近期媒体报导价值千万超级跑车在公路上奔驰撞毁的消息，显见目前车辆的主动安全控制仍存在改善空间。尽管目前高阶车款已装设的被动安全技术可有效减轻事故灾害，但随车辆数目不断成长，主动安全功能需求日益突显，从而更积极地避免车辆碰撞，甚至可避免事后由于交通堵塞引起可观的间接经济损失。  
有鉴于此，国际资通讯厂商和车厂等都在思考如何能充分运用科技，如先进驾驶辅助系统结合新世代资通讯技术等，来主动预防车祸之憾事发生。举例来说，最近澳洲的神经科技(Emotiv)、FinchProductions和澳大利亚皇家汽车俱乐部正实验开发一款以注意力来驱动的汽车(Attention Powered Car)电控系统，驾驶人须戴上神经科技所开发的无线脑电图扫描听筒(EPOC)，该听筒有十四个氧气感测器(EGS)，其中有八个用于采集驾驶员大脑额叶发出的脑电波并随时监控，以驾驶人开车时分心的频率来控制车辆的启停。只有当驾驶人注意力完全集中时才能全速开动，一旦驾驶人分心，系统便会自动协助煞车，并依据外界环境安全程度调降车速，来预防憾事发生。  

目前市场上商业化高阶汽车原型中，主动式电子系统已能控制煞车、转向与加速，如电子稳定控制(ESC)系统便可预防在湿滑道路上行驶时打滑。未来高阶汽车上的感测器(照相机、雷达、雷射雷达、红外线、超音波等)将不断增多，这些设备能收集数据并将数据传给中央处理器。在商业化案例上，国际车厂于2014年时，已经陆续推出搭载主动安全系统的新车，以下分别举例说明。  

如2014年宾士(Mercedes-Benz)的S级车款能实现自主煞车、加速和车道保持，最高时速可达到200公里；2014年款宝马(BMW)i3实现遇到交通阻塞时将时速自动降低的技术；特斯拉(Tesla)电动汽车制造商也正在考虑和谷歌(Google)合作，增加汽车的自动驾驶技术含量。  

结合穿戴式装置　车辆提升主动安全

美国汽车制造商与矽谷神念科技合作研制而成的耳机，应用心电图感测器测量脑波，驾驶人可应用该感测器与汽车互动。此类穿戴装置之必要性在于特殊车辆应用，如残疾人士专用汽车，不须配备笨重的方向盘，可能只有一个操纵杆或控制键盘配合穿戴装置就可让汽车安全行驶。  

欧洲的宾士和宝马也在进行穿戴式装置的研究。如宾士已与矽谷智慧型手表厂商PEBBLE合作，开发能与人、车、路等多向互动的穿戴式智慧手表，当车辆远方有塞车、事故、施工等状况时便会以不同频率震动警示声等通知驾驶人，并能接收Siri语音助理互动查询车辆附近商家、免下车即能预订停车场或商品优惠票券等。当驾驶人停车离开，也能透过随身智慧表随时监看车辆是否上锁、空调与油电里程、车内或周边是否有窃贼状况等。  

德国柏林自由大学AutoNOMOS实验室的科学家使用特殊的软体，让驾驶者不动手、仅透过大脑想像，便成功地驾驶一辆大众帕萨特汽车。用于实验的这辆帕萨特汽车也经过一系列改装，同时配备包括卫星导航、红外雷达、微波探测器、立体摄录影机等其他技术，确保电脑能获得足够多的车况和路况数据。未来，汽车将使用座位上的感测器来监控乘客的生命体征，如果探测到司机突发疾病，车辆将自动地行驶到安全的地方并拨打急救电话，其他诸多新式的应用研发案例也如雨后春笋般出现(表1和表2)。  



归纳目前整车厂商及汽车零组件生产厂商试图开发监控驾驶者注意力的技术，较为主流的两种监控方式，分别为透过摄像头或感测器捕捉人脸(或五官、瞳膜)等变化，以及透过感测器(红外线、重力感测器等)技术进行驾驶人行为监控。利用「注意力驱动」之安全系统，目前多属原型阶段，可谓升级版的「主动防撞技术」，但尚未臻于成熟。以下介绍现行几项较为成熟的主动防撞与相关技术。  

主动防撞技术已臻成熟　配套措施蓄势待发

「主动防撞技术」已被领导车厂列为汽车安全领域的重要研究方向，包括主动防追尾安全技术和侧面碰撞预防技术。其原理是采用雷达、红外线等多种方式来监测车辆周围的道路交通状况，一旦发现有两车相撞的危险时，便会给驾驶员发出提醒讯号，有些还会自动采取制动、转向等辅助措施来避免碰撞。  

以宾士汽车来说，其制动辅助系统共分为三个阶段，第一阶段是在距离碰撞2.6秒时进行语音的提醒，其次为在1.6秒时会施加40%的制动力予以提醒，并减缓速度，如果驾驶员仍无反应，系统就会进入第三阶段，即是在碰撞发生前0.6秒时施加100%制动力以减小损失，且可以按照预先设定的车速与跟车距离做自动调整，即使前车停住再启动也没有问题。  

另一种类似的技术，是目前正逐渐流行的「驾驶警觉控制系统」，该系统通常由一个位于挡风玻璃和内视镜之间的照相机、一些感测器以及一个控制器组成。照相机用于测量汽车与车道标志线的距离，感测器记录下汽车的运行状况，这些资讯将被传送到控制器，并由其来评估驾驶员是否处于失控驾驶的危险状态。一旦危险级别被评估为很高，驾驶员将收到声音讯号的提示。如富豪(Volvo)汽车的车道偏离报警系统，会在车辆高速行驶时提醒驾驶员汽车正在偏离正常行驶的车道，并透过安装面向前方的摄录影机随时监测车辆行驶的道路。当发现车辆无意间偏离车行道，处理器做出判断后输出一个讯号驱动警报电路，警报形式可以用语音或震动坐椅来提醒驾驶员。  

其他成熟案例还有日系的丰田汽车，他们提供能预测正侧面冲撞事故，提前打开保护驾驶人或保护行人的安全气囊；三菱汽车则推出智慧整合式安全系统(e-Assist)电子辅助安全系统，采用毫米波雷达和车载摄像头，毫米波长雷达安装在前进气格栅处，雷达波频率为77GHz，不会受到紫外线或者其他光线的干扰，在夜晚及雨天最大检测范围达到200公尺，摄像头安装在挡风玻璃顶部，监视车辆前方分道线的位置。为了保证摄像头不受到温差影响起雾并保持稳定的成像品质，将其紧贴于汽车挡风玻璃内侧，内部还整合感测器，用来检测是否有雨滴滴在挡风玻璃上，并会自动开启雨刷来清扫雨滴。  

承上所述，车电技术虽然已经成熟，但主动安全配备能否普及的因素不光在于技术，还须视法规与消费市场接受程度如何。欧、美、日等国家将车辆的自动化程度概分为四种等级，即驾驶员辅助阶段、半自动驾驶阶段、高度自动驾驶阶段和完全自动驾驶阶段。  

．第一级：辅助驾驶，防范车祸于未然。

此阶段的许多技术其实已经开始投入应用，如车道偏离警告(LDW)系统、正面碰撞警告(FCW)系统以及盲点讯息系统(BLIS)等。该阶段的系统已经商业化安装于欧洲多个车款中，利用资通讯技术，在关键时候能够给予清晰、精确的警告，来降低车祸的发生机率。  

．第二级：半自动驾驶

在这一阶段，汽车会智慧地判断司机是否对已提示的危险状况做出回应，如果没有，则会立即自动替司机采取行动，例如富豪汽车的紧急自动煞车系统(AEB)、紧急车道辅助系统(ELA)等。目前装设在富豪V40上的增强版城市安全系统，已可在时速50公里内发挥作用。  


．第三级：高度自动驾驶阶段
在此阶段，汽车能够在一段时间内实现自动控制行驶，富豪汽车将在2014年量产的全球第一个自动驾驶技术--堵车辅助系统，就是属于此一等级。该系统可以使汽车在车流行驶速度低于50公里/小时的情况下，能够自动跟随前方车辆行进。在此模式启动后，发动机、制动和转向系统将会自动做出反应，自适应巡航控制系统自动保持与前车之间的适当距离，同时保持对转向的控制。 

．第四级：完全自动驾驶阶段

在此阶段，汽车可以在无需司机监控的情况下，完全实现自动驾驶。驾驶人可以坐在车里上网、睡觉、饮食等。 

尽管先进技术已渐趋成熟，但以一般国家之规范现况下，目前汽车的先进驾驶辅助系统仍多只作用于高速和低速场域，在中速场域部分仍须由驾驶人集中注意力(图1)。 


图1　目前汽车先进驾驶辅助多数作用于高速和低速区域，而中速仍需由驾驶人集中注意力。　资料来源：KPMG，IEK/ITRI(2014/3)
在消费者对于自动驾驶的接受意愿方面，根据富豪汽车公司调查消费者对于自动驾驶车型的态度研究中显示，在年龄从18岁到37岁的驾驶员中，近半数的人肯定或可能购买完全自动驾驶的车型。而根据麦肯锡报告，只要管理机构和普通大众能在2025年接受自动驾驶汽车，自动驾驶汽车可以带来高达一兆九千万美元的经济规模。 

值得一提的是，目前先进国家法规也仍在逐步升级中。如美国国家公路交通安全局(NHTSA)已经宣布，将要求全美新上路的汽车和其他小型车辆安装「车对车(Vehicle-to-Vehicle, V2V)」通讯系统，以有效阻止交通事故的发生。所谓车对车通讯系统，是指不同车辆利用双向专属短距离通讯(Dedicated Short Range Communication, DSRC)或无线区域网路(Wi-Fi)等无线技术进行「对话」，以每秒10次的频率交流车速和方向等基本数据，从而提供车距等安全资讯，及时为司机报警。 

美国运输部认为，除了醉驾或机械故障外，这种车间通讯技术将能预防多达80%的交通事故。交通安全局负责人士指出，推行车对车通讯系统的意义，可与引入汽车安全带与安全气囊等安全措施相提并论，不过交通安全局同时强调，短期车对车通讯系统仅为司机提供警报，并不会立刻代替司机进行自动驾驶。此外，这个系统只涉及基本安全数据，不会交换或记录个人资讯。 

V2V/DSRC日渐发展　列队行车应用初具雏形

自从美国交通部于2006年制定车用无线存取环境(WAVE)规范，以802.11a Wi-Fi做延伸，采5.9GHz频谱的双向专属短距离通讯IEEE 802.11p规范，可在3,600英尺内传输6?27Mbit/s、200微秒(μs)低延迟无线讯号；之后，美国材料试验协会(ASTM)更加入IEEE 1609.2服务应用层，开发出停车场收费、高速公路电子收费(ETC)等相关应用。 

目前运用5.9GHz频谱的DSRC/WAVE技术，可让优先紧急车辆藉由车对车或车对路(V2R)之方式，发出讯息来通知前方车让出车道，以加速到达目的地。在遭遇阻塞、大雾、路面结冰，以及事故等危险情况时，车辆也可以向所有道路上受到影响的驾驶员发送出危险地段的准确讯息。不仅如此，它还会以尽可能快的速度向驰往该地段的车辆发出警告，有利于驾驶者及时掌握相关情况并采取相应措施。车对车技术即为未来自动驾驶技术的关键。 

富豪汽车集团于2011年11月加入车辆间通讯联盟(CAR 2 CAR Communication Consortium)，并就2016年实施车辆通讯共享技术签署备忘录。2012年9月，富豪执行欧洲环保型道路安全列队行车(SARTRE)专案测试，在西班牙巴塞隆那公路上，以90公里/小时完测成功，即建构在DSRC 802.11p--ETSI ITS G5(5.9 GHz)3G UMTS(4G LTE)通讯技术基础上，由富豪汽车领军进行的智慧型安全列队行车技术。该专案是政府支持的研究项目，以容许高达十五辆车的列队行车进行自动控制，目的是确认实施公路列车(Road Train)的可行性，并在与其他道路使用者的混合环境下，确立安全列队行车的车流管理。详细作法是，由一辆「头车」引领着一列多达十五辆的车队在公路上行驶(图2)。 


图2　欧洲环保型道路安全列队行车专案道路测试　资料来源：Volvo，IEK/ITRI(2014/3)
除了头车以外，后方跟车的驾驶人都可双手离开方向盘，在车里看杂志，接打电话、吃东西或看电影--所有驾驶工作全都改由头车的司机包揽。这些车辆都配备有精密的感测器和通讯系统，每辆车之间的间隙保持13英尺(不超过4公尺)，车队可能还会根据车流量拥堵情况实现自动切换车道。想加入列队行车的驾驶人只要说出(输入)他想前往的目的地，车上的新型智慧导航系统就会引导该驾驶人前往最近的列队行车车队，系统串接完成后即由列队行车系统掌控该车之行进。而该行列车队当中任何一台车的驾驶人，随时都可以决定自行离开车队，改由驾驶人自行掌控车辆行进，其所遗留之车队空位则自动由后车递补上来。此套系统最大优点就是不需要额外的道路基础建设即可立即实施。 

列队行车的优点除了能够解放驾驶人双手以外，还有其他优势，如能够减少多达50%的油耗，还可以改善交通流量(依据国际研究发表于电力电子工程师学会期刊数据，可提升500%车流效率)、缩短行驶时间，且透过搭配城市安全系统、行人探测系统、自适应巡航控制系统等科技，还有可能实现零事故和零伤亡。 

此种列队行车的自动驾驶亦可应用于军警/救护车、消防车、物流快递车辆等，让驾驶人员也能加入工作团队，于第一时间充分释放双手、或提供服务，如对病患施以最合适的急救措施或准备适当的治疗导航讯息提供病患家属，尤其在幅员广大的国家如俄罗斯、中国大陆、加拿大和美国的偏远地区，此类服务可节省人力，或用于紧急救护之高速远距救援车队，避免长途运输失误。 

在实现无事故愿景的过程中，车辆的自动反应非常重要，为实现这一目标，富豪汽车扩展系统中使用的摄录影机、雷达和雷射技术，以及自适应巡航控制系统(ACC)、城市安全系统、车道保持辅助系统、盲点监测系统和停车辅助等先进技术。该项目如果成功商业化，将能不同程度地实现减低油耗、减少拥堵、提升交通安全等目标。 

自适应巡航控制系统是使用雷达感测器识别前方车辆，并与前车保持驾驶员设定好的距离(约3?4公尺)，并可保持静止长达4分钟，然后仍可加速驶离。城市安全系统会在车速30公里/小时以下时启动，利用内置在挡风玻璃顶部的一个雷射传感器来监测前方的交通状况。它可以探测保险杆前方10公尺以内的汽车及其他物体，如果前面的车辆突然停车或减速，驾驶员精神不集中并未能及时做出反应时，会对驾驶员发出警示，若驾驶员仍未采取任何行动，车辆就会自动刹车。 

根据最近的高速公路安全保险协会(IIHS)报告，搭载城市安全系统车辆的碰撞频率降低22%。此外，根据富豪XC60的保险索赔统计，城市安全系统使个人伤害索赔的成本降低51%，同时车辆修理成本降低20%以上。车道保持辅助系统是帮助驾驶员将车辆保持在正确的车道上行驶，在时速65?200公里/小时之间时，位于车辆前方的摄录影机可监测左右两边的车道线，在车辆靠近车辆标线边缘时，即会以轻微的反侧向扭转力提醒驾驶员。若驾驶员未进行任何修正动作，该系统将通过方向盘震动向驾驶员发出警告。 

车用电子渐趋复杂　混合系统设计强化安全

随着智慧车辆上的主动安全、资通讯、自动控制等系统升级，电子元件数量亦将与日俱增。目前每辆汽车上包含的处理器数量从五十颗到二百颗不等，电线总长度长达1.6公里。而且，越来越居主流地位的混合动力汽车和电动车也正在加速这一趋势，如插电式电动汽车雪佛兰沃特需要一千万条代码，比运行一架波音787客机的代码还多两百万条。随着车用电子日趋复杂，也造成售后维修厂处理之困难度，因此了解融合之介面标准显得日益重要。 

至于在功能性方面，目前各套系统各自有其限制--如安全感测器的系统，目前应用于车侧环绕360度仍存在感测死角(图3)，而若要求车厂大量装设，其实并不符成本效益；另一种DSRC，目前也尚未历经市场大量使用之功能可靠度验证，单独使用此系统则可靠度尚不足。若能将两种系统融合，恰可提供冗余设计，以确保100%系统功能之发挥(图3)，并且也能弥补感测死角，充分满足车侧环绕360度感测(图4)。 


图3　安全感测器的系统与车联网资通讯系统优缺点比较　资料来源：KPMG Interview，IEK/ITRI(2014/3)

图4　安全感测器的系统与车联网资通讯系统融合以弥补感测死角。　资料来源：AD，IEK/ITRI(2014/3)
融合系统的应用实例，以智慧型安全列队行车所需的车间通讯为例(图5)，前后车之间的距离有些厂商采用雷射雷达(LIDAR)感测器来做量测，而两车之间的通讯与反馈就必须依靠DSRC来完成。如此才能保持车队等间隔安全行进。后车(Following Vehicle)之融合系统功能动作方块图范例(图6)。 


图5　安全列队行车所需的车间通讯　资料来源：A.C. Conference USA，IEK/ITRI(2014/3)

图6　后车之融合系统功能动作方块图范例　资料来源：A.C. Conference USA，IEK/ITRI(2014/3)
各厂商在实施设计应用时，由于各自技术供应链与成本等不同设计考量，会决定采用不同的技术。因此各厂商之车电系统势必存在着不同之特性与限制(表3、表4)。 



自动驾驶指日可待　相关单位秣马厉兵

在不远的将来，随着车电技术的进步，不管是穿戴技术或自动驾驶，目的都是释放人类双手并提高行车安全与效率，让人行车之时可以做多价值的事。然而，智慧车普及与否面临的最大障碍就是法规。麦肯锡发布的调研报告虽看好2025年实现全面的无人驾驶，但前提是法律必须允许。如果各国政府设立的法律允许自动驾驶的汽车在公共道路上行驶，新型的交通事故责任归属模式就会来临。目前美国只有包括佛罗里达州在内的少数几个州已经通过相关法律，允许对全无人驾驶系统进行测试。 

在欧洲，联合国欧洲经济委员会(UN-ECE)也正在寻求对《维也纳公约》进行修订，其中，「自动驾驶」的事故责任被认定为是最关键的问题。虽然自动驾驶可以大幅降低事故率，但不代表零事故，汽车制造商惧怕车主不须驾驶汽车后，发生意外事故的责任就会转嫁到他们头上，所以，当自动驾驶汽车肇事时，责任谁来承担？如何设置车上电脑的应用程序，在生死攸关的时刻做出正确决定？这些问题都亟待法律的规范。 

其他接踵而至的问题还包括车电网路的安全，这与电脑系统的网路病毒类似，一辆自动驾驶汽车的车电或导航系统有可能被骇客或病毒码攻击，从而导致灾难性后果，因此，还必须在自动驾驶汽车上路前就建好一个完善的网路安全系统。除了法律政策之外，无人驾驶汽车的来临缔造另一个重大问题是将使汽车相关网络商业模式以及产业生态系统进行概念重组。根据推估，无人驾驶汽车会使传统车辆行业的年收入锐减数千亿美元，遭到牵连的包括传统汽车制造商、传统零组件供应商、汽车经销商、汽车保险公司、汽车金融公司、汽车修理厂、传统司机等不一而足，这些传统业主必然会想办法延迟自动驾驶技术发展的步伐。 

在全球出海口方面，未来新兴智慧车电市场的供需消长，最不可忽略的就是新兴的亚太地区。近年来，亚太地区的车电供应商展现的竞争力均不容小觑。除了日本与中国的供应商外，韩国的三大顶尖集团三星、乐金(LG)及SK电讯等也都看到未来车电市场的潜力需求，现代及起亚汽车不约而同认为，像自动驾驶感应器(Self-driving Sensors)、声控及手控资讯娱乐系统(Voice-and-gesture-controlled Infotainment Systems)及使用扩增实境技术呈现的抬头显示(Head-up Displays)等最新科技及产品，将为未来汽车产业的主流；韩国领导厂商一致看好车用半导体包括记忆体晶片等，未来均将广泛运用在汽车产业中。 

(本文作者任职于工研院IEK系统IC与制程研究部)