中華大學碩士論文

(1)

中華大學碩士論文

題目：應用駕駛模擬器建立大客車跟車行為門檻模式之分析

Analysis of The Establishment of Bus Psycho-Physical Behavior Threshold Model by The Application of Driving Simulator

系所別：科技管理研究所學號姓名：M09203026 林靜芬指導教授：張靖博士

中華民國九十四年六月

(2)

(3)

(4)

(5)

i

35P DJ94, 應用駕駛模擬器建立大客車跟車行為門檻模式之分析

學生：林靜芬指導教授：張靖博士

摘要

微觀車流模型之跟車理論(Car Following Theory)發展至今，已有超過五十年以上的歷史，其中跟車駕駛行為特性乃是跟車理論的核心基礎，鑒於以往國內、外跟車駕駛行為研究多侷限於小客車或機車等車種，對於大客車研究甚為缺乏，大客車由於車體較大、駕駛者為職業駕駛者且長時間開車，即使在相同的道路交通條件下，其駕駛的心理物理行為反應，亦往往與小客車與機車駕駛有所不同，因此對於大客車之駕駛行為研究，有必要建立相關的跟車行為模式，以提供作為大客車安全管理與先進警示系統發展的依據。

本研究目的是發展國內高速公路大客車跟車駕駛之「心理─物理行為門檻模式」，並校估模式中的相關參數。傳統有關車流行為參數研究多採用觀測或實車測試方式，傳統方法具有一定的風險與限制，因此本研究應用駕駛模擬器可彈性設計道路交通場景及重複實驗的特性，規劃設計所需的實驗場景及情境，招募擁有大客車駕駛執照之國道客運駕駛員重複進行實驗並分析，

以取得駕駛者在高速公路同一車道上且不考慮變換車道下之參數樣本，最後校估出大客車心理－物理行為門檻模式各項參數與方程式，包含：(1)靜止車間距離(SX)參數：K1 =2、K2=10；積極型模式方程式 SX=2，保守型模式方程式 SX=12。(2)最小跟車間距(BX)：K3=2.06、K4=11.38；積極型模式方程式 BX=13.71，保守型模式方程式 BX=67.24。(3)跟車間距上限(SDX)：K5=2.17，

積極型模式方程式SDX=30.95，保守型模式方程式 SDX=90.7。(4)積極型感知 速差門檻 (SDV) ： K6=14.81 、 K7=0.84 ，積極型模式方程式 SDV=17.4+38.58X-5.73X²；保守型感知速差門檻(SDV)：K6=11.81 K7=4.51，

保守型模式方程式 SDV=50.21+75.48X 。 (5) 積極型間距漸減速差門檻 (CLDV)：K8=5.01、 K9=0.39，積極型模式方程式 CLDV=6.32+15.31X-2.39X²；保守型間距漸減速差門檻(CLDV)：K8=17.93、 K9=1.2，保守型模式方程式 CLDV=27.4+ 49.86X -9.49X²。(6)積極型間距漸增速差門檻(OPDV)：K10=9.94、

K11=0.42，積極型模式方程式 OPDV=9.15-25.81X -7.42X²；保守型間距漸增速差門檻(OPDV) ： K10=18.11 、 K11=2.35 ，保守型模式方程式 OPDV=

-15.18-190.68X - 87.9X²。

本研究成果除可完整描述國內高速公路平直路段之大客車跟車駕駛行為外，並可提供主管單位研訂跟車間隔距離法規或學術單位發展縱向防撞警示系統之基礎。

關鍵詞：大客車、心理－物理行為門檻模式、駕駛模擬器、高速公路

(6)

ii

誌謝

經過了兩年的研究生涯，論文終於出來了，忍不住回想起當時讀研究所時的心情，兩年來發生的種種事情及各種的心情點滴。但是最重要的是在這兩年來，感謝運管系各位老師們耐心的教導，讓我這個原本是交通界的門外漢，也對「交通」這個名詞增加了很多的知識。

首先要感謝口試委員黃雪玲博士和王晉元博士撥冗審閱論文，並給予我寶貴的建議與指導，使得論文可以更臻完善。感謝我的大老闆張靖老師，

除了在課業上的指導以外，讓我學習到很多做人處事的道理，以及要如何樂觀的面對自己的人生。感謝張建彥老師的教導，讓我了解做研究的態度除了嚴謹以外，細心的校稿也是很重要的，雖然常常被我的粗心大意打敗，但是爲了讓研究更理想，總是不厭其煩的修改我寫的東西。研一的時候，課業上有問題的時候，總是被我麻煩的卓裕仁老師，也是讓我心生感激。還有要感謝蘇昭銘老師總是以啟發式與引發思考的教學方式來刺激我那已經快生鏽的頭腦，讓我能漸漸的體會出研究生和大學生涯的學習態度是不一樣的。還有要感謝那有如慈母般的菀蕙老師，讓我了解統計重要的是要會運用。另外還有感謝陳昭華老師、林祥生老師、周東石老師的指導，讓我學到了很多的寶貴經驗和知識。

再來要感謝是我的家人給予我最強大的支持，讓我可以無後顧之憂的朝理想邁進。亦感謝泰琳學姐，總是在我最艱苦的時候，給我力量還有支持；

還有可愛的研一學弟妹們眉君、家弘、小黃、勝弦、人敬、雅雯、耘翠、詩淳、小兔、宗華、智浩和資深的研一學弟啟源，因為有你們讓我的研二生涯變的很開心，感謝你們在我瀕臨崩潰前陪我演戲，陪我吃飯，讓我有種窩心的感覺。另外還有思葦學姐和政威，感謝你們給了我很多的資訊，讓我可以了解很多做論文的注意事項。感謝中央的阿信學長、秉煌學長的大力幫忙。

最後要感謝的是我的同學們，感謝你們對我的一舉ㄧ動給予強烈的關心，讓我可以不懈怠的努力往前走。

最後要恭喜自己終於把論文寫出來了，撐下去果然是對的，因為當論文完成後，拿到畢業證書才是最重要的。正所謂「天下沒有做不到的事情，只有不願意花心思去做的人。」

林靜芬謹識於中華科管所中華民國九十四年六月

(7)

iii

目錄

摘要... i

誌謝... ii

目錄...iii

圖目錄... v

表目錄... vi

第一章緒論... 1

1.1 研究背景與動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 3

1.3 研究範圍與限制 ... 4

1.4 研究方法及研究流程 ... 4

1.4.1 研究方法 ... 4

1.4.2 研究流程 ... 4

第二章文獻回顧... 6

2.1 動態交通之駕駛跟車行為 ... 6

2.2 心理－物理行為門檻模式 ... 7

2.3 各國駕駛模擬器探討 ... 14

第三章駕駛模擬器場景規劃與實驗設計... 19

3.1 大客車駕駛模擬器 ... 19

3.2 駕駛模擬系統場景規劃 ... 22

3.2.1 駕駛模擬器之實驗場景 ... 23

3.2.2 實驗場景設計的資料蒐集範圍 ... 30

3.3 受測者駕駛模擬系統訓練計畫與正式實驗 ... 31

3.3.1 實驗程序 ... 31

3.3.2 每人次實驗時間 ... 32

3.3.3 駕駛行為資料蒐集 ... 33

第四章資料蒐集與分析... 34

(8)

iv

4.1 原始資料說明資料彙整 ... 34

4.2 資料篩選 ... 36

第五章大客車心理物理行為門檻模式構建... 45

5.1 大客車心理物理行為門檻模式參數校估方法說明 ... 45

5.2 大客車心理物理行為門檻模式構建 ... 49

5.3 大客車行為門檻模式估計值 ... 56

5.4 大客車行為門檻模式曲線估計 ... 57

5.5 小結 ... 60

第六章結論與建議... 62

6.1 結論 ... 62

6.2 建議 ... 66

參考文獻... 67

附錄1 受測者之間距－速差軌跡圖... 69

附錄2 靜止車間距離問卷內容... 79

附錄3 最小跟車間距實驗數據資料... 80

附錄4 最大跟車間距實驗數據資料... 81

附錄5 油門驟降時的實驗數據資料... 83

附錄6 油門驟升時的實驗數據資料... 93

(9)

v

圖目錄

圖1.1 研究流程圖... 5

圖2.1 感知門檻示意圖... 8

圖2.2 行為門檻關係示意圖...11

圖3.1 大客車駕駛模擬器位置配置圖(一) ... 20

圖3.2 大客車駕駛模擬器位置配置圖(二) ... 20

圖3.3 背投式單槍與無邊珠光螢幕... 21

圖3.4 大客車駕駛模擬器硬體設備圖... 21

圖3.5 虛擬實境場景(一) ... 22

圖3.6 虛擬實境場景(二) ... 22

圖3.7 場景設計流程圖... 23

圖3.8 實驗組合 1 速率與時間之變化情形圖... 25

圖3.9 實驗組合 2 速率與時間之變化情形圖... 27

圖3.10 高速公路標線示意圖... 29

圖3.11 實驗程序... 32

圖4.1 每位受測者於不同事件觸發時的駕駛行為資料... 36

圖4.2 油門深度驟降圖... 39

圖4.3 間距漸減速差門檻的資料擷取圖... 40

圖4.4 感知門檻上限值示意圖... 41

圖4.5 油門深度驟升圖... 43

圖4.6 間距漸增速差門檻的資料擷取圖... 44

圖5.1 跟車間距上限值為 30.95 公尺的行為門檻模式估計值... 56

圖5.2 跟車間距上限值為 90.7 公尺的行為門檻模式估計值... 57

圖5.3 跟車間距上限值為 30.95 公尺的行為門檻模式... 58

圖5.4 跟車間距上限值為 90.7 公尺的行為門檻模式... 60

(10)

vi

表目錄

表1.1 近年國道客運重大肇事統計表... 1

表1.2 臺閩地區大客車 A1 類道路交通事故發生原因整理表... 2

表2.1 心理－物理行為門檻模式公式整理表... 13

表2.2 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表... 16

表3.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備... 19

表3.2 事件車觸發組合表... 25

表3.3 各組合所需耗費時間表... 28

表3.4 駕駛模擬器基本場景資料清單表(跟車實驗) ... 28

表3.5 駕駛模擬器模擬場景的變數項目表(跟車實驗) ... 29

表3.6 駕駛績效評估項目資料庫清單表(跟車實驗) ... 30

表3.7 每人次實驗時間... 32

表3.8 依變數之原始記錄表(跟車實驗) ... 33

表4.1 事件觸發組合表... 36

表5.1 大客車心理物理行為門檻參數表... 55

表5.2 大客車與小客車之心理物理行為門檻參數比較表... 61

(11)

1 第一章緒論

1.1 研究背景與動機

自民國85 年起開放國道客運路權後，大客車之成長量與使用量乃逐年成長，而大客車之肇事率與傷亡人數亦有逐年增加的趨勢，近年來大客車之重大事故更屢見於相關報導，本研究整理如表1.1 所示。

表1.1 近年國道客運重大肇事統計表

公司名稱事故地點傷亡人數發生時間

建明中山高速公路十餘傷 88 年 5 月 9 日阿羅哈中山高速公路后里收費站附近 1 死 12 傷 91 年 7 月 11 日

統聯中山高速公路南263 公里處 10 傷 92 年 1 月 20 日統聯嘉朴公路太保路段衝撞商店 92 年 3 月 10 日阿羅哈中山高速公路 2 死 1 傷 92 年 5 月 2 日

統聯台北市羅斯福路六段 1 死 92 年 6 月 28 日建明北二高樹林收費站 2 死 1 傷 92 年 6 月 30 日尊龍北二高土城路段 6 死 92 年 7 月 21 日和欣中山高速公路彰化縣北上路段 3 死 11 傷 93 年 9 月 7 日

此外，根據民國92 年內政部警政署臺閩地區大客車道路交通事故發生之原因分析，影響大客車交通事故的原因中(如表 1.2 所示)，未保持行車距離間隔的比率為 20.4%，佔所有事故原因之首。因此，如何確保大客車駕駛之安全行車距離間隔，應是改善大客車行車安全的首要課題。

(12)

2

表1.2 臺閩地區大客車 A1 類道路交通事故發生原因整理表

事故原因件數比例（%）

未保持行車距離間隔 9 20.4

未注意路況 8 18.1

其他 7 15.9

超速失控 5 11.4

搶越行人穿越道 4 9.1

違反號誌、標誌管制 3 6.8

機件故障 3 6.8

違規超車爭(搶)道行駛 1 2.3

未依規定減速 1 2.3

未依規定轉彎、倒車 1 2.3

酒後駕駛、疲勞失控 1 2.3

蛇行逆向行駛 1 2.3

行人過失 - -

肇事逃逸 - -

未靠右行駛、讓車 - -

總計 44 100

註：A1 類即人員當場或 24 小時內死亡的交通事故。

資料來源：【1】

基本上，改善大客車的跟車駕駛行為以確保安全之行車距離間隔，可從技術面與管理面兩大方向著手。在技術面部分，可透過「智慧型運輸系統」

（Intelligent Transportation System，ITS）的子系統-「先進車輛控制及安全系統」(Advanced Vehicle Control and Safety System，AVCSS)之先進安全車輛 (Advanced Safety Vehicle, ASV)之縱向防撞警示系統技術研發與應用，適時提供有效的安全警示訊息，俾駕駛者能即時反應，維持適當的行車間隔距離，

達到安全防護的效果，另外，從先進車輛控制及安全系統相關技術可以得知，

其技術之理論基礎是應用微觀的車流理論(Traffic Flow Theory)中之「跟車模式」(Car-Following Model)；至於在管理面部分，則是透過嚴格的執法取締，

要求駕駛者確保法令規定之安全行車間隔距離。然而不論是縱向防撞警示系統之發展，亦或是駕駛者行車安全間隔距離法規之制定，除了必須符合動力

(13)

3

學與運動學之物理法則外，更必須深入了解駕駛者的實際跟車行為反應，如此所提供的警示法則或制定行車所需的安全距離，才能讓駕駛者有所適從且願意接受。

微觀車流模型之跟車理論(Car Following Theory)發展至今，已有超過五十年以上的歷史，其中跟車駕駛行為特性乃是跟車理論的核心基礎，鑒於以往國內、外有關跟車駕駛行為之研究，大多只探討於小客車或機車等車種，

對於大客車之研究甚為缺乏，但由於大客車車體較大、駕駛者為職業駕駛者且長時間執行開車的任務，即使在相同的道路交通條件下，其駕駛的心理物理行為反應，往往亦與小客車、機車駕駛有所不同，因此對於大客車之駕駛行為研究，有必要建立一套有效的研究方法並加以深入探討。因此，本研究乃以大客車駕駛模擬器蒐集大客車駕駛者於非自由車流的跟車過程中，透過自身心理反應後，調整自身駕駛車輛的速度及心中理想的行車安全間距等相關數據資料，建立一套符合大客車駕駛者心理－物理行為的跟車模式，以作為後續大客車縱向防撞警示系統發展與行車安全距離法規訂定的基礎。

1.2 研究目的

本研究主要目的在於發展國內高速公路大客車跟車駕駛之「心理─物理行為門檻模式」，並校估出門檻模式中的各項行為參數。由於駕駛者在公路上之跟車行為反應，除了與駕駛者本身的駕駛習慣有關外，尚與環境背景的複雜度、道路交通狀況及車流行為等因素有關，因此相關參、變數甚多而複雜。

鑑於以往有關車流行為參數之研究大都採用觀測或實車測試的方式進行，採用觀測的方法不易取得駕駛者真正的心理反應行為，而透過實車測試的方式又具有一定的風險與限制，故利用駕駛模擬器可彈性設計道路交通場景及重複實驗的特性，規劃設計所需的實驗場景及情境，招募10 位擁有大客車駕駛執照之國道客運駕駛員進行相同交通條件下的實驗，取得駕駛者在高速公路同一車道上且不考慮變換車道下的駕駛行為資料，以做為心理─物理行為門檻模式所須的參數樣本，最後發展出大客車心理－物理行為門檻模式，包括靜態間距(AX)、最小跟車間距(BX)、感知速差門檻(SDV)、跟車間距上限 (SDX)、間距漸減速差門檻(CLDV)、間距漸增速差門檻(OPDV)等各項公式及 參數。

(14)

4

1.3 研究範圍與限制

由於以實車測試方式蒐集大客車駕駛行為的資料，對受測者而言，若有碰撞發生時，對受測者的生命安全無法給予保障，因此本研究以駕駛模擬器之安全性、無威脅性且接近真實性，模擬高速公路場景，藉以蒐集大客車駕駛行為之數據資料。

本研究以國道客運駕駛者之跟車駕駛行為為主，分析前車是小客車與後車是大客車的微觀跟車行為與兩車之間的互動的關係。

1.4 研究方法及研究流程 1.4.1 研究方法

過去相關研究進行交通車流資料的蒐集時，主要有三種方式：

一、首先須選取特定路段後，架設攝影機以錄影方式取得車流資料，並利用反覆觀測，加以判斷及分析。

二、運用影像處理器設備。

三、實車測試的方式進行資料的蒐集。

但使用攝影機和影像處理器往往會受限於觀測者的主觀判斷及資料的量測地點限制而造成所蒐集數據的偏誤，且無法得知同一駕駛者的初速等重要數據；以實車測試進行實驗，亦會受成本過高、路段選取不易等限制影響，

因此本研究以駕駛模擬器取代拍攝錄影帶後觀測與實車測試的方法進行實驗，蒐集心理─物理行為門檻模式的所須的參數樣本資料，包含前車車速、

後車車速、兩車間距、兩車速差等資料，以校估行為門檻模式中的參數值。

1.4.2 研究流程

本研究主要流程如圖1.1 所示，流程中主要步驟說明如下：

一、問題確認與目標訂定

確認本研究所要分析之問題，並訂定研究目標。

二、文獻回顧與評析

(15)

5

回顧國內外之文獻，如跟車理論、駕駛行為等；並加以評析探討。

三、駕駛模擬器場景建置與實驗

透過大客車駕駛模擬器之應用，建立高速公路平直路段之模擬；並招募受測者進行實驗。

四、大客車駕駛行為資料彙整與資料分析

由駕駛模擬所得之大客車駕駛行為資料整理出與研究相關之數據資料，找出符合模式參數校估所須的資料。

五、大客車駕駛行為門檻模式建立

利用所得的數據資料，構建模式雛形，據以校估各門檻模式之相關參數。

六、結論與建議

提出研究結論與後續研究建議。

圖1.1 研究流程圖

(16)

6 第二章文獻回顧

本章主要針對國內外微觀車流理論探討與心理－物理行為門檻模式之相關的研究進行文獻的彙整，並將國內外駕駛模擬器目前發展的情形與研究加以介紹。詳細內容，說明如后。

2.1 動態交通之駕駛跟車行為

所謂的跟車(Car-Following)是指後車駕駛者進入非自由車流狀態時，常常需要調整駕駛車輛的行駛速度，以期和前車保持ㄧ安全的行駛距離；而跟車行為，是指當跟車駕駛者於道路上進行駕駛行為時，會依據前方車輛的駕駛狀況，調整本身駕駛車輛的加速減速情形，這是因為跟車駕駛者想要保持心中認定的行車安全間距所致，其中行車的安全間距乃是從跟車駕駛者感知到有危險後產生反應，開始煞車到停止時不碰撞到前方車輛的距離總和。Evans 等人【9】研究中指出，於跟車過程中，交通的安全程度和駕駛者所選擇的間距有直接的關係，個別駕駛者所認定的行車安全間距亦會因為個人的駕駛經驗和人格特質而有所不同。

Ceder【8】研究提到駕駛者在完全相同的交通狀態下，是無法做出完全ㄧ樣的決策行為，這是因為人類在執行決策的過程中，常常會因為外在的資訊不足或面臨的交通狀況難以判斷而無法做出最適當的決策。

Gazis 等人【10】於研究中假設駕駛者是藉由感知到和前車的相對速度來進行跟車行為，亦即表示駕駛者可經由感知前車的速度來決定自己本身車輛的加速和減速的情形。

Leutzbach【13】指出當前車的速度大於後車的速度時，後車駕駛者會產生懈怠的心理，注意力會比較不集中，反之，若後車車速大於前車車速時，

駕駛者會比較集中在駕駛的狀態上，其稱此情形為不對稱(Asymmetric)；當兩車間距變小時，駕駛者的注意力會比較集中在駕駛行為上，反之，若兩車間距變大時，駕駛人有可能會分散注意力去做其他的動作；Leutzbach 指出當駕駛者處於跟車狀態時，若駕駛者覺得和前車的間距太遠而想要縮短兩車的間距時，即使前車已經在減速，駕駛者依然會加速前進，若駕駛人覺得和前車的間距太小時，駕駛者為了拉大和前車的間距，即使前車已經加速，駕駛

(17)

7

者會進行減速的動作，以加大和前車的距離，這種情形的發生是因為駕駛者為了取得和前車速度與間距的平衡，而一直調整自身車輛的速度和間距，其稱此情形為車子的漂移(Drift)，然會發生這種現象是因為駕駛者無法很準確的估計前車的速度，且自身的速度也無法很精準的隨時調整。

因此跟車理論的主要內容是指當跟車行為發生時，探討後車與前車的速差、兩車間距的關係，並期望可以找出所有駕駛者在跟車過程中的共同反應，

以建立符合大眾化的跟車行為模式。

2.2 心理－物理行為門檻模式

心理－物理行為門檻模式(Psycho-Physical Behavior Threshold Model)乃是從1960 年代開始發展的跟車行為模型，而 Michaels【15】和 Todosiev【16】

是最早提出模式公式化的學者，主張「跟車(Car-Following)」是被感知門檻 (Perceptual Threshold)所支配的，而行為門檻的基礎是建立在距離變化(DX)、

相對速度(DV)以及在駕駛人視角內對前方車輛大小變化的微分率，可表示為 )

/ (~ DV DX²

t −

θ

。

基本上，「心理─物理行為門檻模式」(Psycho-Physical Behavior Threshold Model)為微觀車流跟車行為模式的一種，其發展源於 Hoefs【17】於車流觀察中發現，當後車駕駛者感識到自身所駕駛的車輛與前車之間距及相對速率差異過大時，會加速貼近前車以縮短間距，逐漸由不受影響駕駛範圍進入受影響駕駛範圍；當後車駕駛者感知到過於貼近前車不安全時，則減速以加大間距；減速後之間距若不符合後車駕駛者之期望則再加速，整個系統就在後車不斷加減速的自我調整過程中達到穩定跟車狀態。

Leutzbach【13】的研究透過觀測的方式將駕駛者於跟車過程中的所有行為作ㄧ完整的描述，文中提到若要更趨於真實的描述駕駛者於跟車過程中的反應情形應以心理－物理行為門檻模式表示，這是因為當駕駛者於跟車過程中會因為心理感知情況進而產生一運動反應行為，其根據感知模式提出以下的解釋：(1)當駕駛者處於較大間距時，兩車速差的大小對跟車的駕駛者是沒有影響的。(2)當處於較小間距時，駕駛人會受相對速差與車頭距大小的影響；因為互動情況是很小時，駕駛者不會有太大的反應。亦即表示跟車的駕駛者能夠感知當與前方車輛間距明顯的大小改變情況，進而可以根據運動原

(18)

8

理做出反應，如圖 2.1 所示。圖中所表示的意義是指當前車的車速大於後車時(即速差為負)，後車會以ㄧ固定的相對速差進行追趕的動作，一直到越過門檻後才會開始減速，而此減速的互動情形會接近一拋物線。原則上當駕駛車速和兩車間距落入反應區時，駕駛人會希望與前方車輛維持速差是零的狀態下進行跟車，但是人類的行為無法感應發覺速差微量變化時的情況且無法使自身的車速保持定速行駛，所以速差會有時正有時負，造成間距會漸小或漸大。然而會造成這種情況，主要有兩種原因：一種為當駕駛者的車速在某ㄧ點快於前車時，那麼駕駛者會停止加速的動作且會以固定的速率行駛；另ㄧ種情況為當駕駛者面對速差為正或速差為負時，會採取不同的減或加速率。而此種駕駛行為所表現的現象有兩點：(1)跟車過程處於一微幅振盪調整之間距與速差系統中；(2)在各反應狀態下，具有如拋物線型之感知門檻。

圖2.1 感知門檻示意圖資料來源：【13】

綜上所述，決策者在某一相互影響範圍內，具有相同之決策行為，須越過某門檻後，其行為才會有所差異，此即「行為門檻」的意義。將行為門檻用來判斷不同行為區域間的觀念引入跟車模式中，即為心理─物理間距模式

（Psycho-Physical Spacing Model）。

根據Brackstone 等人【6】提到目前有關跟車理論中，以發展的時間先後順序，分為五類：(1)通用汽車模式(Gazis-Herman-Rothery Model)；(2)安全間距或碰撞迴避模式(Safety Distance or Collision Avoidance Models)；(3)線性模

(19)

9

式(Linear Models)；(4)心理─物理間距模式(Psychophysical or Action Point Models)；(5)模糊邏輯模式(Fuzzy Logic Based Models)。其中若要真實的描述駕駛者只能跟隨前車且不可變換車道的的交通狀況下，是以心理物理行為門檻模式較貼近真實的情況，因此本研究乃蒐集國內外相關研究文獻，加以整理，進而深入的了解心理－物理行為門檻的發展。

一、Wiedemann 【18】將「心理—物理間距模式」(Psycho-Physical Spacing Model)觀念引進微觀車流模式中，建構一數學模式，即所謂的「行為門檻模式」。其特點為同時考慮速差與車間距離作為行為變化的決策條件，

駕駛者根據路況中的時空變化，對應其決策門檻而進行跟車行為調整。

模式基本假設亦為單一車道跟車行駛，不考慮變換車道情形，可將車流狀況分成三個反應區：感知反應(Perceived Reaction)區、無意識反應 (Unconscious Reaction)區和無反應(No Reaction)區，同時建立相關的門檻公式。

二、Leutzbach 等人【14】是最早將不同的門檻彙集成一致性的駕駛者跟車模式系統。共有四個門檻，說明如下：

(一) 最小跟車間距(Desired minimum following distance at low speed differences, ABX)

最小跟車間距的距離是以距離車頭距(Distance Headway)為計算基礎，即前車的車頭到後車的車頭的空間距離。

V BX AX

ABX= + (2.2.1) 其中AX為最小的靜態間距(包含前車車長)；BX是動態行駛中駕駛者所要求大於AX的額外車頭距，且可被駕駛者隨時調整；V表示為後車車速。

(二) 最大的跟車間距 (Perception thresholds of growing distance in following process, SDX)

V BX EX AX

SDX= + × (2.2.2) SDX表示為超過ABX的動態跟車間距， EX為助變數，且SDX約

(20)

10

為ABX的0.5~1.5倍；V表示為後車車速。

(三) 間距漸減速差門檻(Perceptual threshold for recognizing small speed differences at short and decreasing distances, CLDV)

2 2 /CX DX - ) DX (

CLDV = (2.2.3) CX為一常數；DX為兩車間距。此CLDV的意思表示後車的速度 比前車快且兩車間距愈來愈小的狀態，一直到某ㄧ點時，後車會開始放慢速度，此時後車的速度還是比前車的速度快，因此兩車的間距亦是在減少的。

(四) 間距漸增速差門檻(Perceptual threshold for recognizing small speed differences at short and increasing distances, OPDV)

2 2 /OP DX ) DX (

OPDV = (2.2.4) OP為一常數。此OPDV的意思表示後車的速度比前車慢且兩車 間距愈來愈大的狀態，一直到某ㄧ點時，後車會開始加快速度，但是後車的速度還是比前車的速度慢，因此兩車的間距亦是增加的。

三、陳世泉【4】針對台灣地區機車行為門檻模式的研究，首先選取特定路段，

然後架設攝影機以錄影方式取得車流資料，並利用反覆觀測，加以判斷及分析，以進行模式參數之校估，找出各門檻界限之區隔後，再據以細分為各決策行為區，如圖2.2 所示。

四、許添本【3】構建心理－物理行為門檻模式時以陳世泉之研究(圖 2.2)為基礎，依車種特性將機車與小汽車加以分開處理，其中有關汽車部分共分為6 個行為門檻。該研究並以觀測的方式建立相關參數值。各行為門檻定義與方程式如下所示：

(一) 靜態間距(AX)：後車於靜止時希望與前車保持之車頭距離，以公尺 為單位。

) ZF K (K L

AX = +

₁

+

₂

×

₁ (2.2.5) 式中：

(21)

11

L：前車實體車長(假設 4 公尺) K1、K2：調整因子

ZF1~N(μ,σ)：常態分配隨機變數

圖2.2 行為門檻關係示意圖資料來源：【4】

(二) 最小跟車間距(BX)：後車車速與前車相近時，所欲維持最小跟車間 距，以公尺為單位。

V ) ZF K

K ( AX

BX = + ³ + ⁴× ¹ × (2.2.6) 式中：

V：後車車速(公尺/秒) K3、K4：為調整因子

ZF1~N(μ,σ)：常態分配隨機變數

(三) 感知速差門檻(SDV)：在一較大間距下，跟車駕駛者對於速率差異(後 車車速減前車車速)之感知門檻。由後車目前間距(DX)與兩個隨機因子(安全因子與估計因子)估計而來。以公尺/秒為單位。

(22)

12

2

CX X S

SDV DX ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ −

=

(2.2.7)

V K ) ZF ZF (K

K

CX = ₅ × _5C1× ₁ + ₂ + ₇ × (2.2.8) 式中：

CX：助變數

Ｋ

5、

Ｋ

5C1、

Ｋ

7：調整因子

ZF1~N(μ,σ)：安全因子(依不同駕駛者安全需求不同而設) ZF2~N(μ,σ)：估計因子(依不同駕駛者估計能力不同而設) V：後車車速(公尺/秒)

(四) 跟車間距上限(SDX)：為顧及駕駛者判斷間距能力之差異，SDX約在 1.5~2.5倍最小跟車間距範圍內振動。以公尺為單位。

) AX BX ( EX AX

SDX = + × − (2.2.9) NZF

ZF K

EX = ₆ − ₂ + (2.2.10) 式中：

EX ：助變數 K ：調整因子 6

ZF

2~N(μ,σ)：估計因子(常態分配隨機變數) NZF~N(μ,σ)：安全係數因子(常態分配隨機變數)

(五) 間距漸減速差門檻(CLDV)：在一較小間距、間距漸減且速差為正之情況下，速率差異之門檻值。以秒/公尺為單位。

SDV

CLDV =

(2.2.11) (六) 間距漸增速差門檻(OPDV)：在一較小間距、間距漸增且速差為負之

情況下，速率差異之門檻值，約為1~3倍CLDV值(此因駕駛者通常對正在遠離物比正在接近物反應遲緩之故)。以秒/公尺為單位。

五、Brackstone 等人【6】針對跟車模式的發展作一完整回顧與探討，主要是以跟車之數學模型的發展的時間先後順序，作一分門別類地探討，分為

(23)

13

五類：(一)通用汽車模式(Gazis-Herman-Rothery Model)；(二)安全間距或碰撞迴避模式(Safety Distance or Collision Avoidance Models)；(三)線性模式(Linear Models)；(四)心理─物理間距模式(Psychophysical or Action Point Models)；(五)模糊邏輯模式(Fuzzy Logic Based Models)，每一模式類別中所有曾經被修正過的方程式與參數均加以整理評析。該研究結論建議相關的車流模式種類雖多，但經實證確認者少，故後續研究有必要加強實證性之研究。

六、Brackstone 等人【7】以實車測試的方式，研究在英國高速公路駕駛人的跟車行為，依此驗證心理－物理行為門檻模式之相關門檻公式。

七、Hancock【11】建立最終的跟車模式是尋找包含一些心理變數即門檻認知以及一些相關的行為參數。模式的內涵主要是依據一個感知的信號來觸發迴避的行為，而如何將生理與心理加以結合，並用以適當描述駕駛行為，乃是模式發展的主要課題。

八、Hoyer 等人【12】提到城市的交通控制的決定是以微觀車流模式為基礎，

因此乃應用影像處理系統來校估Wiedemann 的行為門檻模式的參數。參數校估是以觀測部分地區的駕駛行為，進而調整該段路網上的參數。使用影像處理的觀測，進行參數化方式是為了降低研究的估計與驗證的工作。

本研究整理Brackstone 等人【6,7】與許添本【3】研究之門檻公式比較，

如表2.1 所示。

表2.1 心理－物理行為門檻模式公式整理表

行為門檻許添本【3】 Brackstone 等人【6】** Brackstone 等人【7】

靜止車間距離

(AX-L:公尺) AX-L=1~3 － 3.25 最小跟車間距

(BX：公尺)

BX=(5+3 V ^＊)

~(7+4 V ) － 7.25+2.96 V 感知速差門檻

(SDV:公尺/秒) － SDV=-3.1×10^-4

Δ x

^＊－跟車間距上限

(SDX:公尺)

約為BX 的

1.5~2.5 倍－約為BX 的 1.5~2.5 倍

(24)

14

表2.1 心理－物理行為門檻模式公式整理表(續)

行為門檻許添本【3】 Brackstone 等人【6】** Brackstone 等人【7】

間距漸減速差門檻 (CLDV:公尺/秒)

－

CLDV=6.9×10^-4

Δ x

或

CLDV=-0.15+8.5×10^-4

Δ x

或

CLDV=0.05+41.5×10^-4

Δ x

-1.3 (相對間距為30m 時) 間距漸增速差

門檻 (OPDV:公尺/秒)

OPDV 約 1~3

倍CLDV 值 OPDV = -5.2×10^-4

Δ x

0.9 (相對間距為30m 時) 註 *：

V

為後車車速(公尺/秒)；

Δ x

為兩車車間距離(公尺)。

**：適用於兩車速差極小的情況。

資料來源：【3，6，7】

由文獻回顧中可以了解目前國內、外有關「心理─物理行為門檻模式」

之研究，大多僅限於小客車或機車之駕駛行為，尚缺乏大客車之駕駛行為分析，因此，本研究為了可以真實的描述大客車駕駛者於跟車過程中的行為，

乃採用心理－物理行為門檻模式作為研究的基礎，以期找出大客車駕駛者面對跟車過程中不同的兩車間距與速度差異時的心理感知情況進而做出的運動反應行為，並重新校估出適合大客車之行為門檻模式。

2.3 各國駕駛模擬器探討

駕駛模擬器(Driving Simulator, DS)在土木建設工程、交通工程、人因工程，乃至駕駛訓練的應用上，發揮了極大的效用，因此世界各國有關 DS 之研究領域相當廣泛，而近年來各先進國家在發展智慧型運輸系統(Intelligent Transportation Systems, ITS)的同時，亦開始強調利用駕駛模擬器來測試/評估 ITS 相關的技術或產品。

國內亦有相關的政府與學術單位使用駕駛模擬器進行相關的研究，何晉亨【2】利用駕駛模擬器設計四種不同的實驗場景，以探討跟車行為、超車行為等駕駛行為和績效，主要是探討四種交通動態下的駕駛因素，其使用 STI 公司發展嵌於實車中的駕駛模擬器，程式語言 SDL(Scenario Definition Language)並配合 Kinetix 3D-Max 軟體進行虛擬實境的情境設計。

(25)

15

使用駕駛模擬器主要是可以克服使用傳統方式的一些限制，Hoyer 等人

【12】提到以錄影機紀錄的交通流量和以影像處理器針對感興趣的模式參數判斷都應避免於道路上的交通流量被打斷。這是因為架設攝影機時需注意攝影設備應不受天候的影響；要架設在駕駛人不易發覺的地方；架設的高度不夠時，會使偵測車輛有重疊的問題，造成估計的誤差，以區域性的錄影觀測交通流量，只能提供的資料包含特定路線的交通量、轉向車輛的比率、較大交通流量的比率、實際速度的分布、車輛長度的分布。另有關影像處理系統克服車輛重疊的問題，對有些實際的直向交通車流偵查會有困難；偵測交叉路角度是較不靈敏。影像過程系統無法估計起迄點關係的路網模式，因此單一車輛的偵測無法達成，使用影像處理系統是否可以分割數部車輛的之間的實際時間是無法得知的。

本研究係基於採用駕駛模擬器為實驗工具的前提下，探討大客車心理─

物理行為門檻模式實驗場景之建置，因此乃整理世界各國所建置的 DS 及其在ITS 與交通工程相關領域上之應用，如表 2.2 所示。由表 2.2 之彙整比較結果可知，駕駛模擬器已實用於駕駛者行為之研究，因此透過大客車駕駛模擬器之建置，若能規劃適當的實驗場景，應可提供大客車心理－物理行為門檻模式建立之有利依據【5】。

(26)

16

表2.2 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表

對象範圍技術特性

國家發展單位

車種人路硬體程式/軟體功能特性

愛荷華大學

(IDS) 小客車小客車駕駛者ㄧ般道路 ─ ─

相關車輛安全與設計、駕駛者駕駛行為評估和智慧型車輛道路運輸系統等研究。

加州系統技術股份有限公司

(STI)

小客車小客車駕駛者ㄧ般道路電腦螢幕、半圓弧螢幕 Scenario Definition Language (SDL)

人因工程、駕駛評估與訓練、醫學(如藥物、疲勞、酒精)。

國家先進駕駛

模擬器(NADS) 小客車小客車駕駛者一般道路螢幕提供120°的視野 ─

駕駛過失、駕駛者碰撞閃避行為和相關碰撞重建、建置危險駕駛狀況和評估駕駛者反應、評估真相碰撞案例的狀況、研究駕駛者及車輛反應選擇和限制。

東北大虛擬環境實驗室

(NUS)

小客車小客車駕駛者一般道路三面或單螢幕電腦顯示

器 Java3D API

研究模擬器暈眩問題與預防。

美國

賓夕法尼亞州

運輸協會(PTI) 卡車卡車駕駛者一般道路

前方3 面螢幕、提供 140 度的視野、後方 2 面螢幕

車輛動態模型軟體程式、The Renault software、TruckSim、

PAM-CRASH、PAM-SAFE、

PAM-SHOCK、PAM-GENERIS、

PAM-VIEW、LS-DYNA、CarSimEd

模擬翻車狀況下的操作反應。

不同道路類型的煞車績效。

虛擬碰撞及火災模擬。

運輸發展中心

(TDC) 小客車小客車駕駛者一般道路 ─ ─

老年駕駛者造成交叉路口事故的因素。

加拿大

Calgary 大學

(UCDS) 小客車小客車駕駛者一般道路 ─ ─ 研究目的為減少交通事故所造成的

死亡和受傷的駕駛者行為研究。

(27)

17

表2.2 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表(續)

國家發展單位

Cranfield 大學小客車小客車駕駛者一般道路半圓弧螢幕 ─

駕駛者訓練、心理測量選擇安全駕駛者、交通安全評估、測量車輛動態效果和車上設備對駕駛者行為的效果、人因研究調查人機介面、利用心理學方法以測量消費者對車輛和零件的偏好。

現代公路搬運基金

會商車商車駕駛者

市區道路郊區道路高速公路

3 面螢幕視野共 270°、六軸平台、眼球

追蹤設備等 ─ 訓練商車駕駛者。

運輸研究實驗室

(TRL) 小客車小客車駕駛者一般道路高速公路

環繞投影系統的完整車輛、提供真實動態的移動系統、損傷測試套房、醫療檢

驗設施 ─ 吸毒和喝酒、提神飲料、高速公路道路施工、

速率管理系統、車上顯示分心、其他道路使用者出現。

里茲大學小客車小客車駕駛者一般道路

高速公路5 面螢幕、前方 3 面螢幕、Roland 數位

聲音取樣器 C++、MultiGen Creator 2.3 運輸安全、ITS、駕駛者行為研究。

英國

Cardiff 人類介面與

虛擬環境實驗室任何車種一般駕駛者一般道路 ─ ─ 濃霧對開車行為的生理影響。

德國 Dr.-Ing. Reiner Foerst

小客車、卡車、巴士、機

車、起重機

小客車、卡車、巴士、

機車、起重機駕駛者

一般道路山路

高速公路 ─ ─ 駕駛者訓練、道路安全、醫學應用、人因工

程研究、廣告。

瑞典國家道路運輸研究

機構小客車小客車駕駛者一般道路隧道

三面螢幕(提供 120°水平視野及 30°垂直視野)、擺動系統、振盪桌（Vibration

table）、視覺系統 Fortran、C

人/車/路之間的研究、道路和隧道的設計、車輛的操控、人-機介面的測試、酒精和毒品對駕駛者的影響、駕駛行為之研究、身體機能殘障駕駛者行為之研究。

波蘭 Warsaw 技術大學

和運輸部小客車、卡車小客車、卡車駕駛者一般道路 1 面螢幕(提供水平62°、垂直42°的視野) ─ 檢核危險道路交通狀況時駕駛者的技術和反應。

挪威 AutoSim 小客車、巴

士、卡車小客車、巴士、卡車

駕駛者一般道路前方3 面螢幕、中央後方1 面螢幕

半圓弧螢幕、三軸實車駕駛艙 Data Communication API

駕駛訓練、駕駛者行為研究。

(28)

18

表2.2 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表(續 2)

國家發展單位

法國 Renault 小客車小客車駕駛一般道路前方及後方各 3 面螢幕(提供水平

150°) SCANeR II

人類工程學研究、車輛動態控制系統建置、ITS 研究、事故研究、駕駛者行為分析、道路設備設計。

法國 Forenap 協會小客車小客車駕駛一般道路採用雷諾的實車駕駛艙、三個電視

螢幕撥放固定影片方式呈現主要探討酒精、藥物、精神異常及急

性病症對駕駛行為的影響。

荷蘭

Verkeers Veiligheids

Centrum Rozendom

小客車小客車駕駛一般道路 ─ ─

訓練車輛操作、車輛控制、觀察技巧、交通洞察力。

澳洲雪梨大學小客車小客車駕駛ㄧ般道路半圓弧形投影螢幕 ─ 駕駛績效評估。

新加坡安全駕駛中心小客車、

機車

小客車、機車駕駛者

一般道路採用六軸運動平台(平台與座椅皆

可吸收振動) ─ 使駕駛者學習安全駕駛的步驟。

日本土木工程研究

學會(CERI) 小客車小客車駕駛者雪地道路 ─ ─

為了促進北海道交通安全及平順的交通環境，主要是研究雪地中車輪打滑的情形。

韓國國民大學之車輛控制實室

(KMUDS)

小客車小客車駕駛者一般道路

ㄧ為可自由移動基底的六軸平台式的駕駛模擬器、另ㄧ為固定基底、3 面螢幕的駕駛模擬器

─

駕駛模擬器與緊急剎車緩衝裝置及硬體迴路模擬整合、酒醉駕車的駕駛特性分析。

中國吉林大學之汽車動態模擬國家重點實驗室

小客車小客車駕駛者 ─

中國首台開發型汽車駕駛模擬器、

平板式多功能輪胎特性實驗台、輪胎高速摩擦特性實驗台、轉向系統特性實驗台、汽車轉動慣量實驗台、汽車底盤控制綜合實驗台、汽車混合動力實驗台

MDI/ADAMS、

MSC/NASTRAN、

AVFL/CRUISE、

MATLAB、

MSC/PATRAN、

UG

人車閉環系統模擬與控制、汽車地面系統建模與模擬、汽車系統動力學與控制、汽車動力傳動模擬與控制、車身虛擬設計與製造。

中華民國

交通部運輸研

究所小客車小客車駕駛者ㄧ般道路高速公路

三螢幕和整體空間設計(136 吋)、六

軸運動平台 EON 可衡量駕駛績效及進行運輸安全、

ITS 之相關研究。

(29)

19 第三章駕駛模擬器場景規劃與實驗設計

過去進行跟車模式參數校估，所須蒐集的資料大多是以拍攝錄影帶或使用影像處理器蒐集相關的駕駛行為數據資料，但此兩種方法的限制很多且可以取得的資料是有限的；另外亦有相關研究是使用實車於真實道路的進行實驗，然此法對駕駛者的安全較沒有保障，而且符合實驗目的之路段選取不易，

且無法重複進行相同場景的實驗。因此本研究基於保障受測者安全與希望每位受測者可有相同的實驗基礎條件，以避免有難以控制的干擾因素影響，乃以中華大學所建置的駕駛模擬器進行實驗。

駕駛模擬器之實驗場景的規劃建置是實驗過程中重要的成敗關鍵，倘若場景規劃不佳，所得的實驗成果即無法反應真正的駕駛行為，甚至得不到所要的實驗成果。因此，本研究乃依據所建置完成之大客車駕駛模擬器特性，

透過相關文獻【5】規劃建置大客車心理－物理行為門檻模式之駕駛模擬場景，進行實驗設計與分析。

3.1 大客車駕駛模擬器

本研究所應用之大客車駕駛模擬器為中華大學大客車駕駛模擬器，表3.1 是硬體和軟體設備整理表。該模擬器係採用固定基底式的駕駛平台，硬體設備之配置如圖3.1 及圖 3.2 所示，其組成包括背投式單槍、無邊珠光螢幕、電源及訊號線配置、電腦設備、電腦螢幕切換器、網路集線器、不斷電電源供應器和固定式大客車駕駛模擬器平台(包含方向盤、儀表板和座椅)，如圖 3.3 及圖 3.4 所示；軟體設備則包括三槍螢幕同步顯示測試軟體、虛擬實境螢幕投影校正軟體和虛擬實境場景軟體(模擬場景圖如圖 3.5 及圖 3.6 所示)。

表3.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備

硬體軟體

背投式單槍1 台電腦螢幕切換器1 個三槍螢幕同步顯示測試軟體1 套無邊珠光螢幕3 片電源及訊號線配置 1 台虛擬實境螢幕投影校正軟體 1 套網路集線器1 個不斷電電源供應器1 個虛擬實境場景軟體 1 套

電腦設備1 組固定式大客車駕駛模擬器平台(含方向盤、

表板和座椅)1 台資料來源：【5】

(30)

20

圖3.1 大客車駕駛模擬器位置配置圖(一) 資料來源：【5】

圖3.2 大客車駕駛模擬器位置配置圖(二) 資料來源：【5】

(31)

21

圖3.3 背投式單槍與無邊珠光螢幕資料來源：【5】

圖3.4 大客車駕駛模擬器硬體設備圖資料來源：【5】

無邊珠光螢幕

(32)

22

圖3.5 虛擬實境場景(一) 資料來源：【5】

圖3.6 虛擬實境場景(二) 資料來源：【5】

3.2 駕駛模擬系統場景規劃

由於本實驗欲透過駕駛模擬器來了解大客車駕駛者行駛在高速公路時的跟車行為反應。因此，本研究依據大客車心理－物理行為門檻模式分析之需要，規劃高速公路平直路段駕駛模擬之實驗場景及實驗設計內容依據，說明如后【5】。

(33)

23

3.2.1 駕駛模擬器之實驗場景

駕駛模擬器之實驗場景流程，如圖3.7 所示。

圖3.7 場景設計流程圖資料來源：【5】

(34)

24

圖3.7 中各階段步驟，說明如下：

步驟一：

駕駛車(即跟車行為中之後車)初始位置是在第二車道，駕駛車啟動引擎(加入發動的聲音與引擎聲)。

步驟二：

駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕駛車的時速達到 90km/hr~100km/hr 時，第一與第三車道加入 B 級服務水準的車流量。並於駕駛車前方 200m(根據 Hoyer 的研究指出跟車的駕駛者對前車有反應的距離大約是150m，因此本研究設計事件車於駕駛車前方200m 的地方出現)的位置，出現事件車(即跟車行為之前車)，而駕駛車會持續前進直到與事件車的距離為 80m(此數值是假設當駕駛車的速率 90km/hr 時，根據心理－物理行為門檻模式國外所校估的最大跟車間距上限值 65m，再加上 25km/hr 的寬容值而得)後，事件車以時速 90km/hr 開始移動(此時駕駛車車速應大於90km/hr)。

步驟三：

當駕駛車時速為90km/hr~100km/hr 且與事件車的距離小於 80m 時，駕駛車持續跟隨前車 25 秒後，事件開始觸發(觸發的組合如表3.2 所示)，執行實驗組合 1。

實驗組合 1 詳細內容為：當駕駛車加速至指定車速(在 90km/hr 至 100 km/hr 範圍內)，持續 25 秒後，事件車觸發的順序：D→維持 25~35 秒→E→維持 25~35 秒→A→維持 25~35 秒

→停止，速度變化與累加時間，詳見圖 3.8 及表 3.3 所示，圖中 25 秒表示維持定速的秒數為 25 秒時所耗費的時間變化曲線圖；35 秒則表示維持定速的秒數為 35 秒時所耗費的時間變化曲線圖。

(35)

25

表3.2 事件車觸發組合表

ΔV(km/hr) ^*

a (m/s²) ^* 10 20

0.15g^* A B

0.25g C D

0.4g E F

註 *：ΔV 為事件車速率降低的數值；a 為事件車速率降低時之減速率；g 為重力加速率(9.8 m/s²)。

實驗組合1

0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 時間(秒) 速度(公尺/秒)

25秒 35秒

圖3.8 實驗組合 1 速率與時間之變化情形圖資料來源：【5】

D、E、A 在模擬場景中的實驗設計內容如下：

(1) D：事件車從 90km/hr 以 0.25g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 的速率 25~35 秒後，以 0.25g 加速至 90km/hr。

(2) E：事件車從 90km/hr 以 0.4g 減速至 80km/hr 後，維持 80km/hr 的速率 25~35 秒後，以 0.4g 加速至 90km/hr。

(3) A：事件車從 90km/hr 以 0.15g 減速至 80km/hr 後，維持

(36)

26

80km/hr 的速率 25~35 秒後，以 0.15g 加速至 90km/hr。

(4) 停止：前車速率在 90km/hr 以 0.55g 煞車停止。

其中，維持定速的秒數是隨機產生，範圍在25~35 秒之間，

目的是為了避免駕駛人會有預期的心理。

步驟四：

駕駛車完全靜止後，事件車加速離去。

步驟五：

駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕駛車的時速達到 90km/hr~100km/hr 時，第一與第三車道加入 B 級服務水準的車流量。並於駕駛車前方 200m 的位置，出現事件車，而駕駛車會持續前進直到與事件車的距離為 80m 後，事件車以時速 90km/hr 開始移動(此時駕駛車車速應大於 90km/hr)。

步驟六：

當駕駛車時速為 90km/hr~100 km/hr 且與事件車的距離小於 80m 時，駕駛車持續跟隨前車 25 秒後，事件開始觸發（觸發的組合如表3.2 所示），執行實驗組合 2。

實驗組合 2 詳細內容為：當駕駛車加速至指定車速(在 90km/hr 至 100 km/hr 範圍內)，持續 25 秒後，事件車觸發的順序：F→維持 25~35 秒→B→維持 25~35 秒→C→維持 25~35 秒

→停止；速度變化與累加時間，詳見圖 3.9 與表 3.3 所示，圖中 25 秒表示維持定速的秒數為 25 秒時所耗費的時間變化曲線圖；35 秒則表示維持定速的秒數為 35 秒時所耗費的時間變化曲線圖。

F、B、C 在模擬場景中的實驗設計內容：

(1) F：事件車從 90km/hr 以 0.4g 減速至 70km/hr 後，維持

(37)

27

70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.4g 加速至 90km/hr。

(2) B：事件車從 90km/hr 以 0.15g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.15g 加速至 90km/hr。

(3) C：事件車從 90km/hr 以 0.25g 減速至 80km/hr 後，維持 80km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.25g 加速至 90km/hr。

(4) 停止：事件車速率在 90km/hr 以 0.55g 煞車停止。

其中，維持定速的秒數是隨機產生，範圍在25~35 秒之間，

目的是為了避免駕駛人會有預期的心理。

步驟七：

實驗結束。

實驗組合2

0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 時間(秒) 速度(公尺/秒)

25秒 35秒

圖3.9 實驗組合 2 速率與時間之變化情形圖資料來源：【5】

(38)

28

表3.3 各組合所需耗費時間表

組合1 組合2

時間(s) 速率(m/s) 時間(s) 速率(m/s)

0 25 0 25

25 25 25 25

27.27 19.44 26.42 19.44

52.27~62.27 19.44 51.42~61.42 19.44 54.54~64.54 25 52.84~62.84 25 79.54~99.54 25 77.84~97.84 25 80.25~100.25 22.22 81.62~101.62 19.44 105.25~135.25 22.22 106.62~136.62 19.44 105.96~135.96 25 110.4~140.4 25 130.96~170.96 25 135.4~175.4 25 132.85~172.85 22.22 136.53~176.53 22.22 157.85~207.85 22.22 161.53~211.53 22.22 159.74~209.74 25 162.66~212.66 25 184.74~244.74 25 187.66~247.66 25 189.38~249.38 0 192.3~252.3 0 資料來源：【5】

至於駕駛模擬器基本場景資料清單、模擬場景的變數項目、駕駛績效評估資料清單、依變數之原始記錄表等，則以交通部運輸研究所駕駛模擬器之相關研究為基礎，研擬本研究所需的內容，分別如表3.4 至表 3.5 示。

表3.4 駕駛模擬器基本場景資料清單表(跟車實驗) 車道

數車道寬度分隔狀況道路幾何車流天候時間突發狀況 3 3.75 分隔島直線小客車晴天白天前車突然緊急煞車資料來源：【5】

(39)

29

表3.5 駕駛模擬器模擬場景的變數項目表(跟車實驗)

名稱項目

駕駛操控行為跟車

道路類型高速公路

單向車道數 3 車道及 1 個路肩(如圖 3.10)

車道寬度

(1)車道寬為 3.75 公尺 (2)外側路肩寬為 3 公尺 (3)內側路肩寬為 1 公尺

分隔狀況分隔島(交通島)(如圖 3.10 所示)

道路幾何直線路段

坡度平坦

標線黃色實線、白色實線與白色虛線(如圖 3.10 所示)

天候晴天

時間白天

車流量 B 級服務水準(雙向道路上皆須有車流)

事件車加速、定速、減速、緊急煞車(音效)

其他車種小客車

圖3.10 高速公路標線示意圖資料來源：【5】

(40)

30

表3.6 駕駛績效評估項目資料庫清單表(跟車實驗)

研究主題高速公路大客車駕駛跟車行為分析駕駛車操作行為跟隨事件車

事件車操控行為減速、維持定速、加速及緊急煞車

道路類型單向三車道高速公路及一個路肩(詳見圖 3.10) 道路流量 B 級服務水準(雙向道路上)

模擬器量測-車速率、加速率、減速率、兩車速差

模擬器量測-路位置(橫向與縱向)、車道位置偏差、兩車間距(包括跟車間距上限、靜止車間距離等)

主要評估項目車速、兩車速差、靜止車間距離、兩車間距、碰撞、

事件是否觸發

量測項目定義 1.車速：後車車速(公尺/秒)、前車車速(公尺/秒)。

2.兩車速差：事件車車速減駕駛車車速(公里/小時)。

3.靜止車間距離：兩車停止後，前車的車尾的保險桿至後車車頭的保險桿之間的淨間距(公尺/秒)。

4.兩車間距：當事件觸發時，事件車的車尾到駕駛車車頭的距離(公尺)。

5.碰撞：後車是否有碰撞到前車。

6.事件是否觸發：以亮煞車燈做為事件的觸發。

3.2.2 實驗場景設計的資料蒐集範圍

前述本研究所設計之實驗場景，於正式實驗過程中，可蒐集到校估各項心理－物理行為門檻相關參數所須的樣本數據資料，說明如下：

一、相關文獻指出進行跟車的駕駛者對前車有反應的距離大約是150m，因此本研究設計事件車於駕駛車前方 200m 的地方出現事件車，以蒐集到行為門檻模式中的無反應區及感知反應的門檻(SDV)距離上限。

二、駕駛車以時速為 90km/hr~100km/hr 持續行駛到與事件車距離為 80m 時，場景中的事件車以 90km/hr 起動，此一實驗步驟乃在於蒐集駕駛車之跟車間距上限(SDX)。

三、事件觸發乃是指執行實驗組合 1 與實驗組合 2，此一步驟蒐集兩車的速度差異與相對跟車間距，以找出感知速差門檻(SDV)、間距漸減速差門檻

(41)

31

(CLDV)及間距漸增速差門檻(OPDV)所需的參數。

四、實驗組合1 及實驗組合 2 之最後事件車會有緊急煞車行為，乃是為了蒐集靜止車間距離(AX-L)所需的參數。

五、實驗組合中，事件車每一變換速率後，維持定速行駛約25~35 秒，可得駕駛車在此一時段之最小跟車間距(BX)。

六、持續25~35 秒是採隨機產生，主要是為了避免駕駛者產生預期的心理，

以至於產生不合理的數據資料。

因此透過前述之實驗場景，可進行實驗並校估出心理－物理行為門檻模式之重要相關參數。

3.3 受測者駕駛模擬系統訓練計畫與正式實驗

本研究進行正式實驗是於民國94 年 3 月期間，招募 10 位擁有大客車駕駛執照且有駕駛大客車經驗的受測者進行實驗。為了讓受測者能夠熟悉整個駕駛模擬器之環境操作（例如加速、減速的操作），本研究於正式實驗場景開始前，先讓受測者進行10 次的學習性操作，其中學習性操作場景與本研究所規劃的實驗場景是不同的，目的是為了避免受測者熟悉本研究之實驗場景，

使其對於模擬場景和事件觸發有預期心理而使所蒐集的資料較不具有客觀性。相關的實驗程序、實驗時間與駕駛模擬器蒐集的資料情形，如后說明。

3.3.1 實驗程序

實驗程序由受測者報到開始，首先向受測者說明駕駛模擬器之使用方法，並讓受測者先練習駕駛模擬器的操作(共 10 次)，待受測者熟悉駕駛模擬器後稍作休息且領取測試費和交通費，隨後受測者則進行正式實驗。整個實驗程序如圖3.11 所示：

(42)

32

圖3.11 實驗程序 3.3.2 每人次實驗時間

根據上述之實驗程序計算出每人之實驗時間，預計每人之實驗時間約須 50 分鐘，其內容詳見表 3.7 所示。

表3.7 每人次實驗時間

項目所需時間(分鐘)

說明駕駛模擬器之使用方法 5

練習操作駕駛模擬器 15

休息 10

進行跟車實驗 10

真實度問卷 10

總計每人次實驗時間 50

(43)

33

3.3.3 駕駛行為資料蒐集

當受測者在進行實驗時，平均每 0.03125 秒記錄受測者之駕駛速度、方向盤角度、油門深度、煞車深度等資料。其原始記錄表如表3.8 所示。

表3.8 依變數之原始記錄表(跟車實驗) 受

測者編碼

系統時間 (秒)

事件車車速 (km/

hr) 駕駛車車速 (km/

hr) 油門深度 (%)

煞車深度 (%)

方向盤角度 (%)

駕駛車縱向座標 (Y)

駕駛車橫向座標 (X)

事件車縱向座標 (Y)

事件車橫向座標 (X)

1.

事件車有無亮煞車燈

2.

有無發生碰撞

註：1. 有亮煞車燈為 1，沒亮煞車燈為 0。

2. 有發生碰撞為 1，無發生碰撞為 0。

(44)

34 第四章資料蒐集與分析

本研究可從大客車駕駛模擬器實驗過程中蒐集到受測者進行實驗時之駕駛行為資料，是以平均每 0.03125 秒的頻率記錄每位受測者的動態駕駛過程的行為資料，所紀錄的原始檔案內容包含受測者編碼、系統時間(秒)、事件車車速(公里/小時)、駕駛車車速(公里/小時)、油門深度(%)、煞車深度(%)、

駕駛車縱向及橫向座標位置、事件車縱向及橫向座標位置、方向盤角度(%)、

事件車有無亮煞車燈、有無發生碰撞。首先本研究經由正式實驗後，由駕駛模擬器所蒐集而來的原始之受測者的駕駛行為資料初步繪製成間距－速差軌跡圖，如附錄1 所示，可發現所呈現的軌跡圖會如同文獻所提的一樣，有螺旋狀產生，因此本研究乃進ㄧ步將原始數據彙整並轉換成心理－物理行為門檻模式所需的參數樣本，詳細的資料分類與篩選說明如后。

4.1 原始資料說明資料彙整

本研究中每位受測者實驗時所蒐集的原始駕駛行為資料與心理－物理行為門檻模式所須的資料類型，相關說明如下：

一、原始資料說明

(一) 受測者編號：是從 1 開始編號至 10，總共有十位受測者。

(二) 系統時間：每筆資料是以每 0.03125 秒為間隔進行記錄，單位為 1/32 秒。

(三) 駕駛車輛速度：是指受測者所駕駛的大客車駕駛模擬器的車速，單位為公里/小時。駕駛車即為跟車行為中的後車。

(四) 事件車輛速度：是指實驗過程中，和受測者同一車道上之前方的小客車車速，單位為公里/小時。事件車即為跟車行為中的前車。

(五) 油門深度：是指當受測者駕駛大客車駕駛模擬器時，受測者的右腳踩踏與放鬆油門情形。當油門完全放鬆時的深度為 0%；油門完全踩到底時的深度為100%。

(六) 煞車深度：是指當受測者駕駛大客車駕駛模擬器時，受測者的右腳踩踏與放鬆煞車情形。當煞車完全放鬆時的深度為 0%；煞車完全踩到底時的深度為100%。

中 華 大 學 碩 士 論 文