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汽車視線死角突破第一式:從第一位女賽車手和他的鏡子開始說起

做車的人_96
・2017/10/31 ・3780字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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「耶耶耶!駕照到手了!」經過一整個月的努力,我終於考到了汽車駕照,在歡欣鼓舞一陣後,更興奮的就是要選車買車了,但我心中仍有些不安,畢竟是原車原場考照,教練教了許多竅門,才能順利過關,之後實際上路真的就能安穩無憂嗎?特別是教練曾說過:「開車不撞到東西不算厲害,還要不被別人撞到才算厲害。」

因此,我期望能買一輛比較安全的車,好彌補自己經驗的不足。我的表姊小華是汽車公司的業務經理,跟他買、聽他的建議準沒錯。一通電話聯絡好,我找了一天下午去表姊的店裡看車。

圖 / by 微雨

後照鏡的誕生:傳奇女賽車手 + 他的鏡子?

第一次來到表姊的辦公室,除了東張西望外,我看到表姊桌上貼著一張美女照,而且是黑白的,我好奇地問:這是誰啊?「呵呵!他可是我的偶像啊!」 小華姊答道。

蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt)——英國第一位女賽車手,圖/by Dorothy Levitt  Autodidactyl@wikipedia commons。

他叫多蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt),是英國第一位女賽車手,也是女性主義的先鋒,在上(20)世紀初的英國汽車才發明不久,開車的男生少,開車的女生更是罕聞。當時極少人可以接受女生開車,就連他的老師都嫌棄他是個女生,很不情願地教導。而且,早期的學車不僅要會開,還要會維護保養修理,與今日車手只專注於操駕大大不同。

他在 1903 年開始出賽,前幾次比賽只能算累積經驗,好強化自己的駕駛技術與車體機械調校,經過多次努力才開始打入名次與獲取獎金。到了 1905 年他從倫敦開到利物浦,成為當時最遠程的女駕駛,2 天後他又締造另一項紀錄,成為當時速度最快的女車手,並且還教導過丹麥亞歷山大女王及其公主如何開車,當時只有上流社會人士能接觸、購買汽車。

1909 年 Dorothy Levitt 出了一本冊子《The Woman and the Car》(女人與車),內容主要集結了他 1903 年到 1908 年間在週報上的專欄文章,教導女生當如何駕駛汽車。而他也在書中也提到女生當如何注意自身安全,例如獨自旅行時應該帶一把自動手槍來防身,然後在開車時應該把一面隨身手鏡掛在便於觀看的地方,觀察車子的後方,以策安全。

1909 年 Dorothy Levitt 出《The Woman and the Car》(女人與車)的冊子,圖/from Waterstones

事實上,這正是汽車後照鏡(back-view mirror 後視鏡)的概念起源。

不過 Dorothy Levitt 只是在手冊上提及,而後在 1911 年的印地 500 車賽(Indianapolis 500-Mile Race, 印第安那波利斯 500 英哩大賽)中,奪冠的車手就為自己的車配置了後照鏡,之後比賽中其他車手也紛紛仿效跟進。直到 1921年 Elmer Berger 取得了後照鏡的專利、並開始大量生產之後,商業銷售的汽車才開始配備後照鏡。

初期的後照鏡跟賽車相同,只有配備觀看正後方的後照鏡,這在當時已經足夠,因為當時的汽車公路多半只有一線道,隨著路面的拓增、車輛的增加,相鄰車道的狀況也必須顧及,有了靠近駕駛的左側後照鏡,不久之後也加上右側後照鏡,最初左右後照鏡還不同大小,但不美觀。現在的車子都已是左右外型對稱的設計。

「原來有這樣的發展歷程啊!確實有左右中後照鏡,開車才會感到安全啊!」我有些領略,而小華姊接著補充:「除後照鏡外,相近時期還有了擋風玻璃,在擋風玻璃還沒出現前,人們認為只要帶個護目鏡就好,後來受傷的人多了,發現護目鏡是不夠的,才有了擋風玻璃,一樣是種安全防護設計。」以上這些,已經是基本的基本了,現在的汽車,有更多先進的安全設計,例如安全氣囊(Air Bag)、緊急煞車系統(ABS,源自飛機機輪煞車設計)等,特別是影像感測器(Image Sensor)普及後,使操駕安全性再提升。

有了後照鏡卻還是有「視線死角」該怎麼辦?

但就算後照鏡已經發展成熟,有在開車的人都知道,汽車仍有一些後照鏡無法克服的死角;這該如何突破呢?目前最常見的其中一種克服倒車視線不良的方法,便是將影像感測器裝設在車尾的「倒車監視鏡頭」,這樣在倒車的時候就可以看到車後影像,再加上超音波測距,俗稱倒車雷達的輔助,就可以知道與碰撞物之間的距離,避免碰撞。

倒車雷達,圖/by Car leasing made simple@flickr。

再更進一步,由於左右後照鏡依然有視線死角,因此近年來的新車款,也開始在左右後照鏡埋設影像感測器,增加駕駛的觀察視野,稱為側邊視角(side view),甚至有從上方往下看的鷹眼視角(eagle view),快速全覽車的四周是否有碰撞物。

雖名為鷹眼視角,但並不是真的從身車上豎起一個竿子,由上往下俯瞰,而是在車的前後左右都裝設影像感測器與相關側距,將車四面感測到的資訊組合起來,從而顯現完整的車外圍圖像。

單純光學後照鏡帶來的車側盲區(blind spot),圖/from How To Eliminate The Dreaded “Blind Spot”

但若是開車的時候,還要分別一直切換這些鏡頭功能,這樣不僅麻煩、也是危險駕駛的行為啊(抖)。

所以做車的人們就開始思考,該如何將這些鏡頭的影像整合在一起呢?於是也有了3D影像整合技術的開發。3D影像整合技術指的是透過多鏡頭的整合、影像無縫拼接、行駛狀態偵測辨識等等,在低速、高速的移動行駛下就能一鍵操作,將車側與車後的180度廣域視野無縫還原在車內的大屏幕中。

為克服光學後照鏡的盲區,透過電子影像鏡頭大大提升駕駛人的視野,再加上3D影像整合技術,使用多鏡頭的影像縫合技術、設身處地從駕駛人的視角出發,避開A柱的死角,可以更全面掌握車周圍的路況。source:影片截圖

前前後後都照顧到了,這樣就萬無一失了嗎?

聽到這裡,我說:「幾乎全車外圍都看盡了,這樣就應該萬無一失了、絕對安全了吧?」

小華姊卻說:「還沒還沒,安全設計不僅於此,你有沒有想過「底盤下」呢?當我們的車行經凹陷、凸起路面時,如果我們有辦法先知道底盤下的狀況,我們是否就可以避免一些震盪或意外的發生呢?」他接續說。

「這個意思是說…難不成我們還在車底下安裝鏡頭嗎?不過底下這麼黑,有辦法看到嗎?」我困惑地說。

小華姊再說:「其實呢,台灣就有自主開發一種叫做「底盤透視」的影像技術,是利用軟體演算法,在透明化之虛擬車底部,呈現鏡頭所擷取之影像,讓駕駛看到像是車輛底下這些肉眼看不到的地方。」

我說:「哇!那以後我要開車停上我家的機械停車位、開車去洗車,或是回外婆家那個小到不能再小的鄉間小路,我就再也不用害怕壓到不知名的障礙物啦!真是太強大的神器了。好了,夠完美了,應該不會出事了。」「還不夠!」小華姊答。

有了影像感測器後,更重要的安全技術也開始展露,由於半導體技術的進步,繪圖處理器晶片(GPU)運算力一日千里,過去無法進行即時影像辨識運算的,如今可以做到了。

將配備 GPU 晶片的車用電腦裝置到車上後,搭配人工智慧(AI)、機器學習(ML)、深度學習(DL)、類神經網路(ANN)等智慧軟體演算技術,車用電腦可以對擋風玻璃外的景象進行研判,哪個是正滾過來的礦泉水空瓶?哪個是臨時滾到路上的皮球?車用電腦都可以加以辨識,並透過抬頭顯示器,將該物標示出,甚至加上提示文字,提醒駕駛當注意。

電腦可以辨識眼前的景象物品是什麼,圖/from fortune

「這招實在太強了!」我真希望我的車也有。

小華姊又說,由於這些投影標註改善我們在現實世界開車的安全性,有助於現實運作的就被稱為強化現實(AR),或稱擴增實境,當然相關技術還有混合實境、虛擬實境、增強虛擬等等。

「太厲害了,原來 AR 還能做這樣的混合應用!那我希望之後可以讓開車過程變得更有趣!例如邊開車邊抓寶可夢,或是邊成為勇者邊鬥惡龍~」聽到 AR 我的心已經飛到了遊戲中的異世界了。

小華姊輕輕地拍了一下我的腦袋「遊戲回家陪你用 VR 玩啦,在路上開車要專心!」突然他又換了個若有所思的表情喃喃自語道「不過讓開車過程遊戲化倒是不錯的主意耶,從多蘿西‧萊維的鏡子、到 HUD 應用在擋風玻璃上,都是從跨域到讓汽車產生革新的過程,或許設計得宜,不只不會讓用路人分心、反而能更創新?!讓我來趕快把這個點子筆記筆記之後或許⋯⋯」

「小華姊!午休時間結束囉!」雖然很捨不得驚擾到如此認真的小華姊,但我實在太迫不及待想試駕新車了。

「啊啊也是也是,那走吧!我帶你去看看我們有哪些車款,配備哪些安全功能,讓你這個新手安心上路開車!」

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

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「教練,我好想做一輛車。」不用拜託,你真的可以。 我們是一群做車的人,希望帶給大家第一手的車界知識,讓你更懂車是怎麼造出來的。我們希望台灣能有自己的汽車文化,更希望我們都能為這文化驕傲。 本專欄由裕隆汽車贊助。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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在一個炎熱的早晨,當不成勇者的我只好認真聊碰撞測試,並且為美好的車輛安全獻上祝福了!
做車的人_96
・2017/09/21 ・4035字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

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第一天上班要遲到了!條紋襯衫雖然有點皺,但只有這件洗過,先穿再說。剩兩個紐扣還沒扣上,先奔到玄關從鞋櫃找出很久沒穿的皮鞋,把右腳粗魯地塞進鞋裡……哎呀!烤好的吐司還放在桌上,來不及了!用左腳單腳跳進屋裡,拿了吐司,嘴巴咬著,再跳出來,背起背包,門一甩!就朝公司奔去!

好像忘了帶什麼,不過算了。天氣真好!第一天上班一定要有好的開始,趕快先更新 FB,讓好友(雖然沒幾個)來按個讚幫我集氣!好痛!?我怎麼倒在地上了?定睛一看,一個穿著制服的高中生也跌坐在地上,好像長得有點可愛。難道!難道這就是傳說中日本動漫的定番!?我的人生原來是這種設定啊!

「大叔!走路可以看路嗎?不要以為長得帥就可以那麼莽撞好嗎?」–這句話應該等等就會從她嘴裡說出來吧,我們兩個應該會就此成為不撞不相識的冤家情侶吧!一定是這樣的吧!

「你還好嗎?有哪裡受傷嗎?」一位長得蠻帥但沒有我帥的傢伙,帶著歉意下車,比我先一步扶起高中生。「我沒事,但對不起,為了我,你的車……」「沒關係,有保險,人沒事最重要。」看來這傢伙為了避免撞到人,緊急讓車子轉了彎,撞上了停在路旁停車格裡的車。沒想到那麼強的撞擊下,車子竟然只有前頭潰縮,車門完全沒受影響,人也好好的可以走下車。

車子在設計時要能用精準的材料、搭配精準的形狀,才能讓金屬、塑膠、或其他複合材料產生最好的潰縮效果,同時又能維持駕駛與乘客區的完整不變形,這就需要從物理學上著手。

身為科青的我,看這傢伙的車子前頭撞慘了,卻心中法喜充滿地覺得是一件好事。這當然不是因為他竟然先我一步扶起高中生,而是因為這代表撞擊時,大部分的能量都轉移到汽車上,並且由車體吸收了,而不是讓我(或他)那禁不起折騰的軟綿綿大腦跟內臟來承受。1950 年代以前,車廠都認為車子越剛硬越好,後來才發現要是真的只求一路硬到底,或許撞擊時車體真沒什麼事,反而把大部分的衝擊留給了坐在車子裡頭的駕駛跟乘客。車子在設計時要能用精準的材料、搭配精準的形狀,才能讓金屬、塑膠、或其他複合材料產生最好的潰縮效果,同時又能維持駕駛與乘客區的完整不變形,這就需要從物理學上著手。

一般來說,汽油車燃燒產生的能量中,只有 20% 是用來驅動,剩下都以廢熱型態流失了,但讓約兩噸重的車子快速移動起來,要花的能量還真不少。當遇到緊急狀況,這股能量就得轉移才停得住。要嘛車子可以安全煞停,把能量透過輪胎轉移到路面,不然就是得將能量轉移到車身上,彎折以金屬為主的外側車身結構。以車子前側結構來說,大約只有 50 公分左右的潰縮距離,根據我看過的 minutephysics 這部影片的計算,由於 E=½ mv^2,如果車子時速為 60 公里,那能量約為 28 萬焦耳,代表若在這情況下撞擊,50 公分的潰縮車身以及裡頭的元件約略得承受 60 公噸的力,相當於太空梭主引擎 ¼ 的的推進力。裡頭的駕駛跟乘客大概會體驗有如戰鬥機駕駛或太空人在離心力訓練時所承受的力,但由於衝擊分散、時間拉長,所以還能受得了。

如果車子超硬,以至於能量快速轉移到駕駛或乘客身上,那恐怕就得面對 15 倍以上的殺人力道了……哎呀,我真是的,怎麼突然就進入科普狀態了!?我該趕緊把這台車的車牌號碼跟車型給記起來,馬上報案,別讓這個自以為比我帥的傢伙跑了才對。我一看,原來是台納智捷U5,這不就是前些日子大陣仗把車送去西班牙,接受法規撞擊測試的那台新車嗎?我記得測試場叫做 IDIADA,是江湖七大武器…..阿不對是全球七大車輛測試中心之一,位於西班牙巴塞隆納近郊,是獲得 Euro NCAP 歐洲新車評測計畫組織認可、好棒棒的測試場。

IDIADA 是獲得 Euro NCAP 歐洲新車評測計畫組織認可的測試場。

說到 Euro NCAP,前陣子有網友到政府成立的公共政策網路參與平臺發起連署「臺灣增設TW-NCAP議題」,很快就超過附議人數 5,000 人之門檻,我當時也鍵盤支持了。畢竟在台灣,上市的車子只代表過了及格的基本關,但哪一台更能保障安全?因為到現在都還沒有車輛碰撞的透明資料,所以只能一邊抱怨一邊猜(然後一邊酸)。

IDIADA 成員。圖/資料來自 Euro Ncap 官網

因為有參與連署,我對 Euro NCAP 也算是略懂略懂。Euro NCAP 成立,至今剛好滿 20 年,他們由歐洲多個政府和多個汽車工業機構組成,雖是民間發起,但獲得政府支持,秉持「獨立性」與「公開性」原則,旨在帶來零傷亡的交通。要做到這點,NCAP 必須比法規還要嚴謹與完善,以 Euro NCAP 為例,共分有成人保護、兒童保護、行人保護及安全輔助等共 4 主軸,其中包含了 19 項主要的評價測試與 51 項的主觀評價。

各國 NCAP 比較。

撞擊測試中,最主要的兩種就是「正面 40% 偏位撞擊」跟「側面撞擊」,看看衝擊時產生的能量能否被保險桿、車廂周圍鈑件及車體結構樑(A、B、C 柱)給吸收,讓車裡的人受到的傷害降至最低。我印象深刻,納智捷U5的正面40%偏位碰撞結果令人驚艷:A、B 柱幾乎無變形,前、後車門均可正常開啟,前座椅也可順利前後滑移,駕駛可以順利脫離,沒隨著車體受到嚴重擠壓,滿分 16 分的前撞 ODB64 測試中,納智捷 U5 拿下 15.085 的高分。難怪這個傢伙車子雖然撞了,但人看起來一點事也沒有啊。

納智捷 U5 拿下 15.085 的高分。完整測試報告請見:Luxgen Motor粉絲專頁

比較台灣法規標準以及 Euro NCAP 的差異,以 40% 前置偏撞來說,Euro NCAP 採用的標準為時速 64 公里,跟台灣的時速 56 公里比起來,看別小看這每小時 8 公里差異,因為E=1/2mv^2,在這速度下,撞擊力量會差到 30%,要靠駕駛座前方 40% 的部分區域來集中吸收,這就是說車體要用的剛性強度要超過 30% 以上,這可沒辦法偷工減料啊。

另外,最重要的當然不是車子變形還是損毀,而是人還能不能好好的。在 Euro NCAP 的測試中,測試員會透過遍佈假人全身的感測器,計算出每個部位遭受到的傷害值,然後套用不同的計算方式,如法規標準、各國 NCAP 的不同規定,就可以得到合格還是不合格,或是各國 NCAP 的單項評價得分。以 Euro NCAP 胸部壓縮量的分數來舉例,若超過 42 mm 則為 0 分,低於 22 mm 即可以獲得滿分 4 分。納智捷U5在西班牙的測試結果中,在駕駛的胸部壓縮量為 25.02mm,副駕駛則為 18.19mm,算是落在非常高的標準內啊!

人偶的檢視項目極多,包含頭部傷害指數、頸部傷害指數、頸部彎曲力矩、胸部壓縮量、胸部壓縮速率、膝部壓縮量、大腿受力、小腿受力、小腿傷害指數等等。圖/參考 ARTC

不過若要拿 Euro NCAP 的最高五顆星,沒在歐洲上市的納智捷是辦不到的。要獲得 Euro NCAP 核可進行整套 Euro NCAP 條件測試,得先在歐洲上市才行,不然相關實驗室也沒有義務承接車廠委託進行 Euro NCAP 規格的碰撞,為車輛背書。另外,要在成人保護、兒童保護、行人保護及安全輔助四個項目的表現都各別拿到五顆星,才能算是真正的五顆星,這是為了防止有些車廠將資源集中投入於某一項目上,舉例來說,若某車的成人保護項目達到五顆星,但行人保護卻只有四顆星,車廠最高的星等也就只能獲得四顆星。

等等!我怎麼又開始科普起來了?!我該先幫還沒來的警察把目前的狀況更全盤掌握一下。雖然這傢伙人沒事,被他撞的那台車的側面就不太好了。看到這台車的樣子,只能說好險車上沒人。不過側面碰撞發生時,車體變形也無法吸收太多側撞的動能,所以車體結構就必須夠強,不然乘客的空間被入侵過多,下場都不會太好。側撞的檢視重點就是看車側支柱(也就是 B 柱)變形成什麼樣,還有車門跟座椅對乘客的影響多大。一般來說,車子設計時會將受力點盡量控制在 B 柱下半部,來減少頭部、頸部及胸腔的傷害,因此 B 柱從側邊看為特殊的S型。

說了這麼多,突然覺得身體好像涼涼的……咦?我的手怎麼變成透明的了???我的身體、我的腳,怎麼也都透明化啦???

「這位先生!這位先生!你醒醒啊!」那個開納智捷的傢伙語氣緊張地輕拍著我的身體,但我一動也不動。不對啊!我明明就在這裡啊!喂!!!我怎麼越飄越高了???

「剛才就是他,嘴裡咬著吐司、一邊看手機,一邊沒看紅綠燈就衝著過馬路,把我也撞到馬路上,還好你緊急避開了我們兩個。」

「雖然我沒撞到他,但他好像自己突然休克了啊!」開納智捷的傢伙跟高中生的對話聲音越來越小,我漸漸聽不到了……只聽到高中生的最後一句:「而且……他為什麼下半身只穿著內褲啊?」

這是《為美好的世界獻上祝福!》的劇情吧!?

圖/IMDb

早上出門真是太匆忙了啊!(用透明的手拍透明的額頭結果直接穿過去了啊!!)下輩子讓我開納智捷上班吧!(明明只是要寫文說明納智捷 U5 在西班牙的碰撞測試結果,結果一直想著 howhow!howhow!howhow!,寫出來就變成這樣了。)

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

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「教練,我好想做一輛車。」不用拜託,你真的可以。 我們是一群做車的人,希望帶給大家第一手的車界知識,讓你更懂車是怎麼造出來的。我們希望台灣能有自己的汽車文化,更希望我們都能為這文化驕傲。 本專欄由裕隆汽車贊助。

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第一次來到表姊的辦公室,除了東張西望外,我看到表姊桌上貼著一張美女照,而且是黑白的,我好奇地問:這是誰啊?「呵呵!他可是我的偶像啊!」 小華姊答道。

蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt)——英國第一位女賽車手,圖/by Dorothy Levitt  Autodidactyl@wikipedia commons。

他叫多蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt),是英國第一位女賽車手,也是女性主義的先鋒,在上(20)世紀初的英國汽車才發明不久,開車的男生少,開車的女生更是罕聞。當時極少人可以接受女生開車,就連他的老師都嫌棄他是個女生,很不情願地教導。而且,早期的學車不僅要會開,還要會維護保養修理,與今日車手只專注於操駕大大不同。

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1909 年 Dorothy Levitt 出《The Woman and the Car》(女人與車)的冊子,圖/from Waterstones

事實上,這正是汽車後照鏡(back-view mirror 後視鏡)的概念起源。

不過 Dorothy Levitt 只是在手冊上提及,而後在 1911 年的印地 500 車賽(Indianapolis 500-Mile Race, 印第安那波利斯 500 英哩大賽)中,奪冠的車手就為自己的車配置了後照鏡,之後比賽中其他車手也紛紛仿效跟進。直到 1921年 Elmer Berger 取得了後照鏡的專利、並開始大量生產之後,商業銷售的汽車才開始配備後照鏡。

初期的後照鏡跟賽車相同,只有配備觀看正後方的後照鏡,這在當時已經足夠,因為當時的汽車公路多半只有一線道,隨著路面的拓增、車輛的增加,相鄰車道的狀況也必須顧及,有了靠近駕駛的左側後照鏡,不久之後也加上右側後照鏡,最初左右後照鏡還不同大小,但不美觀。現在的車子都已是左右外型對稱的設計。

「原來有這樣的發展歷程啊!確實有左右中後照鏡,開車才會感到安全啊!」我有些領略,而小華姊接著補充:「除後照鏡外,相近時期還有了擋風玻璃,在擋風玻璃還沒出現前,人們認為只要帶個護目鏡就好,後來受傷的人多了,發現護目鏡是不夠的,才有了擋風玻璃,一樣是種安全防護設計。」以上這些,已經是基本的基本了,現在的汽車,有更多先進的安全設計,例如安全氣囊(Air Bag)、緊急煞車系統(ABS,源自飛機機輪煞車設計)等,特別是影像感測器(Image Sensor)普及後,使操駕安全性再提升。

有了後照鏡卻還是有「視線死角」該怎麼辦?

但就算後照鏡已經發展成熟,有在開車的人都知道,汽車仍有一些後照鏡無法克服的死角;這該如何突破呢?目前最常見的其中一種克服倒車視線不良的方法,便是將影像感測器裝設在車尾的「倒車監視鏡頭」,這樣在倒車的時候就可以看到車後影像,再加上超音波測距,俗稱倒車雷達的輔助,就可以知道與碰撞物之間的距離,避免碰撞。

倒車雷達,圖/by Car leasing made simple@flickr。

再更進一步,由於左右後照鏡依然有視線死角,因此近年來的新車款,也開始在左右後照鏡埋設影像感測器,增加駕駛的觀察視野,稱為側邊視角(side view),甚至有從上方往下看的鷹眼視角(eagle view),快速全覽車的四周是否有碰撞物。

雖名為鷹眼視角,但並不是真的從身車上豎起一個竿子,由上往下俯瞰,而是在車的前後左右都裝設影像感測器與相關側距,將車四面感測到的資訊組合起來,從而顯現完整的車外圍圖像。

單純光學後照鏡帶來的車側盲區(blind spot),圖/from How To Eliminate The Dreaded “Blind Spot”

但若是開車的時候,還要分別一直切換這些鏡頭功能,這樣不僅麻煩、也是危險駕駛的行為啊(抖)。

所以做車的人們就開始思考,該如何將這些鏡頭的影像整合在一起呢?於是也有了3D影像整合技術的開發。3D影像整合技術指的是透過多鏡頭的整合、影像無縫拼接、行駛狀態偵測辨識等等,在低速、高速的移動行駛下就能一鍵操作,將車側與車後的180度廣域視野無縫還原在車內的大屏幕中。

為克服光學後照鏡的盲區,透過電子影像鏡頭大大提升駕駛人的視野,再加上3D影像整合技術,使用多鏡頭的影像縫合技術、設身處地從駕駛人的視角出發,避開A柱的死角,可以更全面掌握車周圍的路況。source:影片截圖

前前後後都照顧到了,這樣就萬無一失了嗎?

聽到這裡,我說:「幾乎全車外圍都看盡了,這樣就應該萬無一失了、絕對安全了吧?」

小華姊卻說:「還沒還沒,安全設計不僅於此,你有沒有想過「底盤下」呢?當我們的車行經凹陷、凸起路面時,如果我們有辦法先知道底盤下的狀況,我們是否就可以避免一些震盪或意外的發生呢?」他接續說。

「這個意思是說…難不成我們還在車底下安裝鏡頭嗎?不過底下這麼黑,有辦法看到嗎?」我困惑地說。

小華姊再說:「其實呢,台灣就有自主開發一種叫做「底盤透視」的影像技術,是利用軟體演算法,在透明化之虛擬車底部,呈現鏡頭所擷取之影像,讓駕駛看到像是車輛底下這些肉眼看不到的地方。」

我說:「哇!那以後我要開車停上我家的機械停車位、開車去洗車,或是回外婆家那個小到不能再小的鄉間小路,我就再也不用害怕壓到不知名的障礙物啦!真是太強大的神器了。好了,夠完美了,應該不會出事了。」「還不夠!」小華姊答。

有了影像感測器後,更重要的安全技術也開始展露,由於半導體技術的進步,繪圖處理器晶片(GPU)運算力一日千里,過去無法進行即時影像辨識運算的,如今可以做到了。

將配備 GPU 晶片的車用電腦裝置到車上後,搭配人工智慧(AI)、機器學習(ML)、深度學習(DL)、類神經網路(ANN)等智慧軟體演算技術,車用電腦可以對擋風玻璃外的景象進行研判,哪個是正滾過來的礦泉水空瓶?哪個是臨時滾到路上的皮球?車用電腦都可以加以辨識,並透過抬頭顯示器,將該物標示出,甚至加上提示文字,提醒駕駛當注意。

電腦可以辨識眼前的景象物品是什麼,圖/from fortune

「這招實在太強了!」我真希望我的車也有。

小華姊又說,由於這些投影標註改善我們在現實世界開車的安全性,有助於現實運作的就被稱為強化現實(AR),或稱擴增實境,當然相關技術還有混合實境、虛擬實境、增強虛擬等等。

「太厲害了,原來 AR 還能做這樣的混合應用!那我希望之後可以讓開車過程變得更有趣!例如邊開車邊抓寶可夢,或是邊成為勇者邊鬥惡龍~」聽到 AR 我的心已經飛到了遊戲中的異世界了。

小華姊輕輕地拍了一下我的腦袋「遊戲回家陪你用 VR 玩啦,在路上開車要專心!」突然他又換了個若有所思的表情喃喃自語道「不過讓開車過程遊戲化倒是不錯的主意耶,從多蘿西‧萊維的鏡子、到 HUD 應用在擋風玻璃上,都是從跨域到讓汽車產生革新的過程,或許設計得宜,不只不會讓用路人分心、反而能更創新?!讓我來趕快把這個點子筆記筆記之後或許⋯⋯」

「小華姊!午休時間結束囉!」雖然很捨不得驚擾到如此認真的小華姊,但我實在太迫不及待想試駕新車了。

「啊啊也是也是,那走吧!我帶你去看看我們有哪些車款,配備哪些安全功能,讓你這個新手安心上路開車!」

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

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「教練,我好想做一輛車。」不用拜託,你真的可以。 我們是一群做車的人,希望帶給大家第一手的車界知識,讓你更懂車是怎麼造出來的。我們希望台灣能有自己的汽車文化,更希望我們都能為這文化驕傲。 本專欄由裕隆汽車贊助。

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打開駕駛的第三隻眼
創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/19 ・1888字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

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文/雷漢欣

車輛的安全設施隨著科技的進步,從空氣囊、安全帶、車體結構等被動安全考量,提升到主動安全系統,例如影像輔助系統。在某些行駛環境下,車身的硬體限制和駕駛疲勞程度會影響駕駛的注意力和行車安全,影像輔助系統可以成為駕駛的第三隻眼,幫駕駛注意車子附近的障礙物、其他車輛的靠近或是駕駛看不見的死角,進而提升行車安全。

車輛中心的團隊研發出all in one複合式全景影像系統(以下簡稱all in one),藉由硬體的整合和軟體的設計,在單一運算單元有限的運算能力下實現多種影像功能。此系統以四顆具有190度廣角攝影機為基礎,擷取車輛周圍的影像資訊,再藉由軟體和硬體的整合,成為擁有全周影像系統、車道偏移偵測系統、盲點警示系統和停車輔助系統等四項影像輔助功能的複合式影像系統,也是目前市場上唯一具備多功能的影像系統。車輛中心陳建次副專說:「過去沒有人做過(硬體整合)這件事。」這項突破性的整合軟硬體技術也榮獲國家發明獎和國內外發明競賽的大獎。

車輛中心-陳建次副專
車輛中心-陳建次副專

四種影像安全系統一次滿足

all in one所結合的四項功能可在許多情況下滿足影像輔助的需求,全周影像系統利用車身前後左右的四個鏡頭捕捉影像,透過影像座標轉換,將四個方向的影像即時動態縫合,在螢幕上呈現車身周圍的鳥瞰畫面,讓駕駛一目了然地看到車身周圍的環境。盲點警示系統利用車身左右、後方的鏡頭,呈現駕駛視線的死角,若有物體接近車身,也會發出警告提醒駕駛。車道偏移系統確保駕駛行駛在適當的車道上,若駕駛在高速公路上精神不濟,行駛路線偏移,系統就會發出警示,提醒駕駛集中注意力。倒車輔助系統讓駕駛在螢幕上看到車輛後方的影像,並標示倒車路線供駕駛參考。

原本,每一個單獨的影像系統都有各自的ECU,但四個系統就要有四塊電路板,不同的影像系統也有各自的鏡頭。依據運算能力,ECU上的影像運算系統分為高速和低速兩種,低速影像運算系統能夠負荷低速或低解析度的影像,但高速移動或高解析度的影像需要使用高速運算系統。陳副專表示,all in one在硬體上最大的突破,就是將高速影像運算單元跟低速影像運算單元整合在同一塊ECU上,可以節省晶片的使用量,也併用了鏡頭,降低系統成本,更提供未來擴增功能的機會。

All in one功能示意圖,AVM:全週影像,WLDW:車道偏移系統,PA:倒車輔助。
All in one功能示意圖,AVM:全週影像,WLDW:車道偏移系統,PA:倒車輔助。

盲點警示系統在模型卡車上的展示,紅車靠近卡車後,螢幕的左方畫面會發出警示
盲點警示系統在模型卡車上的展示,紅車靠近卡車後,螢幕的左方畫面會發出警示

all in one複合式影像安全系統將高速影像系統和低速影像系統整合在同一塊ECU上。
all in one複合式影像安全系統將高速影像系統和低速影像系統整合在同一塊ECU上。

自動切換影像功能 維持精簡運算量

要讓all in one的四個功能在一塊ECU有限的運算能力下流暢運行,則有勞軟體的管理。研究團設想了各種駕駛情境以及該情境所需的輔助影像,依照重要性排列各個功能的優先順序,車輛行駛時只要掌握車輛的時速、檔位、方向燈等訊息,軟體就能推估當下的情境,自動切換到最重要的功能,關閉不需要的功能,並調低次要功能的解析度,以降低運算的負荷量。例如,高速公路上行駛的車輛需要車道偏移系統及盲點警示系統,當駕駛「度估」失去方向時、或有車輛逼近時,系統會發出警示提醒駕駛提高警覺,而全周影像和倒車輔助這兩項功能則可關閉。

車輛中心的all in one複合式全景影像系統已經相當成熟,目前正在與許多系統商和台灣大車隊、和欣客運、台北客運、首都客運、新竹物流等車隊積極合作,進行不同程度的功能試運行,合作的車隊有小客車、大客車、貨車等,駕駛環境也涵蓋市區和高速公路,從司機的訪談中,研發團隊可以得到使用者在不同車種、環境下的經驗回饋,進而優化功能。

All in one 目前整合了車輛中心過去自行研發的四個影像技術,有了這個成功經驗,研究團隊未來將進一步整合駕駛者監控、前方防撞、全周影像式障礙物系統和倒車影像式障礙物系統,發展成八合一的影像系統,一次實現目前市場上所有的影像功能。

車輛中心的研發團隊,左一為陳建次,右一為張右龍
車輛中心的研發團隊,左一為陳建次,右一為張右龍

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汽車視線死角突破第一式:從第一位女賽車手和他的鏡子開始說起
做車的人_96
・2017/10/31 ・3780字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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「耶耶耶!駕照到手了!」經過一整個月的努力,我終於考到了汽車駕照,在歡欣鼓舞一陣後,更興奮的就是要選車買車了,但我心中仍有些不安,畢竟是原車原場考照,教練教了許多竅門,才能順利過關,之後實際上路真的就能安穩無憂嗎?特別是教練曾說過:「開車不撞到東西不算厲害,還要不被別人撞到才算厲害。」

因此,我期望能買一輛比較安全的車,好彌補自己經驗的不足。我的表姊小華是汽車公司的業務經理,跟他買、聽他的建議準沒錯。一通電話聯絡好,我找了一天下午去表姊的店裡看車。

圖 / by 微雨

後照鏡的誕生:傳奇女賽車手 + 他的鏡子?

第一次來到表姊的辦公室,除了東張西望外,我看到表姊桌上貼著一張美女照,而且是黑白的,我好奇地問:這是誰啊?「呵呵!他可是我的偶像啊!」 小華姊答道。

蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt)——英國第一位女賽車手,圖/by Dorothy Levitt  Autodidactyl@wikipedia commons。

他叫多蘿西‧萊維(Dorothy Elizabeth Levitt),是英國第一位女賽車手,也是女性主義的先鋒,在上(20)世紀初的英國汽車才發明不久,開車的男生少,開車的女生更是罕聞。當時極少人可以接受女生開車,就連他的老師都嫌棄他是個女生,很不情願地教導。而且,早期的學車不僅要會開,還要會維護保養修理,與今日車手只專注於操駕大大不同。

他在 1903 年開始出賽,前幾次比賽只能算累積經驗,好強化自己的駕駛技術與車體機械調校,經過多次努力才開始打入名次與獲取獎金。到了 1905 年他從倫敦開到利物浦,成為當時最遠程的女駕駛,2 天後他又締造另一項紀錄,成為當時速度最快的女車手,並且還教導過丹麥亞歷山大女王及其公主如何開車,當時只有上流社會人士能接觸、購買汽車。

1909 年 Dorothy Levitt 出了一本冊子《The Woman and the Car》(女人與車),內容主要集結了他 1903 年到 1908 年間在週報上的專欄文章,教導女生當如何駕駛汽車。而他也在書中也提到女生當如何注意自身安全,例如獨自旅行時應該帶一把自動手槍來防身,然後在開車時應該把一面隨身手鏡掛在便於觀看的地方,觀察車子的後方,以策安全。

1909 年 Dorothy Levitt 出《The Woman and the Car》(女人與車)的冊子,圖/from Waterstones

事實上,這正是汽車後照鏡(back-view mirror 後視鏡)的概念起源。

不過 Dorothy Levitt 只是在手冊上提及,而後在 1911 年的印地 500 車賽(Indianapolis 500-Mile Race, 印第安那波利斯 500 英哩大賽)中,奪冠的車手就為自己的車配置了後照鏡,之後比賽中其他車手也紛紛仿效跟進。直到 1921年 Elmer Berger 取得了後照鏡的專利、並開始大量生產之後,商業銷售的汽車才開始配備後照鏡。

初期的後照鏡跟賽車相同,只有配備觀看正後方的後照鏡,這在當時已經足夠,因為當時的汽車公路多半只有一線道,隨著路面的拓增、車輛的增加,相鄰車道的狀況也必須顧及,有了靠近駕駛的左側後照鏡,不久之後也加上右側後照鏡,最初左右後照鏡還不同大小,但不美觀。現在的車子都已是左右外型對稱的設計。

「原來有這樣的發展歷程啊!確實有左右中後照鏡,開車才會感到安全啊!」我有些領略,而小華姊接著補充:「除後照鏡外,相近時期還有了擋風玻璃,在擋風玻璃還沒出現前,人們認為只要帶個護目鏡就好,後來受傷的人多了,發現護目鏡是不夠的,才有了擋風玻璃,一樣是種安全防護設計。」以上這些,已經是基本的基本了,現在的汽車,有更多先進的安全設計,例如安全氣囊(Air Bag)、緊急煞車系統(ABS,源自飛機機輪煞車設計)等,特別是影像感測器(Image Sensor)普及後,使操駕安全性再提升。

有了後照鏡卻還是有「視線死角」該怎麼辦?

但就算後照鏡已經發展成熟,有在開車的人都知道,汽車仍有一些後照鏡無法克服的死角;這該如何突破呢?目前最常見的其中一種克服倒車視線不良的方法,便是將影像感測器裝設在車尾的「倒車監視鏡頭」,這樣在倒車的時候就可以看到車後影像,再加上超音波測距,俗稱倒車雷達的輔助,就可以知道與碰撞物之間的距離,避免碰撞。

倒車雷達,圖/by Car leasing made simple@flickr。

再更進一步,由於左右後照鏡依然有視線死角,因此近年來的新車款,也開始在左右後照鏡埋設影像感測器,增加駕駛的觀察視野,稱為側邊視角(side view),甚至有從上方往下看的鷹眼視角(eagle view),快速全覽車的四周是否有碰撞物。

雖名為鷹眼視角,但並不是真的從身車上豎起一個竿子,由上往下俯瞰,而是在車的前後左右都裝設影像感測器與相關側距,將車四面感測到的資訊組合起來,從而顯現完整的車外圍圖像。

單純光學後照鏡帶來的車側盲區(blind spot),圖/from How To Eliminate The Dreaded “Blind Spot”

但若是開車的時候,還要分別一直切換這些鏡頭功能,這樣不僅麻煩、也是危險駕駛的行為啊(抖)。

所以做車的人們就開始思考,該如何將這些鏡頭的影像整合在一起呢?於是也有了3D影像整合技術的開發。3D影像整合技術指的是透過多鏡頭的整合、影像無縫拼接、行駛狀態偵測辨識等等,在低速、高速的移動行駛下就能一鍵操作,將車側與車後的180度廣域視野無縫還原在車內的大屏幕中。

為克服光學後照鏡的盲區,透過電子影像鏡頭大大提升駕駛人的視野,再加上3D影像整合技術,使用多鏡頭的影像縫合技術、設身處地從駕駛人的視角出發,避開A柱的死角,可以更全面掌握車周圍的路況。source:影片截圖

前前後後都照顧到了,這樣就萬無一失了嗎?

聽到這裡,我說:「幾乎全車外圍都看盡了,這樣就應該萬無一失了、絕對安全了吧?」

小華姊卻說:「還沒還沒,安全設計不僅於此,你有沒有想過「底盤下」呢?當我們的車行經凹陷、凸起路面時,如果我們有辦法先知道底盤下的狀況,我們是否就可以避免一些震盪或意外的發生呢?」他接續說。

「這個意思是說…難不成我們還在車底下安裝鏡頭嗎?不過底下這麼黑,有辦法看到嗎?」我困惑地說。

小華姊再說:「其實呢,台灣就有自主開發一種叫做「底盤透視」的影像技術,是利用軟體演算法,在透明化之虛擬車底部,呈現鏡頭所擷取之影像,讓駕駛看到像是車輛底下這些肉眼看不到的地方。」

我說:「哇!那以後我要開車停上我家的機械停車位、開車去洗車,或是回外婆家那個小到不能再小的鄉間小路,我就再也不用害怕壓到不知名的障礙物啦!真是太強大的神器了。好了,夠完美了,應該不會出事了。」「還不夠!」小華姊答。

有了影像感測器後,更重要的安全技術也開始展露,由於半導體技術的進步,繪圖處理器晶片(GPU)運算力一日千里,過去無法進行即時影像辨識運算的,如今可以做到了。

將配備 GPU 晶片的車用電腦裝置到車上後,搭配人工智慧(AI)、機器學習(ML)、深度學習(DL)、類神經網路(ANN)等智慧軟體演算技術,車用電腦可以對擋風玻璃外的景象進行研判,哪個是正滾過來的礦泉水空瓶?哪個是臨時滾到路上的皮球?車用電腦都可以加以辨識,並透過抬頭顯示器,將該物標示出,甚至加上提示文字,提醒駕駛當注意。

電腦可以辨識眼前的景象物品是什麼,圖/from fortune

「這招實在太強了!」我真希望我的車也有。

小華姊又說,由於這些投影標註改善我們在現實世界開車的安全性,有助於現實運作的就被稱為強化現實(AR),或稱擴增實境,當然相關技術還有混合實境、虛擬實境、增強虛擬等等。

「太厲害了,原來 AR 還能做這樣的混合應用!那我希望之後可以讓開車過程變得更有趣!例如邊開車邊抓寶可夢,或是邊成為勇者邊鬥惡龍~」聽到 AR 我的心已經飛到了遊戲中的異世界了。

小華姊輕輕地拍了一下我的腦袋「遊戲回家陪你用 VR 玩啦,在路上開車要專心!」突然他又換了個若有所思的表情喃喃自語道「不過讓開車過程遊戲化倒是不錯的主意耶,從多蘿西‧萊維的鏡子、到 HUD 應用在擋風玻璃上,都是從跨域到讓汽車產生革新的過程,或許設計得宜,不只不會讓用路人分心、反而能更創新?!讓我來趕快把這個點子筆記筆記之後或許⋯⋯」

「小華姊!午休時間結束囉!」雖然很捨不得驚擾到如此認真的小華姊,但我實在太迫不及待想試駕新車了。

「啊啊也是也是,那走吧!我帶你去看看我們有哪些車款,配備哪些安全功能,讓你這個新手安心上路開車!」

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

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