正確停車。由法國專家 C. Vestri 等人於 2005 年針對停車輔助系統提出全新的系統設計,新系統使用後置攝影機整合超聲波傳感器偵測車輛後方障礙物,並利用自動轉打方向盤輔助駕駛者停車。在PGS中,可以通過攝影機和超聲波傳感器感測周圍環境以找到合適的停車位,當找到停車位時,駕駛者下達停車指令後,系統將開始控制轉向,並提醒駕駛者控制煞車以及檔位,直到停車完成。停車輔助系統又分為 2種,分別是主動式與被動式,前者系統自動控制方向盤以幫助駕駛完成停車,當然油門、剎車與檔位切換還是要車主自行操控。
 
    被動式則是以超音波感測器、紅外線感測器、毫米波雷達為感測單元所組成的,提供更多車身周圍信息給車主掌握,減少碰撞機會。雷達能檢測目標速度和與車輛間距,提供更完整和更精確的資訊,這些資料以及自我調整巡航控制、緊急制動與追尾警告等功有助於為駕駛員提供即時警報,保障駕駛員、乘客和行人的安全。

圖13、停車輔助系統運作流程


圖14、雷達分解圖

 
3.6、2008駕駛者生理狀態監視DMS
    駕駛者狀態監控系統(Driver monitoring system),主要偵測駕駛者的駕駛行為、生理狀態以及車輛動態反應分析,並透過各類顯示介面發出警示訊號;目前發展中之系統多半是利用攝影機偵測駕駛者臉部,進而判斷專注力與疲態特徵之程度,如Lexus的Driver Monitor Sensor,其利用安置於方向機柱上方的攝影機監控駕駛臉部,並估算駕駛眼睛開闔頻率情況判斷安全等級,提出最理想的支援動作;Mercedes-Benz的Attention Assist系統具備方向盤轉角偵測,並匯集道路環境條件、油門煞車以及車速變化等車輛動態感知,以進行駕駛狀態監控,當系統判斷駕駛已疲勞時在儀表板顯示咖啡杯圖案,並發出聲響提醒駕駛人;目前市售之駕駛者監控系統大多屬於單一感知為主,但駕駛者的狀態因人而異,且疲態特徵也不盡相同,故不易以單一系統來判定駕駛者的實際狀態。
 
    行車安全的主要關鍵因素取決於駕駛者身心狀態,車輛中心開發「多重感知駕駛者監控系統」,結合影像、車身動態以及生理感測訊號,進行多重感知駕駛者狀態之關聯度分析,利用影像辨識系統判斷駕駛者頭部的偏擺程度、車身動態感知方向盤轉角訊號以及車道偏移軌跡,做為評估駕駛的異常行為,並且搭配生理監控系統進行資料融合。惟實車環境中,穿戴式生理訊號易受到車輛震動雜訊以及駕駛者肢體擾動造成訊號失真,因此設計一適車性之濾波器,可使生理訊號不受車內外環境雜訊所影響,一方面提高訊號接收或傳輸之穩定性,另一方面也能增加系統判斷之準確率。以Continental的Driver Monitoring Camera為例,使用了Identity Verification Technology的晶片和一組CMOS影像感測器。

 

圖15、駕駛者生理狀態監視示意圖


圖16、駕駛者生理狀態監視運作原理
 
3.7、2009碰撞預防系統FCW
    駕駛人在習慣駕駛後,在日常駕駛中會有駕駛行為愈來愈散漫的傾向,經常出現注意力不集中、操作態度漫不經心等現象,這是在現實駕駛生活中經常發生的問題。又有時候,駕駛人也會面臨疲勞或身體不適,卻不得不開車的情形。以上種種不適合開車的態度或身體狀況,很多時候駕駛人自己並沒有意識到。由於不良駕車情況影響到駕駛反應,駕駛人太晚才注意到前方車輛或障礙物,造成碰撞或追撞事故的情形可說是層出不窮。於是汽車的設計師便想,就算駕駛人的駕車狀況不理想,如果車子自己能夠發現危險,並對駕駛人發出警告,應該可以減少因為太晚察覺危險所造成的車禍。就在這樣的概念下,「碰撞預防系統」誕生了。
 
    由安裝在車頭的雷達,偵測自車和前方車輛的距離及速度,初期會發出警告聲來提醒駕駛人注意車距,若車距依然持續拉近,車輛便會先自動輕踩剎車,並輕拉安全帶2-3次,警告駕駛人,若系統判定追撞是沒辦法避免時,啟動自動緊急剎車(AEB)後,會同時立刻拉緊安全帶固定駕駛人,降低意外發生後的傷害。採用雷達、雷射、聲納等傳感技術檢測出車度、前車速度及兩車間距,電腦對兩車距離以及兩車的瞬時相對速度進行處理後,判斷兩車的安全距離,如果兩車車距小於安全距離,信息處理中心就會發出指令將信息處理中心發來的指令進行實施,發出警報,提醒司機剎車,如司機沒有執行指令,執行機構將採取措施,比如關閉車窗、調整座椅位置、鎖死方向盤、自動剎車等。


圖17、碰撞預防系統安裝示意圖

圖18、碰撞預防系統運作原理


3.8、2010夜視系統ANV
    為了在夜間及惡劣的天氣下提升汽車的行駛安全性,世界各大車廠紛紛開始將夜視系統裝配在旗下的高級車款上,有了這套系統就算是遇上大雨或濃霧,夜視輔助系統依然不受影響,自動識別動物或大型異物,同時警告駕駛前方路況,以避免意外的發生,如遇上突發的意外狀況,駕駛人就能有更多的時間來反應,在雨雪、濃霧天氣公路上的物體及路旁的一切也都能盡收眼底,大大提高汽車行駛的安全性。辨別方式為以紅外線來感知熱量的不同,區分人、動物、車輛以及環境的差異,經過處理轉變成圖像,將原本看不清楚的物體清楚呈現在駕駛眼前,以降低行車風險。能使駕駛員辨別出距離210米左右路旁身著淺色衣服的試驗假人,比氙氣大燈提早41米左右。而在行人身著黑色衣服時,可提早92米左右。意味著採用夜視輔助系統可以將夜間行車安全性提高125%以上。由於對於潛在危險信息的充分掌握也能夠使駕駛者在夜間駕駛過程中的心理壓力大為緩解,進而使駕駛過程更加舒適放鬆。目前汽車夜視系統主要使用的是熱成像技術,也被稱為紅外線成像技術。
 
    任何物體都會散發熱量,不同溫度的物體散發的熱量不同。人類、動物和行駛的車輛與周圍環境相比散發的熱量要多,夜視系統就能收集這些信息,然後轉變成可視的圖像,把本來在夜間看不清的物體清楚的呈現在眼前,增加夜間行車的安全性。車載夜視系統給駕駛者帶來了極大的安全感。據實驗表明,一般汽車等隻能照射100m左右,而夜視系統至少可看到450m以外的路況信息,耗電量卻是前照燈的四分之一。如果汽車行駛前方有一個成年型人,一個視力好的司機用近光燈可以在距他88m處看到他,用遠光燈可達到164m,而用夜視系統卻能在458m外發現前方的行人。


圖19、夜視系統示意圖


圖20、夜視系統運作示意圖