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美國 NHTSA的AEB新規定對消費者和汽車產業產生的影響
 

【作者: Chris Silsby】   2024年06月26日 星期三

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美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)已確定一項新規定,即到 2029 年 9 月,所有新型乘用車都必須標配自動緊急煞車(AEB)系統。汽車製造商不斷努力為新車型增加功能,以創造更優質和安全的車輛供消費者使用,AEB是預期中應具備並代表先進技術的功能。



美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)已最終確定一項新規定,即到 2029 年 9 月,所有新型乘用車都必須標配自動緊急煞車(AEB)系統。自動緊急煞車是指車輛能夠自主煞車以避免潛在事故的發生。AEB也是汽車產業正在為車輛增加最強而有力的安全措施之一,因為它能夠降低撞擊速度或完全緩解撞擊,從而避免造成車輛損壞和人員傷亡。


從表面上看,強制性AEB對消費者是有利的。NHTSA推動建立一個評價系統,會根據速度、目標類型、距離以及夜間與白天等其他條件對車輛能力進行評價,這最終將推動產業發展,但這一舉措是否足夠有力呢?要判斷NHTSA的AEB標準是否能及時發揮作用以影響汽車產業,不僅需要瞭解該計畫本身,還需要全面理解AEB技術。透過探究底層技術,以及汽車製造商的進步速度和市場趨勢,我們才有可能準確判斷NHTSA計畫的潛在價值。



圖一 :  汽車感測技術示意圖
圖一 : 汽車感測技術示意圖

NHTSA的規劃

2016 年,NHTSA 要求占美國汽車總銷量 99% 的 20 家汽車製造商,在 2022 年之前自願將某種形式的 AEB 作為其乘用車系列的標準配置。至2020 年,NHTSA 的另一份報告顯示,該產業可能未能達到目標,20 家製造商中只有 10 家將某種形式的 AEB 作為標準配置。從理論上講,這份報告開啟了強制監管的大門,但直到今(2024)年5月,NHTSA才提出了相關提案。從最初的要求到新提案之間,美國公路安全保險協會(IIHS)發佈後續報告,如圖二所示。



圖二 : 從 2020 年到 2022 年,大多數汽車製造商的配置量都有大幅增長(來源:IIHS)
圖二 : 從 2020 年到 2022 年,大多數汽車製造商的配置量都有大幅增長(來源:IIHS)

將IIHI的數據與NHTSA最初在2020年發佈的報告進行對比,可以發現一些有趣的趨勢。首先,在 2022 年,20 家製造商中有 14 家至少為其 95% 的車輛配備了某種形式的 AEB,而兩年前只有 10 家。如果我們觀察下述六個特例,就會進一步發現其發展速度之快。2022年,起亞汽車的AEB裝備率為94%,謳歌(本田)汽車的AEB裝備率為93%,但在2021年零配件短缺之前,這兩家汽車製造商的AEB裝備率就已超過門檻,另外四家製造商的平均AEB裝備率也從2020年的38%上升到72%。2023 年,所有製造商都表示 AEB 的部署將再次增加,通用汽車(GM)表示其 2023 年 98% 的車型將配備該技術。


這種逐年快速增長的態勢以及 NHTSA 提出建議的時機都引發了一些有趣的問題。許多人主要擔心的是,如果所有製造商在標準實施之前就已經在其全系車型中配備了某種形式的AEB,那麼這一提案是否會產生真正的影響。但瞭解這一提案的產出原因,可以為其價值增添一些分份量。


首先,重要的是要仔細研究提案的具體內容。


對於車輛之間的碰撞事故,如果駕駛員未能及時反應,未來的AEB系統需要在車速達到每小時50英里時採取主動煞車。如果駕駛員煞車了,但並未達到所需的最大煞車力,那麼未來的AEB系統需要在車速達到每小時62英里時,完全避免與另一輛車發生碰撞。模擬的車輛間AEB場景包括一輛車接近一輛靜止的前車、一輛行駛緩慢的前車以及一輛正在減速的前車。


對於車輛與行人之間的事故,所有車輛都必須在車速達到每小時40英里時採取行動。模擬的場景包括車輛接近(從左側或右側)穿越道路的行人、行人靜止在車輛行駛路徑上以及行人沿車輛行駛路徑行走。這項技術還需要在夜間工作,NHTSA表示,美國超過70%的行人死亡事故發生在夜間。


該提案最近於 2024 年 4 月底獲得批准,這意味著強制部署將於 2029 年 9 月生效,適用於 2030 年的車型。


鑒於夜間死亡人數等統計資料,以及AEB在美國每年可挽救360人的生命,並至少減少24000人受傷的情況,NHSTA關注AEB以及瞄準該技術的原因顯而易見。但是,鑒於大多數車輛已經配備了某種形式的AEB,是否有必要對某種形式的AEB採取強制措施呢?以歐洲新車碰撞測試(Euro NCAP)為例,它建立了一個分級評級系統,推動市場向更高水準的能力和更安全的汽車邁進。NHTSA能否更進一步,採用更高的能力評級系統,從而挽救更多生命?


AEB規範:美國與歐洲的比較

鑒於這項技術在過去三年間迅速普及,同時考慮到汽車產業的典型研發週期大約為三年,就不難理解為什麼將強制實施的目標日期定在2029年9月(2030年車型)可能不夠激進,以至於短期內難以產生顯著影響。


自 2019 年起,作為歐洲公認的車輛安全評級方法,要想獲得歐洲 NCAP 五星評級,就必須配備 AEB。儘管這可以被視為一種進步,但歐盟委員會更進一步,規定從 2022 年起銷售的所有新車都必須安裝車輛間 AEB系統,從 2024 年起必須安裝車輛對行人系統。


此外,NHTSA的規定與Euro NCAP的規範在範圍上存在顯著差異。雖然兩種標準都涵蓋了類似的車輛間和車輛對行人AEB場景(包括成人/兒童行人和夜間條件),但Euro NCAP還涵蓋了幾種車輛對自行車和車輛對摩托車的AEB場景,考慮到了更廣泛的弱勢道路使用者(VRU)。


此外,Euro NCAP還包括車輛在左轉或右轉以及倒車時的車對行人AEB場景—這是NHTSA規定中未涵蓋的—相比之下,NHTSA的法規要求比其歐洲同行晚了五年。


瞭解AEB系統

作為主要的先進駕駛輔助系統(ADAS)之一,AEB是一項強大的車輛安全措施,尤其是在車輛前後碰撞和車輛與行人碰撞的情況下,可以發揮重要作用。典型的 AEB 系統結合使用可見光波長圖像感測器、雷射雷達和毫米波雷達來感測可能導致潛在碰撞的物體。車輛會對圖像進行即時分析,如果即將發生碰撞,就會提醒駕駛員踩?車。如果駕駛員未能在足夠的時間內對警報做出反應,系統將採取煞車措施,使車輛停止。


對於圖像感測器而言,AEB系統需要轉化為視場角(FOV)、解析度、幀率、動態範圍、曝光次數(延遲)以及微光性能等參數要求。這些圖像感測器的特性直接影響到物體的可探測性和物體探測的延遲,以及避免可能導致演算法失效的邊緣條件。


如圖二所示,配備某種形式AEB的車輛比例已大幅增加,但這並非唯一重大變化。近年來,車輛內部的底層技術也得到了顯著發展。處理系統更加強大,通信系統的速度更快,資料傳輸速率更高,感測器的準確性也有所提高,尤其是在微光條件下。這些因素共同促成了更加智慧、可靠的AEB系統,使其能夠在更多情況下採取可能挽救生命的操作。


憑藉 20 多年的汽車成像經驗,安森美(onsemi)在這一演變過程中發揮了核心作用。其圖像感測器產品廣泛應用於配備 ADAS 的汽車,尤其是包括 AEB 在內的汽車。安森美交付了目前道路上所有車輛中70%的圖像感測器。


Hyperlux功能特性與NHTSA提案的比較

憑藉安森美深厚的汽車專業知識,Hyperlux圖像感測器系列旨在?明汽車整車製造商在各種條件下進一步提升車輛的安全性,從而減少事故,挽救生命。如果我們將最新的 Hyperlux 產品系列與 NHTSA 的提案進行比較,可以發現隨著期望值的提升以及高速行駛狀態下安全性的日益重視,該規定或許可以更加進取,或者至少應隨著形勢發展再次更新。


讓我們來考慮車輛對行人場景中車速最高(因此煞車距離最大)的情況:一輛車正在接近一個沿車輛行駛路徑行走的行人。車速可以達到每小時40英里,而行人的步行速度為每小時3.1英里。針對此場景,假設需要8個像素來識別一個行人,考慮到典型的城區前方ADAS視場角FOV為120°,利用三角測量計算方法,可以推導出大約需要2480像素的最小(水準)解析度。對於以40英里/小時行駛的車輛,其停車(煞車)距離要求回應(反應)時間為0.5秒至1秒,並需施以適當的煞車力,以確保正確識別。


Hyperlux AR0823AT感測器(3840 x 2160像素)以超過50%的餘裕滿足了NHTSA最嚴格的車輛對行人場景所規定的水準解析度,可有效地為每位行人提供多達12個像素,從而實現強大的AEB識別演算法操作。



圖三 : 行人汽車煞車系統測試場景範例—行人沿路徑移動的基本設定
圖三 : 行人汽車煞車系統測試場景範例—行人沿路徑移動的基本設定

新的 NHTSA 建議包含 2016 年建議中缺少的一項內容,即要求在微光條件下和夜間準確探測行人。對安森美而言,這已經是其優先考慮的重點,也可以說是 Hyperlux 感測器系列的標誌性特徵之一,它具有 2.1 μm 像素尺寸和先進的 150 dB 高動態範圍成像(HDR),可在 0.05 lux至 200 萬lux亮度場景中準確成像。


讓我們將Hyperlux在微光條件下的性能與NHTSA提案進行對比,再次考慮最嚴格的車輛對行人場景(例如:行人沿著駛來車輛的行駛路線行走),但這次是在夜間。提案中提到了0.2 lux的環境光水準(月光條件)以及車輛近光燈/遠光燈照明,但沒有規定車輛照明的照度水準(與Euro NCAP不同)。


美國汽車協會(AAA)在2019年對美國和歐洲汽車前大燈性能的一份研究顯示,行人所在位置的平均近光燈照明水準約為9 lux。假設最壞情況下行人的反射率為10%(穿著深色衣物),並使用典型的車用鏡頭(F值1.4),則在感測器處的照度水準為0.11 lux。


在典型的33ms積分時間(夜間條件)下,Hyperlux感測器系列在0.03 lux的照度水準下就能達到5的訊號雜訊比(SNR)(比NHTSA規定的照度要低四倍),而在0.10 lux的照度水準下能達到10的訊號雜訊比!


在陽光明媚的日子駛出隧道時,Hyperlux的HDR性能使車輛能夠立即看到附近的車輛和隧道盡頭以外的任何潛在危險。過去,許多解決方案的動態範圍不足,無法成功捕獲影像的遠近兩個區域,導致潛在風險在汽車處理器中不可見,或因設定變化而增加延遲。在如圖三所示的場景中,Hyperlux感測器系列的HDR性能能夠精確追蹤影像中心、邊緣和遠處的物件,如汽車、交通號誌燈和行人,即使在光線水準下降時也是如此。



圖四 : Hyperlux 感測器在進出隧道時的 HDR 性能
圖四 : Hyperlux 感測器在進出隧道時的 HDR 性能

Hyperlux感測器提供的精確性,以及整合安全性和工業最高階的影像感測器安全等級,超越了基本AEB的應用。其高精度、高速和先進功能已可用於ADAS L2級系統以及更高級等的系統,協助製造商過渡至自動駕駛。


NHTSA與車輛安全的未來

對於NHTSA關於AEB的規定,我們不禁要問,它是否足夠深入及迅速。雖然任何旨在提升車輛安全性的標準在理論上都應該受到歡迎,但如果要產生影響力,它必須領先於產業。從歐洲取得的進展來看,NHTSA的規則至少落後五年(針對車輛間)。將這一標準與最新的感測產品進行比較,再次凸顯出兩者之間的差距。像Hyperlux這樣的感測器已經能夠滿足AEB提出的要求,包括在微光環境下的性能,同時還能支援其他技術,如車道偏離系統和全自動駕駛。到2030年,配備ADAS系統的車輛可能將遠超NHTSA的標準。


如果我們觀察市場趨勢,情況也類似。汽車製造商不斷努力為新車型增加功能,以創造更優質和安全的車輛供消費者使用,AEB是預期中應具備並代表先進技術的功能。這一因素繼續推動配備ADAS技術(如AEB)的車輛銷售。隨著大多數製造商加快在其全系車型中100%部署AEB,許多設計人員正在研究更具革命性的提升車輛安全性的方法。


儘管NHTSA規定中的某些元素是積極的,比如微光環境下的測試,但鑒於其重要性,顯然也許可以更進一步,推動在更高速度下實現更高能力,以拯救更多生命。與此同時,汽車製造商及其供應商正努力運用創新技術來提高車輛安全性,減少汽車事故和死亡人數。正是這些來自領先汽車製造商及其生態系統供應商(如安森美)的共同努力,使得許多汽車將在規定要求之前,就配備更先進的安全功能。


(本文作者Chris Silsby為安森美汽車應用高級總監)


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