自動駕駛分級與 ADAS 介紹

自動駕駛分級（Levels of Autonomous Driving）

是由汽車工程師學會（SAE Society of Automotive Engineers）定義，從安全示警、輔助駕駛，最後到由車輛完全自主自動化駕駛。目前 SAE 採用J3016 標準(J3016 Levels of Automated Driving)定義了六個等級，如<圖一>所示，說明汽車的演進將自動化到什麼程度。J3016標准定義了六個級別的駕駛自動化，從 SAE Level Zero（無自動化）到 SAE Level 5（全車自動化）。它也是目前引用最多的自動化駕駛車輛基準。

<圖一>資料來源:SAE https://www.sae.org/news/2019/01/sae-updates-j3016-automated-driving-graphic

• SAE 等級 0（SAE Level 0）：

完全由駕駛人操作，沒有自動功能，駕駛人必須負責控制車輛的所有功能，可能有基本的警示裝置，例如：自動緊急煞車 (AEB)、盲點偵測 (BSD)、車道偏移 (LDW) 等，可以協助駕駛人控制車輛，但沒有任何自動控制的功能。

• SAE 等級 1（SAE Level 1）：

具有一種或多種的自動控制功能，但只能單獨作用，例如：車道維持(LKA)、主動式巡航定速(ACC) 等。

• SAE 等級 2（SAE Level 2）：

具有多種自動控制功能，可以同時作用，例如：車道維持(LKA)、主動式巡航定速(ACC)、自動緊急煞車 (AEB)，替代駕駛人處理外在行車環境的變化，減輕駕駛人的負擔。但駕駛人仍需注意行車環境，隨時有可能需要自行介入車輛控制。

• SAE 等級 3（SAE Level 3）：

車輛可以完成部分自動駕駛任務，可以有限度的監控行車環境，例如：塞車司機功能，讓車輛接手自動跟車、車道維持、停止車輛、停後重啟等功能。當車輛偵測到需要駕駛人時會立即示警提示，讓駕駛人接手系統無力處理的行車狀況。算是無人駕駛車的開始階段。

• SAE 等級 4（SAE Level 4）：

在一定條件下，車輛可以自動完成所有駕駛和監控行車環境，當自動駕駛功能開啟時，駕駛人不需要介入，但自動駕駛僅限於特定道路上使用，例如:高速公路、封閉式高架道路，這就是前面的在一定條件下的自動駕駛。

• SAE 等級 5（SAE Level 5）：

在所有條件下，車輛都可以自行駕駛。自動駕駛可以在所有道路上使用，可以執行所有與安全相關的控制功能，即使沒有人在車上也可以自動駕駛，完全自動化的車輛不再需要方向盤、油門踏板、剎車踏板、方向燈桿等，人車操作裝置。

SAE 定義了從輔助駕駛到完全自動駕駛，新世代汽車自動駕駛到什麼程度，定義了六個等級，如 <表一> 所示：

<表一>

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)

先進駕駛輔助（ADAS），輔助駕駛人進行汽車控制的系統稱為 ADAS，主要功能是為駕駛人提供車輛的工作狀況，與行車環境資訊變化。在預設的情況下 ADAS 可以協助部份控制車輛，駕駛人才是控制汽車的主角，ADAS只是提示、警告、協助駕駛人的配角，讓駕駛人提早因應，避免交通意外發生。ADAS 的硬體架構，主要包括以下三個部分：環境感知、計算分析、控制執行，如<圖二>所示：

<圖二> 資料來源：NXP

• 感測器（Sensor）處理環境感知：

偵測各種外界的訊號，ADAS 使用的感測器包括：超音波（Ultrasonic）、攝影機 (Camera)、雷達（Radar）、飛時測距（ToF）、紅外線（Infrared）、光達（Lidar）等，可以偵測物件的類型與距離都不相同，不會有單一感測器完成所有工作，未來的 ADAS 應用，皆會採用融合 (Fusion) 方式處理環境感知。

• 處理器（Processor）處理計算分析：

在車裡處理接收進來訊號的裝置，我們通稱 ECU (Electronic Control Unit），一量現代化的車輛，會有許許多數不同功能的 ECU。ADAS 的 ECU 可以收集與分析感測器傳送過來的訊號，並且做出適當的處理，再向致動器輸出控制訊號。ADAS 可以使用的處理器包括：微處理器（MPU）、數位訊號處理器（DSP），如果需要應用深度學習與人工智慧，可以使用 CNN 硬體加速器 (如 APEX)，如果還要在加上大量行車影像運算，可以選用運算能力更強的圖形處理器（GPU）。

• 致動器（Actuator）處理控制執行：

控制各種致動的裝置，依據 ADAS ECU 的控制訊號，讓相關的裝置完成運作，例如：LKA 控制電子動力方向盤 (EPS) 持續修正車身位置，讓車輛維持車道置中。ACC 控制電子油門與煞車，維持車速與前車的距離。AEB 控制電子煞車使車輛停止行進。

常見的 ADAS 種類

隨著電子技術的日新月益以及成本下降，各種不同的 ADAS 被使用在現今車輛上，初期只有高階車種配備，目前則廣泛應用於注重主動安全的汽車市場，常見的 ADAS 介紹如下： 

• 前車防撞示警 FCW (Forward Collision Warning) : FCW 利用攝影機或雷達感測器，偵測並利用演算法計算與前車的碰撞時間，若判斷車距過近有碰撞風險時，系統發出示警音效與閃爍燈號，提醒駕駛人減速或煞停。

<圖三> 資料來源：NHTSA

• 盲點偵測系統 BSD (Blind Spot Detection)： BSD 是藉由安裝在車身上的攝影機或雷達感測器，偵測車身周遭的其他車輛，用以示警駕駛人避免車道變換時的風險。警示包含視覺 (閃光)、聽覺 (聲響)、震動 (方向盤) 等等方式。

<圖四> 資料來源：NHTSA

• 車道偏離示警 LDW (Lane Departure Warning) ： LDW 利用安裝在前擋風玻璃上的攝影機，量測前方道路標線，實時計算車輛與車道線的相對距離等相關參數，當車輛發生偏離車道時，系統發出示警音效與閃爍燈號，提醒駕駛人修正車輛方向，避免意外發生。 

<圖五> 資料來源：NHTSA

• 自動緊急煞車 AEB (Autonomous Emergency Brake)： AEB 透過攝影機或雷達感測器，偵測前方目標車輛，再利用處理器計算碰撞風險，最後控制致動器執行自動煞車，避免意外發生。

<圖六> 資料來源：NHTSA

• 主動巡航控制 ACC (Adaptive Cruise Control)： ACC 透過雷達、雷射或立體攝影機，偵測與前車間的距離，除了可依照駕駛者所設定速度行駛外，還會自動調節車速，保持與前方車輛的安全距離。具有主動巡航控制的車輛，被認為是 SAE L1 等級的自動駕駛汽車。

<圖七> 資料來源：NHTSA

• 道維持輔助 LKA (Lane Keeping Assist)：LKA 透過攝影機量測前方道路標線，實時計算車輛與車道線的相對距離等相關參數，當車輛發生偏離車道時，系統會立即介入修正車輛方向，維持車輛行進於車道內。實務上 LKA 有限定工作條件，例如 VW 集團的 LKA 要在 65KM / Hr 以上的條件下，才會進行車道維持工作。 同時如果車道曲率過大時，也會要求由駕駛人接手操作。

<圖八> 資料來源：NHTSA