AHS 變換車道

Cem Hatipoglu, Ümit Özgüne, Keith A. Redmill（2003）研究的主要重點是自 動控制變換車道的背景控制理論。對於系統性控制器的發展提供分析方法，將使 得在自動公路系統中行駛的自動車輛完成更合適的變換車道。

該研究的目的是在變換車道過渡時期，藉著自動偵測系統獲得間續可利用的 有效預期的資料。藉由虛擬偏移參考的產生與並利用健全的變換控制器產生操縱 命令，自動車輛追蹤參考，完成變換車道。以此種方式，敞開迴路變換車道被轉 換成虛擬參考軌道追蹤問題。這個方法考量在過去時間裡操作的縱向速度的最適 性。雖然分析是假設道路為直線，然而對任一道路分段演算的歸納是相當正確 的。該篇研究將焦點放在側向控制的議題上，特別是自動變換車道策略。作者提 出自動車同時需要表現在兩方面的作業上，一為調整車輛速率保持前後安全距 離，一為駕駛如操控車輛側向運動。

實驗在加州聖地牙哥北方 I-15 高承載專用車道（HOV）做試驗。第一組試 驗數據對應在20m/s 左側車道變換。跟車系統使用雷達感應器之外，也使用視覺 感應器作為備用。第二組試驗在25m/s 右側車道變換，對應車輛從一端到另一端 完成兩個車道變換工作，這些計畫指出在跟車、變換車道、平順變換完成期間是

有效的。

Wonshik Chee, Masayoshi Tomizuka（1994）提出變換車道方法是屬於自動公 路中側向控制的一部分，假設無法直接測量出由本車道變換至另一車道時，則車 輛僅能利用車上的虛擬期望軌跡（Virtual Desired Trajectory, VDT）的感應器做出 變換車道的決策，LQ、FSLQ 與滑行模式（Sliding mode）控制演算法目前已被 設計出，透過模擬上述的模式可知，結果是令人滿意的。

最佳的變換車道軌跡，可由駕駛人的駕駛舒適度、變換車道時間及移動的軌 跡中來考慮，而過去學者提出有關變換車道的理論綜合整理如下：

（1）Godthelp（1983）提出藉由調查駕駛的形式，發現駕駛員在變換車道時的 角度是呈現正弦函數。

（2）Modjtahezadeh（1989）提出一個新的有關駕駛人變換車道的控制模式。

（3）Kanayama、Hartman（1989）提出曲率軌跡模式。

（4）Nelson（1989）提出五階多項式軌跡模式。

而在此研究中是利用一個梯形加速度為輪廓，進而提出梯形加速度軌跡模 式，作者將此稱為虛擬期望軌跡（VDT），之後將此模式利用在 LQ、FSLQ 與 Sliding mode 上進行模擬，得到的結果為，在每小時 70 公里時速下，駕駛舒適 度（ride comfort）限制在 3 秒鐘，在以 VDT 為基準下，所測得的變換車道時間 為5.92 秒，且上述三種模式所得的結果極為相似。

Lingxi Li & Fei-Yue Wang（2002）是以交通密度分佈、以安全控制為考量之 方法及以人類變換車道的思考模式基準來作為變換車道的依據，並僅考慮與前鄰 近車道的距離為基本假設，最後並應用此法套用在模擬軟體來驗證北京的車公莊 路上，該模式得到的應證是可以獲得較高的交通流量與減少總旅行時間。

此研究首先對自動公路系統中變換車道的模式做些許假設，例如：所有車輛 的大小與長度皆相同、車道前方無任何車時可以加速到本車所期望速率、駕駛對 於現行之行車速率滿意時則不會進行變換車道之動作、變換車道之車輛是以左邊 車道進行超車、慢速車儘可能的在右邊車道行駛…等。

該篇提出自動變換車道模式的步驟如下：首先，由感應環型天線或其他測量 設備得到每ㄧ車道的交通密度，比較每一車道的密度值及計算所有車道在時間區 間t 的平均密度，然後選擇密度最大的車道，接下來計算所有車輛變換至密度最 大的車道的機率值

P=Td x（ρc-ρa），Td代表駕駛者之駕駛行為（0≦Td≦1）

ρc代表目前車道之密度

ρa代表鄰近車道之密度

比較所有車輛的機率值，有最大機率值的車輛最先變換車道，之後，次大機 率值的車輛接著變換車道，直到該車輛之機率值接近平均密度或該車道僅剩下非 常小心謹慎的駕駛者。最後直到所有的車道在時間區間t 中估算的密度皆相同。

Datta N. Godbole, Raja Sengupta, Veit Hagenmeyer（1998）以分散式混合控制 設計自動公路系統變換車道模式，以達到能符合安全及效率之要求。在安全性之 設計，使用賽局理論-零和賽局之數學模式決策方式，使自動公路系統之車隊在 前車及鄰側車輛間，決定安全變換車道之時機與狀況。在效率上之設計，分為一 般情形及緊急狀況，一般情形為設計舒適的安全變換車道條件，緊急狀況則以最 短距離為設計重點。該方法以混合控制器處理連續行為之模式轉換。

Junji Kaneko, Akihide Shimamura（1998）將變換車道的設計為配置策略，分 為縱向運行模式與橫向運行模式，以保障與同車道的前車保持安全距離且能有足 夠的空間轉進欲轉入的鄰車道，最後並以該策略模式在雙車道中進行模擬且得到 不錯效果。

Alexander Kanaris（2001）考慮不同的自動公路系統操作觀念，分析安全的 變換與併入車道問題，說明每一個操作概念的車輛減速曲線並且計算對應的變換 車道最小安全間距（Minimum safety spacing for lane changing, MSSLC）。依 AHS 的系統形式討論以下的變換（併入）車道問題：

1.手動駕駛車輛變換車道：變換車道車輛能以偵測器偵測其他車輛，並由車外系 統設施提供行車與道路狀況資訊。變換至目標車道後，該車道前車緊急煞車，

對後車的影響，並探討變換車道最小安全間距(MSSLC)。

J.B. Sheu（2005）提出「Microscopic Control Logic for Incident-Responsive Automatic Vehicle Control in Single-Automated-Lane Highway Systems」，針對自動 公路系統在發現自動控制車道下游發生事故時，從事故上游的車隊串聯、拆解、

變換車道、自動控制車輛與人為操縱車輛之混合跟車模式，乃至於事故下游的車 隊再重組前進，提出全面性的控制邏輯。其中，變換車道所考慮的因素可分為「變 換車道前的決策（Pre-action decision-making）」及「變換車道中的運作（In-action lane-changing operation）」兩個階段。

在「變換車道前的決策」階段，主要針對自動控制車輛與目標鄰近車道的車

自動控制車輛與鄰近車道之前車的距離