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對於自動車輛有相當多研究,對於自動車輛在混合車流之下跟車行為,也 有文獻探討,以下將逐一列出。首先將先對自動車輛對前車偵測系統介 紹,再者對自動車跟車行為相關研究做一介紹。

2.2.1 自動車輛偵測系統

對於自動車輛有許多相關研究,下圖(圖2.2)為其中一篇[10]對現行的 自動駕駛系統加以改善的文獻,目的要使汽車即使在市區行駛,也能在很 短距離內判斷使否應該加速或是減速,亦或是煞車,因而發展的自動駕駛 系統,而這套系統在內文中是適用在市區多車輛的情形之下;和本文章想 了解的發生意外事故時車輛混合跟車,有相當關係,原因在於,在未通過 事故前,車速也是相對緩慢,可以拿市區狀況做參考。在圖中,在「 加 速度/速度/距離控制器」的判斷公式如下:

加(減)速度判斷公式:

(2.1) 其中 - Fa(t)為受到的風阻

- Fg(t)為道路坡度的重力 - M 為車重

2. 煞車系統判斷公式:

(2.2)

圖2.2 跟車反應系統

此文獻的優點在於

1. 明確表示車輛上控制車輛加速、減速的裝置、設備。

2. 適用於經常性加速/減速皆可使用。

缺點在於:

1. 並無明確表示偵測前方資料的範圍上限。

速度

相對速度 距離

資料收集感應器 加速度/速度/距離

控制器

汽門控制

煞車指令

引擎/傳送 系統 煞車系統

自動駕 駛器

縱向動態控制模式

跟車加速度

2. 雖有判斷法則,但將前方車輛種類(人為駕駛、自動車輛)列入考慮。

3. 只適用於縱向判斷,對於變換車道並無考慮。

2.2.2 混合車流決策樹

藉由和前方車輛的相對速度和相對距離,利用決策樹(圖 2.3)找出十種 判斷情境[11],十種判斷情境適用於三種判斷公式,公式如下:

Law1:前方車輛距離尚遠,本車維持理想速率即可

(2.3) Law2:前方有車且車間距太短時,需維持安全距離。

(2.4) Law3:前方有車且車速較本車快,本車可提高速度

(2.5) 利用決策樹來表示,在何種情況下,要使用哪種模式。模式主要根據 GM 線性模式(文獻中稱之 GHR 模式)修改而成,加入反應時間的考量。

圖2.3 判斷決策樹

Is there a car in front?

Is optimal velocity greater than car ahead’s velocity?

Has safety spacing been

violated? Is spacing less than critical value?

Is relative velocity less than critical value?

Law1

Law2 Law1

Law3 Law1

Law2

YES

YES

YES

YES

NO

NO NO

NO

NO YES

2.2.3 自動車輛跟車行為模式

2.2.4 毫米波變頻雷達

毫米波技術在通信、雷達、電子對抗和激光光譜學等方面有相當應 用。毫米波的工作頻率介於微波和光之間,因此兼有兩者的優點。它具有 以下主要特點:

1. 極寬的帶寬:通常認為毫米波頻率範圍為 26.5~300GHz,帶寬高達 273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的 10 倍。即使考慮大氣吸收,

在大氣中傳播時能使用四個主要窗口,但這四個窗口的總帶寬也可達 135GHz,為微波以下各波段帶寬之和的 5 倍。這在頻率資源緊張的 今天無疑極具吸引力。

2. 波束窄:在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例 如一個 12cm 的天線,在 9.4GHz 時波束寬度為 18 度,而 94GHz 時波 速寬度僅 1.8 度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀 察目標的細節。

3. 與雷射相比,毫米波的傳播受氣候的影響要小得多,可以認為具有全 天候特性。

4. 和微波相比,毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波係統更容易 小型化。 由於毫米波的這些特點,加上在電子對抗中擴展頻段是取得 成功的重要手段。毫米波技術和應用得到了迅速的發展。

毫米波技術的應用,表面上看來毫米波系統和微波系統的應用範圍大 致是一樣的。但實際上兩者的性能有很大的差異,優缺點正好相反。因此 毫米波系統經常和微波系統一起組成性能互補的系統。

毫米波雷達的優點是角度分辨率高、頻帶寬因而有利於採用脈衝壓縮 技術、系統的體積小。缺點是由於大氣吸收較大,當需要大作用距離時所 需的發射功率及天線增益都比微波系統高。下面是一些典型的應用實例:

1. 空間目標識別雷達:例如一部工作於 35GHz 的空間目標識別雷達其天 線直徑達 36m。用行波管提供 10kw 的發射功率,可以拍攝遠在 16000km 處的衛星的照片。一部工作於 94GHz 的空間目標識別雷達的 天線直徑為 13.5m。當用 20kw 的發射功率時,可以對 14400km 遠處 的目標進行高分辨率攝像。

2. 汽車防撞雷達:因其作用距離不需要很遠,故發射機的輸出功率不需 要很高,但要求有很高的距離分辨率(達到米級),同時要能測速,且

雷達的體積要盡可能小。所以採用以固態振蕩器作為發射機的毫米波 脈衝都普勒雷達。採用脈衝壓縮技術,大大提高了距離分辨率。利用 毫米波都普勒雷達得到精確的速度值。

3. 直升飛機防碰雷達:現代直升飛機的空難事故中,飛機與高壓架空電 纜相撞造成的事故占了相當高的比率。因此直升飛機防碰雷達必須能 發現線徑較細的高壓架空電纜,需要採用分辨率較高的短波長雷達,

實際多用3mm 雷達。

4. 精密跟蹤雷達:實際的精密跟蹤雷達多是雙頻系統,即一部雷達可同 時工作於微波頻段(作用距離遠而跟蹤精度較差)和毫米波頻段(跟 蹤精度高而作用距離較短),兩者互補取得較好的效果。例如美國海軍 研製的雙頻精密跟蹤雷達即有一部 9GHz、300kw 的發射機和一部 35GHz、13kw 的發射機及相應的接收系統,共用 2.4m 拋物面天線,

已成功地跟蹤了距水面 30m 高的目標,作用距離可達 27km。附加的 好處有:毫米波頻率可作為隱蔽頻率使用,提高雷達的抗干擾能力。

2.2.5 乘車舒適度指標

乘客舒適度指標根據張季倫(2002)[5],行車舒適乃指因不當駕駛行為 導致行車舒適度降低,主要評估指標分兩大類,分別為前後俯仰指標及車 速穩定指標:

1. 前後俯仰指標:(1) 指標定義:因急加速或急煞車導致乘客因慣性作 用而產生之俯仰程度。(2) 指標內容:da(t)/dt (衝度)。(3) 指標功能:

前後俯仰指標是造成乘車不舒適的主因,因此偵測車輛行駛時加速度 之程度大小,為指標的主要功能,為了衡量駕駛加減速行為之程度,

以加速度對時間的微分量做為判定依據,除了可以偵測駕駛是否有踩 油門或煞車之行為外,將該變化量與正常範圍之門檻值比較,則可判 定駕駛是否有急加速或急減速之行為產生。(4) 指標原理:通常造成 乘客前後俯仰的原因是駕駛發生急加減速行為時,當此種駕駛行為發 生時,車輛會因慣性作用而產生突向前傾或後頓之現象,在車內的人 也會隨車體前後搖擺。因此以加速度對時間的微分量做為指標,觀察 單位時間內加速度之變化量,可有效偵測駕駛是否有急踩油門或煞車 之行為導致車體突向前傾或後頓,造成乘客前後俯仰而感到不適或受

傷。(5) 調查結果:如表 2.2。

表2.2 衝度異常門檻值表

衝度感受 小 中 大

衝 度 範 圍 (m/s3)

+-(1.16~1.62) +-(1.62~2.06) >+-2.06

2. 車速穩定指標:(1) 指標定義:車輛行駛速差過大。(2) 指標內容:某 時間區間內,加速率標準差與平均速率之比值(速率坡度)。(3) 指標原 理:速率坡度指標(velocity gradient)是由於加速度離異指標(acceleration noise) 演變而來的,加速率離異指標的定義是某特定時間內,加速度 的標準差大小,標準差越大,表示駕駛人的速率越不穩定。