行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

先進安全大客車行車安全參數與駕駛者使用介面之設計與 評估--子計畫三：大客車防撞警示系統駕駛環境與行車安

全參數之研究(3/3) 研究成果報告(完整版)

計 畫 類 別 ： 整合型

計 畫 編 號 ： NSC 95-2218-E-216-003-

執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 中華大學運輸科技與物流管理學系

計 畫 主 持 人 ： 張靖

共 同 主 持 人 ： 張建彥、陳昭華、卓裕仁

計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：魏智浩、林靜芬 碩士班研究生-兼任助理：李家春

處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 96 年 10 月 15 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫  ^{成 果 報 告}

□期中進度報告

先進安全大客車行車安全參數與駕駛者使用介面之設計與評 估-子計畫三:大客車防撞警示系統駕駛環境與行車安全參數 之研究（3/3）

A Study on Driving Environment and Safety Factors for Bus Collision Warning Systems

計畫類別：□ 個別型計畫  整合型計畫 計畫編號：NSC 95 –2218 –E –216 - 003

執行期間： 95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 計畫主持人：張靖

共同主持人：陳昭華、張建彥、卓裕仁 計畫參與人員：魏智浩、林靜芬、李家春

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢 執行單位：中華大學交通與物流管理學系

中 華 民 國 九十六 年 十 月 十 日

摘要

先進安全車輛為智慧型運輸系統研發 應用的重要領域之一。鑑於國內近年來大客 車行車事故頻傳，因此有關先進安全大客車 的研發乃日益重要，而在先進安全大客車之 控制與安全系統設計同時，若未能針對大客 車駕駛行為與行車安全參數(如跟車間距、

超車視距等)進行分析，將可能導致系統誤 判車流狀況，提供大客車駕駛者錯誤訊息或 操作，致使駕駛者對該系統失去信心。本研 究透過大客車駕駛模擬器設計高速公路路 段之跟車與變換車道實驗場景，招募國道客 運之大客車駕駛者進行實驗，透過實驗資料 之篩選與分析，在跟車模式部分，分別建立 大客車跟車刺激－反應方程式與心理－物 理行為門檻模式，並將二者加以整合，建立 完整的跟車模式；至於變換車道部分，則校 估出大客車選擇性變換車道之接受間距模 式。此外，本研究結合模糊理論與縱向防撞 警示公式之應用，建立結合感知反應時間、

煞車減速率、靜止車間距離三項參數不同安 全隸屬度組合之 27 種安全等級之警示距離 公式及相關法則，作為先進安全大客車縱向 防撞警示系統發展的基礎。本研究最後將大 客車縱向防撞警示法則撰寫成電腦程式，並 結合都普勒雷達儀、測距模式攝影機、數位 訊號處理器等相關設備，開發大客車縱向防 撞警示系統之實作雛形，進行大客車高速公 路之實車試驗，以確認警示系統參數的適用 性，完成大客車防撞警示系統安全參數之驗 證與應用，實驗結果顯示，本研究所開發之 大客車縱向防撞警示系統確實可有效提供 高速公路大客車駕駛之安全間距警示，具有 相當的實用性，並可作為未來相關系統研發 與示範應用的基礎。

關鍵字：智慧型運輸系統、先進安全大客 車、行車安全參數、大客車駕駛模 擬器、縱向防撞警示系統

Abstract

“Advanced Safety Vehicle” is one important developing area of the Intelligent Transportation Systems (ITS). Because of the high frequency and severity of bus accidents in recent years, the development of the

“Advanced Safety Bus”(ASB)is getting more important in Taiwan. However, if we do not analyze the bus driving behavior and driving safety factors (e.g., car following gap or passing sight distance) while designing the control and safety systems of the ASB, the systems will misunderstand the traffic condition and provide bus drivers with inappropriate messages or operations, and thus the drivers will lose their confidence in the systems. This research planed and designed several driving simulation scenarios on freeway straight-road sections by utilizing a fix-based bus driving simulator. Bus drivers with license who worked in freeway bus companies were invited to conduct the experiments with the designed scenarios. After experimental data collection and analysis, the stimulus-response equations and the psycho-physical behavior threshold model were developed for bus following. We also integrated these two kinds of bus following model into a complete model. A gap acceptance model of bus lane changing behavior was also calibrated. In addition, this research combined the fuzzy theory and the forward collision warning equations to develop twenty-seven safety levels of warning distance equations which include the various safety membership functions of perception-reaction time, braking deceleration and buffer. The related rules were also developed to be a useful basis in developing the forward collision warning system (FCWS) of the ASB. This research finally designed a FCWS program and integrated some devices such as Doppler radar, range finder camera, digital message processor to establish a prototype of the bus FCWS. A real bus with this prototype was drove on the freeway to verify and validate the feasibility of the calibrated FCWS safety parameters. Results showed the bus FCWS developed by this study can effectively provide safety-distance warning messages. The results of this study will be a useful basis in developing and

future.

Keywords ： Intelligent Transportation Systems, Advanced Safety Bus, Driving Safety Factor, Bus Driving Simulator, Forward Collision Warning System

一、前言

近年來由於資訊與通訊等技術的快速 發展，使得許多科技運用於傳統運輸系統的 構想日益可行，而透過先進的交通控制與偵 測技術，在車輛發生緊急事故之前適時地提 醒用路人注意，甚至自動調節車輛的速度，

來達到自動行車安全效果的先進安全車輛 (Advanced Safety Vehicle, ASV)，則是智慧型 運輸系統 (Intelligent Transportation Systems, ITS) 研發應用的重要領域之一。依據交通 部於民國 93 年所提出的最新「台灣地區智 慧型運輸系統綱要計畫(2004 年版)」[1]中，

我國現階段 ITS 的發展領域與使用者服務 項目可分為 9 大類 35 項，其中「先進車輛 控制與安全系統（Advanced Vehicle Control and Safety Systems, AVCSS）」的主要內涵即 為 先 進 安 全 車 輛 (ASV) 與 自 動 公 路 系 統 (Automatic Highway System, AHS)，因此 ASV 的技術研發與應用，對於 ITS 的發展 推動，具有實質而正面的意義。至於 ASV 之技術重點之一，就在於如何自動偵測與辨 識路側及車外等相關資訊，並以最適當的方 式傳達給駕駛者或由車輛自動操控，來提升 行車安全與效率，因此 ASV 的技術研發與 應用，對於 ITS 的發展推動，以及 ITS 目標 之達成，具有實質而正面的意義。

就先進安全大客車發展的背景而言，自 1995 年台灣地區開放國道客運路線路權 後，每年大客車之成長量與使用量均大幅成 長，但相對的大客車之肇事件數與傷亡人數 已逐年提高，由於高承載量的特性，使得每 次發生事故所造成之傷亡均較一般小客車 事故高。國、內外主管機關在積極推動大眾 運輸系統的同時，為保障乘客安全，亦逐漸 將 安 全 管 理 之觀 念 由對 單 純 對 司 機的 管 理，擴展至利用先進安全車輛( ASV)提升大

客車之行車安全。ASV 的發展，從駕駛者 內、外在行車資訊的蒐集、分析、處理，到 將適當的資訊告知駕駛者採取正確之操控 行為過程中，涵蓋偵測系統、行車安全參數 判斷與人機介面設計等技術領域。國內近年 來對於大客車先進車輛控制與安全系統中 之偵測系統已有相關研究單位積極投入，然 在偵測系統技術發展之同時，若未能同時進 行大客車駕駛行為分析與行車安全參數(如 跟車間距、超車視距等)之研究時，將可能 導致未來實際裝設先進車輛控制與安全系 統時，因車流行為之誤判與行車安全參數設 定之錯誤，而使駕駛者對該系統失去信心；

另一方面，由於大客車的座艙設計、車流行 為、駕駛習慣均與一般小客車有所不同，以 小客車角度所發展的車流行為模式與相關 安全參數，往往無法適當反映大客車真正的 駕駛狀況，若因此而建立錯誤的安全資訊顯 示時機，亦可能會造成另一形式的風險。故 若能透過大客車駕駛模擬器的建置，利用模 擬器可反覆模擬的特性，充分探討先進安全 大客車系統之行車安全參數，及相關的車流 行為模式，進而搭配從人因工程角度所設計 出之先進安全車輛人機介面，則可建立一套 符合大客車駕駛者操作環境之先進安全大 客車系統，並保障大眾運輸使用者之行車安 全。

本研究計畫為期三年，第一年透過大客 車駕駛模擬器設計高速公路路段之跟車與 變換車道實驗場景，招募國道客運之大客車 駕駛者進行實驗，在跟車模式部分，分別建 立大客車跟車刺激－反應方程式與心理－

物理行為門檻模式；至於變換車道部分，則 校估出大客車選擇性變換車道之接受間距 模式。另外，本研究結合模糊理論與縱向防 撞警示公式之應用，建立結合感知反應時 間、煞車減速率、靜止車間距離三項參數不 同安全隸屬度組合之 27 種安全等級之警示 距離公式及相關法則。而為了使實驗場景更 符合高速公路大客車駕駛之實際狀況，本研 究第二年乃致力於高速公路平直路段大客

車三車互動跟車場景之設計與實驗，建立相 關的跟車刺激－反應方程式，並將大客車心 理－物理行為門檻模式與跟車刺激－反應 方程式加以整合，建立完整的跟車模式，作 為微觀車流模擬系統建立、大客車縱向防撞 警示系統發展或行車安全距離法規訂定的 基礎。本研究第三年則將大客車縱向防撞警 示法則撰寫成電腦程式，並結合都普勒雷達 儀、測距模式攝影機、DSP 數位訊號處理器 等相關設備，開發大客車縱向防撞警示系統 之實作雛形，進行大客車高速公路之實車試 驗，以確認警示系統參數的適用性，完成大 客 車 防 撞 警 示系 統 安全 參 數 之 驗 證與 應 用，並可作為國內未來相關系統研發與示範 應用的基礎。

二、研究目的

本研究主要目的在於因應國內公路之 道路與交通特性，透過大客車駕駛模擬器之 場景規劃設計與駕駛模擬重覆實驗，構建大 客車駕駛的車流行為模式，並建立 ASV 車 間 通 訊 及 防 撞警 示 資訊 系 統 之 安 全性 參 數，以及警示顯示時機之參數門檻。具體目 的列示如下：

1.建立高速公路大客車駕駛模擬之跟車與 變換車道模擬實驗設計，作為駕駛模擬器 場景設計之參考依據。

2.透過大客車駕駛模擬器之重覆實驗，建立 國內大客車之微觀車流行為模式與選擇 性變換車道之接受間距模式。

3. 透 過 大 客 車 駕 駛 模 擬 器 之 實 驗 設 計 分 析，確立大客車跟車時，與其他車輛相互 作用之最適防撞警示或安全資訊提供之 安全參數門檻，作為先進安全大客車設計 發展的基礎。

4.建立實車警示系統之防撞警示邏輯與警 示法則。

5.開發大客車縱向防撞警示系統之實作雛 形，進行大客車高速公路之實車試驗，以 確認警示系統參數的適用性，完成大客車 防撞警示系統安全參數之驗證與應用。

三、文獻探討

本研究針對國內、外駕駛模擬器之發展 [2]、微觀車流跟車模式[3, 4, 5, 6]、縱向防 撞警示系統演算法則[7, 8, 9]之相關文獻加 以探討整理後發現，國內、外駕駛模擬器已 廣泛應用於土木建設、交通工程、人因工 程、駕駛訓練及 ITS 領域，而目前所發展的 變換車道與跟車行為模式均以小客車之研 究為主，有必要加強大客車駕駛變換車道與 跟車行為之研究，因此可透過大客車駕駛模 擬器之建置應用，建立相關的模式，並由模 擬實驗所得資料中，改善目前所發展的防撞 警示演算法則，建立符合人因工程的防撞警 示參數與演算法則。

四、大客車駕駛模擬實驗設計

大客車駕駛模擬實驗設計，包括兩車、

三車跟車實驗及變換車道實驗，主要的場景 設計內容，說明如後。

4.1 兩車跟車實驗場景設計

兩車跟車實驗設計流程如圖 1 所示[2, 6, 10]，圖中顯示實驗的過程共分為 7 個階段，

第 1 階段中駕駛車(即跟車狀態中之後車)初 始位置是在第二車道，透過發動的動作及引 擎聲之出現，啟動車輛行駛之模擬；第 2 階 段中駕駛車從靜止狀態開始逐漸加速，當駕 駛車的時速達到 90 公里/小時~100 公里/小 時的速限範圍時，第一與第三車道開始加入 B 級服務水準的車流量，並於駕駛車前方 200 公尺的位置，出現事件車(即跟車行為之 前車)，事件車開始出現時為靜止狀態，因 此駕駛車會逐漸貼近事件車，直到兩車距離 約為 80 公尺時，事件車開始以時速 90 公里 /小時開始往前移動，此時兩車乃進入相互 影響之跟車狀態。第 3 階段主要量測駕駛車 因應事件車加、減速反應之駕駛行為，並藉 以取得駕駛者的感知反應時間，其中實驗組 合 1 的詳細內容為：當駕駛車跟車持續 25 秒後，事件車開始觸發事件，各事件的內容 如表 1 所示，而透過隨機取樣的過程，實驗

組合 1 的事件觸發順序分別為：D→維持 25~35 秒 →E→維持 25~35 秒→A→維持 25~35 秒→停止，事件 D 為事件車從 90 公 里/小時以 0.25g 的減速率減速至 70 公里/小 時後，維持 70 公里/小時的速率 25~35 秒 後，以 0.25g 的加速率加速至 90 公里/小時。

事件 E 為事件車從 90 公里/小時以 0.4g 的減 速率減速至 80 公里/小時後，維持 80 公里/

小時的速率 25~35 秒後，再以 0.4g 的加速 率加速至 90 公里/小時。事件 A 則是事件車 從 90 公里/小時以 0.15g 的減速率減速至 80 公里/小時後，維持 80 公里/小時的速率 25~35 秒後，再以 0.15g 的加速率加速至 90 公里/小時。此一組合的最後一個事件乃是 事件車在 90 公里/小時的時速下以減速率 0.55g 煞車停止。由實驗組合的內容安排中 可知，一個實驗組合可包含各 3 個跟車行為 之正常加、減速刺激反應及 1 個緊急煞車反 應；第 4 個階段為當駕駛車同樣採取煞車行 為並當車輛完全靜止(車速為 0)後，事件車 加速離去。從第 5 階段開始至第 7 階段結 束，實驗的過程主要是重複第 2 階段至第 4 階段的跟車實驗，此一實驗設計的主要考 量，乃是讓實驗者一次實驗可完成兩個跟車 事件組合，除可節省實驗時間並促進實驗效 率外，亦可增加蒐集之樣本數，而由於實驗 者是同一個人，因此實驗組合 2 的事件安排 則有所不同，實驗組合 2 事件觸發的順序 為：F→維持 25~35 秒→B→維持 25~35 秒

→C→維持 25~35 秒→停止，事件 F 為事件 車從 90 公里/小時以 0.4g 的減速率減速至 70 公里/小時後，維持 70 公里/小時之速率 25~35 秒後，再以 0.4g 的加速率加速至 90 公里/小時。事件 B 為事件車從 90 公里/小 時以 0.15g 的減速率減速至 70 公里/小時 後，維持 70 公里/小時之速率 25~35 秒後，

再以 0.15g 的加速率加速至 90 公里/小時。

事件 C 為事件車從 90 公里/小時以 0.25g 的 減速率減速至 80 公里/小時後，維持 80 公 里/小時之速率 25~35 秒後，再以 0.25g 的加 速率加速至 90 公里/小時。此一組合的最後

一個事件同樣是事件車在 90 公里/小時的時 速下以減速率 0.55g 煞車停止，而第 7 個階 段則是當駕駛車同樣採取煞車行為並當車 輛完全靜止(車速為 0)後，實驗宣告結束。

資料來源：[2, 6, 10]

圖 1 兩車跟車實驗設計流程圖

表 1 事件車觸發事件組合表

ΔV(公里/小時)^*

a(公尺/秒²)^* 10 20

0.15g^* A B 0.25g C D

0.4g E F

*：ΔV 為事件車速率降低或增加的數值；a 為事件車速率降低、增加時之減、加速 率；g 為重力加速率(9.8 m/sec²)。

資料來源：[2, 6, 10]

4.2 三車跟車實驗場景設計

依據兩車跟車場景加以修正，國道高速 公路平直路段三車跟車情況的大客車駕駛

模擬實驗場景與實驗設計內容，說明如後：

1.Step1：駕駛車(跟車行為研究中的第三車) 初始位置在第二車道(即單向三車道的中 間車道)，駕駛者啟動引擎(場景加入發動 聲與引擎聲)。

2.Step2：駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕 駛者的車速到達 90km/hr 以上時，第一車 道與第三車道(駕駛車兩旁的車道)加入 B 級服務水準的車流量(無號誌的路口車流 等級)，並於駕駛車前方 200m 處出現兩事 件車(駕駛車車頭至第二事件車車尾)，駕 駛車繼續前進，到與第二事件車車距為 100m 後，前方兩事件車同時移動(此時駕 駛車車速應大於 90km/hr)。

3.Step3：駕駛車輛繼續跟隨事件車 25~35 秒 後，事件組合開始觸發，事件組合的前三 事件 A、B 與 C 觸發是以隨機的方式，事 件 D 都在前三事件完成後才開始觸發，第 一事件完成後駕駛車輛繼續跟車 25~35 秒 後，第二事件觸發，第二事件完成駕駛車 繼續跟車 25~35 秒後，第三事件觸發，第 三事件完成後駕駛車輛繼續跟車 25~35 秒，最後一個事件觸發。事件組合詳細內 容如下：

(1)A 事件：第一事件車從 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。

第二事件車在第一事件車觸發事件 1.5 秒後，也跟著從 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。

(2)B 事件：第一事件車從 90km/hr 以 0.25g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.25g 加速至 90km/hr。

第二事件車在第一事件車觸發事件 1.5 秒後，也跟著從 90km/hr 以 0.25g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.25g 加速至 90km/hr。

(3)事件 C：第一事件車從 90km/hr 以 0.40g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.40g 加速至 90km/hr。

第二事件車在第一事件車觸發事件 1.5 秒後，也跟著從 90km/hr 以 0.40g 減速至 70km/hr 後，維持 70km/hr 之速率 25~35 秒後，以 0.40g 加速至 90km/hr。

(4)事件 D：第一事件車從 90km/hr 以 0.55g 減速至停止，第二事件車在第一事件車 觸發事件 1.5 秒後，也跟著從 90km/hr 以 0.55g 減速至停止。

4.Step4：駕駛車輛完全靜止後，實驗結束。

本研究於實驗場景設計完成後，分別於 民國 94 年度招募 10 位國道客運之大客車駕 駛者進行兩車跟車實驗，於民國 95 年度招 募 14 位國道客運之大客車駕駛者進行三車 互動反應跟車實驗，所選定之大客車駕駛者 均為男性，年齡以 40 歲~未滿 50 歲為主，

而駕駛年資則涵蓋 3 至 20 年。圖 2 為本研 究建置之大客車駕駛模擬器，圖 3 及圖 4 則 分別為兩車跟車及三車跟車之實驗場景圖。

資料來源：[2]

圖 2 固定基底式大客車駕駛模擬器

資料來源：[2]

圖 3 兩車跟車實驗場景圖

資料來源：[5]

圖 4 三車跟車實驗場景圖 4.3 變換車道實驗場景設計

系統於實驗過程中設定同車道之前車 於受測者跟車 10 秒後減速至低於受測者之 期望速率，以觸發其進行選擇性變換車道，

實驗時間以每人 15 分鐘為ㄧ單元。實驗內 容為量測大客車職業駕駛於時速 90、100、

110 公里三個不同水準之鄰車道車速下，向 左及向右變換車道的鄰車道間距值，且模擬 系 統 同 時 記 錄變 換 車道 時 鄰 車 道 間距 大 小、車流狀況與受測者車輛運行過程是否發 生碰撞，以提供影響變換車道因子之分析及 建構安全間距模式之用。圖 5 為變換車道之 實驗設計流程圖。

資料來源：[11, 12]

圖 5 變換車道實驗設計流程圖

五、大客車跟車行為模式與變換車道 模式之建立

本研究所建立之大客車跟車行為模式 包括兩車互動與三車互動之跟車刺激－反

應方程式、心理－物理行為門檻模式、整合 心理－物理行為門檻與刺激-反應行為之跟 車模式，變換車道模式則以選擇性變換車道 安全間距模式為主，各模式說明如後。

5.1 兩車互動反應之大客車跟車刺激－反 應方程式建立

在刺激－反應方程式建立方面，本研究 利用統計分析軟體 SPSS(Statistical Package for the Social Science)之非線性迴歸功能進 行參數校估。由於以往刺激-反應模式主要 應用於微觀車流模擬軟體，以時間進行掃 瞄，處理車輛之位移，而一般掃瞄時間為 1 秒，本研究則以延遲時間t 為 0.5 秒為基 準，分別選取延遲時間 0.5 秒、1 秒、1.5 秒 及 2 秒之資料樣本進行校估，則所擷取之有 效樣本數分別為 4575、2655、1870 及 1390 筆，至於校估所得之參數組合則整理如表 2 所示，公式(1)至公式(4)為對應於表 2 參數 組合之 4 個大客車跟車駕駛刺激-反應方程 式。

表 2 不同延遲時間所得之參數組合表

時間延 遲

樣本

數 ^{l ,m} m _l R²

△t=0.5 4575 2.2723 0.1998 0.6378 0.57

△t=1 2655 3.4932 0.1483 0.7210 0.61

△t=1.5 1870 2.4283 0.1704 0.6637 0.60

△t=2 1390 0.5521 0.4940 0.5693 0.56

(1)模式 1：

 ^{() ()}

)]

( ) ( [

)]

5 . 0 ( [ 4 2.27239778 )

5 . 0

( _{0.63780937 1}

1

0.19980429 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 



 

   



 (1)

(2)模式 2：



() ()



)]

( ) ( [

)]

1 ( [ 2 3.49321848 )

1

( _{0.72101547 1}

1

0.1483838 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   



 (2)

(3)模式 3：

 ^{() ()}

)]

( ) ( [

)]

5 . 1 ( [ 8 2.42836215 )

5 . 1

( _{0.66370537 1}

1

0.17045567 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   



 (3)

(4)模式 4：



() ()



)]

( ) ( [

)]

2 ( [ 1 0.55210180 )

2

( 0.56930777 1

1

0.49403233 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X n n

n n

n

n 



  



 

   



 (4)

5.2

三車互動反應之大客車跟車刺激－反 應方程式建立

大客車行進間駕駛因視野較遠且廣，當 前方為兩輛小客車時，其可觀測第一、二車 (均小客車)行車狀況而作適當的反應，因此 假設當第一車速度發生變化時，第二、三車 (第三車為大客車)同時獲得此「刺激」，至於

「反應」部分，一般跟車模型已就第二車(小 客車)行為進行探討，本研究將置重點於第 三車(大客車)的反應行為模式之建構。

第 三 車 一 旦 接 受 第 一 車 速 度 變 化 資 訊，除依刺激-反應模式採取相應措施外，

其加(減)速的量應與第二車的速差及間距成 一比例關係，茲就二者分別建構模式如下：

1.整合第五代 GM 模式與兩車速差關係 (1)模式 1



^{() ( )}



)]

( ) ( [

)]

5 . 0 ( [ 5672 . ) 53 5 . 0

( _{2.0240 2}

2

0797 . 1 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 



 

   





)]

( )

( [ 0959 .

0 2

. 1 .

t X t X n  n

 (5)

(2)模式 2



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

0 . 1 ( [ 0.5354 )

0 . 1

( ₂

0.7922 2

0.9258 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  





 

   





)]

( )

( )[

0098 . 0

( 2

. 1 .

t X t

X n  n



 (6)

(3)模式 3



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

5 . 1 ( [ 0.3165 )

5 . 1

( _{0.5966 2}

2

0.8188 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( )[

0336 . 0

( 2

. 1 .

t X t X n  n



 (7)

(4)模式 4



() ()



)]

( ) ( [

)]

0 . 2 ( [ 0.1054 ) 0 . 2

( _{0.5115 2}

2

1.0159 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( )[

0273 . 0

( 2

. 1 .

t X t

Xn  n



 (8)

2.整合第五代 GM 模式與兩車車間距關係 (1)模式 1



() ()



)]

( ) ( [

)]

5 . 0 ( [ 2.0139 )

5 . 0

( _{0.9668 2}

2

0.7515 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( [ 0002 .

0 X_n1 t X_n2 t

 (9)

(2)模式 2



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

0 . 1 ( [ 0.49819 )

0 . 1

( ₂

0.8628 2

1.0399 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( [ 00035 .

0 X_n1 t X_n2 t

 (10)

(3)模式 3



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

5 . 1 ( [ 0.3156 )

5 . 1

( _{0.7500 2}

2

1.0052 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( [ 0003 .

0 X_n1 t X_n2 t

 (11)

(4)模式 4



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

0 . 2 ( [ 0.0800 )

0 . 2

( _{0.6334 2}

2

1.2480 2

2 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 





 

   





)]

( )

( [ 0004 .

0 X t X t

 (12)

5.3

大客車跟車心理－物理行為門檻模式 之建立

根據所擷取的樣本資料，可進行靜止車 間距離(SX)、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)等各門檻方程式之參數校估。本研 究根據最小的靜止車間距離(SX)、最小的最 小 跟 車 間 距 (BX) 及 最 小 的 跟 車 上 限 門 檻 (SDX)所推估而得的行為門檻模式，如圖 6 所 示 ； 另 外 又根 據 最大 的 靜 止 車 間距 離 (SX)、最大的最小跟車間距(BX)及最大的跟 車上限門檻(SDX)所推估而得的行為門檻模 式，如圖 7 所示。

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-2.50 -1.50 -0.50 0.50 1.50 2.50 3.50

速差(公尺/秒) 兩車間距(公尺)

資料來源：[4]

圖 6 跟車間距上限值為 30.95 公尺的行為門 檻模式估計值

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00 200.00

-4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

速差(公尺/秒) 兩車間距(公尺)

資料來源：[4]

圖 7 跟車間距上限值為 90.7 公尺的行為門 檻模式估計值

5.4

大客車變換車道模式之建立

本研究應用多元迴歸模式建立選擇性 變換車道安全間距模式，模式建構過程以鄰 車道間距（即鄰車道之前車車尾與鄰車道後 車車頭之空間間距，G ）或鄰後車間距(即_nl 本車車尾與鄰車道後車車頭之空間間距)為 依變數及考量常態和 lognormal 兩種分配，

建立四種模式進行探討，並以逐步迴歸方式 選取自變數。經由模式線性關係、齊ㄧ性變 異(Homoscedasticity)、殘差呈常態分配且互 為獨立的檢定，選取最佳模式如式(13)所 示。其結果顯示大客車選擇性變換車道所需 間距大小，受大客車於啟動變換車道方向燈 時的速度（V ）_s ，和當時與鄰車道前車空間 間 距 （G_nl,lead ） 及 鄰 車 道 後 車 空 間 間 距

（G_nl,lag）的影響，且積極型駕駛（即

s1

B 值 為 1）所需之變換車道間距小於保守型駕駛。

lnG =2.7736+0.004_nl V +0.0119_s G_nl,lead+0.012

2G_nl,lag-0.0487

s1

B (13)

5.5

整合心理-物理行為門檻與刺激-反應 行為之大客車跟車模式建立

依據大客車心理-物理行為門檻模式中 各行為門檻之特性，最小跟車間距(BX)、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)四個門 檻公式所圍成的範圍即為跟車區間。本研究 進一步探討大客車駕駛於跟車區間內之刺 激-反應行為。經擷取資料及參數校估處理 後，可得諸項參數如表3，以及相對應之方 程式如下：

表 3 不同延遲時間所得之參數組合表

延遲時 間(t)

樣本

數 ^{l ,m} m _l R²

0.5 343 0.26 0.60 0.33 0.54 1 190 0.76 0.24 0.31 0.66 1.5 125 0.59 0.20 0.25 0.68 積極性駕

駛者跟車 區間之刺 激-反應

方程式

參數 2 73 0.05 1.42 0.69 0.52

延遲時 間

樣本

數 ^{l ,m} m _l R²

0.5 519 1.25 0.40 0.66 0.53 1 319 2.76 0.06 0.62 0.54 1.5 229 27.13 -0.06 1.06 0.61 保守性駕

駛者跟車 區間之刺 激-反應

方程式

參數 2 167 8.00 0.20 0.96 0.56

1.積極駕駛者跟車區間之刺激-反應方程式 (1)模式 1



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

5 . 0 ( [ ) 0.26 5 . 0

( _{0.33 1}

1 0.60 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   





………(14) (2)模式 2



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

1 ( [ ) 0.76 1

( _{0.31 1}

1 0.24 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   





………(15)

(3)模式 3



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

5 . 1 ( [ ) 0.59 5 . 1

( _{0.25 1}

1 0.20 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   





..………..(16) (4)模式 4



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

2 ( [ ) 0.05 2

( ₁

0.69 1

1.42 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   





………..…..(17) 2.保守駕駛者跟車區間之刺激-反應方程式

(1)模式 1



^{( ) ( )}



)]

( ) ( [

)]

5 . 0 ( [ ) 1.25 5 . 0

( _{0.66 1}

1 0.40 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 



  



 

   





………(18) (2)模式 2



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

1 ( [ ) 2.76 1

( _{0.62 1}

1 0.06 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 



 

   





...……….(19) (3)模式 3



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

5 . 1 ( [ 27.13 ) 5 . 1

( ₁

1.06 1

-0.06 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 



 

   





………(20) (4)模式 4



^{() ()}



)]

( ) ( [

)]

2 ( [ ) 8.00 2

( _{0.96 1}

1 0.20 1

1 X t X t

t X t X

t t X

X _{n n}

n n

n

n 





 



 

   





………(21)

六、大客車縱向防撞警示法則建立

本研究回顧整理國內、外 13 個綜向防 撞警示法則[7]得知，目前所發展的縱向防撞 警示法則，大多以車輛運動學的碰撞關係為 主，所發展的法則或公式仍有必要繼續加強 在人因工程方面的研究，尤其交通狀況為 人、車、路(環境)三者相互作用的結果，因 此不同道路環境下，駕駛者對車輛及警示系 統的反應與行為，往往是決定防撞警示系統 成敗的關鍵。後車駕駛者之感知反應時間、

煞車減速率、兩車停止後之靜止車間距離 等，正是與駕駛者行為特性直接相關的參 數，也是縱向防撞警示系統的重要輸入參 數。鑒於過去縱向防撞警示演算法則之感知 反應時間、煞車減速率與靜止車間距離等影 響參數均是以固定值代入，而事實上不同的 駕駛者與不同的駕駛狀況，均會導致不同的

參數反應，其警示距離也有所不同，有時甚 至會相差數百公尺以上[7]。因此建立適當的 參數範圍，乃至演算法則，使其符合真正的 駕駛反應行為，確實為現況縱向防撞警示系 統發展的重要課題。

從實驗資料擷取煞車反應時之後車駕 駛者感知反應時間、煞車減速率及靜止間 距，其中感知反應時間定義為「前車煞車燈 亮起至受測者腳踩煞車器之時間段」，由實 驗可知感知反應時間介於 0.72 秒~4.84 秒；

煞車減速率定義為「開始踩煞車時點到煞車 停止時點的速率變化/時間段」，由實驗可知 煞車減速率介於-0.15g ~-0.74g( -1.47 公尺/

秒²~ -7.25 公尺/秒²)；靜止車間距離定義為

「兩車停止時的兩車間隔距離」，由實驗可 知靜止車間距離介於 11.74~149.33 公尺。基 於駕駛模擬器之誤差與部分實驗者實驗偏 誤之影響，本研究在感知反應時間部分，將 最大值 4.84 秒去除，保留次高的 3.23 秒，

因此感知反應時間的範圍為 0.72 秒至 3.23 秒；煞車減速率部分，則維持原實驗範圍 -1.47 公尺/秒²至 -7.25 公尺/秒²；至於靜止 間距，則因實驗所得之數值過於偏高，因此 另以相關研究[13, 14]提出的 2 公尺至實驗 所得之最小值 11.74 公尺約為 12 公尺為範 圍，此乃由於靜止間距大於 0，則駕駛者不 會發生碰撞，故本研究以實驗所得之最小靜 止間距為最大值範圍，仍具有一定程度之安 全性，也不會因實驗數值過大造成警示距離 過於保守。透過警示距離公式[9]之分析與參 數模糊化，建立參數的安全隸屬度函數，並 經模糊警示距離公式之解模糊化，建立 27 種安全等級之警示距離公式，如表 4 所示。

在應用上，本法則係由駕駛者自行選定適合 的參數安全度層級，並透過三參數不同安全 隸屬度組合之縱向防撞警示通式與相關應 用法則警示駕駛者。主要法則如下[9]：

1.前車之速率、減速率、後車速率利用偵測 推算而得。

2.前、後車實際間距利用偵測推算而得。

3.以 0.3 秒為車輛警示雷達偵測取得變數資

料之時間間隔。

4.若有連續兩次的兩車實際間距小於等於 所計算之警示距離，則給予駕駛者警示。

5.當給予駕駛者警示而駕駛者無反應時，可 透過系統回饋機制來修正警示距離公式。

6.警示聲響原則上持續 1 秒鐘，1 秒後聲響 轉為小聲。

7.就高速公路之應用而言，配合高速公路最 低速限，當時速小於 60 公里/小時，即不 提供警示。

8.後車處於煞車狀態，不提供警示。

前述之回饋機制，乃是當警示駕駛者而 駕駛者未有反應動作時，即可透過回饋機制 修正警示公式。假設駕駛者選取三參數均為 高安全，當駕駛者未反應時則選取安全性較 低之警示距離公式。

七、大客車實車測試及應用

在實車測試與縱向防撞警示系統開發 應用部分，本研究與國立交通大學電機與控 制工程學系吳炳飛教授、和欣客運股份有限 公司(簡稱和欣客運)合作，開發系統整合雛 型，並進行國道客運大客車之安裝測試，主 要內容說明如後。

7.1

實車測試之硬體配置

本研究以和欣客運之大客車為測試實 車，受測者即為和欣客運之國道大客車司 機。實驗主要目的為整合相關軟、硬設備，

開發縱向防撞警示系統於大客車上，觀察大 客車駕駛者在提供警示訊息的狀況下，是否 會因而改善本身的駕駛行為。本研究於大客 車上所裝設之訊號擷取與訊號發射設備，主 要包括都普勒雷達(圖 8)、攝影機(圖 9)、DSP 數位訊號處理器(圖 10)、四分割器(圖 11)、

NI 電壓訊號擷取盒(圖 12)與結合這些設備 並提供警示訊息予大客車司機的主控電腦。