變換車道模式

一、縱向控制(longitudinal control logic)

由於鄰近車道的車流狀況是影響變換車道成功的重大因素，所以本研究考量

在這裡一提的是圖 3-6 為說明變換車道之概念。若 AC 車輛鄰近車道無車輛，

行為並不會在 AC 車輛欲變換車道時來作最大加減速的動作，所以 MC 車輛的車

左式中第一個部分為原本與鄰近車道前車車間距；第二部分為變換過程中與

車輛速率比鄰近車道前車快，比鄰近車道後車慢，所以安全的車間距在變換車道

二、橫向控制(lateral control logic)

自動控制車輛之橫向控制，主要來自於變換車道時作用於 AC 車輛之加速度

3.4.4 加速度調整

的反應時間便前進了 8.33 公尺。若以高速公路行駛速率下限為時速 60km/h 前進，

則反應時間內前進了約 12.5 公尺。

回顧相關文獻，李月仙(1989)[19]修正提出的二維座標車流模擬模式，係利用 車輛行進之動態車長來控制車輛間隔距離，動態車長中便考量跟車駕駛者的反應 時間，因此，考慮 AC 車輛變換車道時鄰後前車為人為駕駛的反應時間，是變換 車道時潛在的安全需求。其文中所提通式如下：

( ) _t

PLL=PLL TYPE + ×K V 其中，PLL：前車之動態車長 PLL TYPE( )：前車之靜態車長 K ：跟車駕駛者反應時間 V_t：跟隨車之車速

3.5.2 人為心理因素

人為因素會導致駕駛行為的不同，在微觀車流模擬器 Paramics 裡也有描述駕 駛者的決定參數[12]，分別為 Aggression 和 Awareness，此二項參數主要影響模擬 駕駛人的行為。車輛行為模式包括平均車間距(mean headway)、平均反應時間 (mean reaction time)、跟車模式(car-following model)以及變換車道模式(lane- changing model)，這些模式參數值可藉由相關功能表加以控制。而在本研究裡以 安全係數ϕ 來決定安全車間距，若駕駛者較為瘋狂，則ϕ 值可能較小，故其認為 之安全車間距便較小；若駕駛者較為謹慎，則ϕ 值會較大，所需之安全車間距。

但實際的ϕ 值如何決定，尚須有文獻支持或用以機率分配來近似ϕ 值，本研究並 不將ϕ 值納入模擬實驗中。

但一般而言，AC 車輛的變換車道對於其鄰近車道之車輛會造成影響，若當 鄰近車道為人為駕駛，後車駕駛人察覺到 AC 車輛匯入的動作，會採取煞車減速 的動作；若鄰近車道後車為已變換完成之 AC 車輛，則 AC 車輛與 AC 車輛之間 保持最小的可接受車間距，並不會有任何影響。

故 AC 可接受之變換後車間距只會因此而變大，但目標車輛的車間距變大，

會壓縮目標車輛之下一輛 AC 車輛，所以針對每一輛 AC 車輛，都以鄰近車道車 輛最大的減速度來考慮可接受之車間距為最安全的方式，但考慮 AC 變換車道之 效率的話，此方式則面臨需要權衡。

3.6 強制煞車後的變換車道

當車輛無法在跟車緩衝區尋求到變換車道的機會，在進入強制煞車區之後，

車輛便強制煞車停在事故上游，但煞停之後仍須尋求變換車道的機會才不至於停 等在事故上游，造成停等車輛一直增加。然而煞停後的變換車道，面臨著更大的 挑戰，需考慮無鄰近車道前車、鄰近車道後車車速快等特性，包括 AC 車輛速率 為零、與鄰後車相對速率大、轉向角大、變換車道所需時間長，所需之變換車道 條件變的更加嚴苛。

第四章 程式模擬系統之發展

本章將使用程式語言 Turbo C 來撰寫第三章所構建之變換車道之控制邏輯，

所使用之版本為 Turbo C Version 2.01；在本章中也將建立變換車道的評估準則，

且欲瞭解鄰近車道車流量對變換車道成功率的關係。

4.1 程式撰寫

在程式方面，將建立一段高速公路三車道之路段，其中內線之兩車道分別用 來當作自動控制車道及其鄰近車道。主要係以主程式 main( )控制模式整體的運作 流程，在使用者輸入資料完成後，進行產生路段車輛副程式，分為產生 AC 車輛 P_laneGenerator( )跟產生 MC 車輛 Q_laneGenerator( )兩種，而兩個車輛產生的方 式做不同的產生控制，於下將有較詳細的說明。

系統模擬時間採用時階(time step)的方式，由於時間為連續的，若以一秒為單 位容易造成誤差，故以此方式將系統時間改成時階的方式，至於每一時階的長度 已經變數化，本模擬程式訂為 0.1 秒，若需要變更只需在程式最前面之 TIMESLICE 的值進行變動即可。

在模擬時間內進行多個副程式：drawRoad( ) 副函式為繪製高速公路車道以 及事故位置；drawlane( ) 為繪製在自動控制車道上移動的 AC 車輛及在一般車道 上移動的車輛，以及從自動車道變換成功之 AC 車輛都會繪製；P_laneTransition ( ) 為設定在自動控制車道上的車輛下一秒的移動，其間還會進行變換車道及搜尋 search _insert( )、check_trans( )、car_can_reach( )等等之副函式；Q_laneTransition ( ) 為設定在一般車道上車輛下一秒的移動，並且會做跟車行為副函式 cal_safe( )；

在模擬時間結束後，藉由資料輸出副函式 showpq( )來輸出模擬資料。主程式 模擬流程圖如圖 4-1 所示。

程式中以建立資料結構 struct 分別代表所有的車輛資料，struct 分別包含了時 間、車輛種類、X 軸距離、Y 軸距離、速率、加速度、與前車車間距、與後車車 間距、三個門檻值，另外還建立有兩個指標變數(pointer)，以鏈串列(link-list)的方 式來實作，分別針對兩個車道內之車輛進行串聯的動作，其優點為每輛車隨時以 指標變數指向其前車及後車，若要進行變換車道，則原本的車輛只要切斷其前後 指標，切換到鄰近車道之後，再建立起指標，車輛便可以重新排列。上述之 X 軸 距離為車輛前進行駛的距離，亦可稱為縱向距離；Y 軸距離表示車輛所位於之車 道，亦可稱為橫向距離。下列將說明各個主要函式之詳細內容：

圖 4-1 主程式 main( )流程圖 main( )

輸入資料

模擬時間開始 simu_time=0

車輛移動屬性 P_ laneTransition ( ) Q_ laneTransition ( )

END 否 是 模擬時間結束

資料輸出 showpq( ) 繪製道路及車輛

drawRoad( ) drawplan( ) 產生路段車輛 P_laneGenerator( ) Q_laneGenerator( )

1. Input

主要負責資料輸入，其設定主要是放入主程式 main( )中，參數修改部分包括 車隊大小設定、車隊初始速率設定、以及鄰近車道車流量。參數修改部分主要是 為了整合模擬使用者與程式可讀性之間的關係，將常用的 kph 單位轉換成 mps 單 位，以及將每小時每車道之車流量轉換成程式可讀之每分鐘車流。

本研究設定三個重要參數：車隊大小設定為欲瞭解車隊的大小對變換車道的 影響，模擬的大小範圍在每個車隊 2 至 10 輛之間；車隊初始速率設定為欲瞭解 車輛在不同的車速下對變換車道決策的影響，尤其事故影響下車行速率可能不 高，以及車輛在高速行駛下遇到事故的影響，故模擬初始速率的大小範圍在時速 40 km/hr 至 120 km/hr；鄰近車道車流量為欲瞭解鄰近車道車流狀況對變換車道決 策的影響，模擬範圍為每小時每車道 100 輛至每小時每車道 1800 輛，4.2 節將有 更詳細之說明。

2. P_laneGenerator( )

AC 車輛的產生以鏈串列(link list)來實作，鏈串列中有數個 node (車輛)，每 一台車輛之間以指標連接，如果車輛需要改變車道，只要將指標指到的地方稍作 修改就可以達到變換車道的目的，而且每兩輛 MC 車輛之間可以插入多輛的 AC 台車。在 P_laneGenerator( )有個 next_car_time 變數，其功能猶如車時間距

(headway)，我們藉由 AC 車輛需要保持的初始車隊車間距，除以初始設定的車隊 初速，來計算 AC 車輛產生的車時間距，其目的就是要顯示出自動公路系統乃是 以車隊的形式接近事故地點。程式中我們以車輛要保持 20 公尺的車間距(不含車 長，若計算車長，則車頭與車尾之車間距約為 16 公尺)，故設定 next_car_time 為 AC 車輛產生的 headway。

另外，會有個 hittime( )的副程式，其功能為搜尋系統時間跟 next_car_time 一 樣的話，就會產生一輛 AC 車輛，而 AC 車輛的初始設定都完全一樣。接著會對 每台車作出初始設定：如初速、車輛種類、速率、加速度，並計算這台車的三個 門檻值(d, f, b)。

3. Q_laneGenerator( )

MC 車輛的產生方式與 P_laneGenerator( )的方式雷同，唯車輛產生的方式不 是為一秒產生一台 MC 車輛，而是 next_car_time 令它為 normal( )函式所回傳之 值，normal( )函式為常態分配，以鄰近車道車流產生率以每分鐘平均產生多少車，

轉換成產生車輛所需之秒數平均值，再經由常態分配來作為車間時距(headway)。

假設車輛初始流量符合卜瓦松分配 (若λ夠大，一般是以λ≥5，則分配可以用 normal 分配來近似)，平均每分鐘釋放λ台車，因此將 60/λ作為 Normal 分配的平 均值(mean)，變異數為 1，即以 Normal(60/λ,1)來釋放車輛。

4. drawRoad( )、drawlane( )：

此二函式為繪圖函式，以 Turbo C 內建之＜graphics.h＞函式庫，並建立副函 式 drawRoad( )繪製出三車道之直線，以斜線當作已知之事故地點，而繪製車輛的 部分則由 drawlane( )副程式來執行。由於螢幕只能容納 640×480 個像數，以一個 像數代表一公尺，故若要能夠在現有之電腦設備下觀看到整個模擬的效果，則模 擬之路段只能有 640 公尺。但若想要表達更長的車道長度，只要經過程式碼將比 例縮放(rescale)，將現有長度 640 個像數來表示，縮放比例之後，車輛所行進的 距離等都不會變，只有在螢幕顯示成圖檔的時候會有視覺上的大小不同而已。

車輛的部分，為了區別自動車輛與手動車輛，故以顏色來區分，亮藍色為 AC 車輛，紅色則為 MC 車輛。特別一提的是，如果程式中判斷 AC 車輛可以變 換車道，則會顯示成紅色，並且執行加速或減速，在 TRANS_SECONDS 時間到 之後就會變換至鄰近車道，但還是會顯示原來 AC 車輛之亮藍色。

5. P_laneTransition ( )

此函式最主要為控制及計算在自動車道上行駛的車輛，自動車道上僅有 AC 車輛，故 AC 車輛在產生後便依照自己的三個門檻值(d,f,b)分別做其區域內該有之 行為，在車輛未進入車隊拆解區，則保持等速；進入車隊拆解區後，進行 cal_safe( ) 函式保持車距；進入跟車緩衝區之後，進行減速到與鄰近車道平均車速接近的 xxx

此函式最主要為控制及計算在自動車道上行駛的車輛，自動車道上僅有 AC 車輛，故 AC 車輛在產生後便依照自己的三個門檻值(d,f,b)分別做其區域內該有之 行為，在車輛未進入車隊拆解區，則保持等速；進入車隊拆解區後，進行 cal_safe( ) 函式保持車距；進入跟車緩衝區之後，進行減速到與鄰近車道平均車速接近的 xxx