先進車輛控制及安全系統相關技術

近年來由於電子、通訊、微處理器以及控制系統之先進發展，使民眾開始懂 得利用這些技術加強車輛安全系統。這些技術主要應用於監控駕駛人精神狀態、

加強視野、防止碰撞及提供路面安全資訊等，其目的皆為避免意外事故發生，增 進交通安全。

在國外已有許多先進安全車輛之相關研究，如圖2.9 所示，主要以日本及歐 洲發展情形較為完善，例如日本ASV(Advanced Safety Vehicle)計畫以及歐洲 ASV 相關計畫。在國內相關研究方面，有中華智慧型運輸系統協會（ITS-Taiwan）負 責推動及規劃國內智慧型運輸系統相關領域之技術開發。我國對於先進安全車輛 之發展雖然起步較晚，但近幾年來已陸續有一些學術單位開始從事自動車輛或智 慧車輛之相關研究，例如由淡江大學交通管理學系暨運輸科學研究所導航研究室 所研發之自動導航公路系統ADVANCE－F，以及由國立交通大學電機與控制工 程系混沌系統與信號處理實驗室成功研發之智慧車輛「TAIWAN iTS-1」。其中

「TAIWAN iTS-1」是藉由 CCD 攝影機擷取道路資訊，代替駕駛員眼睛自動判斷 車輛前方道路之狀況，可作到自動駕駛。

Taiwan iTS-1 z美國CMU Navlab-11 北京清華大學THMR-V

z義大利 ARGO z德國VaMoRs-P

z美國PATH z 美國OSU

長沙國防科技大學紅旗自主駕駛車

圖 2.9 各國先進安全車輛發展計畫

2.3.1 國外文獻回顧

一、 日本ASV 計畫研發技術

日本政府運輸省自1991 年開始推動先進安全車輛計畫。第一期計畫從 1991 年至1995 年，由政府編列預算委由各大車廠進行小客車四大類 20 項先進安全系 統技術之研發，此階段主要評估車輛上安裝高科技配備之可行性，以及這些技術 的應用方式。第二期計畫由1996 年至 2000 年，適用對象增加大貨車、大客車及 機車，系統技術也增加至六大類 32 項，如表 2.9 所示，其研究重點在於符合資 訊最適化之人機介面設計要求，以及與路外設施之一致性與相容性。第二期ASV 計畫主要目的為增強駕駛員之知覺能力、資訊呈現、警示、事故預防控制以及減 輕控制負擔等，故各項輔助技術須容易被駕駛人瞭解與操作，人機介面必須友善 化。車廠必須配合清楚說明系統之功能與限制，而使用者在使用系統時則須依照 指示使用。

表 2.9 日本第二期 ASV 計畫研發技術

表 2.11 日本各車廠先進安全車輛（小汽車）安全系統彙整表

物，避免車輛頭燈亮度不足或解決前方監視攝影機無足夠光線問題。頭 燈光線之分佈型態，依據導航系統獲得之道路資訊適時調整，加強駕駛 員辨識道路狀況能力。

(三) 前方障礙物碰撞預防輔助系統

利用 CCD 立體攝影機與掃瞄式毫米波雷達偵測前方障礙物之出 現、距離、相對速度與加減速度。並使用減速感測器與輪胎速度感測器 偵測道路斜率及輪胎與路面間之最大摩擦係數，並將資訊傳送至 ECU

（Electronic Control Unit）以判斷是否有危險或碰撞發生。當駕駛員想 變換車道時，系統亦給予適當警示；當前方障礙物過於靠近時，若駕駛 員已踩煞車，則由智慧型煞車系統輔助煞車，若駕駛員未採取任何行 動，系統將自動煞車。

(四) 側邊障礙物警告系統

當車輛行駛於多車道時，若變換車道或轉彎未打方向燈，系統將透 過螢幕顯示與語音警示駕駛員周遭車輛資訊。此系統體積小、成本低，

配備含距離量測感測器（安裝於側邊的後視鏡）、CCD 攝影機以及計算 距離之立體影像系統。

(五) 車道偏離輔助系統

ECU 根據 CCD 攝影機所辨識之車道資訊，與偏移率感測器及其它 感測器提供之資訊，判斷車輛行駛軌跡。若ECU 判斷出車輛可能偏離 車道，則發出警示提醒駕駛員返回車道內；若車輛有超出車道界線之狀 況，系統將自動煞車。

(六) 緊急煞車預先警告系統

系統藉由駕駛員踩放油門之速度，判斷出後續可能發生緊急煞車動

作，此時系統立即通知後方來車注意前車煞車動作，以減少後方追撞發 生。

(七) 適應性行駛控制系統與煞車控制

藉由安裝車距感測器（雷射雷達）、油門與煞車啟動器主動偵測本 車與前車之相對速度，再藉由自動煞車或踩放油門適當調整速度，維持 最佳車間距離。此系統可減輕駕駛員頻繁之加減速動作，尤其於道路擁 塞時可大幅減輕駕駛員負擔。

(八) 彎道超速預防輔助系統

利用導航系統獲得路面彎道形狀及位置資訊，並藉由輪胎速度感測 器偵測輪胎與路面間最大摩擦係數，可計算出行車安全速度。當車輛速 度超過安全速度時，系統發出警示提醒駕駛員踩煞車。當駕駛員踩煞車 時，亦啟動智慧型煞車輔助系統協助減速至安全速度。

(九) 夜間行人監視系統

利用先進視覺輔助技術提昇駕駛員辨識前方潛在危險之能力，特別 是在夜間或視線很差時，藉由紅外線偵測車輛前方之行人動向，並將偵 測結果顯示於儀表板上。

(十) 乘客安全帶警示系統

利用乘客偵測感測器與座椅安全帶扣開關偵測器，偵測乘客是否繫 安全帶，並提醒乘客於行車時應繫上安全帶。

(十一) 自動事故回報系統

當事故發生時，壓力感測器偵測到事故發生，系統會自動送出車輛 位置之訊息，透過行動電話或其它通訊方式，將駕駛員與車輛辨識碼傳

回調管中心。

(十二) 減緩碰撞速度之自動煞車系統

比一般駕駛員快兩秒偵測出潛在碰撞危險，並且發出警示訊息。若 駕駛員未採取任何煞車動作以避開危險，系統將自動煞車以減低碰撞速 度。

(十三) 胎壓監視系統

輪胎內安裝感測器偵測胎壓資訊，系統藉由計算輪胎每轉一圈距 離，加上輪胎轉動半徑判斷胎壓是否異常，當發現胎壓異常時，系統發 出警示訊息通知駕駛員。

(十四) 路面監視系統

利用安裝於車輛前方保險桿下方之紅外線路面感測器偵測並評估 路面光滑度，當路面狀況有造成車輛打滑危險時，提供聲音與視覺警示。

(十五) 先進安全氣囊

為減輕撞擊對乘客之影響，系統由位於座椅旁之感測器偵測乘客位 置與坐姿，以控制安全氣囊彈開力道。

二、 歐洲ASV 計畫研發技術

歐洲ASV 計畫主要由各大知名車廠與民間研究機構合作研發。目前正在研 發或已完成之重要計畫有 LACOS、CARSENS、AWARE、CHAMELEON、AF 以及ARGO 計畫等，以下將逐一介紹。

(一) LACOS（LAteral COntrol Support）計畫

LACOS 計畫由歐洲三大車廠 FIAT、VOLKSWAGEN 與 RENAULT 共同合作，其目的為發展一套能監控前方、側邊與後方道路環境之完整

系統。主要發展技術為車道變換輔助感應系統及車道警示輔助感應系 統，兩者功能說明如下：

1. 車道變換輔助感應系統

CCD 攝影機能夠觀測車輛後方 20 公尺遠之物體，並且監控側 邊車道，其與後照鏡之整合如圖 2.10 所示。而安裝於車後保險桿 之微波雷達能偵測150 公尺遠之物體，雷達感測器於不良天候狀況 下亦有良好偵測績效。

圖 2.10 CCD 攝影機與後照鏡整合 2. 車道警示輔助感應系統

系統能將車輛目前所在車道位置提供予中央控制單元。FIAT 展示車上所使用的是 CCD 攝影機與一個數位訊號處理（DSP）模 組。CCD 攝影機安裝於中央後照鏡之後，如圖 2.11 所示。

圖 2.11 車道警示輔助系統之 CCD 攝影機 (二) CARSENSE 計畫

CARSENSE 系統為一套多重感測器之資料融合系統，主要用途為 偵測車輛前方物體。此多重感測器資料融合系統包括一組內部與外部感 測器，其中內部感測器提供車輛內部狀態相關資訊，例如速度與行駛角 度；而外部感測器（雷射雷達與影像感測器）感應車輛外部資訊，例如 障礙物偵測。所有感測器與資料融合單元藉由CAN bus 加以連接。表 2.12 及圖 2.12 分別說明及示意此系統各部分之設計。

表 2.12 CARSENSE 系統元件功能表

雷達感測器 感測及發展縱向控制演算法以處理高度動 態之交通狀況。

雷射感測器 整合DSP 感測器內部訊號處理功能的高解 析度掃描器。

高動態立體錄影攝影機 偵測靜止與移動物體。

影像處理硬體 結合FGPA 與 DSP 技術，以要求的速度處 理錄影資料。

資料紀錄器與資料讀取 即時記錄多個感測器資料，以建立一個情境 資料庫。

錄影處理 主要負責車道標線辨識與障礙物辨識。

資料融合 整合由不同感測器所提供之資訊，以獲得較 佳之車輛前方環境之影像。

圖 2.12 CARSENSE 系統 (三)AWARE 計畫

AWARE 系統於邏輯上可區分為三個模組：1.雷達感測器模組–偵測 與追蹤障礙物、估計道路幾何線形與預測車輛行進路徑。2.危險評估模 組－判斷目前狀態下的危險。3.動作選擇模組－決定最佳迴避動作，例 如警示駕駛員或直接控制車輛。

於實體上可區分為前端雷達與訊號處理兩單元。前者位於車輛前 端，後者是一片訊號處理卡，安裝於車輛行李箱的個人電腦中。前端雷 達傳送數位化資料至訊號處理卡，執行多種演算法以追蹤物體與道路，

以及進行路徑之判斷。

(四)CHAMELEON 計畫

CHAMELEON 計畫主要目的為支援、導引及完成事故前感應系統 之發展，以偵測所有即將發生的事故。為達成目標，CHAMELEON 計 畫首先由確認系統觀念與需求著手，再根據結果決定感應系統之架構與 資料交換協定。下一步則是建立感應系統，包括感測器融合演算法與展 示車之建立，同時也進行提供技術與功能測試之測試場地。表 2.13 介 紹系統各部分之設計。

表 2.13 CHAMELEON 系統技術表

（Sensor Fusion）

所有感測器產出的資訊將集中至多重光譜分類演算法

所有感測器產出的資訊將集中至多重光譜分類演算法