主動式發光防撞條之研發

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大華科技大學

機電工程研究所

碩士論文

主動式發光防撞條之研發

The Research and Development of Active

Light Emitting Protector

研究生：謝昆修

指導教授：杜鳳棋博士

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主動式發光防撞條之研發

The Research and Development of Active

Light Emitting Protector

研究生: 謝昆修 Student: Kun-Hsiu Hsieh

指導教授: 杜鳳棋博士 Advisor: Dr. Feng-Chyi Duh

大華科技大學機電工程研究所

碩士論文

A Thesis

Department of Mechatronic Engineering Ta Hwa University of Science and Technology

In partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of

Master of Science In

Mechatronic Engineering July 2014

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摘要

本論文創作係為一種「主動式發光防撞條」的研發，可固定設置在汽車或機車之外部，其係設有一條防撞條本體、一條軟燈條、一個感測單元及一片軟性太陽能板。軟燈條與防撞條本體結合之形體，可充分配合車輛任何處之彎曲弧度緊密的貼合，並利用黏著劑黏固於車輛預定之位置上。感測單元包括光感測元件與振動感測元件，光感測元件可隨著外界環境感應亮度來控制軟燈條開啟及關閉；振動感測元件可感應到車輛振動的狀態來控制軟燈條開啟及關閉。當該車輛處於靜止狀態且在天色昏暗的情況下，軟燈條會主動產生閃光，藉以達到警示的功能。關鍵詞：軟燈條、光感測元件、振動感測元件、防撞條。

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Abstract

The essay is regarding the study on the development of “Active luminous bumper strips”, which consists of a bumper strip, a flexible LED strip, a

light-sensing element and a flexible solar panel, that can be installed or fixed outside of the vehicle.

The shape of flexible LED strip and bumper strip can be fully adhering to any vehicle based on its shape and curve on the positions planned.

The sensor unit includes the light-sensing element and vibration sensing element. The light sensing element can sense the brightness of external

environment to control the flexible LED strip turning on and off. The vibration sensing element can sense the state of vehicle vibration to control flexible LED trip turning on and off. When the vehicle is stationary and in the dim light

environment, the flexible LED strip will automatically turn on/flash reaching the alert mode.

Key Words： Flexible LED Strip、Light-sensing element、 Vibration sensing elements、Bumper strips

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致謝本研究能完稿付梓，除感謝本校機電工程研究所之所有教授及老師諄諄教導，亦感謝林正元學長的勉勵與協助，對於論文及課業之完成受益匪淺，永誌不忘。感謝台達電子工業股份有限公司的長官與同事，由於大家的支持與包容，讓我在學業與工作皆能兼顧，終究還是獲得碩士學位。最後，我要藉此向我的家人表達崇高謝忱之意，沒有他們的鼓舞與支持就不會有今天的成果，感恩與感謝盡在不言中。謝昆修謹誌

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頁數摘要 III ABSTRACT IV 致謝 V 目錄 VI 圖表目錄 VII 第一章導論 01 第二章背景 08 第 2.1 節研究緣起 09 第 2.2 節研究目標 14 第 2.3 節研究評估 17 第三章研究方法 29 第 3.1 節研究創新 30 第 3.2 節研究內容 35 第 3.3 節研究步驟 38 第四章結果與討論 47 第五章結論 53 參考文獻 56

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圖表目錄

頁數圖 1.1 雪佛蘭 ASTRO 廂型車 07 圖 1.2 本田 S2000 轎跑車 07 圖 1.3 福特 FOCUS 轎跑車 07 圖 2.1 汽車配備範圍廣闊的各種感測器 20 圖 2.2 汽車雙可視雷達安全系統 20 圖 2.3 ABS 防鎖死煞車系統 21 圖 2.4 車輛穩定控制系統 21 圖 2.5 車輛穩定控制系統 22 圖 2.6 高剛性的籠型車體 22 圖 2.7 全息投影在汽車的運用 23 圖 2.8 抬頭顯示器在汽車的運用 23 圖 2.9 汽車的全速域智慧定速巡航 24 圖 2.10 汽車的車距控制輔助系統 24 圖 2.11 汽車的盲點側撞預防系統 25 圖 2.12 汽車的車道偏移預防系統 25 圖 2.13 停車規定示意圖 26 圖 2.14 汽車市場中普遍採用過的價值主張 26

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頁數圖 2.15 稀缺性創造了市場需求 27 圖 2.16 自由發想的軟實力 27 圖 2.17 產品核心競爭力之來源 28 圖 2.18 可行性分析圖 28 圖 3.1 防撞條之運用 41 圖 3.2 LED 軟燈條 41 圖 3.3 軟性太陽能板 42 圖 3.4 本創作之使用示意圖 42 圖 3.5 本創作之組合平面圖 43 圖 3.6 光敏電阻外觀圖 43 圖 3.7 光敏電阻外觀圖 44 圖 3.8 創作之控制方塊圖 44 圖 3.9 本論文進行步驟 45 圖 4.1 本論文創作之電路圖 50 圖 4.2 本論文創作之控制方塊圖 51 圖 4.3 實體右視照片 51 圖 4.4 實體正視照片 52 圖 4.5 本體設計尺寸圖 (a) 盒身、(b)盒蓋 52 表 3.1 本創作之元件符號表 40

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據美國汽車保險業資助的高速公路安全保險協會(Insurance Institute for Highway Safety, IIHS)發佈的行車資料調查報告指出，目前的汽車正變得越來越安全，因為在 2002∼2005 年間，每 100 萬輛轎車和休旅車的駕駛人車禍死亡人數是 79 人，但是在 1990∼1994 年間，這個數字卻是高達 110 人！ IIHS 研究副總監麥卡特(Anne T. McCartt)女士表示，因為死亡車禍數據的下降幅度近 30%變化，從總體來看是令人振奮的（Yahoo!奇摩汽車 Press L， 2008）。這項進步的大功臣，正是汽車的安全系統越來越受到重視，各種安全輔助設備確實讓汽車變得更鞏固。不過現況其實是配備越高檔的汽車，安全指數往往越高，而廣獲環保人士推崇的省油小車，其成績卻似乎不佳。究竟該如何兼顧一部車的安全與經濟表現，儼然已經成為車廠面臨的一大難題。汽車駕駛人或許沒有辦法快速變得聰明，但是汽車本身卻可以逐步的強化安全系統，降低車禍中的死亡率！確切的說，也就是指駕駛一部擁有安全系統系統的高級車款，這是從 IIHS 的專家們對造成死亡車禍資料的研究中得出的結論。在美國要想知道一位車主過去的駕駛紀錄，詢問他的保險公司絕對沒錯！因為汽車保險公司詳細記載了保險人在保險期間的意外及出險記錄，之後也會根據此紀錄（並比對所有保險人的事故發生率）精算出下一年度的保費。IIHS 是美國保險業中負責車輛安全方面的調查機構，該協會剛公佈的駕

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來說結果並不太樂觀，但是卻也對那些鼓勵美國消費者購買省油小車的環保人士提出了警告。從車禍傷亡數字的下滑，除了歸功於政府交通安全宣導與駕駛人開車素養提高之外，車輛安全系統的提升，其實也起了更重要的作用。目前仍有很多人酒後駕駛，且幾乎每個人駕車過快，甚至還有大約 20%的人仍然不願使用安全帶。但是新車型尤其是豪華車型，卻是變得愈發「經得起撞擊」，因此人們不得不承認一些安全科技確實讓人刮目相看。科技的改變不止是增加了包括側邊在內的氣囊數量，各種電子裝備在降低車輛肇事事故的死亡率中，更是起了相當大作用！IIHS 表示，這款車配備的電子動態穩定系統(Electric Stability Control, ESC)主要可監測車輛行駛情況，並自動介入煞車以避免側滑。美國國家公路交通安全局(National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA)規定，所有汽車都必須在 2012 年前將電子車身穩定系統 (Electronic Stability Program, ESP)列入標準配備，但是其實有不少車廠的動作更快。整合了防鎖死煞車系統 (Anti-lock Braking System, ABS)、電子剎車力分配系統(Electronic Brake-Force Distribution, EBD)、電子防滑差速系統(Electronic Differential Lock, EDL)、加速防滑系統(Acceleration Slip Regulation, ASR)等系統的 ESC，則是讓車主只要專注於行車，其他大可讓電腦來應付各種突發狀況。

IIHS 的統計數據中，在安全性表現最糟糕者往往不乏老舊的車型，IIHS 的麥卡特女士繼續說：「美國車廠沒有及時進行改良，新設計的車型在我們

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的撞擊測試中往往表現更好，也配置上更多安全配備」。不過其中也有一個例外，雪佛蘭(CHEVROLET) 有一款 ASTRO 廂型車可稱為「最安全車輛」的老車型（如圖 1.1），其每 100 萬輛的車禍死亡人數僅為 7 人。但是在美國二手市場要買一輛之前，可要記得 ASTRO 廂型車的主要消費者乃是貨車的專業駕駛人！要提升小型車安全性的難度有多高？可從本田(HONDA)車廠花費的心血看出。締造了傲視業界對手的安全，HONDA 的成功絕非偶然。2004 年 HONDA 在美國印第安那州格林斯堡(Greensburg, Indiana)建立了撞擊測試中心，這是該廠在全球日本櫪木(Tochigi)縣以外的第二個室內撞擊實驗室。少有人知的是， HONDA 其實是第一個自己擁有撞擊測試中心的品牌。HONDA 工程副總監帕盧赫(Frank Paluch)表示，他們平均每週「撞車」一次，對這裡的工作人員來說，每一次實驗都像是經歷一次迷你型的地震。不眠不休的撞擊實驗成果也創造出先進相容性工程(Advanced Compatibility Engineering, ACE)之「ACE 車身結構」，這個結構目前已運用在 S2000（如圖 1.2）以外的所有 HONDA 車款。 ACE 車身結構的發展目的是盡可能分散正面衝撞的能量，以給予乘客更多保障。這對於小型車撞上較大車輛時可謂至關重要，因為 ACE 車身結構會將碰撞時產生的能量分散到整個底盤前端，而不僅只由保險桿承擔。在碰撞瞬間 ACE 車身結構向上產生褶皺，以防止大型車對它進行碾壓。HONDA 汽車總工程師湯瑪士(Chuck Thomas)言簡意賅的強調，當大車和小車發生撞擊

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時，兩車的動量(Momentum)差異是非常懸殊的！因此 ACE 車身結構想做到的是，小車和大車同時發生變形，而不是由大車來壓過小車。

除了 ACE 車身結構，HONDA 在過去還研發了 G 力控制技術(G-Force Control Technology, G-CON)，這項核心安全技術也導入至 HONDA 所有產品上。這是當碰撞發生時，可對乘客、行人及車輛的衝擊力（G 值）進行控制，從而達到降低對乘客及路人的傷害。G-CON 安全技術是一項提升汽車與保障車內乘員的安全，同時兼顧行人安全的先進技術，因此結合了車身碰撞技術、氣囊技術和行人保護等相關子領域。HONDA 的湯瑪士承認：「除了製造坦克以外，要透過被動安全來保護駕駛人和乘客的安全，HONDA 與其他汽車製造商幾乎已達極限，因為要設計一輛能在您撞上大型拖車時都毫髮無傷的車輛十分困難！」但是在一般情況下，例如在城市街道發生的車禍，他和旗下工程師將全力保護車內乘客的安全。有鑑於青少年車禍的主要因素是超速，尤其是駕駛新手，相信設法矯正超速行為將有助於加強行車安全。然而福特(FORD)汽車公司在 2010 年率先在 FOCUS（如圖 1.3）採用 MyKey 系統，除了具有限制車速的功能，還會不停提醒駕駛人繫上安全帶、也會降低立體音響的聲量。FORD 發言人何蘭德 (Christine Hollander)指出，MyKey 系統可將最高時速設定在 130 公里以下，父母還可以安排在時速達到 72、88、106 公里時，提醒駕駛人應該減速。該系統的另一功能是，早期警告油箱存量有限，免得年輕人誤事。此外，研究指

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出時速 88 公里比 105 公里可節省 15%燃油，所以 MyKey 系統要用聲音提示車速（星島日報，2008）。

目前，各項安全法規向來比歐美先進國家慢一大步的台灣，總算在 2005 年於彰濱工業區的車測中心(Automotive Research & Testing Center, ARTC)成立第一座實車撞擊實驗室(Crash Test Lab)。我們可以確定的是，只要隨著汽車工程師不斷努力，我們的下一代汽車肯定會比這一代棄車更加安全。雖然追求安全的路還必須持續地走，不過在這十幾年歲月來，汽車對於安全訴求與科技進步也的確成長了許多。

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圖 1.1 雪佛蘭 ASTRO 廂型車

圖 1.2 本田 S2000 轎跑車

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第 2.1 節研究緣起

汽車是滿足人類「行」的需求不可或缺的交通工具，汽車已融入現代人的生活中。然而從汽車發明以來，車禍也伴隨而來，成為人類揮之不去的夢魘；當汽車的性能越來越好、速度越來越快，車禍所帶來的風險，使人們所付出慘痛的代價就越來越高。為了讓安全獲得提升，讓生命獲得保障，安全設計已成為現代化汽車最重要的環節，安全配備在汽車成本所佔有的比重似乎會越來越重！安全應該是凌駕選購汽車所有條件的最高原則，只可惜時下許多車廠為了創造出更好的賣相，或許雕琢了華麗造型線條、裝置了豪華影音系統，並且也針對性能表現不斷加強，但是在此同時，卻也因為製造成本不斷提升、製程日益繁複等因素，而在看不見的車體安全性部份減少了工夫。汽車未來新一代的汽車，將配備範圍廣闊的各種感測器，使它們能夠“看見”前方的路況，如圖 2.1 所示。汽車正在學習如何看見並識別它們的週遭環境，例如能識別運動方向上障礙物的前視雷達(Forward-looking Radar)，或是做為停車輔助的後視紅外線感測器(Rear-view Infrared Sensor)都已成為現實，如圖 2.2 所示。儘管這些附加電子裝置的整合提升了相當程度的安全性，但也可能產生安全問題，例如：由於視訊攝影機、視訊處理和外接導航系統大部份都是以消費性技術為基礎，福斯汽車(VOLKSWAGON)的研究人員米契爾斯 (Karsten Michels)所擔心的事情，就是來自擔任福斯中央電子研究實驗室經理

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的司派克斯(Will Specks)主導之研究專案（電子工程專輯，2007）。從攝影機與導航系統傳來的資料流會導入汽車內部處理架構，因此肯定會引發潛在的種種安全性威脅。為防範汽車或行人的安全受到威脅，有越來越多的安全配備已建置在汽車上，透過機械或電子操控介入駕駛者的動作，迅速恢復駕駛者對於汽車的正常操作。這些安全配備若在汽車失控前便開始作動者，稱為主動安全裝置 (Active Safety Device)，常見的防鎖死煞車系統(Anti-lock Braking System, ABS)、車輛穩定控制(Vehicle Stability Control, VSC)等輔助裝置即屬之，如圖 2.3 與圖 2.4 所示；若在汽車失控後才開始作動者，則稱為被動安全裝置(Passive Safety Device)，例如安全帶(Safety Belt)、氣囊(Air-bag，或稱 Supplementary Restraint System, SRS) （如圖 2.5）、籠型車體(Zone Body)（如圖 2.6）等均屬之。目前我們所駕駛的自小客車或休旅車即為籠型車體結構，也有人稱之為安全籠型車廂。這種概念最早源始於 1944 年，是將汽車車體與鳥籠構造聯想運用後所發展出來的汽車結構（TUV 中古車專業服務網，2007）。籠型車身結構的設計可分為兩大區域，「衝擊潰縮區」與「高強度座艙區」，籠型車體車身金屬鈑件呈彎曲狀並焊接成為車架，衝擊潰縮區即在車身遭遇碰撞時車身會像風琴般摺疊起來並吸收衝擊力、降低撞擊力，保護車上乘客的安全，另一方面高強度座艙區則可確保乘客擁有完整的生存空間。

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主動安全裝置與被動安全裝置均屬於汽車的輔助裝置，其實並不能確保乘員的絕對安全，僅能降低車禍意外發生的機率與降低傷害的程度。現代化的汽車工藝已臻完美，但車禍發生不見得是在高速行駛時才會發生，其實應該是說任何速度都不安全(Unsafe at Any Speed)；所以要避免車禍，應該要讓對向來車、後方來車、周遭行人及車內乘員都要提高警覺才是正本清源之道。真正行車安全的關鍵，主要在防範車禍發生於未然，消弭意外事故於無形，因此警示系統將是提供行車安全的重要利器。主動安全裝置與被動安全裝置的成本極為高昂，而且是無法看到、不能摸到的”東西”，所以淪為車商刻意忽略、購車者無知忽視的選擇性配備。當安全的需求受到成本和效益的操縱，任何安全標準終將變成合理或拒絕的理由。其實，駕駛者對於車用安全的需求提升，不但是刺激車用電子發展的另一項助力，也成為汽車製造廠商下一步追逐車用電子市場的商機。而除了上述配備與系統已廣泛的運用在汽車上，全息投影(Holographic Projection)（如圖 2.7）與抬頭顯示器(Head-up Display, HUD) （如圖 2.8）的發展也備受矚目。台灣廠商經過技術的提升後，將有機會在行車安全系統與裝備的市場中嶄露頭角。 2010 年在台北國際車展上，INFINITI 總代理裕隆日產首度揭示全新世代的 M 系列豪華房車，讓台灣消費者得以預先欣賞到未來房車的設計美學；在此同時，也讓我們對於精湛的安全性提升感到佩服，其中導入嶄新的「Safety Shield」行車安全整合系統，藉由整合多項電子輔助主動安全配備，將可大幅

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提升行車的主動安全性能（董星銳，2010）。Safety Shield 系統在主動安全防護上，主要整合：全速域智慧定速巡航(Intelligent Cruise Control, ICC) （黃偉哲，2003）（如圖 2.9）、車距控制輔助系統(Distance Control Assist, DCA)（Kerr, 2008）（如圖 2.10）、盲點側撞預防系統(Blind Sport Intervention, BSI) （Bruce, 2009）（如圖 2.11）、車道偏移預防系統(Lane Departure Prevention, LDP)（車訊網，2007）（如圖 2.12）…等多項電子輔助裝置。有別於一般同級車在主動安全上，僅做到警示、防範的效果；INFINITI 表示，Safety Shield 系統除了在事故風險出現前便警示駕駛之外，更可達到協助避免事故發生的成效。

自 1960~2002 以來，美國汽車安全領先的地位已逐漸的趨緩，每千輛汽車的死亡事故改善百分比，美國為第 16 名；每 1 億英哩的死亡事故數，美國由第 1 名掉到第 10 名（維基百科，2012）。除了加拿大之外，所有國家為了達到更安全的目的，會要求或允許車輛設計符合歐洲經濟委員會(Economic Commission for Europe, ECE)規章，而不是僅接受美國的監管規章。在社會大眾對車輛安全性要求的壓力逐漸升高，汽車製造商在面臨來自美國、歐洲、日本…等越來越嚴苛的安全規範限制下，任何有助於提升行車安全的裝備，其實都是值得去開發的。行車安全(Driving Safety)除了駕駛人具有正確的安全駕駛觀念並切實執行外，車體所提供給乘客的被動式安全防護，亦是雙重確保行車安全的重要因素。一般人在買車時所能想到的汽車安全配備，不外乎是安全帶或安全氣

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囊，頂多再關切車子的鋼板厚度。其實選擇一輛安全的好車，殊不知在被動安全裝置中，其他的安全配備也能扮演一個相當重要的角色。通常安全應包括「行車安全」與「停車安全」；行車安全通常是較為引起關注的問題，然而停車安全卻是保障用路人安全的要因。有鑑於此，本論文擬提出提升車輛安全性輔助元件－主動式發光防撞條之研發，將可有效的提供對向來車、後方來車、周遭行人及車內乘員不同的警示效果，藉以達到保護生命 (Save Lives) 、防止傷害 (Prevent Injuries) 、減少車輛撞擊 (Vehicle-related Crashes)的目標。

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第 2.2 節研究目標

曾有新聞報導（黃豐鑑，2008）：一位高雄市民大白天將貨車停在路邊合法停車格內，不料因該路段有捷運施工，路燈不亮，隔天凌晨酒駕機車騎士撞上貨車而導致身亡，貨車駕駛因而被警方依過失致死罪函送，而檢方委託的高市交通局車輛行車事故鑑定委員會鑑定，貨車沒顯示閃爍停車燈光和反光標識，車主須負次要肇事責任。另有一則撼動社會的新聞報導（唐嘉邦，2011）：新北市女消防隊員賴文莉昨天凌晨忙著救護車禍傷患，突遭酒駕工人開車撞擊，送醫時左小腿因傷勢過重而截肢。涉嫌肇事的男子酒駕肇事（酒測值高達 0.65）是主因之外，由於事發當時是凌晨 1 時許，事發地點位在重新橋上，視線不佳且救護車被質疑沒閃燈，這些可能是鑄成憾事的癥結。為了確保停車安全，首要的做法當然是遵守停車規定（交通部道安會， 2008），配合圖 2.13 的說明，我們將停車規定的內容敘明如下：一、停車時應依行車方向緊靠道路右側，但單行道應緊靠路邊停車。二、停車時，右側前後輪胎外側距離緣石或路面邊緣不得超過 40 公分；臨時停車時，不得超過 60 公分，但大型車不得超過 1 公尺。在單行道左側停車或臨時停車時，比照辦理。三、禁止臨時停車規定：

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1. 橋樑、隧道、圓環、障礙物對面、鐵路平交道、人行道、行人穿越道、快車道等處，不得臨時停車。 2. 交岔路口、公共汽車招呼站 10 公尺內、或消防車出、入口 5 公尺內不得臨時停車。 3. 設有禁止臨時停車標誌、標線之處所不得停車。 4. 不得併排臨時停車。 5. 彎道、陡坡、狹路、槽化線、交通島或道路修理地段不得停車。 6. 機場、車站、碼頭、學校、娛樂、展覽、競技、市場、或其他公共場所出、入口或消防栓之前不得停車。 7. 身心障礙停車位不得違規停車。四、禁止停車規定：禁止臨時停車處所或設有禁止停車標誌、標線之處所不得停車。五、故障車輛臨時停車應注意事項： 1. 打開閃光警示燈，在安全的情況下，盡可能將車輛移離道路，避免與其他車輛發生碰撞。 2. 如果無法將故障車輛移離路面，請將該車輛停放在不妨礙交通，而且來往車輛都能看到的地方。故障車輛在未置前或移置後均應豎立車輛故障標誌。 3. 為提供其他駕駛人足夠的警示，車輛故障標誌應依下列規定設置：行車時速 40 公里之路段，應豎立在車身後方 5~30 公尺的路面上。在行車時

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速超過 40 公里的路段，應豎立在車身後方 30~100 公尺的路面上。交通擁擠路段，應懸掛於車身後部。車前適當位置得視需要設置，車輛駛離現場時，應即拆除。

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第 2.3 節研究評估

本論文致力於「主動式發光防撞條」之研發，將可有效的提升停車安全性。而在本節我們將先評估本創作之競爭力，以做為爾後推動商品化的利基。所謂競爭力(Competitiveness)是指在競爭性市場條件下，企業通過培育自身資源和能力，獲取外部資源並綜合加以利用，在為顧客創造價值的基礎上，實現自身價值的綜合性能力。我們在不斷的追求創新、崇尚創意的研發理念下，透過價值性(Valuability)、稀有性(Scarcity)、不可替代性(Nonsubstitutability)及難以模仿性(In-imitability)等四個判斷標準（MBA 智庫百科，2012），我們將對本論文進行競爭力分析(Competence Analysis)；根據競爭力分析的結果，我們也希望能提出具體、可行的發展策略。透過以下的幾項判斷標準（MBA 智庫百科，2012），我們對於本論文所做的競爭力分析(Competence Analysis)，茲說明如後：  價值性(Valuability)：本論文將許多電子裝置與感測器的整合，充分的提升了行車的安全性，使周遭的來車與行人在天色昏暗時能夠“看見”我們的車子已在您附近，同時也要提醒車內乘員應注意的安全措施。針對汽車配備價值性的問題，我們參考程文兵（2011）分析汽車市場中普遍採用過的價值性主張，將其歸納為 18 個面向，並依靠感性/理性價值、節制主義/享樂主義等二維空間將其劃分為三個區間，如圖 2.14 所示。在該圖中，左側區間的價值主張屬於基本價值區域，是注重性價比的市場所

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關注的內容；右下角是傳統豪華的價值區域，一般意義上的中高端産品通常會在這裡佈置賣點；右上角是個性化的價值區域，倡導個性、時尚、刺激樂趣的中高端産品通常會關注此區域。據此，本創作將不是單純附著在車體的發光條，而是具有自主保護行人與來車的安全裝置。  稀缺性(Scarcity)：人類對於行車安全的要求是無止境的，然而在汽車製造成本與安全配備的相對有限性情況下，我們將以最符合經濟原則的前提下，開發出目前尚未有相關產品的行車安全裝置。人類有一種心理效應，對稀有的事物會更重視，而這些事物在我們眼中的價值亦會更高，所以中國人有句話是「物以稀為貴」的道理是相通的，如同圖 2.15 中廣告所呈現的意涵透露，稀缺性乃是開創市場需求的必要條件。因此，本創作將不只是簡單的發光條，而是具有感測元件與電子組件的安全裝置。  不可替代性(Non-substitutability)：依據現代化汽車發展為後盾，具備電子技術的開發為基礎，以便在短時間內具有不可替代性的條件。任何商品所應具備不可取代的競爭力，主要的關鍵就是在於吸引消費者的「梗」，這些設計多是本論文創作利用「軟實力」自由發想的核心，如圖圖 2.16 所示。  難以模仿性(In-imitability)：感測元件與電子組件的關鍵技術，攸關本論文的成敗，也涉及作品性能的良窳；如何能做到讓其他業者看到、模到也無

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法複製，這正是本研究未來研發策略的一環。因此本論文的研發必須具備產品核心競爭力，如圖 2.17 所示。本論文的可行性分析(Feasibility Analysis)可從四個面向予以探討，各面向間均有互相影響的關聯性，如圖 2.18 所示；其中四個面向包括：時間、技術、使用及經濟。四個面向所考慮的要素，臚列如後：  時間：商品化時程與產品生命週期評估。  技術：專利佈局與分析、技術前瞻創新性。  使用：操作便捷性。  經濟：投資成本與效益評估。

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圖 2.1 汽車配備範圍廣闊的各種感測器

（Wilson，2012）

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圖 2.3 ABS 防鎖死煞車系統（Wang，2010）

圖 2.4 車輛穩定控制系統（豐田汽車，2012）

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圖 2.5 車輛穩定控制系統（陳海龍，2012）

圖 2.6 高剛性的籠型車體（TUV 中古車專業服務網，2007）

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圖 2.7 全息投影在汽車的運用（電子工程世界，2011）

圖 2.8 抬頭顯示器在汽車的運用（網易汽車，2012）

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圖 2.9 汽車的全速域智慧定速巡航（林維政，2011）

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（車訊網，2010a）

圖 2.11 汽車的盲點側撞預防系統

圖 2.12 汽車的車道偏移預防系統（車訊網，2010b）

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圖 2.13 停車規定示意圖

（交通部道安會，2008）

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圖 2.15 稀缺性創造了市場需求（Scarcity Samurai Review，2013）

圖 2.16 自由發想的軟實力（廖和信，2012）

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圖 2.17 產品核心競爭力之來源（廖和信，2012）

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第 3.1 節研究創新

由於台灣地窄人稠，馬路停放車輛已習以為常，路邊停車更是合法的壓縮行車空間，因此擦撞事件層出不窮。為避免停車時發生被擦撞之糾紛，目前已有市售之車身護條(Side Protector)與防撞護墊(Bumper Pad)等商品問世，然而在光線不足的環境中，這些保護車輛之安全配備的功能都會大打折扣。防撞器(Protector)是一種維護車輛安全的產品，通常都是使用於汽車保險桿轉彎處或車身，如圖 3.1 所示，用以防止汽車保險桿被刮傷或撞傷；亦可在擦撞其他車輛或物體時，降低擦傷的可能性。當汽車停車時，除依規定應依車輛順行方向緊靠道路右側，在單行道則應緊靠路邊停車。其右側前後輪胎外側距離緣石或路面邊緣不得逾一定距離（臨時停車為 60 公分；平常停車為 40 公分），但大型車不得逾 1 公尺，在單行道左側臨時停車時，比照辦理。車輛在臨檢停放於路邊均須打方向燈（警示燈）以提醒行車或路人；然而在長時間停車時都會切斷電源，因此不再有警示訊號，所能憑藉的安全配備只有反光標識，對於車輛停放與行車的安全性將是極大的危害。為使車輛停放於路邊時，對於車輛本身與往來行車都能提升安全性，本論文提出一種「主動式發光防撞條」，可固定設置或臨時加掛在車輛外部。本創作係能主動偵測天色與車輛振動，主要包括：防撞條本體、軟燈條(Flexible

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圖 3.3）等四個部分。其中具有軟性材質之軟燈條，依不同設計佈列複數發光二極體(Light Emitting Diode, LED)，並外接於光感測元件與電能供應單元，而於該軟燈條正面包覆一透明的防撞條本體，結合形成一體，使軟燈條密封於透明防撞條本體內部。利用感測單元之光感測元件(Light Sensor)與振動感測元件(Shock Sensor)，透過控制元件的運用，可隨著外界環境感應亮度與車輛本身的感應振動，藉以控制軟燈條開啟及關閉。電能供應主要仰賴一片軟性太陽能板，用以吸收太陽日照光能轉化為電能，並利用電能儲存元件儲存轉化之電能，透過切換的動作把電能從輸入端轉送至電源供應電路的輸出端，藉以供應軟燈條與感測單元所需之電能。德國是一個極端重視智慧財產權的國家，就像台灣運動鞋廠商旅狐 (Travel Fox)，在2008年曾被愛迪達(Adidas)以「侵權」和「侵犯智慧財產權」的名義告遍世界各國，下場當然是讓人不忍卒睹。由於智慧財產權法制強烈的屬地主義，為統一各國智慧財產權之保護標準，使同一智慧創作與發明在各國享有相同標準之保護，國際間均努力透過協商與談判，務求建立大多數國家所能接受的國際智慧財產權法制，全球一體遵行，這也讓我們對智慧財產權格外的重視。透過經濟部智慧財產局的專利資料檢索結果，有關汽車保險桿防撞條的之已公告專利，較早期包括：  高文正（2003）所提的專利可任意增、減使用寬度之造形、圖案及色彩，且連結塊之使用數量可因應實施位置不同斟酌增、減者。

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 賀正中（2004）所提的專利係於條狀的本體內設置導電電極，並配設與導電電極連接之發光元件，且導電電極與電源連接，則發光元件可以在適當時機發光，以達到輔助警示之實用目的。  周俊雄（2004）所提的專利使車體可藉由外側固設之防撞條主體以減少擦撞受損；又當車體與其他物體接近時可藉由防撞條主體之測距裝置感測，並將感測訊號傳送至車內之接收警示裝置以輸出警示訊息，並可提醒駕駛人注意以具兼主動安全性。  王榮安（2005）所提的專利係將軟性電路板及透明PU鏡面樹脂層彎折成適當曲度，藉由軟性電路板背面之雙面膠或黏著劑貼附於車輛預定位置上固定。  李卿哲（2005）所提的專利係為玻璃纖維質料，外觀以烤漆完成，防護罩與保險桿大小、角孤度相符，長度可伸縮；可避免停留於隔鄰車輛車門開啟時，由於未保持安全間隔，而遭遇車門開啟板金碰撞而凹陷，外觀造成損壞。  嚴禾、黃肅文（2007）所提的專利係是將邊條上裝LED螢幕，而此LED螢幕可顯示字幕或圖形。  謝在枝（2008a）所提的專利係藉由發光單元之警示，可提醒並排之他車車主開啓車門時更加小心，即使車門仍不小心碰撞到本車，本車則仍受到護條之保護而不會刮傷。

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 陳天水（2008）所提的專利係設有一具可塑性與延展性，且斷面成L型的骨架，及在骨架的外圍包覆有具彈性之緩衝體，以及在骨架上設有若干個固定孔,而緩衝體相對於骨架之固定孔位置且設有凹孔所構成。本創作之防撞條不但可直接安裝在直線形牆角，亦可簡易、方便的安裝在各種具有不同圓弧造型的轉角，俾達到擴大使用範圍的效果。  謝在枝（2008b）所提的專利係一具有彈性之軟墊，且該護條本體之一面具有發光裝置，可結合保護車體、夜間警示、側面轉向指示及訊息傳達等諸多功效於一體。  陳天水（2009）所提的專利係在L形緩衝材的兩側分別內植一支撐件，並使相互配合恰形成一支撐骨架所構成。藉之,利用該兩支撐件係可以簡單的板材為之，不但在製作上具有簡易、方便、快速和經濟效果,尤其,其包覆於緩衝材的實施，更是具有簡易、方便和快速之效。  陳天水（2010）所提的專利係在軟性緩衝材料構成的防撞條周面以噴塗方式設有各種醒目的圖樣、花紋、線條、記號或顏色，俾防撞條具有構成單純，製作更為簡易、方便、快速且具經濟性、美觀性和富變化性效果。  王鴻進（2011）所提的專利係利用飾條主體凸設之緩衝部先行與其它車輛或壁面相碰觸，產生彈性緩衝的效果，據此避免產生更深程度的碰撞，造成車輛之車門等部位的損壞者。現行汽車保險桿的防撞條，大都為車主自行購買黑色塑膠片，並以工業用强力双面膠貼附；部分汽車製造商製造之防護條，為了保持整輛美觀增加

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銷售量，防撞條的設計都過窄，更無主動發光之功能。本創作係一種主動式發光防撞條，其主要目的在改進現有防撞條未具有主動發光之功能，尤其採用太陽能轉換電能以供應發光元件使用，又利用光感測元件使發光源在天色昏暗時會被啟動產生亮光，故符合研發要點。

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第 3.2 節研究內容

本創作包括有一防撞條本體、一軟燈條、一感測單元及一軟性太陽能板等四個部分。軟燈條為可撓性塑膠材質，外接於光感測元件與電能供應單元，依不同設計佈列複數 LED，該軟燈條正面包覆一透明的防撞條本體，結合形成一體，使軟燈條密封於透明防撞條本體內部。利用感測單元之光感測元件與振動感測元件，透過控制元件的運用，可感應外界環境的亮度與感測運行車輛的振動，藉以控制軟燈條開啟及關閉。電能供應主要仰賴一片軟性太陽能板，用以吸收太陽日照光能轉化為電能，並利用電能儲存元件儲存轉化之電能，透過切換的動作，將電能從輸入端轉送至電源供應電路的輸出端，藉以供應軟燈條與感測單元所需之電能。圖 3.4 係為本創作之使用示意圖，圖 3.5 則為本創作之組合平面圖；表 3.1 係為本創作之元件符號表。從外觀可看出，主要的元件包括有一個防撞條本體(1)、一組軟燈條(2)、一個感測單元(3)及一片軟性太陽能板(4)，其中該軟燈條正面包覆一個透明的防撞條本體，結合形成一體，使軟燈條密封於透明防撞條本體內部。軟燈條、感測單元及軟性太陽能板係利用撓性導線作電性連接。防撞條本體採用高強度透明塑膠材質製作而成，利用壓克力膠(Acrylic) 而能完全服貼的黏固在保險桿(Bumper)上，具有超韌、耐磨材質更可大幅提高磨擦係數(Friction Coefficient)，有效防止車輛因擦撞而造成保顯桿的烤漆脫落

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。高強度透明材質完全不會影響車輛整體美觀，任何顏色的車種皆適用，貼上後幾乎看不到"它"的存在，完全呈現出原車原色。發光源為發光二極體串接而成的軟燈條，具有超薄的厚度、超細的寬度，可安裝在防撞條本體的槽溝內，柔軟性佳可作大幅度的彎曲。軟燈條與防撞條本體結合之形體，可充分配合車輛任何處之彎曲弧度緊密的貼合，並藉由黏著劑黏固於車輛預定之位置上。感測單元(3)包括有光感測元件(31)、振動感測元件(32)、控制元件(33)及電能儲存元件(34)，該等元件係密封固設在防水透明的塑膠容置元件(35)內，並採用撓性導線作電性連接。光感測元件採用光敏電阻(Light Dependent Resistor, LDR) （如圖 3.6），用以隨著外界環境感應亮度來控制軟燈條開啟及關閉。振動感測元件則是採用具體高靈敏度的壓電式感測器(Piezo Sensor) （如圖 3.7），通常用來偵測彎曲、振動、撞擊等狀態，藉由上下振動而產生小電流、大電壓（+/-90V）的訊號。從圖 3.8 係為本創作之控制方塊圖，從圖可知在天氣變暗時，光感測元件作動使控制元件會配合振動感測元件的訊號，決定導通電能使軟燈條發光；等到天色有光時，控制元件就會自動關閉軟燈條電能。其電阻和光線的強弱呈現直接關係，光強度增加則電阻減小，光強度減小則電阻增大；光敏電阻主要由硫化鎘(Cadmium Sulfide, CdS)材料製成。當天氣變暗使光感測元件將訊號傳遞至控制元件後，振動感測元件會作

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輛啟動而使車體產生振動時，振動感測元件會將訊號傳遞至控制元件而關閉軟燈條電能；當車輛熄火而使車體靜止時，振動感測元件感應不到車體振動而使控制元件導通軟燈條電能。

電能儲存元件使用可充電式鋰電池(Polymer Rechargeable Battery)做為電能儲存之裝置，透過切換的動作把電能從輸入端轉送至電源供應電路的輸出端。優良的可充電鋰電池約有 500 次以上的壽命（從 2.5 伏特充電至 4.2 伏特算一次、1.5 倍電池容量充電電流為基準）。電能供應主要仰賴一片軟性太陽能板，用以吸收太陽日照光能轉化為電能供應各單元所需。軟性太陽能板就是將原本長在玻璃上的薄膜太陽電池改成長於高分子薄膜上，其使用軟性基材，具有輕量化、薄型化、耐衝擊性與捲繞性等優點，可充分配合保險桿之彎曲弧度緊密的貼合。

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第 3.3 節研究流程

美商明尼蘇達礦業製造公司 (Minnesota Minning ＆ Maunfacturing Company, 3M)崛起的過程是經過幾番周折，終能化危機為轉機，成為高知名度的跨國公司。近年來，致使 3M 成功的秘訣之一，乃其擅於擴展延伸產品 (Product Line Extension)，對既有的產品創新出「衍生型」，以便在業界裡具備「廣泛的」競爭力，進而增強佔有市場的勁道。譬如：3M 持續為利貼便條紙改良成抽取式包裝；由此可見衍生產品(Derivative Product)的重要性，就好比電動車是汽油車的衍生產品，Android 平板電腦是手機的衍生產品…等，這些都是由暢銷產品所推出的多樣化衍生產品，用以擴大銷售量而鞏固品牌的實例。隨消費者的喜好改變、新技術的產生或競爭對手的推陳出新，將既有的產品做改良而推陳出新，這是延續產品生命週期的最佳方法；如汽車的每年一小改，五年一大改的模式。因應行車汽車安全配備與系統產業演進需求，因此本計畫涵蓋的四項汽車電子應用領域：具有開口指示燈之安全帶釦具、車用警示投射燈裝置、三角警示立體投影裝置、車用怠速熄火及安全帶警示裝置等四項警示系統，將賡續研發出衍生產品，提供汽車產業供應需求。目前，攸關行車安全的配備與系統琳瑯滿目、不勝枚舉，例如：胎壓監測系統、安全帶束、測速警示儀、倒車雷達、衛星導航機、行車記錄器…等

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等系統；全速域智慧定速巡航、車距控制輔助系統、盲點側撞預防系統、車道偏移預防系統等電子輔助裝置。這些商品或技術均僅具備單一功能，僅能當成選擇性配備而較無法普及。為使車輛停放於路邊時，對於車輛本身與往來行車都能提升安全性，本論文提出一種主動式發光防撞器，可固設或臨掛在車輛外部，提供對向來車、後方來車、周遭行人及車內乘員進行不同的警示效果，藉以達到保護生命、防止傷害、減少車輛撞擊的目標。本論文進行之步驟及方法，採用由上而下結構化程式設計(Top-down structured programming)的流程圖（如圖 3.9）說明如下。在今日全球化的產業競爭中，產品開發能力可說是維繫產業生存與成長的最重要能量，而研發人員的能力則是其中最為關鍵的核心要素，然而研發人員的能力並非單指技術層次之高低與否，重要的是運用技術的能力與技術累積、學習的能力以及整體研發組織的運作效率與效能。

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表 3.1 本創作之元件符號表符號元件名稱數量 1 防撞條本體 1 2 軟燈條 1 3 感測單元 1 31 光感測元件 1 32 振動感測元件 1 33 控制元件 1 34 電能儲存元件 1 35 塑膠容置元件 1 4 軟性太陽能板 1

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圖 3.1 防撞條之運用

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圖 3.3 軟性太陽能板

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圖3.5 本創作之組合平面圖

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圖3.7 光敏電阻外觀圖

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本論文所提出之創作能主動偵測天色與車輛振動而產生發光的防撞器，主要包括防撞器本體、燈條、感測單元及太陽能板(Solar Panel)等四個部分。其中由燈條依不同設計佈列複數發光二極體（ 8mm×8mm×5mm ， 2~2.2V ， 20~40mA），並外接於光感測元件與電能供應單元，而於該燈條包覆固裝於一透明的防撞器本體，並結合形成一體，使燈條密封於透明防撞器本體內部。本論文創作利用感測單元之光感測元件（5mm，CdS光敏電阻）與振動感測元件（8.5mm×6.5mm，25mA，5Ω），透過控制元件的運用，可隨著外界環境感應亮度與車輛本身的感應振動，藉以控制燈條開啟及關閉。本論文創作之電路圖如圖4.1所示；蕭特基二極體在低頻時，整流二極體很容易在順向或逆向電壓，形成開、關狀態。電能供應主要仰賴一片太陽能板（55mm×25mm×3mm，2V，60mA），用以吸收太陽日照光能轉化為電能，並利用鎳氫電池（1.2V，900mAh）作為電能儲存元件儲存轉化之電能，透過切換的動作把電能從輸入端轉送至電源供應電路的輸出端，藉以供應燈條與感測單元所需之電能。當鎳氫電池充滿電後，可提供防撞器作動達30小時；若在白天有陽光照射的情況下，太陽能持續轉換補充電能，作動時間可再增長。

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本論文之究研已開發完成，形體與外觀如圖4.3之實體照片所示；LED作動的情況，如圖4.4之實體正視照片所示。防撞器本體原設計為撓性，希望可充分配合車輛任何處之彎曲弧度緊密的貼合，唯因防撞器本體須容置 8mm×8mm×5mm之燈條、8.5mm×6.5mm之振動感測元件、Ø10.1mm×高44mm之鎳氫電池，且匹配電能所需55mm×25mm×3mm之太陽能板亦須固設於其內，故實際完成的創作的防撞器本體形體尺寸為69mm ×51mm×31mm，詳如圖4.5之註明。完成之創作可固裝或運用強力磁鐵，輕易地配置在車輛前後保險桿亦或車身任意處，較原設計之安裝更具有彈性。經測試光感測元件可隨著外界環境感應亮度來控制軟燈條開啟及關閉；振動感測元件可感應到車輛振動的狀態來控制軟燈條開啟及關閉。當該車輛處於靜止狀態且在天色昏暗的情況下，軟燈條會主動產生亮光，經過完整反覆測試達到警示的功能。本研究產品未來將朝向更小型化的方向改良，俾使本創作儘早能成為成熟之商品，這也是本研究團隊近期努力的目標。

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實驗數據

800mAh電池高亮度LED消耗電流為5mAh 太陽能板平均充電電流約30mAh 每日白天太陽能板對電池充電平均充電時間約7小時可充電量=30mAh(太陽能板)*7(小時)=210mAh 可供夜間照明時間為=210mAh(Battery)/5mAh(LED)=42mAh 以每日夜間照明時間15時計算=42mAh(Battery)/15mAh=可供電2.8天電池充飽電量800mAh可供天數 (800mAh/5mAh)/15mAh=5.33天圖 4.1 本論文創作之電路圖

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圖 4.2 本論文創作之控制方塊圖

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(a)

(b)

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本研究利用各種電子原件之組成研發之主動式發光防撞條，在元件選用經過以下多次的更換原件及不同的組成條件修正後始之完成。 1. 光敏電阻之選用及電阻值調整花費較多的時間做不同的測試及調整，光敏電阻值選用過高或過低造成感光開關無法調整及正常作動，光敏電阻之感光度調整需搭配可變電阻做微調，使其在白天與夜晚不同光源做區別，才能在天色昏暗環境下正常作動。 2. 各元件的壓損及蓄電能力會造成 LED 發光亮度減弱亮度明及蓄電能力不足，此方面也做了修正，解決問方式是將太陽能軟板規格提升使用電壓及充電量較高之太陽能軟板，改善電壓不足造成 LED 光源較弱及蓄電量之問題，經測試明顯改善且解決以上問題。 3. 振動感測原件在焊接過程中由於焊接時間過長造成內部元件損壞，在各功能測試時發現問題，解決方法，需採用高溫短時間方式完成，經驗證後功能即可正常作動。 4. 電池蓄電量測試，在白天太陽高照與陰天等不同環境做不同的測試，在正常天候環境下充電一天約 7 小時左右，重覆充電飽和後，測試結果仍連續使用數日。但其中發現，如車輛長時間停放至光源不足場所，且較常於夜間行駛將會造成電源不足現象發生。

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實驗數據:

800mAh 電池高亮度 LED 消耗電流為 5mAh 太陽能板平均充電電流約 30mAh 每日白天太陽能板對電池充電平均充電時間約 7 小時可充電量=30mAh(太陽能板)*7(小時)=210mAh 可供夜間照明時間為=210mAh(Battery)/5mAh(LED)=42mAh 以每日夜間照明時間 15 時計算=42mAh(Battery)/15mAh=可供電 2.8 天電池充飽電量 800mAh 可供天數 (800mAh/5mAh)/15mAh=5.33 天

測式結果:

光感測元件可隨著外界環境感應亮度來控制軟燈條開啟及關閉；振動感測元件可感應到車輛振動的狀態來控制軟燈條開啟及關閉。當該車輛處於靜止狀態且在天色昏暗的情況下，軟燈條會主動產生亮光，藉以達到警示的功能。此研究過程中感謝各指導教授及學長之指導，在過程中發生問題及遭遇瓶頸時給予協助與免勵，經過不斷的測試研究完成主動式發光防撞條之研究。

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