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都已經在車上裝好電腦,當然要拿來提升安全

文/許家豪|國研院科政中心

車輛安全,是目前相關科技的重要發展方向。圖片來源:pixabay, CC0.

車子是人們日常生活中不可或缺的一部分,不管是代步或是出遊,大眾運輸系統或是個人用車;而車輛產業在過去多年來,一直就是傳統產業與製造業的代表,連帶著許多零組件的產業也一起蓬勃發展。隨著車輛逐漸滲透至大眾的生活中,且車輛本身的功能性也日漸複雜,許多以往未曾使用過的電子零組件都出現在現今的車輛上,豪華舒適不再是人們對車輛的唯一選擇,行車的安全保障也逐漸為大眾所重視。未來的車子提供的將是以往所未能達到的許多功能,例如:主動式安全系統、自動駕駛系統、即時車流導航資訊系統等;有別於傳統汽車中,是一種結合汽車、半導體、電子、資通訊與光電等科技於一身的車輛,透過不同的感測器、雷達、與無線通訊等裝置,來提供人們所需的功能。過去對車輛安全的認知,是透過許多技術以提高車子本身的安全性;未來的科技將更進一步的在事故可能發生前即產生動作,也因為如此,對於安全防護相關的標準制定就顯得非常重要。

本文先針對制定汽車安全主要的標準組織進行概略性的介紹,進而列舉整理制訂中或是現行之智慧車安全防護的相關標準供讀者參考。

目前已經對汽車安全設下標準的國際組織:

1. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer, Inc) 美國電子電機工程師協會

該協會成立於 1963 年,在工業界所定義的標準有著極大的影響,主要領域包括電能、能源、生物技術和保健等。現有會員約 426,000,下轄 39 個技術社群(Technical Society)以及 6 個技術委員會(Technical Council),並有一個約 50-60 成員的標準協會(Standard Association)來制定相關標準。IEEE 是主要的國際標準機構,現行約有 1100 項有效標準正在使用。

2. ISO (International Organization for Standardization) 國際標準組織

ISO 於 1947 年 2 月 23 日成立於瑞士的日內瓦,是一個具代表性且由許多來自不同國家標準組織所組成的標準設立單位,同時也是全球最具規模的國際標準的出版及研發機構。ISO 並非為政府組織,但其設立的標準卻經常為各國制定法規時所引用或參考,也因此成為與各國政府保持著緊密聯繫關係的非政府組織。

3. IEC (International Electro-technical Commission) 國際電工委員會

IEC 於 1906 年10 月在倫敦正式成立,是世界上最早成立的國際標準化團體,其負責制訂電氣和電子領域的國際標準。IEC 現已成立了 82 個技術委員會、1 個無線電干擾特別委員會(CISPR)、 1 個 IEC/ISO 聯合技術委員會(JICI)、127 個分技術委員會和 700 個工作小組。

4. SAE International 自動機工程學會

該學會在 1905 年成立於美國紐約,前稱為 Society of Automotive Engineers,是一個致力發展移動技術之工程和科學的國際性組織,擁有多達 121,000 位會員,會員涵蓋 97 個國家。近年來更致力於混合動力和電動車標準,其制定的相關充電等標準,使得電動車的充電更安全及更有效率,已為一般大眾接受。

5. UL (Underwriter Laboratories Inc.) 保險商試驗所

UL 於 1894 年成立,總公司在美國的伊利諾州。是一個獨立的、非營利的、為公共安全做試驗的專業機構。經過近百年的發展,UL 已成為具有世界知名度的認證機構,其自身具有一整套嚴密的組織管理體制、標準開發和產品認證程式。

功能安全控制與防碰撞,目前的標準有哪些?

隨著車載資通訊技術的發達,在可預見的未來裡,駕駛人可以透過遠距離通訊的技術存取不同地點的資料檔案來參與線上會議的討論;而車上行車電腦也會自動根據其他車輛或系統發送出來的資訊,建議駕駛人進行適當的反應以避免發生交通事故。種種的技術演進中又以行車安全相關議題最受關注,因此這也促成車載環境無線存取(Wireless Access in Vehicular Environments,WAVE)/DSRC 相關國際規範的誕生。在車輛通訊中,短距車間(V2V)與車路(V2R)通訊中,歐、美兩大陣營各自提出自己的通訊標準,用以搶奪汽車通訊市場這塊大餅,其中在美國的DSRC的標準為 IEEE802.11p 與 IEEE1609/WAVE 系列;歐洲則由車間通訊聯盟(Car-to-Car Communication Consortium,C2C-CC) 來規範歐洲的 DSRC 標準,歐洲的標準大部份皆是參考 IEEE 802.11p 再修改成適用於歐洲的版本。

主要的相關安全標準介紹如下:

1. IEC 61508 電器電子可編程電子安全相關系統的功能安全

用於工業領域的國際標準,由國際電工委員會(IEC)發布,其目的要建立一個可應用於各種工業領域的基本功能安全之標準,針對所有透過複雜的電子科技構成之相關產品中的安全功能,提出一套評估及檢測該安全功能水準的架構。

安全完整性等級(Safety Integrity Level,SIL)是機能安全的一部份,其定義為由於安全機能所降低風險的相對水準,或是風險降低後,風險的相對水準。依照歐盟的機能安全標準,定義有 4 種 SIL,分別是 SIL 1、SIL 2、SIL 3 及 SIL 4,數字越大表示等級越高,機能安全越可靠。IEC 61508 將 SIL 依其要求項目分為二大類:硬體安全完整性(hardware safety integrity)及系統安全完整性(systematic safety integrity)。設備或系統若要達到特定的SIL等級,需同時符合該等級二大類完整性的要求項目。

2. ISO 26262 道路車輛功能安全

基本上 ISO 26262 標準是以 IEC 61508 標準為基礎來建構,ISO 26262 將 IEC 61508 延伸到車輛的電機/電子系統的安全標準,特別以汽車產業為應用目標。

ISO 26262 約於 2005 年開始發展,其草案版本於 2009 年推出,2011 年 11 月發行正式版本,其適用範圍為 3.5T 以下的客車所搭載之電子/電機系統。目前全球的車用零組件廠等開發廠商皆已於系統開發過程中導入 ISO 26262,使其產品符合相關要求。ISO 26262 之執行主要是依據安全生命週期,此週期涵蓋了整個產品的生命週期,從管理、開發、製程、經營與服務維修等,皆有相對應的執行方法與步驟。ISO 26262 亦採用汽車安全完整性等級(ASIL)來評斷需要符合之功能安全程度,以 ASIL A(最低)至 ASIL D(最高)來衡量系統的安全等級。

透過完整詳實的系統分析工具進行設計評估,在開發階段即導入功能安全的高標準要求,確保 ISO 26262 可完整實踐在終端設計上,避免產生系統性故障問題。

圖1. ISO 26262 安全生命週期模型

3. IEEE 1609

乃針對無線接取技術應用於車載環境無線存取(WAVE)時,所定義出的通訊系統架構及一系列標準化的服務和接口。其主要目的為制定車與車(V2V)間、車與基礎設施(V2I)間之標準無線通訊協定,並藉此提供行車環境下,包括汽車安全性、增強導航、交通管理、自動收費等應用情境所需之通訊協定標準。

4. IEEE 802.11p

這個通訊協定主要用在車用電子的無線通訊上。設定上是從 IEEE 802.11 擴充延伸,來符合智慧型運輸系統(ITS)的相關應用。應用的層面包括高速率的車輛之間以及車輛與 5.9 千兆赫(5.85-5.925 千兆赫)波段的標準 ITS 路邊基礎設施之間的資料數據交換。前述 IEEE 1609 標準則是以 IEEE 802.11p 通訊協定為基礎的高層標準。

5. SAE J2735 小範圍通訊信息設置

J2735 標準目的為規範專用短程通訊(DSRC/WAVE)中所傳送的應用層訊息格式。其定義了訊息集、資料訊框、基本資料等單元,目的是為了讓所有基於 DSRC 通訊技術下傳遞訊息的應用程式,透過這些標準化的訊息格式來相互溝通。

J2735 標準將車載應用依照情境需求分類,並定義各種不同的訊息格式,其中基本安全訊息(Basic Safety Message,BSM)主要被廣泛應用在各種行車安全的應用上,如十字路口發生碰撞警告,此訊息將會週期的廣播給鄰近的車輛。

圖2. SAE J2735資料發送與接收的處理

6. SAE J2980 功能安全標準

針對 ISO 26262 之 ASIL 來提供更明確的指示內容。

7. SAE J3016 / SAE J3018 自動駕駛相關標準

J3016 將車子的自動駕駛分為 0-5 級,而 J3018 則針對 SAE J3016 的 3-5 級提供行駛道路的安全準則。

8. SAE J2945

SAE J2945/1 目前的進展已經進行至 2.0 版草稿,主要內容包含:1)定義車載機的系統需求;2)定義車載機系統效能要求,無線電波端效能要求,訊息格式的正確性;3)建議一些不在標準內的要求,如安全性;4)新定義了標準設定檔(Standard profile)。

9. UL 991 安全控制固態元件標準/UL 1998 安全控制軟體標準

主要是針對與產品安全性相關的控制軟硬體之測試與評估標準。在電子控制技術逐漸成熟而且低成本的情況下,透過電子控制避免失效,將有效降低安全的成本。但電子控制本身也可能出現失效而導致安全的問題,UL 991 與 UL 1998 就是針對控制安全的電子軟硬體進行評估的標準。

智慧汽車產業仍屬於剛起飛的階段,不論是其商業模式或是技術標準都還處於發展中的階段,台灣廠商如果有意願要參與未來新標準技術的制訂,現在是很好的時機。誠如工研院企劃與研發處長王漢英所言,我國的廠商在過去一直跟隨著國際標準制定,但是現在智慧車這一塊有關國際市場的技術標準還未明確,我國的廠商是如能搭配自身的技術引導,很有機會佔有一席之地。

總觀來看,我國在 ADAS、車聯網、電池、與充電模組領域上,長期已累積相當的研究成果與能量,許多廠商也已打入汽車供應鏈,具備國際化的重要實力。如果國內能夠營造出適合車電產業發展環境,再加上政府政策支持、並輔以研究單位配合推動的有利條件下,未來有機會藉由完整的產業布局,成功發展智慧電動車輛,提升台灣第 4C(Car)產業的競爭力,創造高附加價值產業鏈,在全球智慧車電的競爭下,交出亮麗的成績單。

(本文授權改寫自:國研院科政中心 科技政策觀點網站智慧車安全標準初探

參考文獻:

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  • 黃繼寬(2010),綠能/智慧電網攜手掀革命 電力設備安規認證大翻新,新電子
  • 陳柏睿(2011),ISO 26262系統功能安全設計標準介紹,財團法人車輛研究測試中心
  • 邱冠霖、林志哲、徐志偉、何凱云、何平凡(2011),統一V2V訊息溝通格式WAVE/DSRC規範把關行車安全,No. 129,新通訊
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  • 王柏凡(2015),IEEE 1609 工作小組會議 2015 # 4會議出國報告
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  • 車聯網技術帶動智慧交通發展,http://digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&id=0000411063_ZK711JG35WKONV44Y82TA&ct=1
  • IEEE 802.11p/1609 國際技術標準研究與分析報告,http://std-share.itri.org.tw/Content/Files/Achievement/Files/IEEE_802.11p-1609%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%88%86%E6%9E%90%E5%A0%B1%E5%91%8A%28981224%29.pdf
  • www.ieee.org,美國電子電機工程師協會網站
  • www.iso.org,國際標準組織網站
  • www.iec.ch/,國際電工委員會網站
  • www.sae.org,美國自動機工程協會網站
  • www.ul.com,保險商試驗所網站

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