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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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搶占車安產品灘頭堡 平價當道,車輛安全走平民風

文/魏茂國 攝影/蔡鴻謀

汽車發明至今已有上百年歷史,車輛科技的發展更是日新月異,
也由於汽車具備了快速、舒適、便利的優點,加上愈來愈普及化,
安全遂成為車輛組成中不可或缺的角色,
技術走向也已轉變為可預先示警的「主動安全」。
車輛主動安全技術一旦能由國內自行研發生產,
將有機會一改現今只安裝於高價位車輛上的狀況,
讓一般民眾也能體會它的價值,更成為台灣產業的重要利基。

平價當道,車輛安全走平民風
平價當道,車輛安全走平民風

第 一輛汽車問世至今不過百餘年,但是卻帶給人類社會重大的演進與改變;許多產業因應汽車產業而生,成為帶動經濟發展的火車頭。但就使用的角度來看,雖然汽車已是一項相當方便,也是先進社會中普遍存在的交通運輸工具,卻無法避免因為操作不當或意外發生,造成對車輛乘員或行人的傷害。

科技的進步不僅提高了汽車的品質與性能,也讓人思考如何藉由新技術的研發及導入,增進車輛行駛時的安全性,進而保障身體和生命。尤其相對於其他重要汽車發展國家,過去台灣在汽車產業的投入較為缺乏,許多關鍵技術皆仰賴國外母廠提供,加上環境與資源的因素,使得傳統的汽車產業並未成為台灣產業主力。

然而在資通訊(ICT)或電子產業等方面,台灣卻有著不錯的基礎與優勢,如能與汽車產業的需求結合發展,對於相關業者而言就會形成突破的契機。特別是在政府、車廠以及車輛擁有者、使用者對於安全都愈來愈重視的情況下,未來的市場需求也指日可待。

車輛安全廣受矚目

工研院機械所副所長王漢英指出,汽車對使用者來說,最重要的價值就是安全。車輛安全技術的發展,過去偏向以機械與結構為主的「被動安全」,在意外發生時提供駕駛與乘員適當的保護,一般所知的安全氣囊就屬於此類;不過未來的技術走向已轉變為「主動安全」,要在意外可能發生之前,就預先警示或作用,避免危險的發生。

多數車禍肇因於人為因素,其實只要增加0.5秒警示時間,就能避免60%追撞事故。
多數車禍肇因於人為因素,其實只要增加0.5秒警示時間,就能避免60%追撞事故。

以歐盟為例,即公佈自2013年起,於歐盟境內新出廠的貨車與其他重型汽車,必須安裝可以避免衝撞前車或減少衝擊力的緊急煞車預警系統(Advanced Emergency Braking Systems;AEBS),以及提醒車輛將駛離車道的車道偏離預警系統(Lane Departure Warning Systems;LDWS)。歐洲每年因車禍死亡的人數高達約7,000人,專家指出,這兩套系統每年將可減少1,000人死於車禍中。

事實上就全球產業與市場,乃至於法規的層面,都可以發現車輛安全受到重視的程度。像是在市場研究機構IC Insights提出的資料中,在車輛電子的六大領域(駕駛資訊系統、車身系統、車輛安全系統、車輛保全系統、引擎傳動系統、底盤懸吊系統)中,安全系統成長率11.9%為最高,如再加上保全系統的部份,更將高達18.5%。根據J.D. Power & Associates的調查,美國消費者所關心的前10項汽車產品中,有9項與安全有關,包括智慧型安全氣囊、倒車輔助裝置、低壓安全胎(Run-Flat Tire,可防爆胎)等。

透過安裝於車輛側方或後方的雷達或攝影機,提供駕駛視綜合盲點警示。
透過安裝於車輛側方或後方的雷達或攝影機,提供駕駛視綜合盲點警示。

另外在歐洲及日本,皆已在數年前陸續推行於車速40公里/小時下撞擊行人時,車輛設計須能有效降低死亡與傷害比率;而在美國,不但通用(GM)、福特(Ford)等主要車廠為因應法規的嚴格要求,持續將主、被動安全裝置列為標準配備,更蘊釀立法加強對行人安全的防護。顯見對於車輛安全的要求必將逐漸提升,也是各先進國家的趨勢。

相對地,從台灣的道路交通事故狀況來分析,據警政署的統計,2008年當場或24小時內的死亡事故就多達2,150件,死傷人數更超過3,200人;最主要的肇事原因是來自於駕駛(達2,077件),例如未保持安全車距、未注意前方路況等。由此看來,無論是國內外的情勢與現實,都對車輛安全有極高的需求,以安全為訴求的產品也將不斷出現,更是台灣產業極佳的切入點。

整合汽車與ICT產業

在車輛主動安全的技術上,除了傳統的機械領域外,還結合了許多電控與偵測的ICT技術;如果這些技術能夠與車輛的知識及技術整合,就有機會形成完整的車輛安全產業,不僅是國內相關業者所盼望,也正是工研院發展車輛主動安全技術的主因。

王漢英解釋,傳統上台灣ICT產業是以單件零組件的生產為主,車輛產業則以機械、機構為主,兩者的附加價值與競爭力都不易提高;假使能將車輛與ICT結合,把傳統的機械變成控制或安全偵測模組,將ICT的單件零組件變成一項車用系統,對兩個產業而言,都是轉型與提升附加價值的機會。

車輛駕駛補助整合模擬系統幫助駕駛清楚掌握車輛周圍狀況
車輛駕駛補助整合模擬系統幫助駕駛清楚掌握車輛周圍狀況

不過王漢英也說,雖然台灣ICT產業有很強的製造基礎與零組件設計能力,但要能實際使用在車輛上,不論是系統整合或車輛規範,過去業界都少有涉獵;同時當零組件轉變成為系統後,也需要在整車上進行驗證,這些都需要從車輛的角度來定義及測試,從系統端帶領零組件端進行整合,才能真正達到車輛使用者所需的安全防護。

另一方面,以傳統汽車廠商的組織結構來看,其對於ICT的專業或測試環境、能力等了解也較缺乏;如果汽車產業要與ICT產業結合,中間將會有不小的缺口。「工研院即是扮演系統整合者的角色,將車輛的需求轉換成ICT產業的需求,協助汽車產業連結到國內具有潛力生產製造ICT零組件的廠商,並導引開發出符合車廠需求的關鍵模組,」王漢英說,「如此兩方面就能在這樣的合作機制下,把系統模組整合、設計、開發、驗證出來。」

在技術自主的目標下,工研院以自行研發的運算軟體搭配感測元件,已開發出行車偏移警示系統、影像式倒車輔助導引系統,以及側方盲點影像與雷達偵測系統等三項智慧偵測與警示安全模組;設計上則以利用最少的感測器數量維持必要的精確度,現階段也都已成功技轉國內廠商。

選擇市場快速建立優勢

胎壓偵測器停車或行進間不斷偵測胎壓變化,當胎壓異常時會主動發出警訊提醒駕駛。
胎壓偵測器停車或行進間不斷偵測胎壓變化,當胎壓異常時會主動發出警訊提醒駕駛。

由市場調查機構iSuppli於2009年的分析報告指出,先進車輛安全駕駛輔助產品的產值,將會從2008年的1,700萬美元,大幅成長三倍至2013年的5,600萬美元。在各國政府大力推動並要求行車保障的同時,龐大的商機也將是國內業者積極爭取的大餅。

平價當道,車輛安全走平民風已與工研院合作開發車輛主動安全設備的廠商,包括了奇美精密、經昌汽車電子、造隆、敏通企業、耀崴科技、徽昌電子等車電業者,以售服市場(After Market)為主,OE市場(Original Equipment Market)為輔,並結合國外產品驗證機制,快速進入國際市場及各銷售管道,同時也多以中國或是其他亞洲與東歐等新興市場為發展方向。

工研院機械所智慧車輛技術組感測與控制技術部經理黃立恭指出,由於直接安裝於出廠車輛的OE市場,必須先經過母車廠的檢驗核可通過,而且車款眾多,要成功進入並不容易,也需要花費較多的時間,甚至在新車設計時就要參與。不過目前仍有業者和車廠進行合作開發,例如奇美精密就與中國的東南汽車合作,規劃將相關產品安裝在三菱Zinger車款上。

為搶攻全球高達數百億的車輛安全產品商機,國內車電相關業者無不摩拳擦掌與工研院機械所密切合作。
為搶攻全球高達數百億的車輛安全產品商機,國內車電相關業者無不摩拳擦掌與工研院機械所密切合作。

以影像技術為研發主軸

要能夠協助國內產業發展,不僅要技術自主,考量產品的差異化與價格競爭力也很重要;然而在產品的可靠度與成本上,則是需要廠商多加著力的部份。由於車輛主動安全設備的成本,未來都將轉嫁到消費者身上,產品本身所創造的價值,是否能夠吸引促使消費者付錢購置,就成為取得市場供需平衡的關鍵。

王漢英認為,現今車輛主動安全產品都只安裝於較高價位的車輛上,一般民眾還未能體會主動安全所能帶來的價值;但是經由國內自行研發生產,將有機會使這類型產品化為一般民眾都可接受的價格,並透過更快速的售服市場及商用車輛,逐漸推廣導入一般的車輛。一方面在平價車上也能享受到如高價車般的安全防護,同時經過民眾的體驗與回饋,還能加速產品的修正及改善,並累積市場競爭力。

此外,目前國內投入車用電子產品的廠商規模都不大,因此能夠有工研院做為技術的支持者,除可協助提供新產品研發的解決方案,也更能創造產品的差異化。黃立恭表示,目前工研院在車輛主動安全技術開發上,主要是透過感測器的應用,包括影像與雷達兩方面,並以警示功能為重;特別是在影像辨識的部份,其基本元件攝影機在台灣已是個比較成熟且具競爭優勢的產業,對於降低成本、提升品質也相當有幫助。

在技術自主的條件下,廠商也能夠依據實際需求,在操作介面、功能、機構等進行客製化的產品設計,或者是與企業本身具有的優質技術結合、創新產品。例如生產攝影機的廠商,就能搭配自家辨識率更高的硬體設備;或是在車用電腦中加裝主動安全系統,也等於是為產品加值,並創造產品特色。移轉的技術或許相同,但應用卻很多樣化。

持續滿足產業需求

採用影像技術的方式,雖然在視覺上更接近駕駛人的觀感,但應用上也較容易受到環境與天候的影響,像是雨天、濃霧、積雪等,甚至是車輛附近的光源,進而增加了辨識的困難。因此在較重要的應用時,將以雷達進行輔助之外,使影像辨識朝高精度、高準確度來發展,克服天候的干擾,便是工研院未來改進的重點方向。

黃立恭認為,車用安全還是個新產業,因而國內相關廠商對於新樣式的產品都相當有興趣,工研院也將儘量滿足廠商的需求。除了移轉技術給業者外,工研院也協助廠商在不同的車種與環境下,進行參數的修正與調整,以因應不同國家地區的駕駛習性與路況環境,或是在未來小型電動車的平台上,進行更多的整合與運用。

「技術是工研院自行研發的,因此可以更順利的進行修改,」王漢英說,如果使用的是國外的技術,就無法有這樣的彈性。當產品進入市場後,研發單位也要確保廠商未來能繼續在市場上與其他產品競爭,甚至打造自有品牌,讓消費者感受到更多的安全防護,使一代一代的產品更具市場力。

行車偏移警示系統

行車偏移警示系統能偵測與記載行車偏移車道的次數、車速、煞車等狀況,及時發出警示。
行車偏移警示系統能偵測與記載行車偏移車道的次數、車速、煞車等狀況,及時發出警示。

在 車輛行駛中,因駕駛人過於疲勞或注意力不集中,使車輛偏離原有 行進的車道,進而造成意外事件的案例所在多有,也是車輛主動安全技術亟欲改善的狀況;估計於2009年將有超過一倍以上的成長率,是 主動安全系統中成長動能最強的。

工研院機械所研發的「行車偏移警示系統」,是利用影像技術,由前方攝影機擷取輸入影像後,並經主機板與軟體的運算辨識(一秒鐘處理20張畫面,即每0.05秒一張;以時速100公里計算,則是約每1.4公尺一張);當系統偵測到偏移的狀況時,就會透過燈號或聲音、影像輸出等方式,達到警示駕駛人的目的。

由於行車偏移警示系統所監測的是車道間的分隔線,除了道路環境的 因素,目前影像辨識也會受到天氣的影響,比如下雨、下雪等,造成可見度不佳、不易作用的情況。因此未來在加強影像辨識性能之外,也可能結合雷達等其他偵測技術來克服。

另外在同樣的機件設備上,還能夠加裝防撞警示系統,其原理則和行車偏移警示系統相同,是藉由對前方車輛進行追蹤與距離的估測,計算前後車的相隔距離,並適時提出防撞警示,達到一機雙用的功能。而為避免對駕駛人產生干擾,當踩煞車或打方向燈時,將視為正常的動作而不會發出警示。

行車偏移警示系統已經通過台灣、中國、澳洲等地的路況測試,顯示此系統可符合嚴格的國際車輛品質與性能驗證要求,並可跨足亞太車輛安全警示系統供應鏈,進軍龐大的全球車電市場。(魏茂國)

影像式倒車輔助導引系統

結合影像與雷達,讓影像式倒車輔助導引系統成為全天候式用的輔助系統。
結合影像與雷達,讓影像式倒車輔助導引系統成為全天候式用的輔助系統。

提 到路邊停車、倒車入庫,可能是不少駕駛人的夢魘。不論方向盤打了幾圈,後視鏡看了幾遍,總是無法順利將車停好、停正,甚至可能因為死角的緣故而擦撞到其他車輛。尤其在都會地區因車多,加上土地使用面積有限,如果能有倒車輔助的裝置,對駕駛人來說是一大福音。

「影像式倒車輔助導引系統」只使用單一攝影機,就能在車內螢幕中顯示車輛後方的即時影像,並且根據車輛的行進動態,計算出倒車的曲線軌跡,供駕駛人比對並調整車輛方位,引導車輛順利駛入車位。有別於國外類似的產品,影像式倒車輔助導引系統不需要與其他車輛裝置(如方向盤角度感測器,以方向盤的方位計算倒車軌跡)結合,因此也適用於任何車種。

更特別的是,影像式倒車輔助導引系統在車輛即將到達定位時,可轉換成立體鳥瞰的影像顯示,更清楚地看到並辨識車輛與後方物體的距離,準確掌控車輛安全,對於大型車輛尤其適合。

目前市面上普遍使用的倒車輔助系統,多是透過雷達測量並警示,雖對後方物體距離偵測更精準,也不受天候影響,但對於後方實際狀況仍無法完全掌握,僅有影像時也易受環境或天候干擾,比如車輛後方若為白色牆面,當煞車燈亮起,螢幕就會呈現全白畫面,看不出端倪。如能結合影像與雷達的優點,即可成為全天候也更安全的輔助系統。(魏茂國)

側方盲點影像與雷達偵測系統

為了側方盲點影像與雷達偵測系統,就多幾雙「眼睛」幫忙留意。
為了側方盲點影像與雷達偵測系統,就多幾雙「眼睛」幫忙留意。

有 經驗的駕駛人都知道,即使看了後視鏡,仍不免會有視覺上的死角;因此當車輛側面有狀況或欲變換車道時,可能還得轉頭確認,卻也增加了危險發生的機率。

事實上,更有不少駕駛人忽略了確認後視鏡盲點的重要性,因而一路上險象環生,像是在新聞報導中,就偶爾會出現大型重車不慎擦撞機車的車禍消息。到底是要以後視鏡內看到的為準,還是要轉頭再瞧一眼,著實造成駕駛人的尷尬與困擾。

為因應側方狀況的確認需求,提高行駛的安全性,「側方盲點影像與雷達偵測系統」是將24GHz的雷達或是攝影機,安裝於車輛的側後方;當有物體或其他車輛進入偵測範圍時(長寬約為3公尺乘8公尺),就會發出警示,提醒駕駛人注意。

對於影像辨識而言,距離愈遠,辨識的困難度就愈高;因此在側方盲點影像與雷達偵測系統中,是以盲點影像為主,並不著重在物體的清楚分辨。同時在訊息擷取的介面上,也可選擇採用雷達系統,或兩者並用以為互補。但以市場取向來說,兩套系統同時安裝,價格相對也會高出許多;未來若能降低價格,就能有更大的市場機會。

側方盲點影像與雷達偵測系統使用在盲點較多的大型車輛上,效果尤其顯著,可避免不少危險狀況的發生;另一方面,基於多數大型車輛屬於商業用途,導入側方盲點影像與雷達偵測系統的機會也更高,是相關業者可以發展的市場。(魏茂國)

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