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趨勢觀點

自駕車商業化的挑戰

國家運輸安全調查委員會 李綱專任委員

自從2004、2005年美國軍方DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)連續兩年舉辦全國性的自動駕駛車競賽(Grand Challenge),掀起了21世紀的自動駕駛車熱潮一直延續至今,經過十多年的發展,這股熱潮並沒有退燒,而是持續擴散到世界各國,傳統車廠與車電系統廠、新創公司及風險投資公司投入的研發資金、人力、物力不計其數;

  • 究竟目前自動駕駛車的技術成熟度可到達何種階段?
  • 距離完全無人駕駛的階段還有多遙遠?
  • 自動駕駛車的安全性如何?
  • 台灣發展自動駕駛產業的機會與挑戰是什麼?

這些都是近年台灣產、官、學、研界關心且經常探討的議題,然而,要探討上述自駕車產業化相關議題,必須分別從現有自駕車技術開發層面的問題,以及車輛產業生態特性、運輸產業發展需求與趨勢等各個面向進行剖析與綜合探討,才比較能夠掌握現階段自駕車商業化所面臨的問題,以及找到適合於台灣的自駕車發展途徑。

 

自動駕駛車的研發

我們回顧歷史會發現,自動駕駛車的研發並不非本世紀才開始,早在1950年代,美國通用汽車公司即曾經以開發可量產的自動駕駛車為目的,開發火鳥1號及火鳥2號。當時是以高速公路上達成自動駕駛為目標,其功能和現今SAE Level-2~3等級的自動駕駛系統相當,至少須包含自動車道跟隨(LFC)、適應性巡航控制(ACC)、自動跟車等功能,但是當時所使用的感測器及電子控制技術相較於目前的自駕車技術簡單許多;當時雖然已經完成原型車的研製,並進行道路的測試,但是最終並沒有實現量產此自駕車的目標。

爾後自動駕駛車的研究在美國並未完全中止,美國在1980年代又掀起了另一波自動駕駛車的研究風潮,並獲得美國聯邦政府與國會的大筆經費支持,當時加州以開發自動高速公路系統(Automatic Highway System, AHS)為主軸,希望能夠藉由AHS系統減緩加州高速公路交通壅塞的問題,當時AHS的系統架構設計已經把高速公路的車流管理納入考慮,所以這套系統涵蓋的技術層面相當龐大,並非只是單一車輛的自動駕駛技術而已,也包含使用了vehicle-2-infrastructure無線通訊技術及AHS的階層式交通流量管理(traffic control)機制;此外,為了實現AHS,其中一項關鍵技術是automatic platooning技術,為了確保自動駕駛車隊(platoon)的string stability,需要仰賴V-2-V無線通訊技術,這也可說是今日V2X無線通訊技術應用的濫觴。總結來說,美國1980年代興起的這一波自動駕駛、AHS研究熱潮持續了將近二十年,期間雖然陸陸續續有許多應用情境及不同載具的展示,包含多節自動駕駛公車以platooning技術串接,實現類似火車般運行的自動駕駛列車(類似無軌化輕軌的概念)、自動駕駛鏟雪車、自動駕駛聯結車、使用協同式適應性巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC)技術的自動駕駛聯結車等,但是這波自動駕駛車的熱潮依然沒有真正達成商業化的地步,其中很主要的因素還是在於民眾接受度及政府單位願不願意承擔風險的問題,當時美國國內還是有不少人對於自動駕駛車及AHS的技術成熟度、安全性與可靠度存疑,縱然研發者往往信誓旦旦技術成熟度不是問題,但是如何證明這樣的自動駕駛系統足夠安全、可靠,這是最難的課題。不過這一時期的研發成果雖然沒有馬上商用化,還是為今日的自主駕駛運輸(autonomous transport)奠定了基礎,這包括結合autonomous vehicles及connected vehicles/V2X兩大技術領域的概念形成,以達成安全、可靠、有效率的自動駕駛運輸系統目標,另外透過雲端車隊管理系統技術以及結合即時交通資訊與使用者需求資訊,可使自主運具的派遣、路線規劃可以達到最佳化的目的,這些概念多少都在這一時期的自動駕駛研究當中被提出。

借鏡航空業界導入自動駕駛系統之經驗

相較於路面自動駕駛車商業化之路佈滿荊棘,航空業界導入自動駕駛系統已經是由來已久,其成功經驗及原因有值得深入分析和參考之處。航空器的自動駕駛技術發展早於路面車輛,早在西元1912年美國的Sperry公司即開發了飛機的自動駕駛系統,並且於1914年於法國巴黎舉辦的飛行安全競賽中展示,當時發展飛機的自動駕駛系統主要目的在於減少飛行員於長途跨洲飛行中的疲勞問題,以降低飛行風險。不過,早期的飛行員對於自動駕駛系統的安全性與可靠度也曾經產生質疑,輔助駕駛系統亦曾經是過渡階段重要的折衷方案,對於提高飛行員的接受度及信任度有很大的助益,但是值得一提的是,現今飛機在起、降的時候,仍有相當的比例是仰賴飛行員手控操作,而非全程都仰賴自動駕駛系統,而且一般的民航機依然都是保留至少正、副駕駛員兩位同時在駕駛艙當中執行飛行任務,即便是現今飛機的自動駕駛系統成熟度已經相當高,理論上可以勝任各種天候下的飛行任務,這背後的原因值得思索,也可以提供做為將來發展無人駕駛運輸系統之參考。不久前波音737 Max兩次的失事事件,引發世界各國對於波音自豪的安全提升輔助駕駛系統的安全性產生質疑,這兩次的失事事件顯然與系統的軟體設計不當有關,飛機駕駛在緊急情況下又無法順利取回飛機的主控權,導致發生人、機爭奪飛機控制權的狀況,事實上,這樣的情況也有可能發生在SAE Level-3~4的自動駕駛車上,亦值得自駕車研發、安全監理單位注意。究竟社會大眾對於無人駕駛運具的安全性能有多大的信心,營運業者及政府監理單位又願意付出多大的代價和承擔多大的風險,這都是重要的課題。

自動駕駛車需解決安全疑慮的問題

自動駕駛車要真正能夠上路進入你我的日常生活中,首先要解決的是安全疑慮的問題,目前國際上還沒有一套完整嚴謹的方法可以百分之百確認自動駕駛車的安全性,也沒有一套客觀公正的測試方法可以檢驗自動駕駛車的自動化程度(automation level),僅憑系統開發者自己定義。目前國際上較常見的評估方式是以實車測試所累積的行車總里程數與系統脫離(disengage)次數比例做為自駕車系統成熟度之量化指標,但是這項指標仍然無法完全確保自駕車上路的安全性以及系統的功能安全性(functional safety)/可靠度,自駕車行車總里程數高也未能真正代表安全性,仍需要視其行車場域的交通及路況複雜度與環境天候惡劣程度。此外,自駕車的A.I.感知與決策軟體開發需要蒐集當地的行車資料,才能較接近當地的國情文化,不同國家、地域的用路人開車習慣不同,遵守交通規則的程度也不一,因此,即便Waymo自駕車已經累積數百萬公里以上的自動駕駛里程數,也未必能夠在類似台灣和東南亞國家交通壅擠、繁忙且巷道狹小的市區道路來去自如。

台灣發展自動駕駛產業的機會與挑戰

車輛的電動化、自動化與共享是未來路面交通運輸的發展趨勢,目前國際上普遍認為要達到Level-4~5自動駕駛的程度仍需要十年以上的時間,在有限的封閉場域或者是固定路線達到Level-4自動駕駛技術上是比較容易達成的。台灣的資通訊產業雖然發達,但是系統整合的能力較欠缺,特別是發展自駕車所需的車輛系統工程經驗較薄弱,電動化底盤x-by-wire次系統的供應鏈亦尚不完整,車輛的系統垂直整合仰賴tier-one公司投入大量研發資源,才能真正達到可量產(百萬輛等級)的成熟度,目前國際大廠如Bosch、ZF、Continental等公司早已經針對未來自駕車、智慧車的發展和需求進行智慧底盤(smart chassis)、x-by-wire等產品技術的開發,這也是台灣發展自駕車產業不可忽略的一環,並且應該透過國際合作的方式,協助國內產業界建立並整合相關研發、製造的能量。從全球車輛產業垂直分工的觀點來看,台灣如果真正要發展自駕車產業,並且將關鍵的自駕車系統、次系統產品打入國際供應鏈,必須把握時機且善用台灣ICT產業的優勢跟國際車廠、一階車電廠建立合作、互補的關係,培植我國自主研發智慧底盤、x-by-wire技術的能量跟培育自駕車AI技術人才同樣重要,這也是對岸的中國大陸車廠目前採行的作法。

現階段自駕車商業化在技術層面仍有許多困難需要克服,最主要的關鍵問題還是自駕系統的感知、決策到控制的反應時間延遲(latency/delay)過大,自駕車的反應能力及敏銳度仍遠不及人類駕駛;使用諸多昂貴的3D光達感測器產生的巨量數據需要昂貴的GPU運算平台,且消耗極大的運算資源及能源,硬體若要採用冗余設計將會造成更大的成本負擔,從能源效益的觀點而言,這樣的自駕車其實比人工駕駛車輛還要不環保。因此,自駕車的感知、決策及控制軟體架構與硬體運算平台確實仍有發展的機會!再者,台灣的IC設計與製造技術基礎雄厚,發展自駕車AI晶片技術是未來可行的一條路,但是仍需要軟硬體整合的研發能量作支撐,否則將淪為代工生產晶片的角色而已,無法真正掌握自駕車”系統”開發的地位。