研究流程

1.3 研究方法

1.文獻評析法：本研究首先蒐集與探討國內外駕駛行為、車流行為、車流模擬 模 式、跟車模式相關的文獻，而將其中之方法、結果與建議作為進一步研究之理論 基礎。

2.模擬問卷設計調查：針對各種駕駛突發狀況設計模擬問卷，將結果分析並應 用。

3.攝影調查法：針對高雄市九如一路之某路段進行攝影，本研究將分別錄製九 如一路指定路段上午尖峰、下午尖峰及離峰的車況，並紀錄所需要之資料，後續 將利用這些資料來做分析和構建的工作

4.多元迴歸：找出應變數和影響其之自變數，經過多個檢驗步驟，找出最佳的 多元迴歸模式。

5.情境分析：針對不同的狀況之下去觀察分析結果

1.4 研究流程

本研究之研究流程如下所示:

1.研究目的及對象的確定

了解與確認問題及所需使用的方法與工具，如研究範圍與對象、研究限制以 進一步確定研究之方向。

2.文獻回顧

回顧關於車流理論、跟車理論、 變換車道文獻、量子力學、駕駛人行為、

駕駛者心智負荷文獻，以及視覺上的衝擊對於駕駛人的行為影響方面相關的文 獻。

3.模式修正

修正Sheu(2006)所提出的量子力學相關文獻之PHASE(2)中的變數「駕駛者的 警覺性」及「駕駛者的心智負荷」之多元迴歸模式。

4.問卷調查及分析

針對一般駕駛在進行跟車行為時會遭遇到的狀況，做出駕駛性的模擬問卷，

調查各種狀況下駕駛者的心智負荷值，找出一般化的結果。

5.攝影調查

對於高雄市九如一路某路段進行攝影調查的工作，而將調查的時段細分為上 午尖峰時刻、下午尖峰時刻及離峰時刻，後續將利用所得之資料來做情境分析的 工作；本研究欲觀察駕駛人的一般性駕駛行為，並將其實際駕駛情況呈現。

6.情境分析

將問卷調查的結果搭配攝影調查後所得之資料帶入模式中進行情境分析的 工作，觀察當駕駛者具備高、中、低的心智負荷時，其駕駛反應為何。

7.結論與建議

根據研究心得，提出具體結論與建議。

以下圖1.1為本研究流程圖：

研究動機與目的

文獻回顧

視覺相關文獻 跟車模式 心智負荷文獻

研究課題之確認

多元迴歸式建立 模擬問卷調查

模式參數校估

情境分析

結論與建議 攝影調查

第二章、文獻回顧

2.1 車流理論

跟車模式的內容主要是針對後方車輛之駕駛者，其藉由加減速的機制，提高 或降低自身車速，以遵循前方領導車輛之行為來做描述。在此作者將國內及國外 之跟車理論相關的研究，作出統整與比較，而結論主要可由以下四種模式來做介 紹。

2.1.1、 四大限制跟車模式

1963 年由 Harold 和 Russel 兩位學者所提出。前方之車輛和在其後方跟隨之 車輛在行駛的過程中，兩者之間必須維持一定的最小安全間距，以預防突發事件 的發生；在前方之車輛緊急煞車停止後，後方跟隨之車輛能夠及時在前方車輛之 車尾作安全煞車停止的工作，防止前後方車輛產生碰撞的情況。而這種車輛推進 的方式主要受制於以下四項限制：（1）停止限制 （2）轉彎限制 （3）加速限 制 （4）間隔限制。而遵循這四項限制之下，其所獲得的最小距離，就是車輛 所能推進的距離。

(1)、停止限制 Zd

停止限制的定義為：當車輛遭遇到紅燈，或是前方車輛之速度緩慢時，必須 減速所能向前推進的距離。

先得

(

_d

)

t

D X Z

V

² = 2 −

在式中，X：代表觀測車道停止點的距離(m)

而後續的推導可得停止限制公式為：

則轉彎限制推進距離為

Vt：代表在t 時刻時後方車輛的速度(m/s) Vt^′：代表在t 時刻前方車輛的速度(m/s)

D ：代表後方車輛的平均減速度(m/s²)

C ：代表係數，當 V≦V^′ (後方車輛之車速小於或等於前方車輛之車速) 時，C 的值會等於 0

當 V＞V^′ (後方車輛之車速大於前方車輛之車速)時，C 的值會等於1

間隔限制Zs：

間隔限制的定義為：當兩個互相跟隨之車輛，在後方車輛維持安全間距的情 況下，在單位時間內其所能向前推進之最大距離。若觀測之車輛並無任何前車干 擾時，即觀測之車輛為領導車時，則不需要考慮間隔限制。

間隔限制的計算公式如下所示：

Z

_s =

X

_t′−

X

_t−1 −

S

在式中， Xt^′ ：代表在t 時刻時前方車輛車頭位置(m) Xt-1 ：代表在t-1 時刻時，後方車輛車頭位置(m) S ：代表最小安全間距(m)

而間隔公式受到在t-1 時刻，前車和後車之相對速度的正負而有所差異，可分為 以下兩種情況：

1、當 Vt-1＞Vt-1^′ (即在 t-1 時刻時後方車輛之車速大於前方車輛之車速)時，所推 出的間隔限制公式為：

圖2.1.1 同一車道前後車之相對運動過程示意圖

(2)跟車過程處於一微幅震盪調整之間距與速差系統中

Wiedemann(1974)將此「心理－物理間距模式」(Psycho-Physical Spacing Model)之觀念引入微觀車流模擬模式，建構數學化模式(UNTAC Model)，即為「行 為門檻模式」(Behavioural Threshold Model)，亦可說是一種跟車決策模式

(Car-Following Decision Model)。模式基本假設仍為單一車道，不考慮變換車道 情形，將車流狀況分成三個反應區：

(1) 無意識反應區(Unconscious Reaction) (2) 無反應區(No Reaction)

(3) 感知反應區(Perceived Reaction)

經過各感知門檻界線之區隔後，可再細分為各決策行為分區，如下圖所示：

圖 2.1.2 行為門檻關係圖

各行為門檻的涵義如下：

(1) 最小安全間距(BX)

觀測車與前車車速相近時，欲維持之最小跟車間隔。

(2) 感知速差門檻(SDV)

在一較大間距下，跟車駕駛者對於速度差異(後車車速減前車車速)之感知門 檻；SDV 越大，觀測車安全需求越高。由觀測車目前間距 DX 與兩個隨機因子(安 全因子及估計因子)計算而來。

(3) 靜態間距(AX)

觀測車在靜止時希望與前車保持之車間距離

(4) 跟車間距上限(SDX)

dv ：相對速率(m/s) ax ：靜態安全距離(m) dx ：相對距離(m) γ ：反應時間(s)

(2) 跟車行駛區

若該車處於跟車駕駛時，該車加速率的決定僅以一隨機性的微調值作處理，

以反映該狀況下的跟車特性。

(3) 自由行駛區

當跟車間距過大，根據研究可知，當兩車間之距離間隔超過 125 公尺者，後 車之行為鮮少受到前車的影響)或車速與期望速率差異甚大時，駕駛者跟車行為 可視為不受任何前車影響，單純以期望速率駕駛。首先計算各車之車速與期望速 率之差異值，再判斷該差異值與其忍受值的差異程度，以決定加速率的大小；須 特別注意的是，加速率之值不可大於該車的最大加速率。

(4) 避禍煞車區

當駕駛者跟車距離小於跟車間隔下限時，所採取避免追撞之跟車行為。其計 算公式如下：

^b

ⁱ

^{= ⎜⎜} _⎝ ^{⎛ b b}

ⁱ⁻

⁻ 2 ( ^{dx − dv ax −}

^γ

^dv ) ^⎟⎟ _⎠ ^⎞

) , (

max

_{min 1} ²

2.1.3 刺激反應方程式

Leutzbach 在 1998 年指出，此四大限制跟車模式雖著重於車輛可推進之安全 距離之計算，卻忽略了前後車間交互反應的互動關係。所以後續研究開始針對「跟 車行為」的探討，強調跟車時，須經常調整其行車速度以便和前車保持一安全車 間距離的動態行為。而此觀念乃建立於「刺激－反應」之基礎上，故出現了所謂

的「刺激－反應方程式」。 刺激—反應方程式

此類模式其發展的歷史最早可追溯至 1950 年代的 Pipes（1953）和 Forbes

（1958）；接著就有許多學者相繼投入此項研究，如美國通用汽車研究群（Gazis、

Herman 和 Potts, 1959）。而主要觀念為：駕駛者的反應與來自於外界的刺激的變 化有函數關係，外界刺激越大則駕駛反應也越大，其基本假設為不考量駕駛者超 車和變換車道的行為。而美國通用汽車的研究群即是利用刺激－反應函式的概念 先後發展了五代的GM 模式（General Motors’Model，簡稱 GM 模式）。其認為後 車的駕駛者會因前車的刺激，如：速度變化、相對間距或後車（自身）速度等因

m,l ：駕駛人反應之敏感係數

2.1.4 二維座標車流模擬模式

所示，是指本車車頭中心與鄰車道前車動態車尾中心點間的縱向距離D。

d.路寬限制

所謂「路寬限制」是指車輛在行進時，不得超越道路邊線及中央分向線。

圖2.1.3 車輛斜進縱向限制圖 (2) 車輛動態尺寸

所謂車輛動態尺寸是指車輛在道路上行進時，駕駛人感受其他車輛有效影響 的長度與寬度，可視為車輛佔用道路之範圍。

a.動態車長

動態車長是依據跟車理論中「跟隨車輛在行駛過程中常常調整其行車速度，

使其與前車保持一定安全間距」之概念引申而來，在二維座標車流模式中用以取 代間隔限制，表現前後車的間距關係，其通式如下：

PLL=PL(TYPE)+K* Vt 式中，PLL：前車動態車長(m)

PL(TYPE)：前車靜態車長(依車種有所差異)(m) K：後車駕駛者之反應時間(sec)

Vt：後車車速(m/s)

因為在二維座標車流模式中，無法預知一秒末車輛實際推進速度，故動態車長僅

能以前一秒末的速度表示：

PLL=PL(TYPE)+K* Vt-1

但若以上述之動態車長作為車輛推進的依據時，常常會造成車輛在加入綠燈時段 未完全紓解後方車隊時，被迫以超過最大減速度的方式停車，與實際的車輛行為 不同，故需在原有動態車長模式中加入一車長限制式：

在動態車長限制下，後車一秒內可推進最大距離為：

d-PLL=1/2(Vt +Vt-1) 式中，d：前車與後車間距(m)

將式4.2 代入式 4.3 中，得：

d-(P+K* Vt-1)=1/2(Vt +Vt-1) 後車t 時的速度為：

Vt=Vt-1+APPL

式中，APPL：後車在動態車長限制下所能使用的最大動態加速度 將式4.5 代入式 4.4 可得後車之動態加速度，

APPL=[d-P-(K+1)* Vt-1]/(K+0.5)

為後車受限於Vt-1時，該車所能達到的最大加速度。

b.動態車寬

動態車寬是指車輛在行駛時，相鄰車輛所必須保持的安全車寬，假設大型車 在高速公路設計速率33.3m/sec 時，其動態車寬為靜態車寬的 1.2 倍，再針對不 同的速率，以線性內插法求得車輛在不同的速率下之動態車寬。

PWW=PW(TYPE)*(1.0+0.2*V/33.3)

式中，PWW：車輛動態車寬(m)

PW(TYPE)：車輛靜態車寬(依車種有所差異)(m) V：本車車速(m/sec)

在參考文獻[27]中將各跟車模式做了以下的整理：

表 2.1、各跟車模式及其主要概念的整理：

跟車模式 主要概念

四大限制跟車模式 本車駕駛時的安全考量，以避免與 前車碰撞。

行為門檻模式 對駕駛者對前車的感受與反應做更

細微的處理，但也只是針對前車而 已。

刺激反應方程式 駕駛者的反應與來自於外界刺激的 變化有函數關係，外界刺激越大則 駕駛反應也越大，但僅考量前車。

二維座標車流模擬模式 使用車輛可能前進範圍的概念，配

二維座標車流模擬模式 使用車輛可能前進範圍的概念，配

在文檔中 駕駛者心智負荷模式之發展及驗證 (頁 14-0)