人工智慧技術 推動智慧電動車時代

calendar_month 06/25/2024
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人車一體 智慧座艙再進化 

數位儀表板、資通訊系統、車聯網等功能推陳出新 讓駕駛享受娛樂時 防護更升級

近年來,全球車輛產業正在經歷巨大的變革和挑戰,同時迎來許多新機遇,各國政府紛紛承諾減少碳排放,人工智慧技術也推動電動汽車和車載電子的迅速發展,智慧座艙系統更在全球新車中迅速普及。  

根據IHS Markit數據,2022年全球新車智慧座艙滲透率已逾50%;電子時報分析也指出,2030年全球智慧座艙產值將達700億美元。隨著需求提升,智慧駕駛座艙(Intelligent Cockpit)系統朝移動私人娛樂應用邁進,功能不斷推陳出新,包括螢幕顯示和數位儀表板、駕駛監控、車載娛樂和資通訊系統、汽車電子後照鏡系統、車聯網(Vehicle-to-Everything,V2X)及部分輔助駕駛等,透過直覺及視覺模式,掌控行車環境及車內資訊,以感測器及多媒體管道傳達駕車資訊,在享受各種娛樂時也能隨時保持連線,確保駕駛及乘客安全無虞,讓駕駛與汽車成為一體。

在經濟部產業技術司補助下,工研院持續投入研發「智慧座艙千里眼」(V2X See Through)技術,「結合車間通訊技術」、影像辨識、影像縫合技術,提供駕駛前車的穿透融合影像,透過車載裝置,發展符合全球行動通訊標準組織(3GPP)國際最新標準之蜂巢式車聯網(C-V2X)通訊協定軟體,並搭配影像處理技術,以掌握前方車輛視角的行車影像,希望協助台灣車電業者,打入全球突破千億美元的車用安全市場。

V2X See Through產品架構(車輛研究測試中心/提供)

隨著電動車普及,車輛提供的智慧功能也愈來愈多,其中電控煞車系統扮演非常關鍵的角色,包括法規強制配備的防鎖死煞車系統、車輛穩定性電子式控制系統等,以及線控主動增壓系統,可在動力馬達回收煞車能量時,降低機械煞車力,讓電池回充最多電能,緊急時自動以最大煞車力使車輛減速以避免碰撞,不僅提高車輛安全性,還提供更多便利。在技術司補助下,車輛中心持續投入「電控煞車研發」,不僅帶動電動動力系統產業鏈,還為駕駛者和乘客提供更多安全和便利。

車輛中心在經濟部科專支持下,完成國產化自主技術的防鎖死煞車系統(ABS),已技轉六和機械、易碼電控量產,並搭載於宏佳騰、中華汽車等國產機車中,性能媲美國際大廠,圖左為比例閥式電控煞車總成,圖右是電磁閥式電控煞車總成。(車輛研究測試中心/提供)

至於一般汽車的煞車系統,主要包括煞車踏板、連桿、真空倍力器、煞車總泵、煞車油管以及各個車輪的卡鉗等。原理為駕駛者踩下煞車踏板後,連桿的推力經過真空倍力器放大,推動總泵中的煞車油進入油管。這種純機械式的結構,已經在車輛上運用數十年,而電動車所配備的防鎖死煞車系統,或車輛穩定性電子式控制系統則是串接在這個架構中,可以因應不同路況,調節單輪的煞車壓力,進而輔助駕駛穩定車輛。

其中真空倍力器主要是應用引擎進氣時產生的真空,由於電動車缺少這項穩定的來源,必須改以電動方式來產生煞車輔助力,使煞車具備線控的功能,不僅可以與動能回收系統相互調配,更有利於如緊急煞車輔助系統或是自動駕駛的主動煞車應用。因此電控煞車系統在智慧電車的時代,是不可或缺的關鍵系統,再加上國內煞車零組件廠擅長機械加工,亟需升級轉型為電控系統廠,以趕上這波電動車浪潮。

在技術司補助下,車輛中心持續投入「電控煞車領域研發」,逐步建立自主電控煞車技術能量,並移轉至國內廠商,在防鎖死煞車系統已經成功切入國內自主機車廠,成為汽機車零部件廠商轉型的重要方向。

(作者是王正健、蔣村杰;經濟部產業技術司智慧車輛關鍵技術與自動駕駛系統開發計畫總計畫主持人、車電人工智慧化產業技術研發計畫主持人)


國產ABS守護騎士安全

台灣的道路狹窄,人口又密集,機車成為民眾主要的代步工具,然而根據交通部統計,2023年全台交通事故造成約3,023人死亡,其中機車騎士占1,886人,是事故死亡人數的六成,而近42萬名傷者中,18歲至24歲年輕人更占25%以上,對社會和經濟造成極大影響。而一般常見的機車事故,除與其他車輛發生碰撞外,還有很多是因為機車失控自摔或自撞所造成。

通常是騎士突然受到人、車、物等外來威脅,在面對驚嚇的第一反應就是急拉煞車,希望車輛能立刻停下來,但這個動作卻容易使煞車鎖死輪胎,導致打滑失控摔車。而防鎖死煞車系統的原理,就是系統感應輪胎快要鎖死時,會快速且精準地短暫釋放煞車壓力讓輪胎恢復抓地力,避免輪胎鎖死同時維持車輛穩定性。

在經濟部產業技術司補助下,車輛中心從2005年開始投入電控煞車領域研發,逐步建立自主煞車技術。特別是開發「防鎖死煞車系統控制演算法」,需考量台灣多變的路況和多雨的氣候,以及車輛在下坡或彎道行駛時可能出現的緊急情況。為了提升煞車的穩定性和準確性,控制器通過感測器檢測輪速,再經由演算法來計算道路的摩擦力,控制電磁閥組件來調節各個輪子的煞車壓力,以防止車輪在煞車時鎖死或在發動時打滑。車輛中心開發的防鎖死煞車系統控制器不僅能夠控制最佳煞車壓力,產生最大的摩擦力,還能將煞車距離縮短13.6%以上,降低碰撞的機會。

防鎖死煞車系統(ABS)技術國產化,整體調校效率可提高30~40%,大幅降低車廠開發時間與成本,加快機車ABS量產時程,完整實現在地生產製造,圖為ABS煞車系統關鍵零組件配置圖。(車輛研究測試中心/提供)

此外,為了滿足不同車款與道路需求,「防鎖死煞車系統」有許多複雜的控制參數需要調整。然而,傳統的調整方式需要反覆打開程式進行修改,非常耗時。而車輛中心使用的最新「線上即時參數調校」技術,可以在第一時間調整參數,並在試車場內進行煞車測試,根據測試結果快速調整相關參數,提高30%至40%的調整效率,減少調校測試時間,進而增加產品的競爭力。

車輛中心技轉自主研發防鎖死煞車系統(ABS),協助廠商投入 ABS 控制策略法則關鍵技術與 ABS 控制器開發,並於目標車上完成性能調校與驗證。(車輛研究測試中心/提供)

事實上,開發高階智慧煞車控制功能不僅需要掌握煞車性能,還需要考慮到騎士的操作手感,因此,在研發過程中,測試工程師必須反覆測試油壓回彈力道,才能找到最佳手感。車輛中心的防鎖死煞車系統控制器不僅通過了實車驗證,符合交通部車輛安全檢測基準43-2(ABS)煞車過程車輪無鎖死的要求,以及56-3電磁相容(EMC)法規外,還在各種路面上的煞車性能和操作表現方面達到車廠廠規之水準,這項技術也已經成功移轉給國內兩家系統模組廠,也協助廠商導入量產,並且應用於宏佳騰、亞帝發等國內自主大型重機、中華汽車重型電動機車、蓋亞電動三輪物流車以及台灣金蜂全地形車(ATV)等,目前已經累積6萬套訂單,產值3億元,2024 年市占率可望突破20%。

車輛中心機車ABS技術,已布局含臺、美與中等多國專利12件,並成功技轉系統廠,促成其量產國產化商品,更銷售至整車廠,圖為ABS控制器。(車輛研究測試中心/提供)

這項科研成果不僅解決有效產業上的問題,帶動產業供應鏈及量產規模,更讓全國的機車族在「行的安全」上獲得更多保障,期望未來能有效降低機車交通事故。

(作者是廖學隆;經濟部產業技術司智慧車輛關鍵技術與自動駕駛系統開發計畫協同計畫主持人)


千里眼發威 穿透前車盯路況

開心出門,平安回家是每個駕駛人的心願,如果遇到前方突然有車輛或行人衝出,導致反應不及造成追撞,則是每位駕駛的最大惡夢。如果我們能擁有一雙「透視眼」,能穿透前方車輛,提前看到前方的情況,就能大大降低事故的發生率。在經濟部產業技術司補助下,工研院經過多年努力,研發出全球首創「智慧座艙千里眼」(V2X See Through)技術,讓我們像擁有「千里眼」的超能力,穿透前車看到前方狀況,大幅提升行車安全。

「智慧座艙千里眼」的技術是讓車輛之間可以通訊傳送訊息,採用5.9 GHz V2X專用通訊頻段,將前車駕駛輔助系統(ADAS)的影像傳送給後車,再通過「縫合前後車即時影像」專利技術,將移動中的前後車各角度的拍攝畫面融合為一,展現出視覺透視效果,再將透視影像顯示在後方車輛的駕駛螢幕上。

當前方有突發狀況時,系統會自動讓螢幕上的前車變透明,讓駕駛看到更遠處的行車影像,達到穿透前車的X光效果。而在平時,系統會維持正常視野,避免對駕駛造成過多干擾。「智慧座艙千里眼」提供四大類型行車警示,包括防追撞預警、盲區行人預警、前方掉落物預警及超車安全輔助,可有效避免因視線被阻擋而導致的事故,提升行車安全。

經濟部產業技術司司長邱求慧試乘體驗。(工研院/提供)

一般智慧車輛的駕駛輔助系統只能偵測駕駛能看見的情況,但如果視野被前方車輛擋住,就容易反應不及。透過這項技術能讓駕駛直接「看見」前車所看到的視野,提前掌握突發狀況,為駕駛爭取更多反應時間。

目前國外運用V2X聯網通訊,只能以文字或警示符號的方式,進行車與車或車與路之間的傳輸,無法直接看到影像。而「智慧座艙千里眼」整合V2X車載通訊、影像辨識、影像縫合等三大技術模組,用十年的時間將技術扎實開發與實現,提供透視前車的即時影像,讓行車更安全。

其中影像縫合是技術上一大挑戰,如當前的汽車環景雖是一種影像縫合即時技術,它可以將車輛各個角落的相機畫面縫合,讓駕駛掌握車輛周圍環境,這是基於單台車輛且相機位置固定不動的情況。而「智慧座艙千里眼」則是將「多台行進中車輛」的影像縫合在一起,考慮到車輛位置不斷變化,兩車相機的相對位置也在持續變動,故將透過影像辨識技術,即時偵測兩車的相對位置,再動態調整縫合參數,產生整體、連續的視覺畫面。除了影像縫合,更需車間通訊,通訊則以保留畫面中的重要訊息並減少影像延遲,以產生整體、連續的視覺畫面,提供更順暢的影像。

根據2023年美國交通部的宣布,未來十年內將推動所有車輛安裝V2X通訊設備,距離V2X技術普及化指日可待,全球車用安全市場也已經突破千億美元的大關,工研院亦將這項首創技術協助國內汽車電子廠商,通過技術司年度A+「下世代V2X車路整合車載機開發計畫」,合作開發V2X先進聯網智慧座艙產品。同時,也率先鎖定商用車隊的應用,例如物流車、貨車、國道客運、市區客運等,預計二年內完成開發並進行商用車隊的概念驗證,期望這項技術未來能成為重要的安全輔助系統。

(作者是張瑞玲;經濟部產業技術司車電人工智慧化產業技術研發計畫研究成員)

本文同步刊登於2024/06/23經濟日報A11產業追蹤