淺談自駕車
文/陳彥岐 編/蔡昀諺
前言
特斯拉(Tesla)創辦人伊隆·馬斯克(Elon Musk)在2023年初於拉斯維加斯舉辦的國際消費性電子展向全世界展示了時代性的維加斯環線(The Vegas Loop)高效率運輸，激起了一大波討論的聲浪。維加斯環線能夠成為如此高效率運輸的原因是：第一，車輛利用自動駕駛輔助，人為介入比傳統車輛低；第二，其專用的地下隧道大大降低外在影響，車輛能以等速前進；最後則是直達目的地使其相較地鐵出色許多。這個概念並非橫空出世，只是在當初提出概念的時代背景下受阻於當時的科技與財力影響沒能夠實作出來。隨著自駕車技術的演進，能夠期待未來會有越來越多的維加斯環線出現於世界各地。本文將從自駕車的概念、原理、到現況介紹未來的車輛 — — 自駕車。
自駕車的概念
虛幻路口
設想當你在趕時間的狀態下被困在車陣中，而車子只是緩慢前進時，你的心中想說前面應該是發生了事故導致車道被堵住，然而隨著交通逐漸順暢卻不見預想的事故車輛。這時就代表你遇到了虛幻路口(Phantom Intersection)。簡單來說，這個現象的起因是第一台車由於某種原因而快速剎車，接著後面的第二台車也快速剎車以防撞上前車，隨後第三、第四台車也做出了同樣的反應，直到第n台車完全停下，塞車就造成了。儘管此時第一台車早已脫離車陣而不見蹤影，堵塞的車陣卻會繼續存在。
縮小反應時間
再思考另一個狀況，當我們開在高速公路上時，我們會發現車輛跟車輛間的距離很長。這段距離是給人們應對突發狀況發生時反應所留下的距離，稱之為「安全距離」。人的平均反應時間，從事故發生經過視覺神經、大腦判斷到肢體反應使得剎車生效為1.6秒鐘。按照這項數據計算會發現，車速快時就需要留下較長的安全距離；反之則較短即可。但如果車輛是由機器控制，機器的反應時間為幾毫秒，與人類相差幾十甚至幾百倍。那車輛將可以高速行駛，車與車之間的距離也可以減短，如此一來效率將會提高非常地多。
等級高的自駕車能做到完全駕駛，以及與周遭其他車輛交換訊息，例如他們的行駛方向以及速率等等。在這樣的城市裡，不再會有塞車、不再需要紅綠燈、更不再需要人類駕駛，因為所有車輛的動線都是藉由精密計算所決定的。如此高效率的交通，是自駕車開發者的最終目標。
自駕車的原理
自駕車背後的原理是使用雷達感測器偵測周遭環境，再透過控制系統使車輛按照某路線行駛以到達目的地。然而若要發展等級更高的自駕車，我們還需要更多資訊，像是其他車輛的動向或是潛在的危險等等，這就是所謂的車聯網。
我們常常聽到V2X(vehicle to everything)的概念，就是指車輛與附近所有物體通訊，交換訊息，這非常仰賴高容量、低錯誤率以及低延遲的通訊。這使得通訊中的服務品質(Quality of service)又重新被拿來討論。一般的通訊都是可以容許一定程度的誤差的，如果錯誤率在容忍範圍內，接收器仍然可以解調(demodulate)出原本的訊息。但是自駕車的情況則大相逕庭。試想若車輛接收到錯誤的訊息而做出錯誤的判斷，輕則車體損毀、重則人員傷亡。因此這樣人命關天的事就勢必要求極高的服務品質。
隨著行動通訊推陳出新，我們正慢慢朝向車聯網的目標前進。許多研究團隊都嘗試利用第五代行動通訊(5G)達成車輛間的通訊系統。圖三為車載網路的示意圖，其中分為三個主要類別，分別是車輛間通訊(Inter-vehicle Communication)、車輛與設施間通訊(Vehicle-to-roadside Communication)以及設施間通訊(Inter-roadside Communication)。圖中的RSU是指路邊單位(Roadside Unit)，這些小站處理並傳遞訊號，就像是網路中的路由器(Router)。
自駕車的現況
自駕車的等級分為0到5，等級0為人工駕駛，即無自動。等級1為輔助駕駛，由駕駛者操作車輛，車輛提供個別輔助，如剎車。等級2為部分自動駕駛，主要由駕駛者操作車輛，車輛提供多項輔助，如自動跟車及巡航定速。等級3為條件自動駕駛，將主要操作交給車輛，但駕駛者需準備隨時控制車輛。等級4為高度自動駕駛，駕駛者一般不須介入，車輛能在限定環境內自行控制。等級5為完全自動駕駛，不需要駕駛者，由車輛負責所有操作。
以台灣目前的情況而言，等級0到等級2的車輛較常見，大部分還是由駕駛者操作車輛。回到本文一開始提到的維加斯環線(The Vegas Loop)，環線中仍有雇用固定司機，所以也不是等級高的自駕車。
現在在美國、歐洲與日本都有許多公司機構在研究自駕車，試圖提高自駕等級。舉例來說，賓士汽車(Mercedes-Benz)的DRIVEPILOT系統是第一個在美國許可上路的等級三自駕車系統。跟等級二自駕車的駕駛者必須將手放在方向盤上不同，這款等級三的自駕車不只配有環繞式感測器更有路面濕度感測器等多項功能，實現將主要操作交予車輛的條件駕駛。
結語
由於人們對自駕車的討論越來越熱烈，本文提供讀者關於自駕車的簡單介紹。雖然人類仍未達到最高等級的完全自駕，但是完全自駕並非遙不可及的夢想。相信在不久的未來，電影中的城市將會出現在你我眼前，帶給人類更快速、便利的社會。
資料來源
[1] Mrunmayi S Sahasrabudhe, Meenu Chawla (2014). Survey of Applications based on Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) Framework. IJCSIT, Vol.5(3), 3937–3942.
[2] Simon Haykin, Communication Systems, 4th Edition
[3] Boring Company 2023, accessed May 23, 2023
https://www.boringcompany.com/loop
[4] Mercedes Benz 2023, accessed May 23, 2023
https://group.mercedes-benz.com/company/magazine/technology-innovation/easy-tech-drive-pilot.html
[5] CGP Grey 2016, ‘A simple solution to traffic’, YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=iHzzSao6ypE
[6] 盧傑瑞2022, ‘5G、毫米波雷達和UWB加速自駕車佈局’, 聯合新聞網
https://udn.com/news/story/6903/6224949
[7] 自動駕駛汽車, Wiki
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%8B%95%E9%A7%95%E9%A7%9B%E6%B1%BD%E8%BB%8
