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大客車跟車駕駛刺激反應行為之模擬與模式建立

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Academic year: 2022

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i

大客車跟車駕駛刺激反應行為之模擬與模式建立

學生:曾雅瑜 指導教授:張建彥博士

摘 要

交通部自民國85 年開放國道路權後,許多原本沒有合法執照的民營業者 紛紛申請國道路權,成為合法業者,再加上一些新成立的客運公司,使國道 客運業在短短幾年內快速成長。由於大客車高承載量的特性,使得每次發生 事故所造成之傷亡均較一般小客車事故高,而依據內政部警政署民國92 年臺 閩地區大客車道路交通事故發生原因分析,其中未保持安全行車距離間隔事 故率高達 20.4%,此亦為大客車道路交通事故之主要原因,而國道公路警察 局為抑制居高不下的高速公路肇事率,乃宣布推出兩階段「國道安全執法」

專案,第一階段取締重點為在高速公路上行駛路肩、未保持安全距離、任意 變換車道、慢速車行駛內線車道及大型車不依規定車道行駛等五項違規行 為。然執法的依據—法規,其對行車安全間距之訂定必須符合實際跟車狀況 來制訂,才能使駕駛者有所適應,以達到適當規範的效果。

由於現實環境中進行行車安全之研究可能有成本高及高危險性之缺點,

因此常透過汽車駕駛模擬器(Driving Simulator, DS)的建置,協助探討駕駛人 與車輛、道路及週遭環境之間的相互關係與問題。此外,回顧過去跟車模式 相關研究多以小客車為分析對象,尚無針對大客車跟車行為進行探討,因此,

本研究乃以固定基底式大客車駕駛模擬器作為研究工具,設計晴天白天及高 速公路平直路段做為場景內容,並招募國道客運公司之職業大客車駕駛者進 行模擬實驗,透過前車加減速事件之觸發及大客車駕駛者之跟車反應,建立 高速公路大客車跟車駕駛之刺激-反應模式。

研究結果顯示,大客車駕駛之事件平均刺激反應時間為1.17 秒,標準差 為0.75 秒。而實驗所得之資料以 SPSS 統計分析軟體,校估 GM 第五代跟車 模式之參數值(

α

l ,m

l

m

)建立 4 個不同時間延遲(0.5、1、1.5 及 2 秒)之模 式,並以後車累積位移量進行本研究所建立之4 個大客車刺激-反應模式的分 析與比較,透過各模式所計算之直線推進軌跡累積位移量與駕駛模擬之紀錄 位移累積量比較,比較結果發現各模式間所計算之累積位移量差異不大,而 時間延遲為0.5 秒之模式所計算之累積位移量較接近實驗紀錄資料。

關鍵詞:大客車、安全間距、駕駛模擬器、刺激-反應模式

(6)

ii

Simulation and Development of The Bus Car-Following Stimulus-Response Model

Student : Ya-Yu Tseng Advisor : Dr. Chien-Yen Chang

Abstract

The freeway bus companies have increased rapidly since 1996 due to the deregulation of freeway bus operation right-of-way. Bus accidents on freeway have also been steadily increasing in frequency and severity because of high passenger volume and busy transit schedules. According to the bus accident factors analysis from the National Police Agency, Ministry of the Interior in 2003 the accidents percentage due to without keeping safety driving longitudinal and lateral spacing is 20.4%. It is a very high level of accidents percentage. In order to reduce the high percentage of freeway accidents, the National Highway Police Bureau has implemented a two-stage “freeway safety enforcement” project. The first stage is to accuse five illegal driving behaviors that include driving on freeway shoulder, without keeping safety spacing, illegal lane change, slowing vehicle driving on inner lane, and big vehicle does not drive on the assigned lane.

However, the regulations of enforcement should be initiated in accordance with the studies of actual car following behaviors.

Since the studies of driving safety in real environment have some disadvantages of high cost and high risk, we utilize the bus driving simulator (DS) to analyze the relationships and issues among driver, vehicle and environment. In addition, the analysis of car following driving behavior was limited on the passenger car and motorcycle in the past studies. It is lack of the analysis of bus driving behavior. Therefore, this study planed and designed the driving simulation scenario of freeway straight road section on sunshine weather and day time by the application of a fix- based bus driving simulator. The bus drivers with license that are working in freeway bus companies were invited to do the experiments under this designed driving simulation scenario. The stimulus-response car-following samples were collected after bus driving simulator experiments. Finally, the fifth generation GM bus car-following models with delay time of 0.5, 1, 1.5 and 2 seconds were developed by utilizing the SPSS statistical analysis software. The results of this study will be a basis of bus driving behavior studies.

keywords: Bus, Safety Spacing, Driving Simulator, Stimulus-Response Model

(7)

iii

誌 謝

研究所兩年來,承蒙指導教授張建彥博士耐心、悉心的指導,無論在課 業或是生活上均給予最大的支持。本篇論文的完成,感謝張靖教授、董基良 教授以及張建彥教授等口試委員於百忙之中撥空指導,提供諸多寶貴意見,

使得本論文得以更加完善,在此一併致謝。

研究期間,亦感謝學長姊、學弟妹的關懷,以及同窗好友小明、小黃豆、

老哥、盈如、世杰、博元、燕祺、士淵、bb、長運對論文的關心,還有大家 的冷笑話,讓我的論文壓力減少了不少呢!更感謝義鈞的關懷與支持。還有 可愛的弟弟狗跟小胖貓。

最後要感謝我的家人,老爸、老媽、妹妹,在我就學期間全力支持我,

感激之情非筆墨能形容。最後僅以本論文獻給曾經關心、照顧我的師長、朋 友以及家人。

曾雅瑜 謹識於中華科管所 中華民國94 年 8 月 15 日

(8)

iv

目 錄

摘 要... i

Abstract ... ii

誌 謝... iii

目 錄... iv

圖目錄... vi

表目錄... viii

第一章 緒論... 1

1.1 研究動機... 1

1.2 研究目的... 2

1.3 研究範圍與研究限制... 3

1.4 研究內容... 3

1.5 研究流程... 4

第二章 文獻回顧... 5

2.1 各國先進駕駛模擬器之發展概況... 5

2.2 跟車理論之刺激-反應模式 ... 14

2.3 駕駛模擬器於車流行為之研究... 19

2.4 實車測試於車流行為研究... 20

2.5 應用模糊理論(Fuzzy Theory)於車流行為研究... 20

2.6 小結... 21

第三章 駕駛模擬實驗設計... 25

3.1 大客車駕駛模擬器之建置與說明... 25

3.2 大客車跟車實驗規劃... 28

3.3 跟車實驗計畫... 33

第四章 資料擷取與處理... 35

4.1 事件觸發之受測者反應時間資料擷取說明... 35

4.2 刺激-反應模式實驗資料擷取說明 ... 35

第五章 大客車刺激反應模式建立... 39

5.1 事件觸發之受測者反應時間分析... 39

5.2 大客車跟車駕駛刺激-反應模式建立 ... 42

(9)

v

5.3 殘差分析... 43

5.4 小結... 43

第六章 模式應用分析... 50

6.1 模式 1 後車累積位移量

X

F說明... 50

6.2 模式 2 後車累積位移量

X

F說明... 52

6.3 模式 3 後車累積位移量

X

F說明... 54

6.4 模式 4 後車累積位移量

X

F說明... 56

6.5 模式應用分析與比較... 58

第七章 結論與建議... 71

7.1 結論... 71

7.2 建議... 72

參考文獻... 74

附錄一 真實度問卷... 76

附錄二 受測者實驗過程之速度變化圖... 79

附錄三 受測者執行實驗組合與 4 模式所得之累積位移量... 89

(10)

vi

圖目錄

圖1.1 研究流程圖...4

圖3.1 大客車駕駛模擬器位置配置示意圖...25

圖3.2 大客車駕駛模擬器位置示意圖...26

圖3.3 背投式單槍...26

圖3.4 大客車駕駛模擬器硬體設備圖...26

圖3.5 實驗場景...27

圖3.6 實驗進行狀況...27

圖3.7 前車煞車減速場景...27

圖3.8 場景設計流程圖...31

圖3.9 高速公路標線示意圖...32

圖3.10 實驗流程...33

圖4.1 事件刺激反應時間資料擷取...35

圖4.2 資料擷取說明圖...37

圖5.1 事件刺激反應時間次數分配直方圖...41

圖5.2 模式 1 後車加減速率(t+∆t)對後車速率(t+∆t)迴歸殘差圖...44

圖5.3 模式 1 後車加減速率(t+∆t)對兩車間距(t)迴歸殘差圖 ...44

圖5.4 模式 1 後車加減速率(t+∆t)對兩車速差(t)迴歸殘差圖 ...45

圖5.5 模式 2 後車加減速率(t+∆t)對後車速率(t+∆t)迴歸殘差圖...45

圖5.6 模式 2 後車加減速率(t+∆t)對兩車間距(t+∆t)迴歸殘差圖...46

圖5.7 模式 2 後車加減速率(t+∆t)對兩車速差(t)迴歸殘差圖 ...46

圖5.8 模式 3 後車加減速率(t+∆t)對後車速率(t+∆t)迴歸殘差圖...47

圖5.9 模式 3 後車加減速率(t+∆t)對兩車間距(t)迴歸殘差圖 ...47

圖5.10 模式 3 後車加減速率(t+∆t)對兩車速差(t)迴歸殘差圖 ...48

圖5.11 模式 4 後車加減速率(t+∆t)對後車速率(t+∆t)迴歸殘差圖...48

圖5.12 模式 4 後車加減速率(t+∆t)對兩車間距(t)迴歸殘差圖 ...49

圖5.13 模式 4 後車加減速率(t+∆t)對兩車速差(t)迴歸殘差圖 ...49

圖6.1 受測者 1 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...59

圖6.2 受測者 1 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...59

圖6.3 受測者 2 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...60

圖6.4 受測者 2 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...60

圖6.5 受測者 3 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...61

圖6.6 受測者 3 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...61

圖6.7 受測者 4 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...62

圖6.8 受測者 4 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...62

圖6.9 受測者 5 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...63

(11)

vii

圖6.10 受測者 5 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...63

圖6.11 受測者 6 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...64

圖6.12 受測者 6 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...64

圖6.13 受測者 7 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...65

圖6.14 受測者 7 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...65

圖6.15 受測者 8 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...66

圖6.16 受測者 8 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...66

圖6.17 受測者 9 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...67

圖6.18 受測者 9 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...67

圖6.19 受測者 10 執行實驗組合一與 4 模式所得之累積位移量比較圖...68

圖6.20 受測者 10 執行實驗組合二與 4 模式所得之累積位移量比較圖...68

(12)

viii

表目錄

表1.1 臺閩地區大客車道路交通事故 A1 類發生原因表...1

表1.2 高速公路行車安全距離表...2

表2.1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表...11

表2.2 各代刺激-反應模式的

m

l

值彙整表...18

表2.3 刺激-反應模式參數組合整理表 ...21

表2.4 國內車流行為研究之比較表...23

表3.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備...28

表3.2 事件車觸發事件組合表...29

表3.3 跟車實驗模擬場景的變數項目表...32

表3.4 每人次實驗時間...34

表5.1 事件刺激反應之資料...39

表5.2 事件刺激反應時間次數分配表...41

表5.3 不同延遲時間所得之參數組合表...42

表5.4 本研究與劉英標建立參數比較表...43

表6.1 受測者實驗值與 4 模式計算累積位移量比較表...69

表6.2 模式計算累積位移量與實驗值偏差比較表...70

(13)

1

第一章 緒論

1.1 研究動機

交通部自民國85 年大幅開放國道路權後,許多原本沒有合法執照的民營 業者紛紛申請國道路權,成為合法業者,再加上一些新成立的客運公司,使 國道客運業在短短幾年內快速成長。由於大客車高承載量的特性,使得每次 發生事故所造成之傷亡均較一般小客車事故高。至於影響大客車道路交通事 故的原因,依據內政部警政署民國92 年臺閩地區大客車道路交通事故發生原 因分析【1】,整理如表 1.1 所示,其中未保持安全行車距離間隔事故率高達 20.4%,此亦為大客車道路交通事故之主要原因,而國道公路警察局為抑制 居高不下的高速公路肇事率,乃宣布推出兩階段「國道安全執法」專案,第 一階段取締重點為在高速公路上行駛路肩、未保持安全距離、任意變換車道、

慢速車行駛內線車道及大型車不依規定車道行駛等五項違規行為;第二階段 重點則是任意插隊、無人傷亡事故未將車輛移置路邊等。有關前後兩車間之 行車安全距離,依據高速公路交通管制規則第六條【2】規定,汽車行駛高速 公路,在正常天候狀況下,行車安全間距規定如表 1.2 所示(如遇濃霧、濃 煙、強風、大雨、夜間行車或其他特殊狀況時,其安全距離應酌量增加)。然 而,執法的依據—法規,其對行車安全間距之訂定必須符合實際跟車狀況來 制訂,才能使駕駛者有所適應,並達到適當規範的效果。

影響行車安全之因素包括駕駛人特性、車輛特性、道路幾何條件及天候 環境等因素,由於行車安全之研究在現實環境中進行測試,可能產生成本高 及高危險性之缺點,故常透過汽車駕駛模擬器(Driving Simulator, DS)的建 置,協助探討駕駛人與車輛、道路及週遭環境之間的相互關係與問題。此外,

回顧過去刺激-反應模式參數校估相關研究多以小客車為分析對象,尚無針對 大客車跟車行為進行探討,因此,本研究乃以固定基底式大客車駕駛模擬器 作為研究工具,設計晴天白天及高速公路平直路段做為場景內容,並招募國 道客運公司之職業大客車駕駛者進行模擬實驗,透過前車加減速事件之觸發 及大客車駕駛者之跟車反應,來探討大客車駕駛刺激反應行為及相關的感知 反應時間,同時建立高速公路大客車跟車駕駛之刺激-反應模式,作為大客車 安全警示技術及相關法規訂定基礎。

表1.1 臺閩地區大客車道路交通事故 A1 類發生原因表

事故原因 件數 比例(%)

違規超車爭(搶)道行駛 1 2.3

蛇行逆向行駛 1 2.3

未靠右行駛、讓車 0 0

未依規定轉彎、倒車 1 2.3

超速失控 5 11.4

未依規定減速 1 2.3

(14)

2

表1.1 臺閩地區大客車道路交通事故 A1 類發生原因表(續)

搶越行人穿越道 4 9.1

未保持行車距離間隔 9 20.4

酒後駕駛、疲勞失控 1 2.3

未注意路況 8 18.1

違反號誌、標誌管制 3 6.8

肇事逃逸 0 0

機件故障 3 6.8

行人過失 0 0

其他 7 15.9

總計 44 100

註:A1 類指造成人員當場或二十四小時內死亡之交通事故 資料來源:【1】

表1.2 高速公路行車安全距離表

最小距離(公尺)

車速(公里/小時)

大型車 小型車

60 40 30

70 50 35

80 60 40

90 70 45

100 80 50

資料來源:【2】

1.2 研究目的

由上述之研究動機,本研究之具體研究目的包括下列三項:

一、藉虛擬實境方法,模擬高速公路真實道路及車流環境,並招募國道客運 公司之職業大客車駕駛者進行模擬實驗,透過前車加、減速事件之觸發 及大客車駕駛者之跟車反應,來探討大客車駕駛之事件刺激平均反應時 間。

二、藉大客車跟車駕駛刺激反應模擬,分析跟車駕駛刺激反應行為,做為大 客車安全警示技術及相關法規訂定之基礎。

三、實驗所得之資料,以 SPSS 統計分析軟體進行分析,求得 GM 第五代刺 激-反應模式之跟車敏感度參數

α

l ,m、後車駕駛者對速率反應之敏感度參 數

l

及後車駕駛者對前後車車間距反應之敏感度參數

m

,以建立大客車 跟車行為之刺激-反應模式。

(15)

3

1.3 研究範圍與研究限制

本研究之大客車跟車場景前方車輛為小客車,實驗對象為10 位擁有大客 車駕駛執照之國道客運駕駛者,並以白天晴天及高速公路平直路段為虛擬實 驗場景。

1.4 研究內容

本研究藉大客車駕駛模擬器進行大客車跟車駕駛刺激反應行為模擬,針 對所蒐集的資料進行刺激-反應模式參數值校估,建立大客車跟車駕駛刺激反 應行為模式。

本研究的主要內容包括:

一、大客車事故特性分析、駕駛模擬器及跟車模式之相關文獻回顧。

二、規劃簡單實驗場景,白天晴天及平直高速公路路段,並研擬實驗規劃書,

以進行跟車駕駛刺激反應模擬實驗。

三、招募擁有大客車駕駛執照之國道客運駕駛者,進行大客車跟車駕駛刺激 反應模擬。

四、擷取實驗資料,利用統計分析軟體進行跟車實驗資料整理與分析探討。

五、進行大客車跟車駕駛之事件刺激平均反應時間分析。

六、進行刺激-反應模式參數校估,提出大客車跟車駕駛刺激-反應模式。

七、比較分析大客車駕駛刺激-反應模式之應用性。

(16)

4

1.5 研究流程

依據前述之研究內容,本研究流程如圖1.1 所示。

確立研究目的及研究範圍

文獻回顧與探討 1. 大客車事故特性分析 2. 駕駛模擬器

3. 跟車模式

研擬簡單的實驗場

景情境 駕駛模擬器建置

研擬實驗規劃書

招募受測者 進行大客車跟車駕駛刺激

反應模擬

模擬器實驗資料分析及刺 激反應方程式參數校估

建立大客車跟車駕駛刺激 反應模式

大客車跟車駕駛刺激反應 模式之應用

提出結論與建議

圖1.1 研究流程圖

(17)

5

第二章 文獻回顧

本章將進行世界各國先進駕駛模擬器之發展概況【25】、刺激-反應模式 及應用駕駛模擬器於車流行為研究之回顧與整理,各部分內容分別說明如后。

2.1 各國先進駕駛模擬器之發展概況

一、美國 NADS(National Advanced Driving Simulator)

網站:http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/department/nrd1-2/

NationalAdvancedDriverSimulator.html(更新日期:未註明)

美國 NADS 之發展單位為國家公路交通安全管理部門及愛荷華 (Iowa)大學,場景螢幕提供 120°的視野,模擬器包括視覺次系統、移動 次系統、車輛駕駛室次系統、控制感覺次系統、聽覺次系統及車輛動態。

在操作期間,參與者、操作者或研究者可以在任何時間停止模擬器,而 每一個移動次系統包含個別安全監視功能,以預防故障而導致駕駛試驗 者受傷。

二、美國波士頓 NUS(Northeastern University Simulator)

網站:http://www1.coe.neu.edu/~mourant/velab.html(更新日期:未註明) 美國波士頓 NUS 之發展單位為東北大學虛擬環境實驗室,研究模 擬器暈眩問題與預防,使用軟體為Java3D API,場景螢幕為三面或單螢 幕電腦顯示器,場景之建置是利用數位相機錄攝道路標誌與交通號誌影 像,再利用美國地質地理調查地圖取得道路評估資料,使得所建立道路 資料庫接近真實的駕駛環境。

三、美國 PTI(Pennsylvania Transportation Institute)

網站:http://www.pti.psu.edu/VSRC/Index.htm(更新日期:2002 年 10 月 15 日)

美國PTI 駕駛模擬器之發展單位為賓夕凡尼亞州運輸協會,其建置 之模擬器為兩軸(軸距為 20 英尺)卡車(空車重 16 噸;滿載重 24 噸),六 速手排、開放迴路煞車系統、最高速度可達每小時75 英哩,模擬情境為 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。

四、加拿大 TDC

(18)

6

網站:http://www.tc.gc.ca/tdc/publication/updates/v12n1.htm(更新日期:

2003 年 6 月 12 日)

加拿大運輸發展中心(TDC)所建置之模擬器主要目的為調查老年駕 駛者中造成交叉路口事故的因素,並促進所有駕駛者在交叉路口的安全 性。其實驗設計內容為年輕(18-25 歲)和年老(65-80 歲)駕駛者駕駛在 4 種情境(燈光改變、車輛或行人突然出現、燈光閃爍)下之反應,而測驗 結果顯示老年人對於突然改變的反應較慢且傾向集中注意在交通控制設 施。

五、加拿大 UCDS(The University of Calgary Driving Simulator)

網站:http://www.psych.ucalgary.ca/PACE/CER-Lab/(更新日期:未註明) 加拿大 UCDS 發展單位為 Calgary 大學認知人因工程研究實驗室,

開始建置年期為1992 年,研究目的為減少交通死亡事故和受傷。

六、英國 Automotive

網站:http://www.drive.cranfield.ac.uk/cfml/ldorn.cfm(更新日期:未註明) 英國Automotive 為 Cranfield 大學所研發,主要發展的目的包括增進 道路安全,以及分析車輛和車上設備對駕駛者行為的效果及駕駛績效、

駕駛者影響車輛及設備的安全操作程度、消費者對車輛特性的偏好等。

駕駛模擬器建置(包括軟體和硬體設計)之功用為使用駕駛模擬器來測量 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 及使用心理學的方法來測量消費者看法及車輛、零件的偏好。

七、英國 TDTS(Truck Driver Training Simulator)

網站:http://www.trucksim.co.uk/(更新日期:未註明)

英國TDTS 之發展單位為現代公路搬運基金會,為了訓練商車駕駛 者而發展駕駛模擬器,提供 3 面螢幕 270°視野、6 自由度的移動系統(6 軸平台)、眼球追蹤設備、複製引擎、其他道路交通噪音系統等,以及不 同霧度等級、早上和夜晚場景,車輛相關的移動包括停止和行駛、加速 和煞車,6 軸平台則提供起伏、傾斜、滾動、偏離及搖擺等各項車輛動 態。

八、英國 TRL(Transport Research Laboratory)

網站:http://www.trl.co.uk/1024/mainpage.asp?page=93(更新日期:未註明)

(19)

7

英國TRL 駕駛模擬器之發展單位為運輸研究實驗室,主要應用於吸 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 心及其他道路使用者出現等之影響與駕駛者反應。

九、英國 LADS(Leeds Advanced Driving Simulator)

網站:http://www.its.leeds.ac.uk/facilities/lads/index.html(更新日期:未註 明)

英國LADS 之發展單位為英國里茲大學的心理學系、電腦研究學系 及運輸研究中心,發展年期為1993 年,發展目的為運輸安全、ITS 和駕 駛者行為研究。模擬器之場景螢幕由 5 面螢幕組成半徑 2.5 公尺的圓筒 狀,提供230°水平視野、39°垂直視野、60°後端視野。聲音系統為利用 Roland 數位聲音取樣器產生逼真的引擎聲及其他聲音,透過架設在兩前 輪的擴音器發出聲音;資料蒐集方法,藉由安裝與感應線圈相同的模擬 器啟動或關閉資料蒐集。當車輛經過線圈,就會啟動資料蒐集並安置一 個標籤在資料檔內。

十、英國 C-HIVE

網站:http://www.cf.ac.uk/psych/ruddle/C-HIVE/index.html(網頁已不存在) 英國C-HIVE 之發展單位為 Cardiff 人類介面與虛擬環境實驗室,為 了要調查濃霧對開車行為的生理影響,因此設計不同濃度的霧對駕駛行 為之影響。

十一、德國 Dr. Ing. Reiner Foerst Gmbh

網站:http://www.drfoerst.de/e_page.htm(更新日期:未註明)

德國 Dr. Ing. Reiner Foerst Gmbh 駕駛模擬器為 Dr. Ing. Reiner Foerst GmBh 所發展,建置之模擬器包括標準小客車、卡車/巴士、機 車、起貨機等類型,主要應用於道路安全、駕駛訓練、醫學應用、人 因工程研究、廣告等,設計之天候狀況為晴天、霧、雨、雪、晚上,

道路場景為標準道路及山路,設計噪音包括引擎、起動裝置、喇叭、

風、輪胎、碰撞、雨等,訓練駕駛之內容分為基本訓練、中級訓練、

複合訓練及特殊駕駛。

十二、瑞典 VTI 駕駛模擬器

網站:http://www.vti.se/templates/Page____3257.aspx(更新日期:2004 年10 月 27 日)

(20)

8

瑞典VTI 駕駛模擬器之發展單位為瑞典國家道路運輸研究機構,

模擬器建置之應用研究為道路及道路景觀的設計、隧道設計、人機介 面、駕駛疲勞、酒精和毒品對駕駛者的影響、駕駛行為研究、身體機 能殘障的駕駛者行為之研究及駕駛分心研究。其場景螢幕由三面螢幕 及三個後試鏡組成,模擬器由一個真實的車身底盤及一個精密的擺動 系統所組成。

十三、波蘭 AutoPW

網站:http://www.it.pw.edu.pl/autopw/en/main.html(網頁已不存在) 波蘭 AutoPW 之發展單位為 Warsaw 技術大學及運輸部,發展駕 駛模擬器之目的為檢核在正常和危險道路交通狀況下,駕駛者的技術 和反應。模擬器之場景螢幕長2.14 公尺、寬 2.9 公尺,提供水平 62°、

垂直 42°的視野。駕駛者反應之實驗設計包括:(1)沿一直線路段開始 且使車輛加速(包括排檔);(2)當車輛移動在同質道路表面或在異質接 合的道路邊緣時煞住車輛;(3)當障礙物突然出現在道路上時繞過障礙 物或煞車;(4)突然出現的障礙物在彎曲的兩車道道路上時繞過障礙物 或煞車;(5)駕駛在一列車輛中,受限於前面車輛的停等狀況;(6)車輛 移動在異質接合道路上的操縱反應;(7)長期駕駛在一封閉路徑(如隧 道);(8)檢核當駕駛者疲勞或吸食興奮劑或藥物的反應等。

十四、挪威 AutoSim

網站:http://www.autosim.no/products.html(更新日期:未註明)

挪威AutoSim 駕駛模擬器之發展單位為挪威 AutoSim,開始建置 年期為1992 年,建置之模擬器包括 AutoSim 駕駛者訓練器(小客車、

卡車和公車)、駕駛研究模擬器及多車模擬器,場景螢幕由前方三面螢 幕及中央後方一面螢幕組成,使用軟體為Data Communication API 及 道路表面和道路網路工具,場景內容包括不同道路型態的資料庫(城 市、市鎮、工業地區、農田和山區)及雪、雨、柏油的道路表面,模擬 器之設備包括裝設在駕駛座內的擴音器之聲音系統及三軸移動系統。

十五、法國 Renault

網站:http://www.experts.renault.com/kemeny/index.html(更新日期:未 註明)

法國Renault 駕駛模擬器之發展單位為法國 Renault,建置主要應 用於人類工程學研究、車輛動態控制系統建置、ITS 研究、事故研究、

(21)

9

駕駛者行為分析及道路設備設計,Renault 科技中心並開發出 SCANeR II 模擬軟體。

十六、荷蘭 VVCR(Verkeers Veiligheids Centrum Rozendom)

網站:http://www.vvcr.nl/NL/trainingen/Simulator/SimulatorMainNl.html (更新日期:未註明)

荷 蘭 VVCR 駕 駛 模 擬 器 之 發 展 單 位 為 Verkeers Veiligheids Centrum Rozendom,主要目的為訓練車輛操作、車輛控制、觀察技巧、

交通洞察力。訓練範圍為車輛操作及車輛控制,設計150 個市區道路 情境、80 個城市道路情境及 60 個公路情境。

十七、新加坡 Honda Motorcar Simulator

網站:http://www.honda.co.jp/simulator/simulator.html(更新日期:未註 明)

新加坡 Honda Motorcar Simulator 之發展單位為新加坡安全駕駛 中心,其主要建置目的是為了使學習駕駛的人可以合乎科學且客觀地 學習關於安全駕駛的步驟。

十八、日本 CERI(Civil Engineering Research Institute)

網站:http://www2.ceri.go.jp/eng/e3b.html(更新日期:2002 年 1 月 7 日) 日本 CERI 駕駛模擬器之研發單位為土木工程研究協會,由於北 海道為寒冷且會下雪的地方,為了促進北海道的交通安全及更平順的 交通,因此建置駕駛模擬器來模擬因雪而車輪打滑情形。

十九、韓國 KMUDS(KookMin University Driving Simulators)

網站:http://vc.kookmin.ac.kr/ds/index.htm(更新日期:2001 年 5 月 16 日)

韓國KMUDS 之發展單位為國民大學之車輛控制實驗室,該實驗 室發展 2 個駕駛模擬器,一個為具 6 個自由度的移動基底(6 軸平台) 的駕駛模擬器,另一個為中規模固定基底的駕駛模擬器,包含3 面螢 幕。模擬器之建置主要是作為車輛控制系統設計與建置、駕駛者行為 和評估、智慧型運輸系統、道路設計及事故重建與分析。主要發展應 用包括駕駛模擬器與緊急煞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,其中酒醉駕車的駕駛特性分析中駕駛情境設計包 括曲折的前進路線、車道保持、轉彎、緊急狀況等,對喝酒前及喝酒

(22)

10

後之駕駛者進行分析。

二十、中國 ADS(Automobile Dynamic Simulator)

網站:http://www.adsl.jlu.edu.cn/(更新日期:2003 年 3 月 19 日) 中國 ADS 之發展單位為吉林大學之汽車動態模擬國家重點實驗 室,研究目的主要為了追蹤國際汽車技術發展的前端技術,提升中國 汽車整車、底盤、動力傳動和車身自主開發能力,發展汽車動態模擬 與控制等基礎技術研究,推廣汽車動態模擬與控制技術,提供技術途 徑或裝備,以及把實驗室建成具有國際先進水準的汽車模擬與控制技 術研究基地,聚集和培養優秀研究和技術人才。

二十一、交通部運輸研究所小客車駕駛模擬器【11、12、14、15、16、17、

18】

交通部運輸研究所小客車駕駛模擬器,主要應用於人因特性(如 疲勞駕駛、酒後駕車與服用藥物等)、車輛特性、路及天候環境以 及 ITS 子系統服務項目,使用軟體為 EON、3DS 及 VB(Visual Basic),場景螢幕由三面及正後方一面螢幕組成。

二十二、中華大學大客車駕駛模擬器

大客車駕駛模擬器之發展單位為中華大學,主要應用於駕駛者 跟車行為研究、變換車道臨界間距、防撞警示、警示資訊顯示時機 與內容,使用軟體為EON、3DS 及 VB(Visual Basic),場景螢幕 由三面螢幕組成。

上述各國駕駛模擬器之比較,整理如表 2.1 所示,由表可知國外駕駛模 擬器已廣泛應用於土木建設工程、交通工程、人因工程及駕駛訓練之研究且 德國Dr. Ing. Reiner Foerst Gmbh 及挪威 AutoSim 等研究單位已發展大客車駕 駛模擬器。

而本研究利用中華大學大客車駕駛模擬器,進行大客車跟車駕駛刺激反 應模擬,分析跟車駕駛刺激反應行為。

(23)

11

表2.1 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 硬體 程式/軟體 功能特性

國家先進駕 駛模擬器 (NADS)與愛

荷華大學 (IDS)

小客車 小客車駕駛者 ㄧ般道路 螢幕提供120°的視野

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、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

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

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

加拿大 素。

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。

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。

資料來源:【8、9】,本研究整理

(24)

12

表2.1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表(續 1)

對象範圍 技術特性

國家 發展單位

車種 硬體 程式/軟體 功能特性

Cranfield 大學 小客車 小客車駕駛者 一般道路 半圓弧螢幕

駕駛模擬器軟體和硬體設計用以研究 和駕駛者訓練、心理測量選擇安全駕駛 者、組織安全教養評估、使用駕駛模擬 器來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、使用心理學的方法以測量消費者 看法及車輛和零件的偏好。

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、大客 車、機車、

起重機

小客車、卡車、

大客車、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、卡

小客車、卡車駕

駛者 一般道路

隧道 三面螢幕及 3 個後視鏡、擺動系

統、真實的車身底盤

道路及道路景觀的設計、隧道設計、人 機介面、駕駛疲勞、酒精和毒品對駕駛 者的影響、駕駛行為研究、身體機能殘 障的駕駛者行為之研究及駕駛分心研

波蘭 Warsaw 技術大

學和運輸部 小客車、卡

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。

資料來源:【8、9】,本研究整理

(25)

13

表2.1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表(續 2)

對象範圍 技術特性

國家 發展單位

車種 硬體 程式/軟體 功能特性

挪威 AutoSim 小客車、大

客車、卡車 小客車、大客

車、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。

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(平台語做以皆

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 為了促進北海到交通安全及平順的

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。

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

3 面螢幕及正後方一面螢幕、六軸

運動平台 EON、VB、3DS 人因特性、車輛特性、路及天候環 境、ITS

台灣

中華大學 大客車 大客車駕駛者 ㄧ般道路

高速公路 前方3 面螢幕 EON、VB、3DS 駕駛者跟車行為、變換車道、警示資 訊顯示時機與內容

資料來源:【8、9】,本研究整理

(26)

14

2.2 跟車理論之刺激-反應模式【3、4、5、6、7、21、22、23】

刺激-反應模式為 1950 年代末期、1960 年代初期,由美國通用汽車(General Motor)進行許多現場實驗工作所逐漸累積之跟車研究成果。其主要觀念為:駕 駛者的反應(Response)與來自外界刺激(Stimulus)的變化有函數關係,外界 刺激越大則駕駛反應也越大,其基本假設不考慮駕駛者超車和變換車道的行 為。美國通用汽車研究群利用刺激-反應函式的概念發展五代的 GM 模式

(General Motors’ Model,簡稱 GM 模式),其認為後車駕駛者會因前車的刺激,

如速度變化、兩車間距或後車的速度等因素而有所反應,如後車之加、減速。

一、GM 第一至第五代模式

(一)GM 第一代刺激-反應模式

[

( ) ( )

]

)

( 1

1

t t X t X t

X

&&n+ +∆ =

α

&n − &n+ (2.2.1)

其中,

n

:前車

+ 1

n

:後車

) (t

X

&n :前車在 t 時間時的速率(mph)

)

1(

t

X

&n+ :後車在 t 時間時的速率(mph)

)

1(

t t X

&&n+ +∆

:後車在

t + t

時間時的加減速率 α :駕駛者的敏感度參數

GM 第一代刺激-反應模式之特性為:

1. 後車加減速度和前、後車的相對速率成線性關係。

2. 駕駛者的敏感度參數為常數。

(27)

15

(二)GM 第二代刺激-反應模式

[

( ) ( )

]

)

( 1

1

1

2

t X t X or t t

X

&&n+ +∆ = α &n − &n+

α (2.2.2) 其中,

) (t

X

&n :前車在

t

時間時的速率(mph)

)

1(

t

X

&n+ :後車在

t

時間時的速率(mph)

)

1(

t t

X

&&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的加減速率

α 、1 α :駕駛者的敏感度參數 2 GM 第二代刺激-反應模式特性為:

1. 駕駛者的敏感度參數考慮兩車間距。

2. 若兩車間距較短,駕駛者警覺性必會提高,所以採用較高的敏感度 參數

α

1;若兩車間距較長,則採用較低的敏感度參數

α

2

(三)GM 第三代刺激-反應模式

[

( ) ( )

]

) ( )

) (

( 1

1

1 0

X t X t

t X t t X

t

X

n n

n n

n +

+

+ −

= −

+ & &

&&

α

(2.2.3)

其中,

) (t

X

n :前車在 t 時間時的位置 )

1(

t

X

n+ :後車在 t 時間時的位置

) (t

X

&n :前車在 t 時間時的速率(mph)

)

1(

t

X

&n+ :後車在 t 時間時的速率(mph)

(28)

16

)

1(

t t

X

&&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的加減速率

α

0:駕駛者的敏感度參數

GM 第三代刺激-反應模式特性為:

1.GM 研究群發現駕駛者的敏感度參數

α

1

α

2難以選擇,因此加入兩 車間距到敏銳度參數中。

2.兩車間距的倒數和敏感度成正比例的線性關係。

3.此代模式經積分運算後,驗證為 Greenberg 的巨觀車流模式。

4.此代模式經除後車速率後,得方程式如下所示:

⎥ ⎦

⎢ ⎤

⎡ −

⎥ ⎦

⎢ ⎤

⎡ −

∆ = +

+ + +

+

1

) (

) (

) (

) ( ) ) (

( ) (

1 1 0 1

1

t X

t X t

X

t X t t X

X t t X

n n

n n n n

n

&

&

&

&

&&

α

模式右邊項變數即為時間間隔(time gap),前後車速率比即為參數,

對於自動車輛控制系統研究而言,模式中參數太多,變化太複雜,而 此代模式經轉換後,可達參數簡化,提供自動車輛控制系統研究之參 考。

(四)GM 第四代刺激-反應模式

[

( ) ( )

]

) ( )

(

)]

( ) ['

( 1

1 1

1

X t X t

t X t X

t t t X

t

X

n n

n n

n

n +

+

+ + −

= +

+ & & &

&&

α

(2.2.4)

其中,

) (t

X

n :前車在

t

時間時的位置 )

1(

t

X

n+ :後車在

t

時間時的位置

) (t

X

&n :前車在

t

時間時的速率(mph)

)

1(

t

X

&n+ :後車在

t

時間時的速率(mph)

(29)

17

)

1(

t t

X

&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的速率(mph)

)

1(

t t

X

&&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的加減速率

α :駕駛人的敏感度參數

'

GM 第四代刺激-反應模式特性為:

1. 當車流速率增加,後車駕駛者對兩車之相對速率有高敏感性,而認為 後車駕駛者的速率也會影響到自身的加、減速率。

(五)GM 第五代刺激-反應模式

[

( ) ( )

]

)]

( )

( [

)]

( ) [

( 1

1 1 ,

1

X t X t

t X t X

t t t X

t

X

l n n

n n

m n

m l

n +

+ +

+ −

= +

+ & & &

&&

α

(2.2.5)

其中,

) (t

X

n :前車在

t

時間時的位置 )

1(

t

X

n+ :後車在

t

時間時的位置

) (t

X

&n :前車在

t

時間時的速率(mph)

)

1(

t

X

&n+ :後車在

t

時間時的速率(mph)

)

1(

t t

X

&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的速率(mph)

)

1(

t t

X

&&n+ +∆ :後車在

t + ∆ t

時間時的加減速率

m

:後車駕駛者對於「速率」反應的敏感度參數

l

:後車駕駛者對於前後車之「車間距」反應的敏感度參數

(30)

18

m

α

l , :跟車的敏感度參數

GM 第五代刺激-反應模式特性為:

1. 將敏感度參數一般化,將後車速率和兩車間距以指數型態表示。

2. 當

m = 0

l = 0

時,敏感度參數為常數;

m = 0

l ≠ 0

時,會受到兩 車間距的影響;

m ≠ 0

l = 0

,會受到反應時間後後車速率的影響;

≠ 0

m

l ≠ 0

時,表示會同時受到兩車間距及反應時間後後車速率的 影響。

3. 此代模式為 GM 刺激-反應模式的通式,其第一至四代皆為第五代模 式的特例,參數

m

l

值整理如表2-2 所示。

表2.2 各代刺激-反應模式的

m

l

值彙整表

模式

m

l

第一代模式 0 0

第二代模式 0 0

第三代模式 0 1

第四代模式 1 1

資料來源:【22】,本研究整理

另外,Pipes(1953)之跟車模式,是以距離車頭距(Distance Headway)

觀念來構建模式;而 Forbes(1958)之跟車模式則是以時間車頭距(Time Headway)概念來構建模式。兩者跟車模式分述如后。

二、Pipes’ 理論

以最小安全距離車頭距的概念來建立其跟車模式,以表示後車車速和所須 保持最小安全間距的關係。其跟車模式如下所示:

[ ]

n

n MIN n

n n

MIN

X t L

L t

X t X

d ⎥ +

⎢ ⎤

= ⎡

=

+ +

) 10 )(

47 . 1 (

) ) (

( )

(

1

&

1

(2.2.6) 其中:

n

:前車

+ 1

n

:後車

d

MIN:前、後車的車頭距(呎) )

(t

X

n :前車在

t

時間時的位置

(31)

19

)

1(

t

X

n+ :後車在 t 時間時的位置 )

1(

t

X

&n+ :後車在 t 時間時的速度(mph)

L :車長(呎)

n

參數值1.47:為單位轉換之值,5280(呎)除以 3600(秒)

參數值10:模式認為後車應與前車保持每小時 10 英哩速度就要有一台車 身長之安全距離

Pipes 跟車模式之特性為:

1. 最小安全距離車頭距隨行車速率成線性遞增。

2. 缺點為當所有車輛不以相同速率行駛時,即非跟車行為,所有車輛並無 保持最小安全車頭距,與實際不符。

三、Forbes’ 理論

以最小安全時間車頭距(Time Headway)的概念來建立其跟車模式,並在 其跟車模式中加入反應時間(Reaction Time)的因素,考慮後車駕駛者感知是 否需要減速或煞車之反應時間。其模式如下所示:

) (t

X t L h

n n

MIN =∆ + & (2.2.7)

其中:

n

:前車

t

:反應時間(秒)

L :車長(呎)

n

) (t

X

&n :前車在 t 時間時的速度(mph) Forbes 跟車模式之特性為:

1. 兩車時間車頭距至少應大於或等於反應時間。

2. 最小安全時間車頭距和前車速率成線性遞減。

2.3 駕駛模擬器於車流行為之研究

駕駛模擬器應用於車流行為之研究方面,林鄉鎮【5】利用虛擬實境技術構 建之駕駛模擬系統,搜集高速公路小汽車駕駛者跟車資料,發現受測者跟車行 為因素,除了刺激反應方程式中的三個變數之外,跟車發生當時之車流狀況亦 為重要變數。因此以與前車距離、與前車速率差、後車速率及交通狀況等四個

(32)

20

變數做為輸入變數,並以後車加速率做為輸出變數,共構建六個倒傳遞網路跟 車模式。實證結果顯示一個隱藏層的倒傳遞網路即可表現跟車行為的非線性關 係。

何晉亨【4】利用駕駛模擬器,分別設計四個不同的實驗劇本,以探討在跟 車行為、超車行為、交叉路有左右來車時和前方出現交通號誌(紅綠燈)時的 駕駛行為和績效。藉由數據收集,找出真正影響駕駛者的駕駛因素,並結合模 糊理論和倒傳遞類神經網路模式,並加以比較此兩種模式。研究結果發現模糊 推論模式和倒傳遞類神經網路模式比較,模糊推論模式的誤差均方根在跟車、

紅綠燈的情形下較倒傳遞類神經網路模式小,而倒傳遞類神經網路在左右來 車、超車情況下優於模糊推論,但彼此間之差距不大,因此兩個模式皆有不錯 的預測能力。

2.4 實車測試於車流行為研究

實車測試應用於車流行為之研究方面,劉英標【13】構建一套涵蓋「最佳 換檔時機」及「安全跟車間距控制指示系統」以作為「先進駕駛人資訊系統」

中之自動車輛控制基礎架構,使得在穩定車流情況下,安全跟車間距達到最小 化,進而增加行車密度,使道路服務流量最大化,並基於引擎低汙染及油耗情 況下,利用模糊邏輯法則建構最佳之換檔時機模式。其所建立的行車控制指示 系統,可適切地根據駕駛者反應快慢、個人冒險度大小及車速,經由計量化的 類神經模糊推論來決定當時之最佳安全跟車間距及換檔時機,並利用雷射雷達 測距儀的偵測,在車距過小時,給予駕駛者警訊。此外,利用雷射波測距儀所 偵測之瞬間跟車間距信號,以及車輛行駛狀態,包括車速、加速度、引擎扭力、

節氣門開度,傳輸至車輛行駛性能數據擷取儀,經由介面處理後,輸入模糊邏 輯控制單元,依據構建完成之隸屬函數與推論規則,執行邏輯推論與解模糊化 之過程,進而獲得換檔時機與安全跟車間距決策之指示。

2.5 應用模糊理論(Fuzzy Theory)於車流行為研究

模擬理論應用於車流行為之研究方面,Kikuchi 和 Chakroborty【20】提出 模糊推論模式以解決 GM 模式假設刺激(車間距)可以被精確地感知且駕駛者可 以精確地調整反應、兩車之相對速度對駕駛者減速及加速的反應相同及駕駛者 的反應僅依據單一刺激(相對速度)之缺點。此模式考慮人類對環境感知,使用 人類的認知與經驗做出可能的行動且反應人類感知和推論過程的不確定,並依 據駕駛與前車之相對速度、車間距及前車之加減速等資料,預測後車之加減速 反應。此方法雖能解決上述GM 模式的缺點,但推理過程中計算繁雜,且會使 得車間距震盪不已。

詹維敏【10】嘗試以雙相跟車理論的觀點,以錄影調查方法來蒐集研究所

(33)

21

需之各項交通資料,並以統計分析探討迫近相與遠離相跟車行為的差異性,且 利用此差異性配合模糊理論構建模糊雙相跟車行為模式。經由實際資料觀察分 析結果顯示,駕駛人於面對迫近與遠離時是有所差異,且於面對迫近相時駕駛 所關心的是兩車之相對速度及跟車間距;而遠離相則是相對速度,由此即可得 知迫近相是以安全為考慮的反應行為;遠離相則是以期望速率為考慮,兩者是 有所差異。運用模糊理論基礎及實際所觀測雙相跟車行為的變數資料,構建包 含迫近相及遠離相反應行為之模糊雙相跟車行為模式,經由車流穩定性分析,

不論前車起始速度不同或跟車起始間距不同,最後模式均能使跟車間距趨於穩 定,較能反應現實世界之情況。

2.6 小結

一、以往已有多位學者進行模式中參數值(α 、

m

l

)之校估,而參數值的獲得 係利用統計分析方法分析現場調查資料校估而得,表2.3 為 GM 第五代刺 激-反應模式參數研究之參數組合整理表,表中之各研究參數組合差異大,

可能原因為跟車行為隨車流及交通狀況而不同,且很多觀測資料是取自於 低速或停等啟動狀況,無法反映一般跟車行為。

表2.3 刺激-反應模式參數組合整理表

研究者

m l

α (資料搜集方法)方法

Chandler et al.(1958) 0 0 常數 微觀(實車測試) Gazis, Herman and

Potts(1959) 0 1 - 巨觀(-)

Herman and Potts(1959) 0 1 19.8 微觀(實車測試)

Helly(1959) 1 1 - 巨觀(-)

Gazis et al. (1961) 0-2 1-2 - 巨觀(-) May and Keller(1967) 0.8 2.8 1.33×10-4 巨觀(-)

Heyes and

Ashworth(1972) -0.8 1.2 0.8 巨觀(-) Hoefs(1972)(dcn no

brk/dcn brk/acn) 1.5/0.2/0.6 0.9/0.9/3.2 - 微觀(-) Treiterer and

Myers(1974)(dcn/acn) 0.7/0.2 2.5/1.6 - 微觀(觀測) Ceder and May(1976) 0.6 2.4 - 巨觀(-)

Ceder and

May(1976)(uncgd/cgd) 0/0 3/0-1 - 巨觀(-) Aron(1988)(dcn/ss/acn) 0.66/0.26/0.14 0.7/0.5/0.2 2.5/2.7/2.5 微觀(實車測試)

Ozaki(1993)(dcn/acn) 0.9/-0.2 1/0.2 1.1/1.1 微觀(觀測) 劉英標(1996) 0.24 0.19 0.98 微觀(實車測試) 註:dcn/can 為減速/加速;brk/no brk 為無使用煞車減速/使用煞車減速;uncgd/cgd

為擁擠/非擁擠;ss 為穩定狀態;-表文獻未提及。

資料來源:【19】,本研究整理

(34)

22

二、國內對於車流行為之研究,均以小客車駕駛為對象進行分析,而研究方法 有實車測試、實地觀測或使用駕駛模擬器進行探討,其相關研究整理如表 2.4 所示,且由表中可知國內車流行為之研究尚未以大客車駕駛者為研究 對象進行大客車跟車行為之分析與探討。

三、各代刺激-反應模式之發展,可發現以下兩特性:(1)參數增加;(2)第三代 刺激-反應模式經轉換後,可達參數簡化,提供自動車輛控制系統研究之參 考。

(35)

23

表2.4 國內車流行為研究之比較表

作者 研究方法 理論模式 情境設計 資料記錄 樣本數 研究變數 研究結果

劉英標 1996

【13】

實車測試 GM 第五代跟車 模式

兩車均為靜止,兩車 相距 12 公尺;0 至 13 秒之間,前車維 持 1.5m/s2之等加速 度行駛,而 13 秒至 23 秒 間 維 持 等 速 度,而從 23 秒之後 維持-2.4 m/s2之等減 速度,直至車輛完成 停止為止,整個測試 過程共計35 秒。

每1 秒記錄資 料

一組前後車 (小客車駕駛)

前車速度 前車距離 後車速度 後車距離 相對速度(前 車速度減後車 速度)

相對距離 前車加速度 後車加速度

校估後之模式為:

)]

( ) ( ] [ ) ( [

)]

( [ 97749 . ) 0

( 0.242990 1

1 193743 . 0

1 1 X t X t

X t X

t t t X

t

X n n

n n

n

n +

+

+ +

= +

+ & & &

&&

以構建模糊跟車模式。

林鄉鎮 1997

【5】

駕駛模擬 器

(兩個受測 者同時在 同一高速 公路環境 中行駛)

以類神經網路配 適出與第五代刺 激-反應方程式相 同的模式

高 速 公 路 平 直 主 線 道路。

車流狀況分:車少路 段、慢車併行在主線 路 段 造 成 擁 擠 路 況、車禍發生路段。

公 路 上 車 種 包 括 自 用小汽車、九人座廂 型車、大客車。

(蒐集 15 分鐘 資料值)

77 位

(小客車駕駛)

與前車距離 與前車速率差 後車速率 交通狀況

所構建之六個倒傳遞網 路跟車模式,顯示一個 隱藏層的倒傳遞網路即 可表現跟車行為的非線 性關係。

資料來源:本研究整理

(36)

24

表2.4 國內車流行為研究之比較表(續)

作者 研究方法 理論模式 情境設計 資料記錄 樣本數 研究變數 研究結果

詹維敏 2001

【10】

實地觀測 無 觀測地點為國道2 號 平直主線道路。

拍攝路面範圍約 500 公尺。

1 秒(每位駕 駛者共20 秒 之相關跟車 數據資料)

60 位 (小客車駕 駛)

前車速度 後車速度 後車加速度 跟車間距(車 頭距)

駕駛人於面對迫近相與 遠離相時是有所差異,

且於面對迫近相時駕駛 所關心的是兩車之相對 速度及跟車間距;而遠 離相則是相對速度。

何晉亨 2004

【4】

駕駛模擬器 無 駕 駛 者 儘 量 依 速 限 80km/hr 行駛,每行 駛一分鐘之後,駕駛 者前方 10 秒的距離 出現一台車,其車速 為 60km/hr,整段路 段 中 前 車 總 共 出 現 15 次。當駕駛者距離 前車的距離為100 公 尺時,前車將會出現 下列三種情況:

1. 前車緊急煞車 2. 前車正常煞車 3. 前車速度不變 此 三 種 情 況 隨 機 出 現在 15 次試驗中,

每種情形隨機出現 5 次。

每0.5 秒記錄 資料

18 位 (小客車駕 駛)

駕駛者之縱向 加速度 駕駛者之縱向 速度

駕駛者之橫向 加速度 駕駛者與前車 之間距 煞車力 相對速度(前 車速度減後車 速度)

前車之煞車狀 況

影響駕駛者的駕駛因 素:

1. 駕駛環境因素

• 前車煞車情形

• 與前車之間距

• 相對速度 2. 駕駛行為績效

• 自車縱向加速度

• 煞車力

資料來源:本研究整理

參考文獻

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