一般車想要突破人力操控的限制，讓機(jī)器代替作業(yè)，得需要數(shù)十種系統(tǒng)來協(xié)助，為什麼呢？因為在交通上，有多種路況需要被克服，例如大雪、暴雨、飛塵、十字路口等，什麼是真正的障礙物？車道線在哪？這些皆非單一的感測器能夠做到。
首先，為了促進(jìn)汽車對周遭環(huán)境的理解，一張高精度的地圖是不可少的，它和一般的導(dǎo)航地圖有什麼差異呢？導(dǎo)航地圖的資訊範(fàn)圍涵蓋較廣，除了最基本的道路訊息外，還會提供周遭建築物的尺寸、用途等，由於是專給人類使用，因此偏向資訊娛樂系統(tǒng)所屬。
| 圖1 : 毫米波雷達(dá)發(fā)射的無線電波，能有效探測金屬。(source: Amundaray Instrumentos Geotecnicos) |
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| 圖2 : 毫米波雷達(dá)發(fā)射的無線電波，可以根據(jù)發(fā)出和收回的時間差計算出目標(biāo)距離。 (source: Amundaray Instrumentos Geotecnicos) |
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而高精度地圖則相關(guān)不同，它的目的是輔助機(jī)器感測環(huán)境，幫助車輛進(jìn)行定位、規(guī)劃路徑，所以要知道當(dāng)前的座標(biāo)(X，Y，Z)，並知道這條路徑的車道線有幾條，虛線和實(shí)線的分布狀況，此處為普通道路、匝道，還是高速公路，行車速限等。以上的資訊，多屬於可預(yù)測，並可以事先取得，不會在短時間發(fā)生變化，所以能夠先行收集，同時也包含了道路曲率、坡度以及?坡角等，因此高精度地圖的複雜度比導(dǎo)航地圖更高了許多。
| 圖3 : 高精度地圖將會收集道路曲率、坡度以及?坡角等詳細(xì)資訊，提供汽車視角。(source: Automotive News) |
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由於受到衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差誤差等因素影響，傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在多需於地面建立地基增強(qiáng)站，以定位算法獲得定位數(shù)據(jù)差分資訊，再進(jìn)行大範(fàn)圍播發(fā)，幫助汽車實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)定位。而目前業(yè)界所採用的GPS-RTK載波相位差分定位技術(shù)，可使定位準(zhǔn)確度縮小至厘米級，能夠克服強(qiáng)風(fēng)、磁場、光電等干擾。
毫米波雷達(dá)探測周遭物輪廓
另一項不可或缺的設(shè)備則是感測器，早期是使用超音波雷達(dá)，能夠有效偵測2公尺範(fàn)圍內(nèi)的障礙物，如今已提升到5公尺長，一般車輛在前後皆有裝設(shè)，以便在泊車時向駕駛預(yù)警，5米探測範(fàn)圍的雷達(dá)能夠滿足自動輔助泊車所需，但其反應(yīng)速度較慢，範(fàn)圍不長。
接著毫米波雷達(dá)出現(xiàn)了，雷達(dá)發(fā)射的無線電波，能夠有效探測金屬，並根據(jù)發(fā)出和收回的時間差計算出目標(biāo)距離。目前主流是採用24GHz及77GHz，77GHz的解析頻寬為1GHz，頻寬大小，關(guān)係到你可以解析到多小的物體尺寸，頻寬越高，越能讓你停駛進(jìn)更小的空間，而不致於撞傷。
現(xiàn)今又多了單/雙眼攝影機(jī)，彌補(bǔ)了雷達(dá)無法判斷目標(biāo)的問題，也可以進(jìn)行車道線識別，雙眼攝影機(jī)雖然能獲得更豐富的訊息，但由於成本高，因此目前多採單眼攝影機(jī)居多，進(jìn)一步的應(yīng)用為車道偏離預(yù)警、車道保持以及自動緊急煞車等。然而對於沙塵、強(qiáng)雨、強(qiáng)光等自然因素，都會有識別失誤的問題。
而光學(xué)雷達(dá)(Lidar)，則能夠取得更精準(zhǔn)的周遭物體形狀，它是一種光學(xué)遙感技術(shù)，當(dāng)雷達(dá)模組發(fā)射雷射光到目標(biāo)物後，會使用如三角測量法等方式對比雙方位置，取得目標(biāo)距離以及反射強(qiáng)度。未來的趨勢之一，是將不同感測器所取得的數(shù)據(jù)融合在一起，以得到最完整的資訊。
| 圖4 : GPS-RTK載波相位差分定位技術(shù)，可使定位準(zhǔn)確度縮小至厘米級，能夠克服強(qiáng)風(fēng)、磁場、光電等干擾。(source: Anatum Field Solutions) |
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每種不同的雷達(dá)會安裝在不同的位置，如超音波雷達(dá)會布置於車輛的周圍，以偵測四周的障礙物，攝影機(jī)則多裝置於擋風(fēng)玻璃下方，當(dāng)雷達(dá)警告車主離障礙物有兩公尺時，它所傳遞的距離是以自身感測器所測量的距離。
因此若要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)，就必須轉(zhuǎn)換座標(biāo)至自身座標(biāo)系下才行，為了達(dá)到訊息一致化，當(dāng)毫米波雷達(dá)、超音波雷達(dá)、攝影機(jī)分別感測到前方有一輛車時，必須將訊息結(jié)合，才能告訴系統(tǒng)前方只有一輛車，而非三輛。
現(xiàn)階段的汽車智動化
美國車廠特斯拉(Tesla)過往所發(fā)表的AutoPilot功能，並未搭配高精度地圖，而是以智能化的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)，以及車道保持輔助系統(tǒng)(LKA)、感測器為主。
自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)是從巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，當(dāng)車輛行駛時，安裝在車輛前方的車距感測器會持續(xù)掃描車輛前方道路，同時採集車速信號，當(dāng)與前車之間的距離過近時，自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)可以透過ABS、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)控制車輪轉(zhuǎn)速，並降低發(fā)動機(jī)的輸出功率，讓車輛間得以保持安全距離。
車道保持輔助系統(tǒng)，則用來控制剎車的協(xié)調(diào)裝置。當(dāng)車輛行駛時，可以透過攝影機(jī)來識別行駛車道的標(biāo)示線，如果車輛接近標(biāo)示線並脫離車道時，系統(tǒng)則會透過方向盤的振動、聲音來提醒駕駛。當(dāng)前的系統(tǒng)多是在自適應(yīng)巡航、車道保持和自動煞車等功能的基礎(chǔ)上融合鏡頭和雷達(dá)的技術(shù)為主，早期多為被動警告，近年則漸趨為自動控制。
不同的系統(tǒng)也搭配不同類型的車用感測器，包含毫米波雷達(dá)、超音波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、雷射雷達(dá)、CCD \CMOS影像感測器及輪速感測器等，來收集車輛的工作狀態(tài)及其數(shù)據(jù)，並將改變的機(jī)械運(yùn)動變成電參數(shù)（電壓、電阻及電流）。
舉例來說，車道偏離警告系統(tǒng)使用CMOS影像感測器、夜視系統(tǒng)則使用紅外線感測器、適應(yīng)性定速控制通常使用雷達(dá)、停車輔助系統(tǒng)則會使用超音波雷達(dá)等。
發(fā)展自動車的困難之處
目前標(biāo)準(zhǔn)是將自動駕駛分為L0至L5，其中L0指的是人工駕駛，L5則是完全不需要人類介入，即可解決所有可能面臨的公路情況。目前的技術(shù)多半停留在L3之間，它可以在特定速限下，人類不需要緊握方向盤，查看當(dāng)前路況，而僅需在系統(tǒng)通知時，接手方向盤的控制權(quán)。
2016年，特斯拉發(fā)生一起因Autopilot功能限制所導(dǎo)致的車禍，當(dāng)時因為感測器無法準(zhǔn)確辨識十字路口的車輛，而發(fā)生的公共安全問題。因此奧迪(Audi)便加強(qiáng)光學(xué)雷達(dá)以增加識別率，但因為光學(xué)雷達(dá)的成本實(shí)在過高，並非每家車廠都願意採用；而凱迪拉克則是增加監(jiān)視器，監(jiān)視駕駛的臉部是否面向前方道路。
未來要達(dá)到L4、L5的狀態(tài)，則仰賴前述所提到高精度地圖，並且要時時更新，因此，未來每輛車不僅用於正常行駛，還得肩負(fù)著蒐集地圖資訊的責(zé)任，並將訊息反饋給其他自動車的任務(wù)。
| 圖5 : ADAS透過感測器、毫米波雷達(dá)、高精度地圖收集資訊，以因應(yīng)多變路況。(source: Renesas Electronics) |
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在全球的ADAS市場中，最為知名的開發(fā)商非來自以色列的Mobileye莫屬，就連特斯拉、奧迪、BMW、豐田等都搭載它的產(chǎn)品，市值高達(dá)85億美元，幾乎佔(zhàn)據(jù)汽車安全駕駛領(lǐng)域中70%以上的市場。
最初此公司是開發(fā)一套視覺系統(tǒng)，以減少交通意外的發(fā)生率，爾後出產(chǎn)的前碰撞預(yù)警（FCW）、前方車距監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)（HMW）、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）、行人探測與防撞系統(tǒng)（PCW）等幾乎成為汽車標(biāo)準(zhǔn)配備，當(dāng)中有80%是屬於前裝產(chǎn)品。
同時大者恆大，在與各家廠牌的合作中，也收集了千百萬公里的道路資訊，以及氣候、路況、跨國駕駛場景等，增強(qiáng)了Mobileye的核心演算法。
雖然距離下一代L4普及還有一段時間有走(約於2025年實(shí)現(xiàn))，但今日已不只有傳統(tǒng)車廠投入研發(fā)，而是中、美科技大廠也相繼投入，例如百度、阿里巴巴、Uber、Google等，在沒有量產(chǎn)的壓力下，技術(shù)的突破將更為迅速。
**刊頭圖片：特斯拉(Tesla)的AutoPilot功能，配有智能化的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)、車道保持輔助系統(tǒng)(LKA)以及感測器。(source: Electrek)
