1.1 研究背景與動機
近年來世界各國為解決交通擁擠及其伴隨而至的交通事故、能源消耗、環境 污染與運輸安全等課題，為了增進旅客與貨物之流暢與經濟生產力，皆戮力發展 智慧型運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)。以美國 ITS 系統中，包含 了先進交通管理系統(ATMS)、先進旅行者資訊系統(ATIS)、先進車輛控制及安全 系統(AVCSS)、商用車輛營運系統(CVO)、先進公共運輸系統(APTS)、先進鄉區 運輸系統(ARTS)及自動公路系統(AHS)共七個子系統。
在這些 ITS 子系統中又以先進車輛控制及安全系統（Advanced Vehicle Control and Safety Systems，AVCSS）與自動公路系統（Automated Highway System, AHS）
最令人矚目。此二個 ITS 子系統不但期望增加現有公路之容量與使用效率，提高 車輛行駛的安全性，並期能提供用路人之舒適感與便利性。本研究的研究對象為 自動公路系統，自動公路系統是以車輛完全自我控制，或利用路旁設施的輔助，
使車輛得以自動駕駛。然而，突發性的事故發生將對自動公路系統帶來系統性的 衝擊，此衝擊來自於自動控制車輛是以高速、小車間距的車隊形式前進，事故的 產生將使車輛高速駛向事故地點，因應事故產生便以煞車停等以及變換車道來躲 避事故產生之車道阻塞，故自動公路系統對於事故引起車道阻塞之自動化的反 應，便是自動公路系統的關鍵性的課題。這個議題的重要性有三[8]：(1)事故引起 的車道內交通的現象，包括下令變換車道及停等車輛溢流等，和車流理論、事故 管理、交通控制等交通領域相關；(2)自動控制(Automated-control, AC)車輛與非自 動控制車輛的特性不同，主要取決於人為因素；(3)事故特性的變化(如：事故持 續的時間及發生地點)通常伴隨著事故衝擊(延滯、停等長度)，這些時間上及空間 上的不確定性，將使得所使用的交通控制及管理策略無效。
隨著自動公路系統發展及實際測試，在自動公路系統發展成熟、車輛完全自 動駕駛之前，將會有人為駕駛及自動駕駛的兩種駕駛型態並存的階段，因為科技 的成熟度與人對科技的信賴程度有相當一段差距，所以過渡時期將持續一段時 間。所以未來進入測試階段的自動公路系統，通常撥用高速公路的最內側的一個 車道作為自動控制車道，自動控制車道僅允許自動控制車輛行駛，一般人為駕駛 車輛不得駛入。若行駛於高速公路上的所有車輛若皆為自動駕駛，所有車輛行駛 行為皆由電腦判斷及控制，車流狀況是比較簡單；但在發展自動公路系統的過渡 時期，面對自動控制車道上發生突發事故或障礙物，快速地反應事故所帶來的衝
擊，其中自動控制車輛欲順利通過事故地點，自動車輛變換車道必須考慮鄰近車 道人為駕駛之人為因素，自動手動駕駛的混合車流反而變得較複雜。在這樣的事 故衝擊下自動公路系統的車流狀況，至今仍缺少相關研究探討之。
1.2 研究目的
基於上述之研究背景與動機，本研究之目的在於探討於單一自動車道之自動 公路系統中，當事故發生時，事故上游之自動控制車隊即時應變事故反應進行拆 解之步驟與過程，期能在自動公路系統的控制之下，即使面對不可預期之意外事 故的發生，然可依照合理且有效的程序，以變換車道所需的參數（行駛速率、加 速度、可接受之安全間距、轉向角等），建立應變事故反應模式進行模擬與驗證，
期望自動控制車道上之車輛順利變換到鄰近車道，才可以進行接下來的事故影響 下之跟車行為，以通過事故地點。基於上述，本研究將研究目的設定為單一自動 車道自動公路系統因應事故自動控制車隊變換車道的初探性研究。
1.3 研究範圍與限制
為達自動公路系統控制機制之績效，研究上多以車隊(platoon)的方式進行控 制[15]。若車隊以均質的車隊狀態下前進，當車隊前方發生事故時，車隊在進入 事故影響區前，未抵達發生事故之鄰近路段的自動控制車隊，可能會產生兩種反 應：(1) 最接近事故地點之自動控制車隊將採取煞車之動作，並停等於事故地點 上游；(2) 當前方有自動控制車隊對事故產生反應時，後方之自動控制車隊將會 拆解、減速，並依情況而變換車道。本研究主要針對當自動控制車道發生意外事 故時，行駛於該車道上游至事故地點之自動控制車隊，對於事故所產生之即時反 應狀態，並探討不同參數所組成之自動控制車隊將如何進行變換車道之動作，做 最適化之決定，期能使事故對交通之衝擊降至最低。
鑑於自動公路系統仍處於研究發展階段，各種車輛控制單元的發展也都尚未 成熟，現有的一些自動公路系統尚在測試階段，所以各種相關技術仍在發展，抑 或不明朗，便為本研究之研究限制。而這些限制仍待科技持續研發來支持自動公 路系統的長遠發展。故本研究在基於假設所有實體車輛單元、控制技術、通信技 術等技術都發展成熟的條件下，足以因應事故的變換車道行為，所提出之微觀車 輛控制邏輯。
1.4 研究內容
綜合上述各點，本研究之研究內容如下：
1. 了解與確認問題及所需使用的研究方法與工具，並進行問題確認及研究範圍、
研究對象、研究限制等界定，以進一步確定研究之方向。
2. 進行國內外自動公路系統變換車道之相關文獻回顧和相關發展課題，包括自動 公路系統的發展概述、自動公路系統變換車道行為、自動公路系統的車流理論。
3. 依據 J.B. Sheu (2004)[8]所提出針對單一自動車道的自動公路系統提出應變事 故微觀控制邏輯，以此為理論基礎，構建反應事故之微觀(microscopic)角度切 入探討即時反應事故之變換車道模式。
4. 將所構建之變換車道模式，界定出變換車道之決策變數，針對所構建之模式以 及想要模擬的情境，撰寫模擬程式。
5. 進行模式與程式設計及分析。程式則以程式語言 Turbo C 撰寫控制邏輯，進行 模式模擬，並且進行情境之敏感度分析，探討鄰近車道車流狀況、自動控制車 隊規模大小、自動控制車隊初速對變換車道的影響程度及關係。
6. 總結整篇論文，整理研究心得，並提出此研究之具體結論及建議，給予後續研 究人員之建議改進及延伸。
1.5 研究流程
本研究之研究流程如圖 1-1 所示：
圖 1-1 研究流程圖
事故 文獻回顧
AHS 變換車道 AHS 車流理論
研究內容與範圍界定
構建應變事故之 變換車道模式
Turbo C 與模擬 軟體之學習
系統發展與程式撰寫 合理
敏感度分析 是
結論與建議 研究課題確認
否