第五章 模式應用與情境分析
5.3 情境分析
5.3.2 自動控制車輛變換車道所需時間
100 28.9500 43.8700 20.2500 31.0233 31.0233 40 34.2500 72.3500 0.0000 35.5333 53.3000 70 26.2800 52.0500 15.8000 31.3767 31.3767 8
100 32.8600 41.4200 23.5900 32.6233 32.6233
平均變換成功率 0.790 0.590 0.240
調整後平均變換成功時間 26.880 43.032 17.377
表 5-4 為將所有情境作交叉分析，若扣除三個變換車道時間為 0 之情境，將 時間，這也是相當合乎預期。而在自動車隊時速 70kph 及鄰近車道車流量 600vplph 的時候，其附近可能具有區域性的較佳解，是讓變換車道所需時間不會遽增的情 三個高峰(peak)，所對應之情境皆為車隊初速在 70kph 的情境下所產生的，由於 鄰近車道的車速平均介於 15m/s 附近，然而車隊初速 70kph 的情境乃為與鄰近車
道車速最接為近，說明當車隊速度與鄰近車道平均車速接近時，變換車道成功的 比例也相對提高；在車隊初速處於低速時，鄰近車道車流量便顯著影響變換車 道，表中三個 0 值，皆為自動車隊低速且鄰近車道車流量高時，可提供出來之安 全車間距的機會相對降低許多。
另外，在高流量高車速車隊規模大之情境(8v-100kph-1000vplph)，呈現出不 算低的成功比例，但歸咎於第一個車隊產生後，高速衝向事故地點，而鄰近車道 車輛尚未行駛至事故附近，造成第一個車隊前方三輛 AC 車輛順利變換車道後，
促使鄰近車道車流較接近穩定車流，若將此一情形的變換車道摒除，在高流量的 曲線則不會出現第三個高峰。
表 5-5 鄰近車道流量對於變換車道成功比例關係表
鄰近車道車流量(vph) 車隊規模
(輛)
車隊初速
(kph) 200 600 1000
平均變換 時間
調整後平 均變換時
間 40 78% 57% 0% 45.00% 67.50%
70 85% 70% 33% 62.67% 62.67%
2
100 100% 71% 33% 68.00% 68.00%
40 94% 44% 0% 46.00% 69.00%
70 63% 56% 27% 48.67% 48.67%
5
100 94% 75% 36% 68.33% 68.33%
40 63% 63% 0% 42.00% 63.00%
70 56% 56% 19% 43.67% 43.67%
8
100 81% 81% 44% 68.67% 68.67%
平均變換成功率 79% 59% 24%
調整後平均變換成功時間 79.33% 63.67% 32.00%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9
相同車隊規模與初速 變換車道
比例
低流量 中流量 高流量
圖 5-6 變換車道比例與流量關係圖 5.4 參數調整
由於程式加入了碰撞偵測，所以在程式撰寫及初步實驗性地模擬時調整參數 值，便以碰撞實驗來找出本研究之潛在問題。由於鄰近車道的跟車方式乃採用 Dmin與 Dmax的跟車方式，也就是在兩車車間距小於 Dmin時，兩車太過接近，而後 車需要減速；若兩車車間距大於 Dmax時，兩車距離過遠，控制後車採用加速，若 兩車相距的距離介於之間 Dmin與 Dmax，則後車不加減速，若兩車間保有速度差，
則待兩車的車間距由相對速度差慢慢拉近或遠離到 Dmin與 Dmax值，才加減速。
由於跟車之方式並非動態即時，無法即時的反應瞬間車間距，故會有下列幾 種情形發生：一、如果 Dmin太小，則可能因為兩車的速度差所需要的煞車距離會 大過 Dmin，此種情形最易發生在 AC 車輛變換車道後，保有之相當的速度，而變 換後與前車之距離又恰巧落在 Dmin與 Dmax之間，則變換後的 AC 車輛必須等到與 前車距離 Dmin才開始煞車，所以造成碰撞。二、若 Dmin太大，則碰撞通常來自於 鄰近車道產生車輛之位置，由於鄰近車道產生是根據常態分佈，產生出來的 MC 車輛之車速也是服從常態分佈，當 Dmin過大易造成加減速的長鞭效應，而停等一 旦蔓延至車輛產生處，則車輛一產生後便發生碰撞的情形。
此種情形大致上可分為兩種解決方式，一是跟車模式必須使用更動態調整之 跟車模式，像是以每個石階運算車間距，並考慮一般狀況為需要兼顧到舒適度之 加速度調整；另一個就是以車種來區別不同的跟車模式，若自動車跟隨自動車，
則 Dmin與 Dmax可以較小，因為不考慮無人為反應時間；若人為駕駛跟隨人為駕 駛，則需要較大的安全車間距；另外還有自動車跟隨手動車及手動車跟自動車等。
第六章 結論與建議
6.1 結論
1、國內對於事故模擬模式之研究仍屬缺乏；而國外發展之車流模擬器亦尚無功 能可以提供自動公路系統做模擬之功能，更無法於事故下做車流模式之模 擬。故本論文將研究目的設定於對自動公路系統做初步之試探研究。
2、本研究以微觀之觀點以及單位時間掃瞄之方式，處理單一車道之自動公路系 統在事故發生下之模擬，以小客車為研究主體，以相對速率與距離切入探討 下一秒變換車道後之期望位置，並且考慮最嚴峻的情境，也就是鄰近車道前 車以最大減速度減速行駛，鄰近車道後車以最大加速度加速行駛下之情況，
在自動控制車輛可以接受之安全車間距下進行變換車道控制策略。
3、國外作自動公路系統變換車道所採用的方式相當多，但最主要仍是可接受之 安全車間距，像是鄰車道自動車輛併入車隊時，車隊前車緊急煞車對後車影 響及分析變換車道最小安全間距。自動車輛變換車道之目標車道前車緊急煞 車對後車之影響，並探討變換車道最小安全間距。另外也有相關研究以相對 速度的觀點切入。
4、本研究以時階(time step)的方式進行模擬，將每一步的時間長度(timeslice)訂於 0.1 秒，可以增加計算的準確率。若以 15m/s 的車速為例，可以將速度所計算 出的距離誤差限制於 0.75 公尺，若可以將 timeslice 分的更細，如文獻中所提 到每秒進行 100 次的偵測及計算，將可將誤差限制在 0.075 公尺。
5、以車隊規模的角度來分析，每一種車隊規模搭配每一種車隊初速，都在鄰近車 道車流量為 600vplph 的時候，需要較長的變換車道時間；若以鄰近車道車流 量的角度來分析，每一種鄰近車流量都在時速為 70kph 的時候，有最小之變換 車道時間；以車速的角度來分析，隨著鄰近車道車流量變大，變換車道所需時 間有先增後減、遞增、及接近水平的情形。
6、當鄰近車道車流量明顯改變時，直接衝擊到的是 AC 車輛變換車道所需時間，
這也是相當合乎預期。而在自動車隊時速 70kph 及鄰近車道車流量 600vplph 的時候，其附近可能具有區域性的較佳解，是讓變換車道所需時間不會遽增的 情境。
6.2 建議
1、由於研究時間與人力不足，本研究著重在事故模擬功能，在程式設計過程中作 了若干的簡化設定，以便程式可以順利執行。模式中考慮前方車隊停等車輛 數，然而事故發生之瞬間，接近事故地點的車子皆為強制煞車，應該以預設之 停等長度取代之。
2、在一般車道的跟車行為，乃採用車間距在小於 Dmin時表示車間距太小，所以 採取減速；車間距大於 Dmax時表示車間距太大，所以採用加速；在 Dmin跟 Dmax 之間則加速度等於 0。由於採用加減速皆以最大加減速度來執行，用意為考慮 安全的因素下，越快保持在安全車間距內對行車安全越好。但建議可以考慮 乘客舒適度下，可以加入衝度(jerk)的問題，讓加減速度在舒適的環境下執行 跟車，但仍在考慮安全狀態下加速度變化率的數值大小，也是提供後續研究 作為參考。
3、在模擬時間過後之無法順利變換車道而停等在自動控制車道之殘餘車輛停等 長度，會對事故更上游之車隊到達造成影響，然而建議考慮的是更上游的車 隊可能會因為殘餘的停等長度而需要作一些反應，如事故上游車隊的大小規 模不相同、車隊與車隊出現之間隔時間(headway)等問題，供作為後續作相關 研究之參考。
4、建議可以考慮第三個車道(最外側車道)變換進入中間車道，對於 AC 車輛變換 車道時的影響。
5、本研究所採用鄰近車道的跟車行為，乃用 Dmin與 Dmax的方式，則 Dmin與 Dmax 的數值直接影響跟車行為，故建議可以模擬測試出較佳或最適的數值。另外，
跟車行為也有其他的模式，如通用汽車第一代至第五代的跟車模式，建議可 以納入模擬。
6、建議 Dmin與 Dmax的跟車方式，可以考慮加入前後車為不同車種，或者相同車 種，有不同的 Dmin與 Dmax值，可參考蔡孟釗(2005)之相關研究。
7、本研究之程式撰寫部分乃以 Turbo C V2.01 開發，由於 Turbo C V2.01 版有繪 圖之功能，但鑑於 Turbo C 開發已有一段時間，更多功能及介面的程式語言也 已推出(如：C++)，像是用 thread 可以撰寫一輛車子的演算法(algorithm)來代 替所有車子的演算，故建議以更合時宜且功能強大的程式語言進行開發。
8、未來如果可以取得自動公路系統測試之相關資料，可以針對未發生事故前之車 隊前進做模式之實例驗證。
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附錄 A Turbo C 程式碼
第一部份 變數及函式說明：
1. 變數說明：
TOTALSECONDS ： 系統總時間(sec)
TIMESLICE ： 時階單位時間(sec)
TOTALSTEPS ： 系統總步驟
INCIDENT_X ： 事故地點(m)
ROADLEN ： 道路長度(m)
CAR_TYPE_1 “Q” ： 車輛種類(自動車)
CAR_TYPE_2 “P” ： 車輛種類(手動車)
MAX_ACC ： 車輛最大加速度(m/s2)
MAX_DEACC ： 車輛最大減速度(m/s)
MAX_DEACC ： 車輛最大減速度(m/s)