應用模糊理論於大客車跟車行為及緊急煞車行為之研究

應用模糊理論於大客車跟車行為及緊急煞車行為之研究

學生：游逸倫 指導教授：張建彥博士 摘

摘 摘 摘 要 要 要 要

隨著科技進步車輛安全裝置推陳出新，但較常見的都是運用在小客車上，

例如：倒車雷達、適應性巡航系統，較少運用在大客車上。根據統計，民國 93 年至 95 年國道高速公路大型車輛的車流量約占 16.6%，而交通事故卻占了 31.41%，顯示大型車輛所佔事故比率是高於其所佔車流的比率。又針對以載客 為主的大客車，一旦於高速公路發生交通事故，所造成之人員傷亡及車輛損壞 程度，均較一般交通事故情形嚴重，且高速公路交通事故（Ａ1 類）肇事原因 前四名均為駕駛者行為所引起。因此越來越多學者著手進行先進安全大客車相 關之研究，當中又以人類的行為是最關鍵的也最難去做描述，駕駛行為主要可 分為跟車行為以及煞車反應兩者。在跟車相關的研究中，以往研究大多以小客 車為主，近年來越來越多大客車相關之跟車研究，當中大多採用刺激反應模式 及心理物理行為門檻模式；另外煞車反應之相關研究則較為缺乏，近年來周盈 如(2005)應用模糊理論進行大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之研究。但上 述研究都僅是把跟車行為及煞車反應個別做討論，尚未有研究將此兩項拿來做 綜合性討論，因此本研究乃以此兩項目一併做分析探討。又因為跟車及煞車反 應行為存在著相當大程度的模糊特性，且不同於刺激反應方程式與心理物理行 為門檻模式，模糊理論所描述的駕駛行為較為完整，所以近年來開始有學者將 模糊理論運用在跟車及煞車反應行為研究上，但是當中之參數隸屬度函數大多 經由假設而得(例：三角形、梯形、鐘型函數)，且未經確認與驗證的動作。

本研究運用模糊理論於大客車跟車及緊急煞車行為之研究，利用大客車駕 駛模擬器蒐集參數資料，跟車行為模式輸入變數為本車車速、兩車間距與速差，

輸出變數為加速率；緊急煞車行為輸入變數同樣為本車車速、兩車間距與速差，

輸出變數為感知反應時間與煞車減速率。跟車行為分成速差小於等於零及大於 零，再個別分出加速率大於零及小於零，因此共四個分類；緊急煞車行為輸出 運用於警示公式上。利用實際實驗資料作整理，配合運用數學軟體 MATLAB 6.1 版，建立適合的參數隸屬度函數及解模糊化的動作，在跟車行為資料加速率部 分結果發現並沒有很大的起伏，緊急煞車部分有較大的減速率，最後經過模式 確認及驗證的動作。

本研究結果在跟車模式及緊急煞車模式上可適用於高速公路平直路段的大 客車駕駛者，另外在警示公式運用上可依不同的安全等級有不同的警示距離。

關鍵詞關鍵詞

關鍵詞關鍵詞︰模糊理論、參數隸屬度函數、解模糊化、大客車駕駛模擬器

目 目 目 目 錄 錄 錄 錄

摘 要... i

目 錄... ii

圖目錄... iii

表目錄...v

第一章 緒論 ...1

1.1 研究背景與動機...1

1.2 研究目的 ...2

1.3 研究範圍與限制...3

1.4 研究內容與流程...3

第二章 文獻回顧 ...6

2.1 國內外跟車模式發展 ...6

2.2 煞車行為模式發展...18

2.3 模糊理論於車流行為分析之應用探討 ...21

2.4 防撞警示公式與縱向防撞警示系統之介紹 ...22

2.5 小結...29

第三章 研究方法與工具...31

3.1 參數模糊化及模糊規則庫架構...31

3.2 中華大學大客車駕駛模擬器 ...34

3.3 數學軟體 MATLAB6.1(fuzzy logic toolbox) ...35

第四章 資料蒐集與分析...38

4.1 實驗內容及流程介紹 ...38

4.2 跟車及緊急煞車行為資料蒐集...42

4.3 跟車行為參數隸屬度函數及推論規則庫建立 ...43

4.4 緊急煞車行為參數隸屬度函數及推論規則庫建立...77

第五章 解模糊化及模式確認與驗證...87

5.1 推論方式與解模糊化 ...87

5.2 跟車及緊急煞車行為輸出 ...92

5.3 跟車及緊急煞車模式確認 ...95

5.4 跟車及緊急煞車模式驗證 ...98

5.5 小結...101

第六章 縱向防撞警示公式之運用 ...103

6.1 防撞警示公式分析...103

第七章 結論與建議 ...123

7.1 結論...123

7.2 建議...126

圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄

圖 1.1 研究流程 ...5

圖 2.1 行為門檻關係示意圖 ...16

圖 2.2 駕駛者縱向防撞警示系統概念圖...26

圖 2.3「旅行中」先進安全車輛(重型車)示意圖...27

圖 3.1 模糊系統流程...31

圖 3.2 跟車行為之模糊系統 ...32

圖 3.3 煞車反應行為之模糊系統 ...32

圖 3.4 模式調整 ...34

圖 3.5 大客車駕駛模擬器硬體設備圖...35

圖 3.6 軟體主畫面 ...36

圖 3.7 軟體參數設定畫面...36

圖 3.8 軟體隸屬度圖形設定畫面 ...37

圖 3.9 推論規則庫設定方式 ...37

圖 4.1 實驗場景流程圖...39

圖 4.2 實驗組合 1 速率與時間之變化情形圖 ...40

圖 4.3 實驗組合 2 速率與時間之變化情形圖 ...42

圖 4.4 跟車行為分類一(319 次)加速率範圍次數分配圖 ...57

圖 4.5 跟車行為分類一(308 次)加速率範圍次數分配圖 ...57

圖 4.6 跟車行為分類一(332 次)加速率範圍次數分配圖 ...58

圖 4.7 跟車行為分類一(357 次)加速率範圍次數分配圖 ...58

圖 4.8 跟車行為分類一(452 次)加速率範圍次數分配圖 ...58

圖 4.9 跟車行為分類二(457 次)加速率範圍次數分配圖 ...59

圖 4.10 跟車行為分類二(444 次)加速率範圍次數分配圖 ...59

圖 4.11 跟車行為分類二(463 次)加速率範圍次數分配圖 ...59

圖 4.12 跟車行為分類二(473 次)加速率範圍次數分配圖 ...60

圖 4.13 跟車行為分類二(685 次)加速率範圍次數分配圖 ...60

圖 4.14 跟車行為分類三(478 次)加速率範圍次數分配圖 ...60

圖 4.15 跟車行為分類三(443 次)加速率範圍次數分配圖 ...61

圖 4.16 跟車行為分類三(568 次)加速率範圍次數分配圖 ...61

圖 4.17 跟車行為分類三(628 次)加速率範圍次數分配圖 ...61

圖 4.18 跟車行為分類三(480 次)加速率範圍次數分配圖 ...62

圖 4.19 跟車行為分類四(368 次)加速率範圍次數分配圖 ...62

圖 4.20 跟車行為分類四(420 次)加速率範圍次數分配圖 ...62

圖 4.21 跟車行為分類四(484 次)加速率範圍次數分配圖 ...63

圖 4.22 跟車行為分類四(534 次)加速率範圍次數分配圖 ...63

圖 4.23 跟車行為分類四(477 次)加速率範圍次數分配圖 ...63

圖 4.24 跟車行為分類ㄧ隸屬度函數建立圖 ...64

圖 4.25 跟車行為分類二隸屬度函數建立圖 ...64

圖 4.26 跟車行為分類三隸屬度函數建立圖 ...65

圖 4.27 跟車行為分類四隸屬度函數建立圖 ...65

圖 4.28 跟車行為分類ㄧ推論規則設定圖...75

圖 4.29 跟車行為分類二推論規則設定圖...75

圖 4.30 跟車行為分類三推論規則設定圖...76

圖 4.31 跟車行為分類四推論規則設定圖...76

圖 4.32 緊急煞車行為隸屬度函數建立圖...79

圖 4.33 緊急煞車行為推論規則庫設定圖...86

圖 5.1 最大-最小合成”及模糊蘊涵”圖...88

圖 5.2 三角形隸屬度函數有界區間圖...88

圖 5.3 跟車行為分類一輸出介面圖 ...92

圖 5.4 跟車行為分類二輸出介面圖 ...93

圖 5.5 跟車行為分類三輸出介面圖 ...93

圖 5.6 跟車行為分類四輸出介面圖 ...94

圖 5.7 緊急煞車行為輸出圖 ...95

圖 6.1 感知反應時間隸屬度分級圖 ...105

圖 6.2 減速率隸屬度分級圖 ...105

圖 6.3 靜止車間距隸屬度分級圖 ...106

表目錄 表目錄 表目錄 表目錄

表 1.1 高速公路交通事故統計表（A1 類）車種別...2

表 1.2 高速公路交通事故統計表（Ａ1 類）肇事原因前四名 ...2

表 2.1 GM 各代刺激-反應模式的

m

表 2.2GM 模式參數組合整理表...9

表 2.3 不同延遲時間參數組合表 ...10

表 2.4 國內車流行為研究之比較表 ...11

表 2.5 心理－物理行為門檻模式公式整理表 ...18

表 2.6 感知反應時間相關文獻整理表...20

表 2.7 減速率相關文獻整理表 ...20

表 2.8 靜止車間距相關文獻整理表 ...21

表 2.9 模糊理論於車流行為之相關研究彙整表 ...21

表 2.9 模糊理論於車流行為之相關研究彙整表(續)...22

表 2.10 警示法則公式特性及參數彙整表...23

表 2.11 先進安全車輛架構整理表-重型車...27

表 2.11 先進安全車輛架構整理表-重型車(續) ...28

表 2.12 防撞警示系統效果之各研究重要結果表 ...29

表 3.1 跟車行為及煞車反應參數之分級表(數入變數) ...33

表 3.2 跟車行為及煞車反應參數之分級表(數出變數) ...33

表 3.3 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備表 ...35

表 4.1 受測者年齡與駕駛年資整理表...38

表 4.2 事件車觸發組合表...40

表 4.3 跟車資料整理表...42

表 4.4 緊急煞車資料整理表 ...43

表 4.5 跟車行為分類ㄧ速差小於等於零加速率小於零之各隸屬範圍次數表 ...49

表 4.6 跟車行為分類二速差小於等於零加速率大於零之各隸屬範圍次數表 ...50

表 4.7 跟車行為分類三速差大於零加速率小於零之各隸屬範圍次數表...51

表 4.8 跟車行為分類四速差大於零加速率大於零之各隸屬範圍次數表...52

表 4.9 跟車行為分類ㄧ速差小於等於零加速率小於零之實際加速率範圍表 ...53

表 4.10 跟車行為分類二速差小於等於零加速率大於零之實際加速率範圍表 ...54

表 4.11 跟車行為分類三速差大於零加速率小於零之實際加速率範圍表 ...55

表 4.12 跟車行為分類四速差大於零加速率大於零之實際加速率範圍表...56

表 4.13 跟車行為分類ㄧ速差小於等於零加速率小於零推論規則表...67

表 4.14 跟車行為分類二速差小於等於零加速率大於零推論規則表...68

表 4.15 跟車行為分類三速差大於零加速率小於零推論規表 ...69

表 4.16 跟車行為分類四速差大於零加速率大於零推論規表 ...70

表 4.17 跟車行為分類ㄧ速差小於等於零加速率小於零加速率推論範圍表 ...71

表 4.18 跟車行為分類二速差小於等於零加速率大於零加速率推論範圍表 ...72

表 4.19 跟車行為分類三速差大於零加速率小於零加速率推論範圍表...73

表 4.20 跟車行為分類四速差大於零加速率大於零加速率推論範圍表...74

表 4.21 加速率參數隸屬次數及範圍表...80

表 4.22 感知反應時間參數隸屬次數及範圍表 ...81

表 4.23 加速率推論規則表...82

表 4.24 緊急煞車行為加速率推論模糊數範圍表 ...83

表 4.25 感知反應時間推論規則表 ...84

表 4.26 緊急煞車行為之感知反應時間推論模糊數範圍表...85

表 5.1 跟車行為分類ㄧ成對樣本統計量表...96

表 5.2 跟車行為分類ㄧ成對樣本檢定表...96

表 5.3 跟車行為分類二成對樣本統計量表...96

表 5.4 跟車行為分類二成對樣本檢定表...96

表 5.5 跟車行為分類三成對樣本統計量表...96

表 5.6 跟車行為分類三成對樣本檢定表...96

表 5.7 跟車行為分類四成對樣本統計量表...96

表 5.8 跟車行為分類四成對樣本檢定表...97

表 5.9 各跟車行為分類調整參數後 RMSE 值表 ...97

表 5.10 緊急煞車行為感知反應時間成對樣本統計量表...97

表 5.11 緊急煞車行為感知反應時間成對樣本檢定表...98

表 5.12 緊急煞車行為加速率成對樣本統計量表 ...98

表 5.13 緊急煞車行為加速率成對樣本檢定表 ...98

表 5.14 受測者年齡與駕駛年資整理表...98

表 5.15 跟車行為分類ㄧ成對樣本統計量表 ...99

表 5.16 跟車行為分類ㄧ成對樣本檢定表...99

表 5.17 跟車行為分類二成對樣本統計量表 ...99

表 5.18 跟車行為分類二成對樣本檢定表...99

表 5.19 跟車行為分類三成對樣本統計量表 ...99

表 5.20 跟車行為分類三成對樣本檢定表...100

表 5.21 跟車行為分類四成對樣本統計量表 ...100

表 5.22 跟車行為分類四成對樣本檢定表...100

表 5.23：緊急煞車行為感知反應時間成對樣本統計量表...100

表 5.24：緊急煞車行為感知反應時間成對樣本檢定表...101

表 5.25：緊急煞車行為加速率成對樣本統計量表 ...101

表 5.26：緊急煞車行為加速率成對樣本檢定表 ...101

表 6.1 公式一警示距離區間通式表 ...107

表 6.1 公式一警示距離區間通式表(續) ...108

表 6.2 公式二警示距離區間通式表(續) ...110

表 6.3 公式三警示距離區間通式表 ... 111

表 6.3 公式三警示距離區間通式表(續) ...112

表 6.4 公式一警示距離(RT^A ,a^FB ,B^C )參數對照表 ... 113

表 6.5 公式一警示距離通式表 ...114

表 6.5 公式一警示距離通式表(續)...115

表 6.6 公式二警示距離(RT^A,a^FB,B^C )參數對照表 ... 116

表 6.7 公式二警示距離通式表 ...117

表 6.7 公式二警示距離通式表(續)...118

表 6.8 公式三警示距離(RT, aF,B )參數對照表...119

表 6.9 公式三警示距離通式表 ...120

表 6.9 公式三警示距離通式表(續)...121

第一章 第一章

第一章 第一章 緒論 緒論 緒論 緒論

1.1 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機 研究背景與動機

隨著科技日新月異，以行車安全為出發點的車輛安全裝置推陳出新，但較 為常見的都是運用在小客車之上，例如：倒車雷達、適應性巡航系統，大客車 上相關之先進安全裝置反而較少。根據民國 95、96 年警政署統計【18,19】顯 示，民國 93 年至 94 年國道高速公路大型車輛的車流量約占 16.71%，而交通事 故卻占了 33%，95 年大型車輛的車流量占 16.38%，而交通事故占 27.03%，顯 示大型車輛所佔事故比率是高於其所佔車流的比率。大型車輛之體積、噸位及 馬力等，與小型車輛差距懸殊，又針對以載客為主的大客車，一旦於高速公路 發生交通事故，所造成之人員傷亡及車輛損壞程度，均較一般交通事故情形嚴 重，且高速公路交通事故（Ａ1 類）肇事原因前四名均為駕駛者行為所引起，

相關資料如表 1.1、表 1.2 所示。因此越來越多學者著手進行先進安全大客車相 關之研究，當中又以人類的行為是最關鍵的也最難去做描述，人類駕駛行為最 常見可分為跟車行為以及煞車反應兩者。在跟車相關的研究中，以往研究大多 以小客車為主，近年來越來越多大客車相關之跟車研究，當中大多採用刺激反 應模式及心理物理行為門檻模式；另外煞車反應之相關研究則較為缺乏，近年 來周盈如【6】應用模糊理論進行大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之研究。

但上述研究都僅是把跟車行為及煞車反應個別做討論，尚未有研究將此兩項拿 來做綜合性討論，因此本研究乃以此兩項目一併做分析探討。又因為跟車及煞 車反應行為存在著相當大程度的模糊特性，且不同於刺激反應方程式與心理物 理行為門檻模式，模糊理論所描述的駕駛行為較為完整，所以近年來開始有學 者將模糊理論運用在跟車及煞車反應行為研究上，但是當中之參數隸屬度函數 大多經由假設而得(例：三角形、梯形、鐘型函數)，且未經確認與驗證的動作。

綜合以上，本研究首先蒐集大客車駕駛模擬器之模擬實驗資料，分為跟車 以及煞停反應之實驗資料，而鑑於影響跟車及煞車反應之參數均為相對速度、

間距、本車車速，其參數差異造成跟車加減速率的不同及煞車反應時之感知反 應時間與減速率之差異，因此乃進ㄧ步找尋能夠反映大部分駕駛者行為之參數 隸屬度函數，接下來再運用數學軟體 MATLAB 6.1 版當中 fuzzy logic toolbox 推論及解模糊化處理取得跟車行為加減速率及煞車反應感知反應與減速率之輸 出，為了更趨近於駕駛者之行為，接著進行模式確認及驗證動作，將最後結果 進行綜合討論，一方面可了解大客車駕駛之跟車加減速行為，另ㄧ方面煞車反 應之輸出感知反應時間及煞車減速率，可運用於警示公式之上，作為將來大客 車縱向防撞系統設計的基礎。

表 1.1 高速公路交通事故統計表（A1 類）車種別

93 年 94 年 95 年

車種 件數 (件)

比率 (%)

交通量 (百萬輛)

比率 (%)

件數 (件)

比率 (%)

交通量 (百萬輛)

比率 (%)

件數 (件)

比率 (%)

交通量 (百萬輛)

比率 (%)

小客車 43 40.19 54 46.15 51 45.95

小貨車 14 13.08 468 83.08

16 13.68 479 83.5

22 19.82 481 83.62

大客車 8 7.48 4 3.42 3 2.70

大貨車 31 28.97 95 16.92

32 27.35 95 16.5

27 24.32 94 16.38 其它 11 10.28 - - 11 9.40 - - 8 7.21

總計 107 100 563 100 117 100 574 100 111 100 575 100 資料來源：【18】

表 1.2 高速公路交通事故統計表（Ａ1 類）肇事原因前四名

93 年 94 年 95 年

件數 比率 件數 結構比 件數 比率

酒後駕駛 7 6.54 22 18.8 22 19.82

駕駛不當 13 12.15 15 12.82 17 15.32 未保持安全間距 23 21.5 20 17.09 16 14.41

超速 8 7.48 11 9.40 8 7.21

資料來源：【19】

1.2 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的

本研究之目的在於蒐集大客車駕駛模擬實驗資料，分為跟車行為及煞停反 應兩部份做相關的分析探討。跟車行為及煞停反應之重要輸入參數均為本車車 速、兩車間距、兩車速差，所影響到的跟車行為是駕駛車的加減速率及煞停反 應行為的感知反應時間及減速率，找尋能夠反映大部分駕駛者行為之參數隸屬 度函數，為了了解模式建構是否良好且適用於大部分大客車駕駛行為，因而進 行模式確認以及驗證的動作，接著再將最後結果進行綜合討論，一方面可了解 大客車駕駛之跟車加減速行為，另ㄧ方面煞停反應之輸出感知反應時間及煞車 減速率，可作為將來大客車縱向防撞系統設計的基礎。具體的目的分述如下：

一、分析比較不同跟車行為以及大客車縱向防撞警示法則原理，作為本研究重 要參數之參考。

二、蒐集大客車駕駛模擬器實驗資料中，跟車以及煞停反應之相關參數，以及 學習參數隸屬度函數建立的方式。

三、個別整理分析跟車及煞停反應之重要參數，並建立能夠反映不同大客車駕 駛者跟車行為以及煞車反應之參數模糊化隸屬度函數。

四、建立大客車跟車與緊急煞車行為之模式。

五、作為大客車縱向防撞警示系統參數建立之基礎。

1.3 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制 研究範圍與限制

本研究所蒐集之實驗資料為運用中華大學大客車駕駛模擬器所模擬之高速 公路實驗場景，可依人員、車輛、道路種類三方面來加以界定，其中在人員的 部分以具有大客車駕駛執照的駕駛者為研究對象；車輛方面則是以國道高速公 路上大客車車種作為研究對象；道路種類的部分則是以在駕駛模擬器的場景 中，建立高速公路平直路段為模擬場景，公路車道為雙向，每ㄧ單向為三車道 場景及一路肩，車道寬設定為 3.75 公尺、路肩設定為 3 公尺，車道長度設定 為 90 公里，在前車速限方面是以國道一號大型車輛速限 90 公里/小時為設定 值。

由於本實驗設計之主要目的為取得包含跟車以及緊急煞車至停止之所有重 要參數，符合本研究之參數需求，因而選定此實驗資料為分析基礎。

1.4 研究內容與流程 研究內容與流程 研究內容與流程 研究內容與流程

本研究之研究項目與內容說明如下，流程則如圖 1.1 所示。

一、確定研究動機與目的

對於跟車及煞車反應之課題進行動機與目的之瞭解，以確定本研究之 方向並針對此方向進行深入且完善之探討。

二、文獻回顧

回顧國內外期刊、論文與書籍，內容包含跟車模式、跟車模式相關參 數(本車車速、兩車間距、兩車速差)、縱向防撞警示系統、煞車反應相關 參數(感知反應時間、減速率、靜止車間距離)、模糊理論與參數隸屬度函 數如何建立及修正等相關資料，以了解文獻之研究內容與成果，並加以比 較分析。

三、蒐集相關實驗資料

蒐集本研究所需之相關資料，影響跟車及煞車反應行為之參數均為兩 車速差、間距、本車車速，蒐集並整理分析。

四、跟車行為及煞車行為反應之分析

將所蒐集之受測者資料分為跟車及緊急煞車部份進行分析，及參數模 糊化的動作。

五、跟車行為及煞車反應之隸屬度函數建立及分析(運用 MATLAB 6.1 版軟體) 應用模糊理論建立跟車行為及煞車反應行為之參數隸屬度函數，再透 過解模糊化的方式得到大客車駕駛之跟車加減速輸出，另ㄧ方面煞車反應 之輸出為感知反應時間及煞車減速率。

六、模糊模式檢定

將實際實驗資料與模式輸出資料進行成對樣本統計檢定，查看是否有 顯著的差異，了解模式是否趨於良好。

七、模糊模式驗證

邀請 10 位新竹客運大客車駕駛者進行相同之跟車、緊急煞車實驗，了 解本研究之模糊模式是否適用於多數駕駛者之駕駛行為。

八、警示公式運用

緊急煞車行為之重要輸出參數感知反應時間、減速率可運用於縱向防 撞警示公式之上。

九、提出結論與建議

將最後結果進行綜合討論，分為跟車加減速行為及煞車反應之輸出感 知反應時間及煞車減速率狀況，後者可作為將來先進安全車縱向防撞系統 設計的基礎。

確定研究動機與目的

文獻回顧

.模糊理論及模糊類神經網路之車流行為探討 .先進安全大客車縱向防撞警示系統之發展 .國內外大客車縱向防撞警示公式之發展 .跟車模式參數及警示法則參數之回顧 .隸屬度函數建立及修正方法之探討

蒐集參數資料

分析煞車行為反應

參數模糊化處理

建立大客車煞車反應行 為之參數隸屬度函數

解模糊化緊急煞車輸出 分析跟車行為反應

蒐集參數資料

建立大客車跟車行為 之參數隸屬度函數

解模糊化跟車行為輸出

模糊跟車模式檢定 模糊緊急煞車模式檢定

模糊跟車模式驗證 模糊緊急煞車模式驗證

警示公式之運用

提出結論與建議

軟體應用 MATLAB

6.1版

圖 1.1 研究流程圖

第二章 第二章

第二章 第二章 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧 文獻回顧

本研究應用模糊理論於大客車跟車行為及緊急煞車行為之研究，當中緊急 煞停行為之輸出結果運用於警示公式之上；因此共針對了國內外跟車模式、煞 車行為、模糊理論應用於車流行為、防撞警示公式與縱向防撞警示系統四個部 分進行文獻回顧。

2.1 國內外跟車模式發展 國內外跟車模式發展 國內外跟車模式發展 國內外跟車模式發展

根據 Brackstone 等人【30】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)刺激反應模式(Gazis-Herman-Rothery Model)；(2)安全間距 或防撞模式(Safety Distance or Collision Avoidance Models)；(3)線性模式(Linear Models)；(4)心理─物理行為門檻模式(Psychophysical or Action Point Models)；

(5)模糊邏輯模式(Fuzzy Logic Based Models)。較常運用於跟車研究之上的主要 有刺激反應模式及心理─物理行為門檻模式，近年來越來越多以模糊邏輯理論 為基礎的跟車研究。

ㄧ、刺激反應模式

刺激反應模式於 1950 年代末期、1960 年代初期，由美國通用汽車 (General Motor)進行許多實驗開發出來的，共分為五代。GM 模式最主要的 觀念在於當駕駛者接受到外界的刺激時，所做出來反應行為之間的關係，

顯示刺激與駕駛者行為呈現正向關係，當所受到的刺激越大則反應行為也 越大。GM 第一至第五代模式之模式介紹如下：

(一)GM 第一代刺激-反應模式

[

]

)

( ₁

1 t t X t X t

X

_n+ +∆ =

α

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

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。

(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）

其中，

) (t X
_n

：前車在

t

)

1(t X
_n+

：後車在

t

)

1(t t X

_n+ +∆

：後車在

t + ∆ t

α

α

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

α

(三)GM 第三代刺激-反應模式

[

]

) ( ) ) (

( ₁

1 0

1 X t X t

t X t t X

t

X _{n n}

n n

n +

+

+ −

= −

∆

+

α

（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 )

X
_n(t

：前車在 t 時間時的速度（mph）

)

1(t X
_n+

：後車在 t 時間時的速度（mph）

)

1(t t X

_n+ +∆

：後車在t+∆t時間時的加減速率

α

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

α

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。

(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

（2-4）

其中，

) (t

X_n ：前車在

t

)

1(t

X_n+ ：後車在

t

) (t X
_n

：前車在

t

)

1(t X
_n+

：後車在

t

)

1(t t X

_n+ +∆

：後車在t+∆t時間時的加減速率

α

GM 第四代刺激-反應模式特性為：

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

（2-5）

其中，

) (t

X_n ：前車在

t

)

1(t

X_n+ ：後車在

t

) (t X
_n

：前車在

t

)

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

m

α

：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；m≠0、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 2.1 所示。

表 2.1 GM 各代刺激-反應模式的 m 、 l 值彙整表

模式

m

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：【17】

GM 第五代模式的基本假設，乃是認為後車駕駛者會因前車的刺激，如速 率變化、兩車空間間距(gap)或後車速率等因素而有所反應，而主要的反應行為

則是後車之加速或減速。模式中的主要敏感度參數則有三項(

α

α

、 m 、 l 之參數值加以校估，本研究將過去運用 GM 模式所進行研 究之參數彙整表如表 2.2 所示。

表 2.2GM 模式參數組合整理表

研究者

m

α

(資料蒐集法) 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) 0.193743 0.24299 0.97749 微觀

(實車測試) 曾雅瑜(2005) 0.20/0.15/

0.17/0.49

0.64/0.72/

0.66/0.57

2.27/3.49/

2.43/0.55

微觀(大客車駕 駛模擬器)

魏智浩【17】較為不同的地方在於場景為三車互動之情況下的場景，建立 四種不同刺激反應方程式，分別為以第五代 GM 模式為基礎的刺激-反應方程 式、以速差為基礎的刺激-反應方程式、整合第五代 GM 模式與速差為基礎的刺 激-反應方程式、整合第五代 GM 模式與間距為基礎的刺激-反應方程式。在校 估過程中發現前兩模式所使用參數過於簡化，因此在累積位移量的分析上僅以 後兩個模式進行研究。結果如下表 2.3 所示。

表 2.3 不同延遲時間參數組合表

魏智浩(2006)

m

α

(資料蒐集法) GM 五代與速差

延遲(0.5/1/1.5/2)秒

1.08/0.93/

0.82/1.02

2.02/0.79/

0.60/0.51

53.57/0.54/

0.32/0.11

微觀 (大客車駕駛模擬器) GM 五代與間距

延遲(0.5/1/1.5/2)秒

0.43/0.76/

0.75/1.00

0.90/0.81/

0.72/0.60

4.09/0.96/

0.62/0.15

微觀 (大客車駕駛模擬器)

資料來源：【17】

另外在魏智浩【17】的研究中，整理出近年來國內所進行車流行為研究所 使用的研究方法、理論模式、情境設計、資料紀錄、樣本數、研究變數及其研 究結果，而本研究將其研究之「三車互動情境下大客車跟車駕駛行為之模擬研 究」【17】的研究成果補充，整理如下表 2.4 所示。目的是在了解過去跟車行為 研究中所選取之重要參數。

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)

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)

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：【17】,本研究整理

11

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)

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)

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：【17】,本研究整理

12

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

曾雅 瑜 (2005)

大客車駕駛 模擬器[中

華大學]

GM 第五代跟 車模式

駕駛者於三車道中間 車 道 從 停 止 開 始 加 速，並且只能行駛中間 車道，當駕駛者加速至 90km/hr 時，前方 200 公尺處加入一輛事件 車，且左右車道加入 B 級車流。當駕駛者接近 事件車至 80 公尺時，

事件車立即以 90km/hr 移動， 駕駛者進行跟 車 25 秒後，執行實驗 組合 1，而組合中包含 前車以不同的減速度 減速與不同的速差，最 後一個事件則是前車 煞車停止。當組合事件 完成後，事件車立即加 速離去，再次進行跟車 行為，並且進行實驗組 合 2，於停止事件完成 後，結束實驗。

每秒紀錄 32 筆資料

10 位 (國道客運 大客車駕 駛)

前車車速 後車車速 兩車間距 兩車速差

校估 4 個不同時間延遲 之大客車跟車駕駛刺激

─反應模式，與利用各模 式及相關公式探討模式 累積位移量與實驗累積 位移量之偏差程度與優 劣排序。

資料來源：【17】,本研究整理

13

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

魏智 浩 (2006)

大客車駕駛 模擬器[中

華大學]

GM 第五代跟 車模式

駕駛者於三車道中間車道從 停止開始加速，並且只能行駛 中間車道，當駕駛者加速至 90km/hr 時，前方 200 公尺處 加入兩輛事件車，且左右車道 加入 B 級車流。當駕駛者接 近事件車至 100 公尺時，事件 車立即以 90km/hr 移動， 駕 駛者進行跟車 25 秒後，執行 實驗組合 1，而組合中包含第 一事件車以不同的減速度減 速與不同的速差，第二事件車 在延遲 1.5 秒後以不同的減速 度減速與不同的速差，最後一 個事件則是第一事件車煞車 停止第二事件車於延遲 1.5 秒 後停止。當組合事件完成後，

事件車立即加速離去，再次進 行跟車行為，並且進行實驗組 合 2，於停止事件完成後，結 束實驗。

每秒紀錄 32 筆資料

14 位 (國道客運 大客車駕 駛)

前車車速 後車車速 兩車間距 兩車速差

1. 建立四種不同的三 車跟車模式。

2. 三車刺激反應方程 式分別與小客車刺 激反應方程式及大 客車的兩車刺激反 應方程式加以比較。

3. 校估 4 個不同時間延 遲之大客車三車互 動跟車駕駛刺激─反 應模式，與利用各模 式及相關公式探討 模式累積位移量與 實驗累積位移量之 偏差程度與優劣排 序。

資料來源：【17】,本研究整理

14

二、心理物理行為門檻模式【7】

心理－物理行為門檻模式是從 1960 年代開始發展的跟車行為模型，而 Michaels 和 Todosiev 是最早將此行為模型模式化的的學者，主張「跟車」

是被感知門檻(Perceptual Threshold)所支配的，而行為門檻是受兩車距離變 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

θ

心理─物理行為門檻模式為微觀車流跟車行為模式的一種，其基本概 念為，當後車駕駛者感覺到本身駕駛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彼此間距，逐漸由不受影響駕駛範圍進入受影 響駕駛範圍；當後車駕駛者感覺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 等人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。

ABX=AX+BX V (2-6)

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)

SDX=AX+EX×BX V (2-7)

SDX 表示為超過 ABX 的動態跟車間距， EX 為助變數，且 SDX 約為 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 = (2-8)

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)

OPDV(DX)=DX²/OP² (2-9)

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。

過去許添本【10】之研究構建心理－物理行為門檻模式，以陳世泉【11】

之研究(如圖 2.1)為基礎，依車種特性將機車與小客車個別處理，當中小客 車部份分為 6 個行為門檻。該研究也根據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)：後車在靜止時希望與前車保持的車頭距離，以公尺為 單位。

AX=L+(K₁+K₂×ZF₁) (2-10)

其中：

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

資料來源：【7】

圖 2.1 行為門檻關係示意圖

(二)最小跟車間距(BX)：後車車速與前車相近時，所想保持的最小跟車間 距，以公尺為單位。

BX = AX + ( K

+ K

× ZF

) × V

其中：

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。

2

CX X S

SDV DX 



 



 −

=

(2-12)

CX =K₅×(K_5C1×ZF₁+ZF₂ )+K₇×V

(2-13)

其中：

CX：助變數

Ｋ5、Ｋ5C1、Ｋ7：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)

(五)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。

SDX = AX +EX×(BX −AX) (2-14)

EX = K₆ −ZF₂ +NZF

(2-15)

其中：

EX ：助變數 K ：調整因子 ⁶

(六)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。

CLDV = SDV (2-16) (七)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。

本研究整理 Brackstone 等人【30、31】、許添本【10】林靜芬【7】研究之 門檻公式比較，如表 2.5 所示。

表 2.5 心理－物理行為門檻模式公式整理表 行為門檻 許添本【10】 Brackstone 等

人【30】**

Brackstone 等 人【31】

林靜芬

【7】

車種 小客車 小客車 小客車 大客車

積極型 保守型

靜止車間距離

(AX-L:公尺) AX-L=1~3 － 3.25 2 12

最小跟車間距 (BX：公尺)

BX=(5+3 V ^＊)

~(7+4 V )

－ 7.25+2.96 V ^{13.71 67.24}

感知速差門檻

(SDV:公尺/秒) － SDV=

-3.1×10^-4∆x^{＊ －}

SDV=17.4+

38.58X -5.73X²

SDV=50.21+

75.48X

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 ^{30.95 90.7}

間距漸減速差 門檻 (CLDV:公尺/

秒)

－

CLDV=

6.9×10-4∆x 或 CLDV=

-0.15+8.5×10- 4∆x

或 CLDV=0.05+4

1.5×10-4∆x

-1.3 (相對間距 為 30m 時)

CLDV=6.32 +15.31X-2.3

9X²

CLDV=27.4+

49.86X -9.49X²

間距漸增速差 門檻 (OPDV:公尺/

秒)

OPDV 約 1~3 倍 CLDV 值

OPDV = -5.2×10-4∆x

0.9 (相對間距 為 30m 時)

OPDV=9.15 -25.81X -7.42X²

OPDV=-15.18 -190.68X -

87.9X²

註 *：V 為後車車速(公尺/秒)；∆x為兩車車間距離(公尺)；X 為速差。**：適用於兩車速差 極小的情況。

資料來源：【7】,本研究整理

2.2 煞車行為模式發展 煞車行為模式發展 煞車行為模式發展 煞車行為模式發展

煞車行為之研究主要是運用在警示公式之上，再進而作為防撞警示系統設

計之用。了解其當中重要參數之特性尤其重要，本研究依據過去周盈如【6】之 研究，針對煞車行為時之重要參數進行回顧，當中包含感知反應時間、煞車減 速率、靜止車間距三項參數。

ㄧ、感知反應時間回顧【13】

一般而言，駕駛者感知反應時間是由視覺、聽覺、感識至開始採取反 應行動，或是接受到交通或公路突發狀況的刺激，到產生動作的時間，亦 稱為「反應時間」。理想狀況下，反應時間依序由下列 4 個時間段所組成：

(一)感識時間：

經由視覺、聽覺或觸覺來察覺到外界的變化稱之為感識，完全感 識所需的時間稱為感識時間。駕駛者感識所需的時間隨駕駛的經驗、

情緒、身體狀況及環境複雜程度而有所不ㄧ樣。

(二)辨明時間：

運用智慧所需的時間，即感識時間階段所發現事物對其本身的重 要性或威脅性，運用個人智慧加以了解及比較，以決定所應採取的反 應行動，同樣的也會受不同個體之本身條件不同所影響。

(三)判斷時間：

與事物接觸後，在精神上及身體上所產生的一種強烈而複雜的反 應，這是由感識作用及神經系統的自動反射而突然發生的，所以情緒 乃人類採取某種因應行為的強力決定因素。憂鬱及憤怒均會影響到用 路人的行為。情緒與個人態度有關，而態度主要由教育及經驗所組成。

(四)反應時間：

執行意志係實現意願，用路人對交通事件的體認，經由情緒與態 度的折衝，而後所採取符合本身利益的必要行動所需的時間，即為執 行意志時間。

此稱為 PIJR 理論，即用路人在行車中對突發事件完成感識、辨明、判 斷及行動反應過程所需要的時間，稱為 PIJR 時間，簡稱反應時間。每一過 程所需時間，均因人而異，並且受實際狀況的複雜程度、天候及其他心理 狀 況影 響。美 國州 際 公路 與運輸 官員 協會 (American Association State Highway and Transportation Officials，AASHTO) 建議正常駕駛下之 PRT 為 2.5 秒；而在號誌 PRT 部分，美國運輸工程學會(The Institute of Transportation Engineers)則是建議為 1.0 秒【40】。然而不同的道路交通狀況或駕駛者特 性下，駕駛者之感知反應時間均會有所不同，對駕駛者面對不同狀況下之 感知反應時間變化，更是具有相當大的影響。

對縱向防撞警示系統而言，駕駛者接受警示系統前、後之感知反應時 間狀況，必須進行深入之研究，才能提供適當的參數值，使警示時機符合 駕駛者的需要。本研究將過去感知反應時間相關的文獻整理如下表 2.6 所 示。

表 2.6 感知反應時間相關文獻整理表

作者 研究重點

Olson【33】等人

一般在前方緊急事件發生時，有警示之反應時間普 遍較由駕駛人自行判斷來得短；而直接告訴駕駛者 採取煞車動作之警示所需反應時間又更短。

Harihamn

Krishnan 等人【27】

提出駕駛者平均感知時間為 1.0 至 1.5 秒。而 CAMP 文獻指出第 95 百分位的反應時間為 1.52sec。

Roberts【36】

眼睛作動延遲、定像延遲、感知延遲、判斷時間與 肌肉反應延遲再加上煞車反應時間、這些時間加總 後得到，所提出之反應時間在 2 至 4 秒之間。

Yamada【47】 報告中指出有裝設聲音警示系統下，當前車突然煞

車時煞車反應時間為 0.3 秒~1.1 秒。

周盈如【6】 運用大客車駕駛模擬器實驗得到感知反應時間範

圍在 0.72 秒至 3.23 秒之間

資料來源：【6、27、33、36、47】,本研究整理 目前已經有許多針對反應時間之研究，整體來說，感知反應時間合理範圍 界在 0.3 到 4sec 之間，而不同研究反應時間的定義不盡相同，而本研究定義感 知反應時間為：「事件發生至受測者開始鬆開油門之時間段」。

二、減速率之回顧【13】

本研究將過去有關減速率之文獻進行整理如下表所 2.7 示。

表 2.7 減速率相關文獻整理表

作者 實驗及內容 減速率

Kiefer【41】 一為前車不動測試、二為固定兩車車速之

測試、三為前車減速測試 0.15g 或 0.39g Harihamn

Krishnan 等人【27】

=平均舒適減速率(m/s^2) Vo=車速(公尺/秒)

-

Burgett 等人【21】

利用愛荷華駕駛模擬器，前後兩車以相同 速率(均為 100 英呎/秒)相同方向，前車開 始煞車後，後車煞車反應後所產生的情境。

後車煞車減速 率設為 0.75g

Yuji 等人【48】 針對駕駛者工作負荷所產生的影響進行模 擬實驗，設定縱向防撞警示公式。

前、後車之減速 率均設為 0.35g

周盈如【6】 運用大客車駕駛模擬器實驗得到減速率範

圍在-0.15g 至-0.74g 之間。 -

S.J.Brunson 等人

【44】

依駕駛特性可設定之減速率有 0.27g、

0.32g、0.35g、0.38g、0.40g、0.45g、0.55g。

後車減速率設為 0.55g

資料來源：【6、21、27、41、44、48】,本研究整理 0.732 (0.0859 0)

Mean Acomf = − − V Mean Acomf

目前已經有許多針對減速率之研究，國外文獻提出以實驗方法而得減速率 為 0.15g 到 0.75g 之間，g 表重力加速度 9.8m/sec2。

三、靜止車間距離回顧【13】

靜止車間距為警示公式中主要參數之ㄧ，本研究將過去有關靜止車間 距之文獻進行整理如下表 2.8 所示。

表 2.8 靜止車間距相關文獻整理表

作者 車種 靜止車間距(m)

許添本【10】 小客車 1~3

Burgett 等人【21】 小客車 2

Brunson 等人【43】 小客車 2

Brackstone 等人【31】 小客車 3.25

林靜芬【7】 大客車 保守型：12；積極型：2

資料來源【7、10、21、31、43】,本研究整理 過去有關靜止車間距離之研究，整理而知靜止車間距離為 1 到 3.25 公尺之 間。

2.3 模糊理論於車流行為分析之應用探討 模糊理論於車流行為分析之應用探討 模糊理論於車流行為分析之應用探討 模糊理論於車流行為分析之應用探討

駕駛者之跟車行為常是根據自身的經驗法則來決定，這些經驗法則常存在 著模糊的特性，過去研究通常假設駕駛者特性為ㄧ致的，但是如此無法滿足實 際的需求，因而近年來學者應用模糊理論於車流行為之研究，模糊理論對於駕 駛經驗法則之模糊特性有較佳的解釋力，可以更符合實際駕駛者的行為。近年 來周盈如【6】之研究即為應用模糊理論將感知反應時間、煞車減速率、靜止車 間距離等 3 項參數模糊化，分別建立駕駛者安全隸屬度與駕駛者不安全隸屬度 之函數，再透過模糊推論與解模糊化之技術，提供 3 項參數組合之適當防撞警 示時機與法則。

本研究將模糊理論於車流行為之相關研究彙整如表 2.9 所示。

表 2.9 模糊理論於車流行為之相關研究彙整表

作者 年份 研究內容 隸屬度

函數 Kikucui ,

Chakroborty

【35】

1992 最早將模糊理論應用在跟車模式上，輸入變數為 (間距、相對速度、前車之加減速)

假設為 三角形

藍武王等人

【20】 1994

延續 Kikucui 等人之研究加入個案分析，經模糊控 制可改善 Kikucui 等人模糊跟車模型之車速震盪 情形。

-

表 2.9 模糊理論於車流行為之相關研究彙整表(續)

Mark Brackstone 等

人【30】 1999

探討不同種類之跟車模型，當中較常見 刺激反應方程式忽略許多時間點，至於 心理物理行為門檻模式僅建立跟車門 檻，模糊邏輯模式為較新之研究理論，

不同於其它模式將駕駛行為描述較為完 整。

-

Kikucui ,Chakroborty

【35】 1999

比較 GM 模式及模糊推論模式，將預測 值與實際跟車資料做比較，模糊推論模 式解釋性較 GM 模式佳。

-

何晉亨【3】 2004

比較模糊推論模式與倒傳遞類神經網路 模式，跟車狀態下之駕駛影響因素為：

前車加減速、車間距、相對速度，結果 顯示模糊推論模式較倒傳遞類神經網路 模式佳。

假設為 三角形

周盈如【6】 2005

大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之 建立與應用。(感知反應時間、煞車減速 率、靜止車間距)

假設為 三角形 及梯形 資料來源：【4、6、16】,本研究整理 根據以上研究可發現模糊理論應用在跟車行為上為近年之趨勢，且研究結 果也有較好的成效，不同駕駛者的駕駛行為原本就是不固定、無法明確定義，

模糊理論特別適用於此種特性之研究。

2.4 防撞警示公式與縱向防撞警示系統之介紹 防撞警示公式與縱向防撞警示系統之介紹 防撞警示公式與縱向防撞警示系統之介紹 防撞警示公式與縱向防撞警示系統之介紹

ㄧ、防撞警示公式之介紹

縱向防撞警示系統判斷危險的依據，即為縱向防撞警示演算法則，透 過防撞警示距離之推算，當兩車間距小於或等於計算之距離時，警示系統 將提醒駕駛者減速以確保安全的跟車距離。

過去張建彥【13】縱向防撞警示法則之研究如下表 2.10 所示，目前所 發展的縱向防撞警示法則，大多以物理學中車輛運動學的碰撞關係為主，

當中欠缺人因工程方面的研究，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，駕駛者對行車狀況及警示系統的反應與 行為，往往是決定防撞警示系統是否能達到所需效果的關鍵。駕駛者接受 警示的感知反應時間、警示後的煞車減速率及兩車停止後的靜止車間距離 等，都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，因此建立適當的參數範圍，至演算法則，才能較符合真正的 駕駛者反應行為，其為縱向防撞警示系統目前發展重要的課題。

表 2.10 警示法則公式特性及參數彙整表

文獻 警示公式 警示系統特性 重要參數

MAZDA 演算法則公式：

0 2 1

2 2

1

2 ( )

2

1 v v v v v d

d rel

rel

br + ⋅ + ⋅ +



 



 −

−

= τ τ

α α 門檻值=d_br+

ε

一次警示之系統

α

τ

ε

Peter 等人

HONDA 演算法則公式：

2 . 6 2

.

2 ⋅ +

= _rel

w v

d

2 1 1 1

2 1

2

τ τ α

α τ

τ

= _rel

br v

d

2 2

2

τ

α

或

2 2 2 2 1 2 1

2 0.5 ( ) 2

τ α τ α

τ

d_br = − − −

2 2

2

τ

α

br w

br

d d

d W d

−

= −

(W>1 時，安全；a<W<1 時，普通警示狀況； 0<W<a 時，緊急警示狀況；W_<0，

應馬上採取煞車。)

漸進式警示系統

dw

(包括 2.2 及 6.2)

α

τ

Burgett 等人

5 . 1 / 67 . 6 ) / 1 / 1 ( 2 /

1 ₀ + + ₀ +

= V d d V

T_{h L F}

0 0(1/ 1/ ) 6.67/ 2

/

1 V d d V

T_h = _L + _F +

一次警示之系統 前後車停止時應保持 6.67 英呎的車間

距離(靜止車間距離) 感知反應延遲時間為 1.5 秒 後車煞車減速率為 0.75g Lee Yang 等

人

( )

B v a RT

v a

v r r

A X

f _F

F F

L

F − + • +

+ +

−

= 2 2

) , (

2 2

1

^{一次警示之系統} a^F_{(後車加速率)}

RT (後車駕駛者感知反應時間) B(靜止車間距離)

資料來源：【13】

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