實驗設計

實驗設計部分分為幾何特性設計、車輛特性設計、以及模擬特性設計。模擬 路段示意如圖4-5 所示。

1. 幾何特性設計

路段屬性設定：模擬範圍內之所有路段皆為相同設定。

(1) 為三車道之高速公路基本路段 (2) 無坡度、無曲度之直線型車道 (3) 無收費站、無匝道、無交織路段 (4) 車道寬度為 3.75 m

(5) 車道長度 5000 m

(6) 外側路肩 3 m，內側路肩 1 m

圖4-5 模擬高速公路路段幾何特性示意圖

2. 車輛特性設計 (1) 車輛實體尺寸

本研究以小型車為研究對象，故不考慮大型車之車輛特性。故本模擬模式所 考慮之車輛實體尺寸如表4-1 所示。

表4-3 車輛尺寸資料表(單位：m) 車型 實體車長 實體車寬

小型車 4.0 2.0

(2) 加速度及減速度

本研究直接參照文獻所整理之車輛行駛速率與一般加減速度之關係如表 4-2 所示，及車速、路面輪胎狀況與最大減速度關係如表4-3 所示。

表4-4 車輛行駛速率與一般加減速度之資料表(單位：m/s2) 速率(m/s)

條件

0-6.67 6.67-13.33 13.33-17.78 17.78-22.22

加速度 3.56 2.22 2.09 1.69

減速度 2.36 2.04 1.47 1.47

表4-5 乾路面、輪胎狀態好下最大加速度及最大減速度資料表(單位：m/s2) 速率(m/s)

條件

8.89 13.33 17.78 22.22

最大加速度 3.55 3.60 3.60 ---

最大減速度 7.20 7.29 7.30 ---

(3) 鄰近車道流量

本研究參考 2001 年台灣區公路容量手冊之高速公路車流量的水準做為參考 依據(如圖 4-2)，高速公路服務水準在 B 級時之前的最大流量為每車道每小時 1800 輛，依照此一值，設定為鄰近車道流量之最大值，當作敏感度分析時，以 每小時每車道200 輛車為單位來增減。

圖4-6 平坦路段速率與流量關係及服務水準劃分之等級 (autonomous control systems)、以及使用在車與車之間聯繫的合作式縱向控制系統 (co-operative longitudinal control systems)，提出自動車隊串聯以 8 輛車輛及 6.5 公尺的車間距前進，可以達到最佳的車隊前進規模；然而如果車隊規模拓展到 10 輛的話，則可以在高速公路車流量每小時 6400 輛(vehicles/hour)的車流狀況下 達到理論值中的最大車流量。故我們在模擬的時候便考慮以2~10 輛的車隊規模

0 500 1000 1500 2000 2500

流率(小客車/小時/車道)

(2) 模擬時間

模擬時間設定為 200 秒，若欲變更模擬時間，可以隨意變更設定。

(3) 鄰近車道車輛之初始速率設定

由於從流量無法直接判斷車流狀態，高流量不一定高密度，低流量不一定低密 度，因此對照Greenshield's model，假定高速公路每小時每車道最大流量 1800 輛，

換算每分鐘30 部，最大可行駛速率為每小時 110 公里，相當於每秒 30.56 公尺，

如此可以求得Greenshield's model 流量對速率以及流量對密度的函數。假設初始 流量設定每分鐘 30 輛，速率為 15m/s；若流量有所改變，則流量對速率的公式 為 ^{v=15± 225 7.5− ×q} ， 流 量 大 於 每 分 鐘 30 輛 的 話 速 率 為

15 225 7.5 v= − − ×q

， 流 量 小 於 每 分 鐘 30 輛 的 話 速 率 則 為 15 225 7.5

v= + − ×q

，其中q為車流量。

圖4-7分為左右兩部分，左邊為一般狀態，最高速限下的自由車流右邊則為車流 擁擠下的車流狀況，我們假定為事故發生時的車流，相同流量下，對應高低兩種 密度車速也會有高低兩種，分別為低密度自由車流及高密度擁擠車流。

然而在撰寫程式的時候，由於鄰近車道在流量設定之後，MC車輛的速率便固定 了，無法展現其隨機性，所以本研究在撰寫程式部分，改以常態分配來取代MC 車輛的初始速率，速度服從normal(15,1)隨機分配，在常態分配下，99.7%的機率 會落在 3± 個標準差內，所以鄰近車道 MC 車輛的速率分佈大致落於每秒 12~18 公尺之間。

圖4-7 Greenshield's model 下之流量與密度對應圖 (4) 煞停後的變換車道

在第三章我們有提到強制煞車後的變換車道需要面臨的問題就是 AC 車輛 速度為0、與鄰近車道相對速度大、轉向角大、變換車道所需時間長等問題。由 於模擬時鄰近車道的平均車速約在 15m/s，且車輛的最大加速度為 3.6m/s2，所 以煞停後變換車道所需的時間設定在4 秒鐘，便可以到達鄰近車道的平均車速，

所以在煞停後的判斷，是以 4 秒後的車間距可以大於可接受 Gap 下，從這一秒 開始執行加速，加速度的大小為車輛的最大加速度。煞停後除非進行變換車道，

即使前一台停等的AC 車輛已經變換車道，但也不會前進行駛去替補其空位。

另外，煞停後兩車輛的車間距乃採用保留一個車長的距離，其好處在於轉向 角足夠大於最小轉向角，且又比最大轉向角來得小。