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Development and Application of Parameters Fuzzification for The Bus Rear-End Collision

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Academic year: 2022

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大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之建立與應用 大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之建立與應用 大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之建立與應用 大客車縱向防撞警示法則參數模糊化之建立與應用

學生:周盈如 指導教授:張建彥博士

摘 摘 摘

摘 要 要 要 要

車輛縱向防撞警示系統為車輛尾撞警示系統(Rear End Collision Warning System)或前撞警示系統( Forward Collision Warning System),乃是結合先進感 測技術,聽覺、視覺或觸覺警示裝置,以及安全視距的演算法則,在車輛行 駛過程中,依據不同的道路與交通狀況,適時地對駕駛者提供警訊,以確保 行駛中車輛能隨時與前方維持適當的行車間距,達到安全防護的效果。鑒於 近年來國內大客車因未保持安全行車距離間隔而導致事故比率相當偏高,因 此發展符合大客車駕駛者特性之縱向防撞警示系統,應是先進安全大客車技 術研發的重要課題之一。

任何縱向防撞警示系統的開發,均必須與駕駛者的心理接受度與行為反 應緊密結合,方能確保警示系統之有效性,而從目前所發展的各項縱向防撞 警示演算法則中可知,駕駛者感知反應時間、煞車減速率、煞車停止後的靜 止車間距離乃是影響警示門檻距離之三項重要駕駛者心理行為屬性參數,這 些參數值的高低設定會影響警示系統啟動的時機,而此三項參數值則因駕駛 者特性不同而有所不同,因此本研究乃透過大客車在高速公路平直路段跟車 情況下緊急煞車之模擬情境設計,針對國道客運之大客車駕駛者進行實驗,

取得感知反應時間、煞車減速率及靜止車間距離三個參數的數值範圍,其中 感知反應時間介於 0.72 秒~3.23 秒,煞車減速率介於-1.47 公尺/秒2~ -7.25 公 尺/秒 2,靜止車間距離介於 2 公尺~12 公尺,本研究最後結合模糊理論之應 用,建立參數的模糊隸屬度函數,提出兩種適用的大客車縱向防撞警示法 則,其中在法則(一)中建立 27 種安全等級之警示距離公式及相關法則,並將 警示距離公式分三大群組以作為法則中回饋機制之用;在法則(二)中,則可 根據不同駕駛者特性設定不同的α 截集來建立適用的警示距離公式。本研究 結果可作為先進安全大客車縱向防撞警示系統發展的基礎。

關鍵詞:大客車、縱向防撞警示法則、感知反應時間、煞車減速率、靜止車間距離

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Development and Application of Parameters Fuzzification for The Bus Rear-End Collision

Avoidance Warning Algorithm

Student:Ying-Ru Chou Advisor:Dr. Chien-Yen Chang

Abstract

Vehicle rear-end collision avoidance warning system (RCAWS) or forward collision avoidance warning system (FCAWS) is the system that integrates the advanced detecting technology, auditory, visual or tactile display devices, and rear end collision warning algorithm to provide the timely alert messages to drivers according to different road and traffic conditions. The alert messages can be used to warn drivers to keep safety spacing between the lead vehicle and the following vehicle for avoiding rear end crashes. The effect of safety protection will also be achieved. Since the frequency of bus accidents due to without keeping safety spacing is very high in Taiwan, it has become an important issue of advanced safety bus technology research to develop the bus rear-end collision avoidance warning system concerns bus driver’s driving characteristics.

While the rear-end collision avoidance warning system offers great potential to improve automobile safety, beneficial effects depend on the joint performance of the system and the driver psychology and behavior acceptance. By reviewing the developed and developing RCAWS algorithms, driver’s perception reaction time, braking deceleration and stationary vehicle spacing of the warning threshold are three major parameters in the RCAWS algorithm. These parameters influence the timing of warning system opening. The proper combination of these three parameters will be different by different driver psychology-behavior characteristics. This study designed the emergency braking simulation scenario of bus car following driving on the freeway straight road section by utilizing the bus driving simulator. The bus drivers with license that are working in freeway bus companies were invited to do the simulation experiments under this designed driving simulation scenario. The sample data of perception reaction time, braking deceleration and stationary vehicle spacing were collected and analyzed after bus driving simulator experiments. The value range of perception reaction time is

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from 0.72 seconds to 3.23 seconds. The value range of braking deceleration is from -1.47 meters/square second to -7.25 meters/square second. The value range of stationary vehicle spacing is from 2 meters to 12 meters. This study developed the safety membership function of the three parameters and analyzed the reasonable bus rear-end collision avoidance algorithms with related warning rules.

In first algorithm, twenty-seven safety levels of warning distance equation and the related rules were also developed through the analysis of fuzzy operation rules and defuzzification methods. In second algorithm, the α-cut was developed to set up reasonable fuzzy warning equation according to different driver characteristics. The results of this study will be a useful basis in developing the rear-end collision avoidance warning system of advanced safety bus.

Keywords:Bus, Rear-End Collision Avoidance Warning Algorithm, Perception Reaction Time, Braking Deceleration, Stationary Vehicle Spacing

(8)

誌 誌 誌

誌 謝 謝 謝 謝

研究所兩年來,感謝教授張建彥教授耐心的指導、悉心的指導,其謙沖 且嚴謹的待人處事與治學態度以及豐富且紮實的學識,皆令學生萬分敬佩,

亦是學生學習的典範,雖然每星期的開會都很辛苦,但也使我的論文更能跟 著進度進行,能在恩師的帶領下學習與成長是學生莫大的榮幸。

本篇論文的完成,感謝張建彥教授、董基良教授與王晉元教授等口試委 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、同窗好友崇明、雅方、文 德、雅瑜、世杰、博元、燕祺、士淵、炎地、長運以及俊穎的關懷以及感謝 半夜送醫院掛急診與陪看病的好友,(醫生可以不要打針嗎?不行!!~幹嘛醬)。

最後要感謝我的老爸、老媽還有常來亂的老妹與我可愛的小胖貓咪皮蛋 陪伴我,雖然他都只想吃飯出去玩,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。

周盈如 謹識於中華科管所 中華民國 94 年 8 月 15 日

(9)

目錄 目錄 目錄 目錄

摘要... i

Abstract ... ii

致謝... iv

目錄...v

圖目錄... vii

表目錄... ix

第一章 緒論...1

1.1 研究背景與動機...1

1.2 研究目的...3

1.3 研究範圍與限制...4

1.4 研究內容與流程...4

第二章 文獻回顧與評析...7

2.1 先進安全車縱向防撞警示系統之發展探討...7

2.2 縱向防撞警示演算法則之探討...12

2.3 感知反應時間之回顧與評析...36

2.4 減速率之回顧與評析...38

2.5 靜止車間距離之回顧與評析...39

2.6 模糊理論於車流行為分析之應用探討...40

2.7 小結...43

第三章 縱向防撞警示法則參數影響之數值分析...45

3.1 警示距離公式與參數...45

3.2 參數的特性...46

3.3 縱向防撞警示法則之比較...47

第四章 大客車縱向防撞警示法則建立...56

4.1 實驗內容...57

4.2 防撞警示公式分析...63

4.3 縱向防撞警示法則(一)之建立 ...64

4.4 防撞警示法則(二)之建立 ...89

第五章 結論與建議...105

(10)

5.1 結論...105

5.2 建議...106

參考文獻...108

附錄一 真實度問卷...112

附錄二 回饋機制...115

(11)

圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄

圖 1.1 研究流程圖... 6

圖 2.1 駕駛者縱向防撞警示系統概念圖... 8

圖 2.2 「旅行中」先進安全車輛(重型車)示意圖 ... 9

圖 2.3 漸進式視覺顯示圖... 15

圖 2.4 情境(a)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 ... 16

圖 2.5 情境(b)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 ... 16

圖 2.6 情境(c)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 ... 17

圖 2.7 縱向防撞之間距門檻圖... 18

圖 2.8 預期與不預期事件下的感知反應時間之比較... 37

圖 2.9 三角形隸屬度函數... 41

圖 2.10 線性單調遞減函數... 41

圖 3.1 標準駕駛者警示公式 B =1 公尺之警示門檻距離圖... 49

圖 3.2 標準駕駛者警示公式 B =2 公尺之警示門檻距離圖... 49

圖 3.3 標準駕駛者警示公式 B =3 公尺之警示門檻距離圖... 50

圖 3.4 靠近車間距離公式 B =1 公尺之警示門檻距離圖... 52

圖 3.5 靠近車間距離公式 B =2 公尺之警示門檻距離圖... 52

圖 3.6 靠近車間距離公式 B =3 公尺之警示門檻距離圖... 53

圖 3.7 簡單煞車距離公式 B =1、B =2、B =3 公尺之警示門檻距離圖 ... 54

圖 4.1 大客車駕駛模擬器硬體設備圖... 56

圖 4.2 場景設計流程圖... 59

圖 4.3 高速公路標線圖... 60

圖 4.4 實境場景圖... 61

圖 4.5 實驗程序圖... 61

圖 4.6 參數安全隸屬度... 65

圖 4.7 感知反應時間參數模糊化... 66

圖 4.8 減速率參數模糊化... 66

圖 4.9 靜止車間距離參數模糊化... 66

圖 4.10 三角形隸屬度函數有界區間... 67

圖 4.11 公式一之通式曲線圖... 85

圖 4.12 公式二之通式曲線圖... 85

圖 4.13 公式三之通式曲線圖... 86

圖 4.14 反應距離不安全隸屬度... 90

圖 4.15 煞車距離不安全隸屬度... 91

圖 4.16 靜止車間距離不安全隸屬度... 91

(12)

圖 4.17 警示距離不安全隸屬度... 93 圖 4.18 警示距離不安全隸屬度應用圖... 103

(13)

表目錄 表目錄 表目錄 表目錄

表 1.1 民國 92 年臺閩地區大客車道路交通事故發生原因整理表... 3

表 2.1 先進安全車輛架構-重型車 ... 9

表 2.2 防撞警示系統效果之各研究重要結果表...11

表 2.3 假設之後車最大減速率性能表... 25

表 2.4 縱向警示演算法則彙整表... 26

表 2.5 縱向警示演算法則之參數彙整表... 26

表 2.6 警示法則公式特性及參數整理表... 28

表 2.7 警示公式所需參數整理表... 32

表 3.1 標準駕駛者警示公式之不同參數警示門檻距離表... 48

表 3.2 靠近車間距離公式之不同參數警示門檻距離表... 51

表 3.3 簡單煞車距離公式之不同參數警示門檻距離表... 53

表 4.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備... 56

表 4.2 駕駛模擬器模擬場景的變數項目表... 60

表 4.3 實驗結果表... 62

表 4.4 公式一警示距離區間表... 72

表 4.5 公式一警示距離值... 72

表 4.6 公式二警示距離區間表... 73

表 4.7 公式二警示距離值... 73

表 4.8 公式三警示距離區間表... 74

表 4.9 公式三警示距離值... 74

表 4.10 公式一警示距離區間通式表... 76

表 4.11 公式二警示距離區間通式表... 78

表 4.12 公式三警示距離區間通式表... 80

表 4.13 公式一警示距離通式表... 82

表 4.14 公式二警示距離通式表... 83

表 4.15 公式三警示距離通式表... 84

表 4.16 公式一通式三類分群表... 86

表 4.17 公式二通式三類分群表... 87

表 4.18 公式三通式三類分群表... 87

表 4.19 回饋機制說明編號表... 89

表 4.20 反應距離不安全隸屬度函數表... 94

表 4.21 煞車距離不安全隸屬度函數表... 95

表 4.22 公式一警示距離不安全隸屬度函數表... 96

表 4.23 公式二警示距離不安全隸屬度函數表... 98

表 4.24 公式三警示距離不安全隸屬度函數表... 101

(14)

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

近年來,隨著經濟的快速發展,車輛數目的快速增加,造成交通事故與 車禍傷亡人數增加之問題,因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),乃成為是 智慧型運輸系統 (Intelligent Transportation Systems, ITS) 研發應用的重要領 域之一。

依據交通部運輸研究所於民國 91 年所提出的「台灣地區發展智慧型運輸 系統(ITS)系統架構之研究(Ⅱ)」【10】報告中,將我國 ITS 分為九大系統,其 中 與 先 進 安 全 車 輛 (ASV) 最 直 接 相 關 者 為 「 先 進 車 輛 控 制 與 安 全 系 統

(Advanced Vehicle Control and Safety Systems, AVCSS)」,該系統乃是利用電 子、通訊、資訊、自動偵測等技術,協助駕駛人駕駛,以提升行車安全,達 到有效提升行車安全、減少交通事故、保障生命財產安全之目的,由於 AVCSS 為我國 ITS 發展的優先服務領域之一,因此發展 ASV 勢必成為相當重要的課 題。

我國大客車自民國 85 年開放國道客運路線路權後,大客車之成長量與使 用量已大幅提升,而大客車之肇事事件與傷亡人數也逐漸有增加的趨勢,每 次發生事故所造成之傷亡程度亦令民眾與主管機關高度重視,由於大客車車 型大、車身長、車高高,操作上不易且駕駛者的視線死角多,因此若能利用 先進安全車輛(Advanced Safety Vehicle, ASV)的相關技術來提升大客車之行 車安全,並給予駕駛者適當之警示作為提醒,應能降低大客車肇事之機率與 嚴重性。

此外,從我國肇事資料分析顯示,如表 1.1 所示,大客車道路交通事故 發生原因中,未保持行車距離間隔之肇事原因位居第一,比例高達 20.4%,

因此,透過縱向防撞警示之研究來改善大客車安全有其迫切性。至於警示之 提供目前已有許多警示方式,如:聲響、語音與震動等方式,但應以何種方 式警示駕駛者,則應配合大客車駕駛者之個人駕駛行為,與接受適合性。

目前 ASV 發展中可分為旅行前安全系統、旅行中安全系統與緊急狀況輔

(15)

助系統,根據交通部運輸研究所「先進安全車輛研發架構之研究」報告【2】

提到有關旅行中安全系統包括:(1)安全車距警示與輔助系統;(2)視線死角警 示系統;(3)旅行中車況診斷系統;(4)超重、超高、超長、超寬警示系統;(5) 駕駛者危險狀態警示系統(酒醉、疲勞、身心不適警示);(6)超速行駛警示與 定速輔助系統;(7)車道偏離警示與輔助系統;(8)變換車道輔助系統;(9)駕駛 視野及辨認性支援系統(隧道、夜間、天候不良時之輔助);(10)頭燈自動配光 控制;(11)智慧型除霧與撥水系統;(12)智慧型煞車系統(ABS);(13)自動方 向燈系統以及智慧型車門系統等 13 種,其中屬於縱向防撞警示者為安全車距 警示與輔助系統,而縱向防撞警示系統(Rear-End Collision Avoidance Warning System)即為其中主要的系統之一。

從國外目前所發展的各項縱向防撞(Rear-End Collision Avoidance)警示演 算法則中可以發現,後車駕駛者反應時間、煞車減速率和車輛煞停後與前車 保持的靜止車間距離(Spacing)為演算法則中三項最重要的參數,也是影響警 示啟動與否的門檻要素,而此三者又與駕駛者的生理條件與心理適應息息相 關,其中駕駛者反應時間與煞車減速率之設定直接影響警示時機的安全性與 駕駛者接受度,倘若設定過於冒險(例如反應時間太短或煞車減速率太大),

則極可能因警示太晚而導致碰撞危險發生;反之,若設定過於保守(例如反應 時間太長或煞車減速率太小),又可能因警示太早而對駕駛者產生干擾,甚至 造成駕駛者對警示系統排斥而不用,使警示系統未能達到效果。至於車輛煞 停後與前車保持之靜止車間距離設定一般均設定大於 0,如此在理想狀況下 雖然不致有因設定而產生危險狀況,但是若靜止車間距離與一般駕駛行為差 距太大,仍有可能造成警示過早或太慢,而與駕駛者心理適應產生衝擊,從 而降低對警示系統的接受度。因此,合理的反應時間、煞車減速率與靜止車 間距離參數值,往往是決定縱向防撞警示系統合適可用與否的關鍵因素。

鑒於反應時間、煞車減速率與靜止車間距離不易由實際車流觀測而得,

且 實 車 測 試又 有 一 定的 高 成 本 性與 危 險 性; 反 之 , 駕駛 模 擬 器 (Driving Simulator,DS)則可在人力成本減少與時間節省的效率上,具有很好的效果,

加上其高安全性與可設定情境重複性實驗的特性,近年來早已成為各先進國 家測試/評估 ITS 相關技術或產品,以及交通工程相關課題分析應用的利器。

本研究乃透過大客車駕駛模擬器之應用【8】,設計一般駕駛跟車行為之 煞車反應模擬實驗,分析後車在前車煞車減速後,正常的反應時間、採取之 煞車減速率及靜止車間距離參數範圍,並以模糊理論之應用,建立此三項參 數之大客車縱向防撞警示的模糊隸屬度函數,結合模糊運算法則之分析,提 出兩種適用的大客車縱向防撞警示法則,期能透過此一合乎駕駛行為特性之 警示法則應用,作為先進安全大客車建立更合適可用之縱向防撞警示系統的

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基礎。

表 1.1 民國 92 年臺閩地區大客車道路交通事故發生原因整理表

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

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

資料來源:【3】

註:本表數字僅含 A1 類(指造成人員當場或二十四小時內死亡之交通事故)

1.2 研究目的 研究目的 研究目的 研究目的

本研究主要目的在於利用大客車駕駛模擬實驗設計與分析,蒐集大客車 跟車駕駛在緊急煞車反應時之反應時間、煞車減速率與靜止車間距離參數範 圍,並以此三項參數範圍為基礎,結合模糊理論之應用,建立合理的縱向防 撞警示時機與法則,作為先進安全大客車縱向防撞警示系統發展的基礎。具 體目的列示如下:

一、分析比較先進安全車縱向防撞警示方法與原理,作為先進安全大客車建 立之參考。

二、建立大客車駕駛模擬器之縱向防撞警示相關參數的實驗情境與場景。

三、建立大客車縱向防撞警示演算法則反應時間、煞車減速率與靜止車間距

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離之參數模糊化隸屬度函數。

四、建立本土化之先進安全大客車縱向防撞警示時機與法則資料庫。

五、提出先進安全大客車縱向防撞警示法則之應用流程與步驟。

1.3 研究範圍 研究範圍 研究範圍 研究範圍與限制 與限制 與限制 與限制

本研究實驗範圍可依人車路三方面來加以界定,其中在人的部分,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中 大客車車種作為研究對象;路的部分,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,公路車道數是單向三車道場景包含一路肩,

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 速限方面是以 90 公里/小時為設定值。

此外,在先進安全車輛之安全輔助系統技術方面,警示方法一般包括聲 響(聲響或語音)與顯示之方法,而本研究則以採用聲響或語音之相關技術或 演算法則為技術範圍。

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

本研究之內容說明如下,流程圖則如圖 1.1 所示:

一、確定研究動機與目的

對於駕駛模擬器之縱向防撞警示系統課題進行動機與目的之瞭解,

以確定可研究之方向並針對此方向進行後續之研究。

二、文獻回顧

回顧國內外期刊、論文與書籍,內容包含縱向防撞警示系統、感知 反應時間、減速率、靜止車間距離與模糊理論等相關資料,以了解相關 文獻之研究內容與成果,並加以比較分析。

三、縱向防撞警示演算法則之比較分析

比較分析過去文獻提出之縱向防撞警示演算法則,並加以歸納及分 類,瞭解其中影響人機介面之反應時間、煞車減速率與靜止車間距離等

(18)

參數對演算法則的影響與彼此之關聯性。

四、縱向防撞警示演算法則之參數模糊化及隸屬度函數分析

透過模糊理論以分析縱向防撞警示演算法則之參數,模糊化方式以 及隸屬度函數建立的內容。

五、研擬簡單的實驗場景情境

規劃本研究所需的實驗場景,並邀請專家設計虛擬實境程式。

六、設計駕駛模擬器之實驗設計

建立煞車減速實驗場景之情境,擬定實驗計畫。

七、進行駕駛模擬器之實驗

招募國道客運大客車駕駛者進行實驗,並紀錄測試所得之各項量測 值。

八、駕駛模擬器之資料分析與參數之模糊化分析

將測試所得之各項量測值加以分析,進ㄧ步依據受測者在煞車減速 過程中之反應時間、煞車減速率和靜止車間距離實驗結果,以模糊理論 建立參數之安全度模糊隸屬度函數。

九、縱向防撞警示演算法則之修正與警示時機之分析

將本研究所得之結果納入公式中,提出對縱向防撞警示演算法則之 修正與警示時機之分析。

十、縱向防撞警示法則之應用

建立縱向防撞警示法則之應用流程做為發展大客車防撞警示系統之 基礎。

十一、結論與建議

將研究發現提出結論與建議。

(19)

圖 1.1 研究流程圖

(20)

第二章 第二章 第二章

第二章 文獻回顧與評析 文獻回顧與評析 文獻回顧與評析 文獻回顧與評析

2.1 先進安全車 先進安全車 先進安全車 先進安全車縱向防撞警示系統 縱向防撞警示系統 縱向防撞警示系統 縱向防撞警示系統之 之 之發展探討 之 發展探討 發展探討 發展探討

目前先進安全車縱向防撞系統大致可包括防撞警示系統及巡航控制系統 兩大類,其中防撞警示系統訊息顯示方式可經由視覺、聲音(語音或聲響)、

震動(方向盤或駕駛座震動)或氣味(釋放薄荷香味)等方式提醒駕駛者察 覺異常狀況,而視覺的方式包括 LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示器)及 HUD(Head Up Display,抬頭顯示器),另外在巡航控制系統方面亦含利用視 覺或聲音的方式顯示訊息。

先進安全車之概念在國外已經開始發展許多年,有關先進國家之 ASV 發 展及防撞警示系統效果之研究,可整理如下:

一、依王晉元等人之研究【2】,先進安全車之概念在國外很早之前就已經開 始發展,目前國外之發展現況在歐洲方面有關汽車防撞技術之發展,係 由公/私部門所共同成立之「歐洲 ITS 協會」(European Road Transport Telematics Implementation Coordination Organization, ERTICO)所主導,除 此以外,在歐洲並沒有由官方主導的研發計畫,而是由車廠與民間研究 單位自行或共同合作進行開發。

二、在美國,汽車安全輔助系統的規劃是由國家公路安全總署(Nation Highway Safety Administration,NHTSA)來主導推動自動防撞系統(Automotive Collision Avoidance Systems,ACAS) 的計畫,以促進汽車防撞系統的發 展【4】。

三、以日本而言,日本在先進安全車輛控制與安全系統(AVCSS/ASV)方面從 1973 年即開始進行「整合車輛交通控制系統(Comprehensive Automobile Traffic Control System,CACS)」計畫,其重點為道路導引系統的研發及 相關測試工作的推展【2】。

四、P.A. Hancock【27】提到,利用智慧型車路系統(Intelligent Vehicle and Highway Systems,IVHS)可提供兩種主要功能,一為導航與避免擁塞,

另一為防撞。而防撞系統的應用,乃是告知駕駛者即將發生的碰撞與現 有的衝突,並提供多種策略給駕駛者決定。防撞的技術從自動系統控制 到語音系統對駕駛者提出警訊,並利用高精確度的駕駛模擬器來設計、

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測試、評估、證明和驗證相關的防撞系統。

五、Terry【37】提出駕駛者警示系統包含兩部分:(1)宣告需要有所動作的警 示,但並未說明採取何種動作,例如只有聲響「叭」、語音「注意」或燈 色等;(2)宣告需要採取哪種特定行動之警示,例如語音「請煞車」、燈 色加文字「請煞車」等。至於駕駛者縱向防撞警示系統的操作概念則如 圖 2.1 所示。

圖 2.1 駕駛者縱向防撞警示系統概念圖 資料來源:【37】

六、Darryl Hutcheon 等人【19】提出發展車尾防撞系統(Rear End Collision Avoidance Systems, RCAS)的重要性,該研究根據加拿大英屬哥倫比亞省 1997 年的車輛碰撞事故資料統計發現,在超過 18,000 件的多車碰撞事件 中,有 30.93%的碰撞是屬於車尾碰撞,遠遠超過其他類型的碰撞事件,

而進一步分析所有碰撞事故發生的前五大原因發現,「駕駛者分心」佔 29.2%,另一項原因「跟車太近」佔 10.8%,二者即合佔 40%;並且在車 尾碰撞發生之四項原因中,「駕駛者分心」佔 68%,其次「駕駛者分心 且跟車太近」佔 11%,兩者合佔比例達 79%,因此顯示車尾防撞警示系 統發展的必要性與迫切性。

七、根據王晉元等人【2】研擬「先進安全車輛_重型車」車上安裝之配備,

乃是以小客車之配備為基礎,並考量重型車與小客車結構之不同,以加 強各項配備之功能(例如,重型車所需安全距離的測定應比小客車長),

並針對重型車之特性加上超重、超高、超寬之警示系統。以先進安全裝

(22)

置來加強重型車輛的安全性能,將更能夠確保車輛與人員的安全。其概 念之示意如圖 2.2,圖中相關子系統及功能說明如表 2.1 所示。由表 2.1 中可知,可知根據車速設定與前車為保持安全距離時,以語音警告駕駛 者,並自動協助駕駛保持安全車距之縱向防撞警示系統,乃屬於「安全 車距警示與輔助系統」。

圖 2.2 「旅行中」先進安全車輛(重型車)示意圖 資料來源:【2】

表 2.1 先進安全車輛架構-重型車 旅行中安

全系統

子系統 功能說明

安全車距警示與輔助系 統

根據車速設定與前車為保持安全距 離時,以語音警告駕駛者;並自動協 助駕駛保持安全車距。

周圍環境 危險警告

視線死角警示系統 偵測駕駛者視線死角,當有危險之可 能時,給予駕駛者語音之警示。

旅行中車況診斷系統 在車輛行駛過程中,診斷車況,並將 危險狀況以語音方式警告駕駛者。

車輛危險 狀態警告

超重、超高、超長、超寬 警示系統

根據當時法規設定車輛重量、高度、

長度、寬度,當超過時給予語音警 示。

資料來源:【2】

(23)

表 2.1 先進安全車輛架構-重型車(續) 旅行中安

全系統

子系統 功能說明

駕駛者危險狀態警示系 統

(酒醉、疲勞、身心不適 警示)

系統偵測駕駛者之身心狀況,有危害 駕駛安全之狀況時,給予語音警示。

超速行使警示與定速輔 助系統

系統依各路段速限規定當駕駛者超 速,給予語音警示。

駕駛者生 理狀況及 操作不良

警告

車道偏離警示與輔助系 統

當車輛有非預期之車道偏離時,給予 語音警示。

變換車道輔助系統 自動協助駕駛者判斷後方來車及變 換車道。

駕駛視野及辨認性支援 系統(隧道、夜間、天候 不良時之輔助)

利用紅外線或熱感應方式,以抬頭顯 示器,提供駕駛夜視或視線不良時之 輔助

頭燈自動配光控制 夜間、雨區、或霧區,自動開啟大燈,

並依車況與路況之不同給予調整。

智慧型除霧與撥水系統 撥水玻璃與自動除霧系統。

旅行中智慧型導航系統 以電子地圖配合語音方式,指示駕駛 行駛方向。

智慧型煞車系統(ABS) 緊急煞車時,可精確的控制煞車油 壓,防子車輪鎖定而打滑失控。

自動方向燈系統 自動感應車頭偏向角度,自動顯示轉 向方向燈。

駕駛輔助

智慧型車門系統 開門時,自動偵測後方來車,如有來 車,系統以語音警告,並暫時鎖定車 門推開角度。

資料來源:【2】

八、在黃俊仁及董基良等人針對駕駛模擬器應用於 ITS 實驗平台之規劃設計 研究中【9】,亦整理 Suetomi【35】、Tomohiro【38】、Chang【18】、Moon

【24】、Yuji【39】等人的研究,這些研究均顯示車輛適度地提供警示系 統,可有效改善駕駛者之行為反應,減少碰撞發生的機率。各研究之重 要結果,整理如表 2.2 所示。

(24)

表 2.2 防撞警示系統效果之各研究重要結果表

研究 防撞警示系統之效果

Suetomi 等人

【35】

利用駕駛模擬器測試危險情境下駕駛者的行為反應,其研究結果 發現沒有警告系統約有 18.6%的測試者會發生車禍,使用警告系 統可降到 2.3%。此外,使用警告系統也可以多出 0.5 秒的煞車反 應時間。

Tomohiro

【38】

探討 Nissan ASV 駕駛模擬器中的先進緊急煞車警告系統(EBAAS) 的影響,EBAAS 係利用監視油門回傳速度,在駕駛踩煞車前,讓 緊急煞車燈提早顯示,以減少尾部碰撞的可能性。實驗結果發現 EBAAS 比傳統煞車車燈提早約 0.2 秒啟動,將會減少車尾發生碰 撞的機會。

Chang

【18】

利用駕駛模擬器進行有關車輛縱向碰撞警示系統的研究,研究成 果均指出語音的警示系統可減少駕駛者之煞車反應時間。

Moon 等 人【24】

認為同時包含聽覺以及視覺之警示系統,可減少紅燈時之違規行 為及交叉路口之碰撞。

Yuji 等人

【39】

係 利 用 駕 駛 模 擬 器 來 模 擬 有 無 使 用 適 應 性 巡 航 控 制 (Adaptive Cruise Control, ACC)及防撞警示系統(Collision warning system, CWS),對於駕駛生理負荷及駕駛績效之影響。該研究認為使用適 應性巡航控制(ACC)和防撞警示系統(CWS),可有效降低駕駛者之 負擔,並增進其操作行為。

資料來源:【9】

綜合前述可知,過去國外各個文獻 ASV 已發展很久,我國也逐漸針對此 議題進行研究,並由其他文獻可知縱向防撞系統為先進安全車輛(ASV)的重 要配備之一,可透過警示系統提供駕駛者及早反應,給予駕駛者充裕的反應 時間以減少事故的發生,目前縱向防撞之配備有很多種,而旅行中安全系統 之「安全車距警示與輔助系統」子系統可改善行車距離間隔之肇事原因,因 此本研究主要是以安全車距警示與輔助系統為主,給予駕駛者警告時機進行 研究。

(25)

2.2 縱向防撞警示演算法則之 縱向防撞警示演算法則之 縱向防撞警示演算法則之 縱向防撞警示演算法則之探討 探討 探討 探討

縱向防撞警示系統判斷的主要依據則是利用縱向防撞警示演算法則的判 定而給予警示時機,縱向防撞警示法則主要是以保持行車中前後兩車適當安 全的距離,以避免不同的交通緊急狀況而不致產生碰撞為主,過去是以交通 工程之安全停車視距(Stop Sight Distance)的觀念為演算法則發展的基礎。然 而會因應不同的駕駛人反應而應有不同的警示法則配合,例如在車輛行進 中,後車駕駛人、車之行為反應與前車駕駛人、車之行為反應均有所不同,

且所遇到之環境狀況亦有所不同,故煞車減速變化即有所不同,以及在利用 不同的警示系統顯示方法,例如警示系統顯示方式若採用綠(代表安全)、黃(代 表警告)、紅(代表緊急)三種顏色之視覺顯示,則演算法則又與單一採用聲響 或語音警示有所不同,乃衍生出應用於各種不同狀況的演算法則。

以兩車同時行進跟車行為下,前車緊急煞車為例,因前後兩車減速率不 同,再加上後車駕駛人之感知反應時間變化,可能產生:(a)前車先停止,後 車才開始煞車;(b)前車緊急煞車(亮煞車燈),後車即進行煞車反應,但前車 先停止;(c)前車緊急煞車(亮煞車燈),後車即進行煞車反應,但後車先停止 三種狀況。此三種車輛變化所需要的安全距離有所不同,以(a)所需要的警示 距離最長,(c)的警示距離最短;倘若將(a)情況套用在(c)情況下,則警示系統 便會對後車駕駛者產生不必要的干擾,發生擾人警示(false alert),反之,若 將(c)情況套用在(a)情況下,警示系統即可能啟動太晚而造成危險;則沒有達 到警示系統效果。本研究整理各相關研究與車廠之演算法則,分別加以比較 評析如后:

一、Peter 等人【28】整理過去演算法則,分別探討 MAZDA 汽車與 HONDA 汽車的縱向防撞警示演算法則,分別如下所示:

(一) MAZDA 演算法則

( )

0 2 1

2 2

1 2

2

1 v v v v v d

dbr rel + • + rel • +





 −

= τ τ

α

α (2.2.1)

式中:

dbr:警示臨界距離;

v:後車車速;

(26)

α1:後車最大減速率;

vrel:前後車速差(即 vrel = v- vpreceding); α2:前車最大減速率;

τ1:延遲時間(系統偵測延遲時間); τ21:延遲時間(駕駛者感知反應時間); d0:兩車車間距離補償。

此一警示系統乃是假設當兩車在保持d 的狀況下,同時均以最br 大減速率煞車直到兩車靜止時,兩車所保持之靜止車間距離剛好為 0,不至於產生碰撞。由於d 為後車感知反應後煞車距離加兩車車br 間 距 離 補 償 ( 1 2 0

1 2

2

1 v v v d +

⋅ +

+

 

 τ τ

α ) 與 前 車 煞 車 距 離

( 2

2

)2

( 2

1 τ

α +

 

 −

preceding

rel v

v

v )的相減值,若警示系統在兩車車間距離

小於d 後才給予警示,便會導致兩車產生碰撞,而通常應用時,給br 予警示後兩車靜止時應再保持一定的緩衝距離,因此縱向防撞警示 門檻距離需加上一緩衝距離參數ε ,故縱向防撞警示門檻距離為

ε

br +

d 。若將α1設定為6(m/s2)、α2設為8(m/s2)、τ1設為0.1(s)、τ2 設為0.6(s)、d 設為0 5(m)、v=100(Km/Hr)、vpreceding=100(Km/Hr) 與ε 設為2(m),以此為例可得d 約為br 24(m),因此當兩車車間距離等於

26(m)時,即應給予警示。

前述警示演算法則中的參數 v、vrel、α2、τ1可由先進感測系統 偵測而得,τ1可由感測系統之特性而得;但α1、τ2、d 、0 ε則必須 由外部事先給定之參數,給定不同的數值則會有不同的警示距離結 果,而(d0+ε)可視為靜止車間距離參數。由於此一警示公式可避免 所有的縱向碰撞可能,因此是屬於較保守的碰撞警示演算法則。

(二) HONDA演算法則 2 . 6 2

.

2 • +

= rel

w v

d (2.2.2)

(27)





<

− +

= v

, 2 ) (

5 . 0

,v 5

. 0

2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2

2 2 2 2

1 1 1

2 1 2

α τ τ α

τ α τ

α τ τ

α α

τ τ τ

v v v d

rel

br (2.2.3)

br w

br

d d

d w d

= − (2.2.4)

式中:

dw:警示臨界距離;

dbr:煞車臨界距離;

vrel:前後車速差(即vrel = v- v2 ); v:裝有警示系統之後車車速;

v2:前車車速;

τ1:延遲時間(系統偵測延遲時間); τ2:煞車時間;

α1:後車最大減速率;

α2:前車最大減速率;

d:前後兩車實際車間距離;

w:警示門檻參數。

此警示法則配合不同的燈號及聲響顯示系統用以警示駕駛者,

如圖2.3,視覺顯示系統分別為綠、黃、紅三種燈色以配合以下四種 不同狀況:( i )當W>1時,表示d>dw,此時安全無虞,故顯示綠

燈;(ii)當a<W <1時,而a為聲響警示參數,此時為普通警示狀況,

顯示黃燈,表示d雖然小於dw,但仍大於dbr;(iii)當0<W <a時,d 已非常接近dbr,故為緊急警示狀況,此時顯示紅燈並發出警告聲 響;(iv)當W<0,應馬上採取煞車。

(28)

圖2.3 漸進式視覺顯示圖 資料來源:【28】

二、Burgett 等人【17】利用愛荷華駕駛模擬器 IDS(Iowa Driving Simulator) 針對前後兩車以相同速率(均為 100 英呎/秒)相同方向,行駛在相同車 道,前車開始煞車後,後車煞車反應後所產生的情境,來分析探討所須 的縱向防撞警示架構。實驗分為三種縱向防撞警示之情境關係:(a)前車 煞車停止後,再給予後車警示;(b)前車煞車即給後車警示,但前車先煞 車停止;(c)前車煞車即給後車警示,但後車比前車先停止。並假設兩車 以100英呎/秒的相同速率行駛、前後車停止時應保持 6.67 英呎(約 2.03 公尺)的車間距離(靜止車間距離)、駕駛者感知反應延遲時間為 1.5 秒以 及後車煞車減速率為 0.75g(g 為重力加速率),依此繪出橫軸為車間距離 變化率、縱軸為車間距離的三種情境之兩車車間距離變化率與車間距離 關係圖,分別如圖2.4至圖2.6 所示。圖中tLS 為前車停止的時點、tFB 為後車啟動煞車的時點、tFS 為後車停止的時點,情境(a)假定兩車原保 持間距約 900 英呎,此時前車在 tLS 時煞車停止(如圖中上方曲線)後才 給後車警示,後車在 tFB 時開始煞車停止(圖中下方曲線),圖中則由於 兩車原保持的車間距離足夠,最後兩車停止後尚可保持約200英呎的距 離;情境(b)是前車煞車後經過系統延遲與駕駛者感知反應延遲時間,後 車才開始減速,但前車先停止,因此前車停止後(時點tLS),兩車車間距 離變化率與車間距離仍持續變化,表示後車持續接近前車,最後車間距 離變化率為0時兩車均停止。此一情況因警示反應的時間較早,故兩車 所須保持之安全車間距離較情境(a)短;情境(c)是後車減速率比前車減速 率大,故後車比前車晚減速,但比前車先停止,所以最後車間距離在後 車停止後(時點 tFS)持續增加(因前車還再往前移動),此一情況兩車所須 保持之安全車間距離最短。

(29)

圖2.4 情境(a)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 資料來源:【17】

圖2.5 情境(b)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 資料來源:【17】

(30)

圖2.6 情境(c)兩車車間距離變化率與車間距離關係圖 資料來源:【17】

依據前述三種情境提出三種情況之警示門檻界限,如圖 2.7 所示,

圖中門檻界限1-2如公式(2.2.5);門檻界限2-3如公式(2.2.6),因門檻界 限區分為三區域,在門檻界限1-2上方(第I區)給予警示則是最保守的安 全警示,而在門檻界限2-3下方(第III區)給予警示則是最冒險的安全警 示。

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

1 0 + + 0 +

= V d d V

Th L F (2.2.5)

0 0(1/ 1/ ) 6.67/ 2

/

1 V d d V

Th = L + F + (2.2.6)

式中:

Th:門檻間距;

V0:前車車速;

dL:前車減速率;

dF:後車減速率。

(31)

圖2.7 縱向防撞之間距門檻圖 資料來源:【17】

三、朱海燕等人【4】延續Peter等人【28】研究,比較HONDA和MAZDA 相同功能產品的演算法,而將系統所偵測的數據整理成警示距離和最小 煞車距離兩種,首先在警示距離部分以運動學上的關係,求得警示距離

公式(2.2.7),再假設前車減速率等於後車減速率,同時定義相對速率為

後車速率減前車速率之速差Vrel = V- Vforward ,最後加上安全容差值 d0(在ISO/TC204/WG 14N 144.16中的標準為2公尺)乃得到警示距離D' 的實用公式如式(2.2.8)所示。

(一)警示距離:

2 ) (2

2 2

forward forward

a V a V V

D= ×τ + − (2.2.7)

( )

0 2 2

] 2 [

' 1 d

a V V a V V

D = ×τ + • − −∆ + (2.2.8)

式中:

V:後車車速;

τ:感知反應時間;

a:後車減速率;

(32)

Vforward:前車車速;

aforward:前車減速率。

Vrel:後車車速-前車車速;即V- Vforward。 (二)最小煞車距離:

至於在最小煞車距離公式方面,主要是假設兩輛車所能容許的 最短距離,發生在前車已經踩煞車而後車剛要踩煞車的那一瞬間,

將此最短距離設定為0,並考慮駕駛人感知反應時間τ,同時假設前 後車減速率相同,即可得到最小煞車距離Dbr如公式(2.2.9)。

2

2 1 τ τ a V

Dbr = real× + (2.2.9)

(三)警示值

當系統所偵測到的實際距離d時,與警示距離相比較,此定義

成警示值 W,如公式(2.2.10)所示。當 W>1,為安全距離,則無警

示反應;當 0.2 ≤ W ≤ 1,為稍具威脅的碰撞距離範圍,則對駕駛人 發出初步縱向防撞警示;當 W<0.2,為危險的碰撞距離,系統需對 駕駛人發出縱向防撞警示,提醒駕駛人做出反應。以此三種標準進 行給予警示之界定。

br w

br

D D

D W d

= − (2.2.10)

此警示演算法則設定前車車速與後車車速相等,較不與實際駕 駛情形相等,而實用上後車減速率與感知反應時間均為依狀況而變 且必須由系統外給之參數。至於參數值d0及W公式中之警示參數值 0.2,是否合乎實際狀況則仍需進一步研究。

四、Harihamn Krishnan等人【21】提出考慮六項因子,分別為後車煞車減速

率(A )d 、後車駕駛者感知反應時間(T )d 、後車舒適煞車減速率(Acomf )、 後車速率(V0)、偵測延遲時間(Tsensor)和煞車實際延遲時間(Tbrake)等。並 提出在前車靜止時,後車一般煞車減速率與舒適煞車減速率之警示距離 門檻,分別如公式(2.2.11)及公式(2.2.12)所示。

(33)

一般煞車減速率:

0 2

0 ( )

2 T T V

A

R V d sensor

d

d =− + + (2.2.11)

舒適煞車減速率:

0 2

0 ( )

2 T T T V

A

R V d sensor brake

comf

comf =− + + + (2.2.12)

式中:

V0:為前車車速;

Ad:後車煞車減速率(此數值在公式中代負值); Td:駕駛者感知反應時間;

Tsensor:偵測延遲時間;

Acomf:後車舒適煞車減速率(在此公式中代負值);

Tbrake:煞車實際延遲時間。

此文獻提出的兩個警示法則是當前後兩車所保持之距離等於Rd或 Rcomf 時,即應給予警示,此公式中,Ad、Td、Tsensor與Tbrake等均為系統 外部給定之參數。

五、Yuji 等人【39】針對駕駛者工作負荷所產生的影響進行模擬實驗,所利 用的警示公式如(2.2.13)式所示。

2 2 2 1 2 1

1 2 2a

V a T V V

D= × + − (2.2.13)

式中:

D:警示距離;

(34)

V1:後車車速;

T:延遲時間,設定0.8秒;

a1:後車減速率,設定0.35g; V2:前車車速;

a2:後車減速率,設定0.35g;

此警示距離公式為簡單煞車距離公式,當前後兩車所保持之距離小於 等於D時,即應給予警示,公式中,T、a1與a2均為固定參數值,由於本 公式主要係供工作負荷實驗用之演算法則,因此較實際應用上簡化,考慮 的現實狀況變化亦較少。

六、Brunson 等人之研究【36】提出以「無碰撞距離」(miss-distance)作為後

車縱向防撞警示的門檻指標,所謂「無碰撞距離」(miss-distance)即當跟 車狀態之前後兩車同時煞車停止時所保持的車間距離(即靜止車間距 離)。警示的時機分為三種情境:(一)前車比後車先煞車停止;(二)前車 先煞車但比後車晚停止;(三)前車一開始即是停止的,以此三種情境來

推算 miss-distance 演算法則。而情境(一)中又分為前車在後車駕駛感知

反應時間後停止,或前車在後車駕駛感知反應時間內停止,以前車在後 車駕駛感知反應時間後停止為例,miss-distance 演算法則分為後車感知 反應時間內之車間距離變化、感知反應時間到前車停止之車間距離變 化、前車停止到後車靜止之車間距離變化三段,因此演算法則可大致如 下:

(一)前車比後車先煞車停止(前車在後車駕駛感知反應時間後停止):

3 2

1 R R

R R

Dmiss = +∆ +∆ +∆ (2.2.14)

2

1 ( )( )

2 ) 1

(RR TR AL AH TR

R = + −

∆ (2.2.15)

2 max

2 ( )( )

2 ) 1 )(

) (

(RR AL AH TR TLS TR AL AH TLS TR

R = + − − + − −

(2.2.16)

(35)

2 max

max

3 (0 )( )

2 ) 1 )](

)(

( ) (

[RR AL AHTR AL AH TLS TR THS TLS AH THS TLS

R = + − + − − − + − −

(2.2.17) 整理而得

HS R H H LS

L R

H H

miss R A A T A T A A T T

D ( ) ( )

2 ) 1 )(

2( 1

max 2

2

max − − −

− +

=

2

max( )

2 1

HS H

LS HS

LT T A T

A −

+ (2.2.18)

式中:

R:Range,兩車距離。

Ri

∆ ,i=1~3:兩車車間距離變化值;

RR:Range Rate,兩車速差(前車車速-後車車速); AH:後車減速率

AHmax:後車最大減速率;

TR:後車反應時間;

AL:前車減速率;

TLS:前車停止時間;

THS:後車停止時間。

若是前車在後車駕駛感知反應時間內停止,miss-distance 演算法分為 前車停止之車間距離變化、前車停止至後車感知反應時間結束之車間距離 變化、後車開始啟動煞車到後車靜止之車間距離變化三段,而經加總整理 後,公式與式(2.2.18)相同。

(二)前車先煞車但比後車晚停止:

miss-distance 演算公式分為後車駕駛者感知反應時間之車間距離變

(36)

化、後車開始啟動煞車至兩車停止之車間距離變化兩段。

2

1 R

R R

Dmiss= +∆ +∆ (2.2.19)

2

1 ( )( )

2 ) 1

(RR TR AL AH TR

R = + −

(2.2.20)

2 max

2 ( )( )

2 ) 1 )(

) (

(RR AL AH TR TM TR AL AH TM TR

R = + − − + − −

(2.2.21)

整理而得

R M R M H H M

H L M

miss R RR T A A T A A T T T T

D = + + ( − )( ) −( − ) +

2 ) 1

( max 2 max

2 max)( ) 2(

1

R H

H A T

+ A − (2.2.22)

式中:

Ri

∆ ,i=1~2:兩車車間距離變化值;

RR:Range Rate,兩車速差(前車車速-後車車速); TM:後車停止時間;

AL:前車減速率;

AHmax:後車最大減速率;

AH:後車減速率;

TR:後車反應時間。

(三)前車一開始即是停止的:

同(二)兩段變化。

此miss-distance警示演算法則在每一個目標車輛每一個時間區段為固定2

(37)

公尺加上偵測時間 0.1 秒間隔所行駛的距離,定義為 Dthresh公式如(2.2.23), 得出Dmiss將與Dthresh相比較。

)(0.1sec) (V

2m

Dthresh = + F

(2.2.23)

式中:

VF:後車速率。

其中以0.1秒的車輛警示雷達偵測取得變數資料之時間間隔。每當三次計 算得到的Dmiss有兩次小於Dthresh時才給予警示。聲響警示持續1 秒鐘,1 秒 後聲響轉為小聲;且當時速小於25mph即不提供警示。

此演算法則有8項假設:

(一)前車維持現況之固定減速率;

(二)後車先在固定駕駛者感知反應時間內維持現有加速率,再採取固定最 大煞車減速率;

(三)前車車速低於-4.99公尺/秒時,警示系統不啟動;

(四)後車車速低於11.199公尺/秒時,警示系統不啟動;

(五)後車處於煞車狀態時,警示系統不啟動;

(六)後車處於超車狀態時,警示系統不啟動;

(七)兩車相當接近至隨車(Tailgating)狀態時,不適用前述警示法則,另採 隨車操作狀態控制;

(八)當車輛適應性巡航控制(Adaptive Cruise Control)系統啟動時,不適用 前述警示系統。

其中假設狀況(三)至狀況(五)主要是為了不對駕駛者產生太多警示干擾,

以至於駕駛對於警示系統產生煩躁而失去警示的效用。

本研究之警示法則與過去研究比較已考慮到了警示不當對駕駛者產生的 干擾問題,除界定警示系統啟動時機的條件外,並且建立駕駛者冒險或保守

(38)

程度的最大煞車減速率修正值,如表 2.3 所示,由駕駛者事先依個人狀況選 擇,除警示法則之應用上仍需要由外部輸入後車駕駛者感知反應與系統延遲 時間(本研究假設為1.5秒)、後車最大減速率(本研究基本假設為0.55g,g為 重力加速率)、miss distance門檻值(可視同靜止車間距離,本研究假設為2公 尺),而此3項外給參數的適當值則仍須近一步加以深入研究,方能符合真正 駕駛行為之所需。

表2.3 假設之後車最大減速率性能表

假設之後車最大減速率性能(g) 警示等級

駕駛者對警示敏感度 提早警示 適中警示 急迫警示

較敏感者 0.38 0.45 0.55

中等敏感者 0.32 0.40 0.55

不敏感者 0.27 0.35 0.55

資料來源:【36】

七、Lee Yang等人【23】整理出目前發展的6種縱向防撞警示演算法則,如

表2.4所示,表中之警示演算法則各項參變數之意義,如表2.5所示,表 2.4 中當 fi(X,A),i=1~6等於 0 時,警示系統即應予以啟動,其中公 式1與公式2為距離基礎(Distance Base)的警示門檻公式,公式1為標準 駕駛者警示公式(Standard Driver Alert Equation),公式2為靠近車間距離 公式(Closing Rate Equation);公式3至公式6為時間基礎(Time Base)或 感識基礎(Perception Based)的警示門檻公式。

公式3及公式4中之TTC即為碰撞時間(Time to Collision),其基本 公式為:TTC=r /(vF-vL)【29】,乃是假設兩車在現況車間距離下,各以 現有速率行駛時,後車最後會碰撞前車的時間【32】,若TTC小於等於0 則不會碰撞;若TTC大於0,則TTC愈大,愈晚發生碰撞。此外,John

D. Lee等人【22】修正最小TTC的公式為

a

TTC =Vf ,Vf 為後車與前車

撞擊點的後車速率, a 為後車與前車撞擊點的後車加速率,在煞車反應 時, a 為負值,故TTC為負值,表示若後車能提前TTC時間啟動煞車,

則不會碰撞,故應在TTC前即予以警示。公式5之THW 為車頭距時間

(Time to Headway),可視為兩車保持安全之車頭距參數,其基本公式為:

THW= r /vF 【29】;公式6之TTI即為衝擊時間(Time to Impact),乃是

(39)

涵蓋後車駕駛者感知反應時間的安全時間參數。在公式之應用上,TTC、 THW、TTI 為經過特定實驗所事先校估的特殊參數函數值,系統應用時 應由外部給定;而aFRTB則是與後車駕駛者特性有關的一般參數值,

系統應用時亦應由外部給定。

就各公式之比較而言,公式 1與公式 2最大不同處在於公式 1考慮 了前後兩車減速率之不同,此外,公式 1 是以前後兩車煞車行駛距離為 基礎,公式2是以兩車行進時車間距離之變化為基礎;而公式3與公式4 的差別則在於公式4多了一個速率偵測的容差值,故公式4較為保守。

表2.4 縱向警示演算法則彙整表

公式 Threshold Function f(X,A)*

1

( )

B v a RT

v a

v r r

A X

f F

F F L

F + +

+ +

= 2 2

) , (

2 2 1

&

2 RT v B

a r r A X

f F

F

+

• +

= 2

) , (

2 2

&

3 f3(X,A)=−r−TTC•r&

4 f4(X,A)=−r−TTC•r&+SP•vF 5 f5(X,A)=−r+THW •vF

6 2

6 2

) 1 ,

(X A r TTI r r TTI

f =− − •&− &&• 資料來源:【23】

註:*X表變數組合;A表參數組合。

表2.5 縱向警示演算法則之參數彙整表

參數 說明

r 兩車間距離[m]

r& 兩車速差[m/s] ( r& =vL-vF) r&

& 兩車間加速率差[m/s2] ( r& =& aL-aF)

vF 後車速率[m/s]

vL 前車速率[m/s]

資料來源:【23】

(40)

表2.5 縱向警示演算法則之參數彙整表(續) aL 前車加速率(LV)[m/s2] aF 後車加速率(FV) [m/s2]

RT 後車駕駛者感知反應時間[sec]

B 靜止車間距離[m]

SP 速率容差[sec/(km/h)]

TTC 碰撞時間(Time-to-collision)[sec]

THW 車頭距時間(Time-to-headway)[sec]

TTI 衝擊時間(time-to-Impact)[sec]

資料來源:【23】

八、Kiefer等人【31】依照年齡分為3層共72個參與者測試縱向防撞警示,

設定為三個相鄰筆直且具有六個減速墊車道的場景,利用前車與後車進 行三種情境之模擬:一為前車不動測試,前車靜止不動,當後車接近前 車時開始煞車。二為固定兩車車速之測試,前車與後車維持一固定速度,

聽到命令後車開始煞車。三為前車減速測試,前車以各種不同減速值煞 車,後車開始煞車等動作。此三種測試分別以用”用力煞車”和”正常煞車” 兩種方式進行實驗,以此觀察兩種煞車行為及各種情境。

綜合前述有關縱向防撞警示法則之整理與評析可知,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,而所發展的法 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。

後車駕駛者接受警示後之感知反應時間、後車接受警示後之煞車減速 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,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。

本研究綜合整理前述研究之各項警示法則公式特性及相關的重要參 數,如表2.6所示,並依據表2.6之警示公式所需用到的重要參數整理如 表2.7所示,由表中可知駕駛者感知反應時間、煞車減速率、靜止車間距 離為大多數警示公式所需參數。

(41)

表2.6 警示法則公式特性及參數整理表

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

dbr rel + ⋅ + rel ⋅ +

 

 −

= τ τ

α α

門檻值=dbr

一次警示 之系統

α1(後車最大 減速率) τ2(駕駛者感

知反應時 間) ε (緩 衝 距 離

參數) Peter等人

【28】

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 0.5ατ

τ + −

= rel

br v

d 2

2

2 τ

α v 或

2 2 2 2 1 2 1

2 0.5 ( ) 2

τ α τ α

τ v v

dbr = − − − 2

2

2 τ

α v

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 w

d (包括 2.2 及6.2) α1(後車最大

減速率) τ2(駕駛者感

知反應時 間) a (警 示 聲 響

參數)

Burgett等人

【17】

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

1 0 + + 0 +

= V d d V

Th L F

0 0(1/ 1/ ) 6.67/ 2

/

1 V d d V

Th = 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 資料來源:【11】與本研究整理

(42)

表2.6 警示法則公式特性及參數整理表(續一)

文獻 警示公式 警示系統

特性

重要參數 朱海燕等人

【4】

( )

0 2 2

] 2 [

1 d

a V V a V V

Dwrel +

• +

×

= τ

2

2 1 τ

τ a

V

Dbr = rel× +

br w

br

D D

D W d

= −

(當W >1時,安全;0.2≤ W ≤1時,稍具威 脅的碰撞距離範圍;當W <0.2時,危險的 碰撞距離)

漸進式警 示系統

τ (駕 駛 者 感 知 反 應 時 間)

d (0 安全容差 值)

W 判斷門檻

中的0.2

Harihamn Krishnan等

人【21】

0 2

0 ( )

2 T T V

A

R V d sensor

d

d =− + +

0 2

0 ( )

2 T T T V

A

R V d sensor brake

comf

comf =− + + +

一次警示 之系統

Ad(後 車 煞 車 減速率) Td(駕 駛 者 反 應時間) Acomf(後 車 舒

適 減 速 率) Tbrake(煞 車 實

際 延 遲 時間) Yuji等人

【39】

2 2 2 1 2 1

1 2 2a

V a T V V

D= × + − 一次警示

之系統

T(延遲時間) a1(後車減速 率)

資料來源:【11】與本研究整理

參考文獻

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