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作者:徐業良(2009-07-15);推薦:徐業良(2009-07-15)
附註:本文發表於汽車購買指南雜誌,2009年八月號,史丹福專欄。

淺談自動停車輔助技術

最近又忙得不可開交。

不過這年頭忙不是新聞,有事可忙更該珍惜。只是不管如何忙,十幾年如一日,每個月初汽購的催稿email總是準時到達,「麻煩你8月號稿子在711日寄來OK嗎?謝謝囉!!」

歐歐,今天已經714日了…

這個月到底要寫什麼呢?特別去了封email給編輯部,他們也沒有特別的要求。上個月史丹福專欄和大家討論了混合動力電動車Hybrid技術,也好好把當紅的混合動力電動車Toyota Prius相關資料好好研讀了一下。從汽車技術的角度來看,Prius確實是一部非常有趣的車子,除了眾所矚目的Hybrid技術外,您知道,Toyota Prius也是第一部提供「自動停車(self-parking)輔助系統」的量產車。

自動停車技術和我最近忙著的研究計畫當中,機器人導航、避障等等技術挺有關連的,這個月的史丹福專欄Pruis就再當一次主角,不過換個話題,討論一下汽車的自動停車技術。

汽車自動停車技術發展的動機是很明顯的。對於許多駕駛人來說,路邊平行停車都還是個折磨,特別是都會地區停車位小,如何把車子停入一個小小車位該算是必殺絕技。儘管您開車年資已高,同樣的路邊平行停車動作做過幾千次了,您也許還是有類似經驗,好不容易找到一個小小的停車空間要把車子擠進去,總還是沒有十足把握,感覺上似乎周圍所有的人都在等著看自己笑話,焦慮感很高,擔心自己動作太慢造成交通阻塞,又擔心一不小心碰上前車後車,自尊心和汽車保險桿同時受傷,更擔心掙扎好一陣之後發現切入角度不對,只好又把車子重新拉出來再停一次,後方大排長龍早已不耐煩的駕駛人紛紛搖下車窗,投以同情或鄙視的眼光…

幸運的是,汽車科技有答案,您不需掙扎地前後挪動車子,只需要按個鈕,relax,車子就可以自動停進車位。這也不是概念車上的未來科技,而是您花錢買得到的現代科技,Toyota Prius正是市場上非常少數、擁有自動停車輔助系統的量產車之一。

其實早在1992年時,Volkswagen便已經將自動停車技術導入其概念車IRVW (Integrated Research Volkswagen)上。而且IRVW是全自動停車,駕駛人基本上可以下車站在一旁,看著看車子作自動停車表演。這部IRVW原型車的自動停車系統是由一個放在行李箱裡的個人電腦控制整個路邊停車流程,當時Volkswagen估計加裝這個自動停車裝置,價格在3000元美金左右,但是Volkswagen後來始終沒有在量產車上推出這個配備。

全自動停車,聽起來有點兒驚險,您真的下車讓汽車自動停車的話,撞上了路邊其他車子,責任還不知道該算誰的呢!售價3000元美金、台幣10萬元的選擇配備,好像也太貴了一些。

BMW也曾經發表過一款遙控停車系統,駕駛人把車子開到定位之後可以走下車來,站在車外使用一個控制面版的按鈕遙控車子停進停車位,為了避免發生任何意外,只要駕駛人手一鬆開按鈕,汽車也會立刻停下來。不過這個系統最後也沒有上市。

2003Toyota在其日本版的混合動力車Prius上,開始提供自動停車的選擇配備,叫做「智慧停車輔助(Intelligent Parking Assist)」,應該是汽車市場第一部可以自動停車的量產車。三年後同是右座駕駛的英國Prius車主也開始可以選擇自動停車輔助配備,選配價大約700美金,兩萬多台幣。市場反應如何呢?英國的統計數字,大約70%的英國Pruis車主,都選購了這項選擇配備。2010年在全球市場正式上市的第三代Pruis,也將全面配備自動停車輔助系統。

Pruis的自動停車「輔助」系統並不是完全自動的,自動停車輔助系統的電腦只負責轉動方向盤,主控權還是在駕駛人。像是一般路邊停車的操作,汽車怠速已經足夠推動車子而不必踩踏油門,操作Pruis的自動停車輔助系統時,駕駛人還是必須用踩放煞車踏板的方式控制車速。

自動停車技術大部分都是針對路邊平行停車狀況設計的,第三代Prius路邊平行停車外,也有倒車入庫輔助的功能。以路邊平行停車為例,您找到一個停車位,在作路邊平行停車時大抵會有以下五個基本動作:

1.      將車子拉到車位前方,平行停在前一輛車旁邊。

2.      打方向盤,用大約45度角倒車進入車位

3.      當車子的前輪和前車的後輪位置相若時,回正方向盤、繼續倒車。

4.      反方向打方向盤,把車頭甩進停車位。

5.      前後挪動調整一下汽車位置。

第三代Prius的自動停車輔助系統,也是模仿駕駛人的這幾個動作,您有興趣的話在Youtube上可以找到好幾個demo影片自己瞧一瞧。整個程序大致是這樣的:駕駛人找到停車位後,先按下自動停車輔助系統的按鈕,儀表版的螢幕便以圖示方式指示駕駛人將車子向前移動,平行停在車位前方的車子旁邊;接著駕駛人打入倒檔,儀表版的螢幕轉換成後保險桿裝置的攝影機所拍攝的車子後方影像,螢幕上還畫了好些箭頭和模擬停車位的方格,告訴駕駛人目前的位置是否適當。

一切OK的話,駕駛人按一下觸控螢幕上的「OK」,就可以開始表演「放雙手開車」,稍微放鬆煞車踏板,自動停車輔助系統的電腦接掌了方向盤,熟練、完美地把車子倒入車位。倒車過程中駕駛人一方面注視著螢幕,一方面還是有熟悉的嗶嗶聲告訴駕駛人離後車的距離,知道自己何時該踩住煞車,將排檔排入前進檔。車子向前,電腦轉動方向盤操控動作,直到停在適當位置。完成停車動作最後有個訊號,在英國版的Prius車上是一個優雅的女性聲音,“The assist is finished”,告知駕駛人自動停車過程已經完成。

汽車的自動停車系統技術原理,其實是機器人技術中很標準的「感測、認知、作動」基本程序。自動停車系統要不斷感測停車位周邊的車輛和障礙物位置,感測的方式很多,雷達、雷射、更高深一點的用攝影機拍攝後作影像辨識。但是大部分系統都是採用便宜、簡單的超音波感測器,裝置在汽車前後保險桿。從超音波發射、碰到障礙物彈回、再被接收器接收所需要的時間,計算周邊障礙物的距離。

雷射、雷達都是光波或電磁波,以光速每秒30公里行進,要從發射和接收的時間差來辨識幾公尺的距離,時間差的精確度得要相當相當高。超音波基本上是頻率比較高的聲波,頻率超過一般人耳可聽到之最高值20,000Hz(所以叫做「超」音波),聲波行進速度慢得多,每秒331公尺(會隨空氣溫度有些許變化),發射和接收的時間差比較容易掌握。

「感測」之後第二步「認知」是系統智慧之所在,如何單單藉由數個超音波感測器數據判別周邊環境狀況,轉換成最後的「作動」,控制方向盤轉動,完成停車動作。汽車的自動停車系統實務上比較容易的地方,是路邊停車、倒車入庫的動作都有一定模式可循,是所謂「規則型動作邏輯」,可以依照事先模擬好的模式,什麼時候方向盤該打死、什麼時候該回正,把車子停入停車位。

純粹就技術面來說,自動停車技術只能算是雕蟲小技,能夠完全自動開車才是這項技術未來的願景。想像一下,馬路上所有的車子都由電腦控制,秩序井然,用最省油也最安全的方式自動駕駛,車內實際上已經沒有駕駛人,所有的人都只是乘客,像坐捷運一樣坐在車上看書、看報、看電視、打盹兒。

這個願景有多遠呢?其實還真的挺遠的,而且您會不會覺得有一點兒太科幻,不切實際?!

所以您知道,技術的成功不能直接等於商品化、量產、賺錢。以Pruis自動停車輔助系統的例子,全自動停車技術上相信Toyota不是辦不到,但是Toyota似乎為自動停車系統找到了實用、正確的操作模式,更接近一般車主的駕駛經驗,雖非全自動,但是確實可以把路邊停車的過程簡化許多,減輕了駕駛人的負擔,同時也讓駕駛人更有信心。

科技人的我,突然心裡有個衝動,也想湊個熱鬧,買一部Prius來開開。