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中華大學 碩士論文

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Academic year: 2022

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(1)

中華大學

碩士論文

高速公路大客車縱向防撞警示與環保駕駛 整合之最適速率研究

The Optimal Speed Study on the Integration of Rear-end Collision Warning and Eco-driving

for Bus Driving on Freeways

系 所 別:運輸科技與物流管理學系碩士班 學號姓名:M09914013 蘇 乙 鳴

指導教授:張 建 彥 博 士

(2)

摘要

環保駕駛(Eco-Driving),乃是進行速率控制,來減少油耗、二氧化碳排放量,

而客運業大客車,多屬於固定時間之職業用車輛,對於能源的消耗亦相當可觀,

所以必須針對大客車駕駛中較易速率上等較易耗油的高速率、低速率行為進行改 善控制;而大客車縱向防撞警示(Rear-End Collision Warning),可適時地對駕駛者 提供警示,確保行駛中車輛與前車速率、前後車距離之關係,所應控制速率的建 議,來達到安全防護的效果。隨著近年來氣候的變化,各國政府對環保駕駛觀念 的倡導,相當重視,但因車輛行駛中,仍必須優先考量安全,因此整合縱向防撞 警示系統與環保駕駛可以速率作為共同控制變數,來提供既安全又環保之建議。

本研究針對職業大客車駕駛者,進行探討安全與環保駕駛之課題訪談,瞭解 業者與駕駛者對安全與環保駕駛的觀念以及限制與特性。在環保駕駛方面,國道 限速 27.78-30.56 公尺/秒(即 100-110 公里/小時)與 25 公尺/秒(即 90 公里/小時),

經迴歸分析耗油與二氧化碳排放量,最佳速率為 18.61 公尺/秒(即 67 公里/小時),

建立環保三角形隸屬度函數;在縱向防撞警示方面,經分析後車速率與前車速率、

前後車距離之關係,以感知反應時間、煞車減速率、煞車停止後的靜止車間距離 等三項 27 組之不同安全程度,假設不同前車速率、前後車距離,分析出 27 組之 不同安全後車速率,來建立安全之梯形隸屬度函數,最後透過模糊集合之交集運

算分析,整合安全與環保之隸屬度函數,並透過參數α 權重之設定與分析,建立

不同安全與環保權重之整合公式與參數組合。本研究最後依據所建立之公式發展,

建立層級式警示法則,依 0 至 1 隸屬度來分為 10 個層級,分別為綠燈 3 層級、

黃燈 4 層級、紅燈 3 層級,法則共有 10 項,流程中先依駕駛者選擇權重,在偵 測前車速率與前後車距離,分析後車車速之安全與環保整合,所在範圍並顯示燈 號,再偵測後車速顯示是否為紅燈,來警示提醒駕駛者加減速,駕駛者無反應,

系統則是會回至聲響警示再次提醒,駕駛者有反應,則會回至再次偵測前車速率 與前後車距離,再一次顯示燈號,確認是否該聲響提醒駕駛者。本研究結果,可 提供大客車客運業者與駕駛者參考。

關鍵詞:大客車、縱向防撞警示、環保駕駛、速率、層級式警示

(3)

Abstract

Eco-driving is using speed control to reduce fuel consumption and carbon dioxide (CO2) emission. Bus driving industry is one of the major sources in the fuel consumption because of its scheduled professional driving on highways. Therefore, it is necessary to improve the high speeds or the low speeds which might cause higher fuel consumption and comtrol the driving speeds. On the other hand, a bus rear-end collision warning system can provides timely alerts to bus drivers to ensure the safe relationships between the lead car and the following bus by speed control.

Eco-driving has gained more attention by many contries’ governments due to the impact of “Climate Change” in recent years. However, the safety still has a higher priority during vehicle driving. Hence, speed can be a common control variable in the integration system of eco-driving and rear-end collision warning providing safe and environmental protection advices.

This study firstly analyzes the driving safety and fuel saving issues through a focus group deep interview for bus drivers. Then regression models of fuel consumption rates CO2 emission rates are analyzed and developed for eco-drivng parameter development. From the regression models, the best speed on freeways with the speed limit of 100-110 KPH and 90 KPH is 67 KPH. The speed is used to be an important parameter in the development of the triangular membership functions for eco-driving. For the rear-end collision warning (safety), trapezoid membership functions are developed based on twenty-seven levels of safety according to the combinations of perception-reaction time, braking deceleration rate and buffer distance between the bus and the lead car after stop for each condition of the lead car’s speed and the distance between the lead car and the bus. The intersection computing analysis of fuzzy sets is further utilized to integrate the eco-driving membership functions and safety membership functions. A weight parameter α is also developed to set various weights in combining the functions. Finally, this study develops ten levels of warning rules based on the 0-1 range of membership degrees:

three levels for green indication display, four levels for yellow indication displsy and three levels for red indication display. The warning algorithm includes ten steps. The first step is to select a weight value, and then the speed of the lead car and the range between the lead car and the bus are detected. The speed of the bus is detected and the integration level is analyzed. Indication display is further determined. Voice alerts are

(4)

誌謝

兩年前考上中華運管研究所,心情起伏還是很大,而到第二年的暑假今日,

對來中華運管是很開心的學習,當然最重要的是學習到很多事情,而在研究所這 兩年來,最先感謝張建彥教授的耐心指導,老師教導我的是做事情的態度與嚴謹 的看待每件事情,讓我學習到對自己的論文,要有自己的想法與老師討論,這樣 才能夠對自己的論文更加瞭解,以及要完成任何一件事的態度,讓我獲益良多。

非常感謝老師一再忍受我的粗心及不用心,也督促我能順利完成論文,在此非常 感謝老師的指導。

本篇論文的完成,首先感謝張建彥教授、卓裕仁教授、曾平毅教授等口試委 員撥空時間指導,給予許多寶貴的建議使論文更加完善。接著要感謝的是我的家 人爸爸、媽媽在背後的支持我關心我,不給我壓力,哥哥與姐姐給的許多寶貴建 議。在校內要感謝的人很多,包括智浩學長、文基學長、斯偉學長、美慧學姊、

苓宣學姊,當有問題請教時就會放下手邊工作與我討論也給予最好的建議,很謝 謝學長姊的照顧,其中治宇學長在我口試前任何事情上給予我很大的幫助,很感 謝他不厭其煩的開導我建議我,我才能夠一路完成學業;班上同學貴枝、聖國、

鏡農,我們四個努力到最後,互相扶持幫忙,我們是最佳戰友,沒有她們很多事 情無法如期完成;學弟妹張煒、老王、董北、宜芳…等以及系籃球隊上感謝學弟,

漢中、元均、阿森、瑋哥…等,讓我在研究所壓力過大時,有你們的陪伴,還有 我最喜愛的籃球可以打球來放鬆;還有要感謝高中到現在朋友們小波、小壯、小 黑、卓卓…等的關心及鼓勵,也會隨時問候我的狀況,謝謝他們以及給我最重要 的精神支柱宣瑄,而在此一併感謝陪我度過這兩年時間的每一個人。

(5)

目錄

摘要... i

目錄... iv

表目錄... vi

圖目錄... xi

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 研究範圍與對象... 3

1.4 研究方法... 4

1.4.1 焦點團體訪談問卷分析法... 4

1.4.2 文獻回顧評析法... 4

1.4.3 迴歸分析法... 5

1.4.4 模糊理論分析法... 6

1.5 研究流程... 6

第二章 文獻回顧... 9

2.1 環保駕駛... 9

2.2 大客車油耗因子與二氧化碳排放係數... 11

2.3 大客車縱向防撞警示邏輯... 14

2.4 大客車縱向防撞層級式警示系統... 17

2.5 模糊理論之應用探討... 19

2.6 小結... 22

第三章 大客車客運業與職業駕駛者訪談... 25

3.1 訪談範圍與限制... 25

3.2 問卷內容... 25

3.3 調查方式... 26

3.4 訪談結果... 26

(6)

4.3.2 環保速率隸屬度函數之建立... 42

4.4 整合安全與環保隸屬度函數最適速率... 43

4.5 大客車縱向防撞警示系統與環保駕駛整合法則... 113

第五章 結論與建議... 117

5.1 結論... 117

5.2 建議... 118

參考文獻... 119

附錄一 大客車駕駛者訪談問卷... 123

附錄二 車速與油耗、二氧化碳排放之數據... 125

附錄三 大客車駕駛縱向防撞警示門檻公式前車車速與警示距離不同程度的後車 速率組合表... 131

附錄四 大客車駕駛縱向防撞警示門檻公式前車車速與警示距離不同安全速率程 度組合表之 K-means 分群法 ... 140

附錄五各權重α 之隸屬度標準化 s 值對照表 ... 141

(7)

表目錄

表 1.1 研究範圍與對象... 3

表 2.1 縱向防撞警示公式特性及參數整理表... 15

表 2.2 大客車縱向防撞警示門檻公式不同安全程度之參數(RTA, aFB, BC)組合表 ... 17

表 3.1 訪談問題整理表... 26

表 3.2 問卷訪談調查對象整理表... 26

表 3.3 駕駛者駕駛行為整理表... 27

表 3.4 環保駕駛訓練制度整理表... 28

表 3.5 安全距離保持之整理表... 29

表 4.1 大客車車速與油耗及二氧化碳排放(公式 4.1)之關係迴歸式 ... 31

表 4.2 大客車車速與油耗及二氧化碳排放(公式 4.2)之關係迴歸式 ... 33

表 4.3 大客車車速與油耗及二氧化碳排放(公式 4.3)之關係迴歸式 ... 35

表 4.4 服務水準等級之劃分標準... 37

表 4.5 大客車縱向防撞警示門檻公式之前車速率 25 公尺/秒之警示距離 30(m)不 同後車速率安全程度組合表... 38

表 4.6 大客車縱向防撞警示門檻公式之前車速率 25 公尺/秒之警示距離 35(m)不 同後車速率安全程度組合表... 38

表 4.7 大客車縱向防撞警示門檻公式之前車速率 25 公尺/秒之警示距離 40(m)不 同後車速率安全程度組合表... 39 表 4.8 大客車縱向防撞警示門檻公式之前車速率 25 公尺/秒之警示距離 45(m)不

(8)

表 4.10 K-means 分群法之各警示距離 5 個等級安全程級 ... 40

表 4.11 前車速率 90 公里/小時與警示距離 30m 之隸屬度整合表 ... 44

表 4.12 前車速率 27.78 公尺/秒之不同警示距離對照表 ... 46

表 4.13 前車速率 25 公尺/秒之不同警示距離對照表 ... 47

表 4.14 前車速率 22.22 公尺/秒之不同警示距離對照表 ... 49

表 4.15 前車速率 19.44 公尺/秒之不同警示距離對照表 ... 50

表 4.16 前車速率 16.57 公尺/秒之不同警示距離對照表 ... 51

表 4.17 前車速率 90 公里/小時與警示距離 30m 權重 α 為 0.9 之隸屬度整合表 . 53 表 4.18 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.1 對照表 ... 56

表 4.19 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.2 對照表 ... 57

表 4.20 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.3 對照表 ... 58

表 4.21 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.4 對照表 ... 59

表 4.22 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.1 對照表 ... 65

表 4.23 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.2 對照表 ... 66

表 4.24 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.3 對照表 ... 67

表 4.25 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.4 對照表 ... 68

表 4.26 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.1 對照表 ... 74

表 4.27 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.2 對照表 ... 75

表 4.28 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.3 對照表 ... 76

表 4.29 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.4 對照表 ... 77

表 4.30 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.1 對照表 ... 83

表 4.31 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.2 對照表 ... 84

表 4.32 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.3 對照表 ... 85

表 4.33 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.4 對照表 ... 86

表 4.34 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.6 對照表 ... 88

表 4.35 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.7 對照表 ... 89

(9)

表 4.36 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.8 對照表 ... 90

表 4.37 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.9 對照表 ... 91

表 4.38 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.1 對照表 ... 93

表 4.39 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.2 對照表 ... 94

表 4.40 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.3 對照表 ... 95

表 4.41 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.4 對照表 ... 96

表 4.42 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.6 對照表 ... 98

表 4.43 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.7 對照表 ... 99

表 4.44 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.8 對照表 ... 100

表 4.45 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.9 對照表 ... 101

表 4.46 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.1 之參數組合表 ... 104

表 4.47 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.2 之參數組合表 ... 105

表 4.48 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.3 之參數組合表 ... 106

表 4.49 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.4 之參數組合表 ... 107

表 4.50 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.5 之參數組合表 ... 108

表 4.51 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.6 之參數組合表 ... 109

表 4.52 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.7 之參數組合表 ... 110

表 4.53 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.8 之參數組合表 ... 111

表 4.54 不同前車速率與警示距離在權重 α 為 0.9 之參數組合表 ... 112

表 4.55 權重 α 0.2 之層級式警示聲響 ... 116

附表 2.1 車速與油耗、二氧化碳排放之數據... 125 附表 3.1 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 100 公里/小時與警示距離 30m

(10)

之不同後車速率程度組合表... 132 附表 3.4 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 100 公里/小時與警示距離 45m 之不同後車速率程度組合表... 132 附表 3.5 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 100 公里/小時與警示距離 50m 之不同後車速率程度組合表... 133 附表 3.6 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 80 公里/小時與警示距離 30m 之 不同後車速率程度組合表... 133 附表 3.7 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 80 公里/小時與警示距離 35m 之 不同後車速率程度組合表... 134 附表 3.8 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 80 公里/小時與警示距離 40m 之 不同後車速率程度組合表... 134 附表 3.9 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 80 公里/小時與警示距離 45m 之 不同後車速率程度組合表... 134 附表 3.10 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 80 公里/小時與警示距離 50m 之不同後車速率程度組合表... 135 附表 3.11 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 70 公里/小時與警示距離 30m 之不同後車速率程度組合表... 135 附表 3.12 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 70 公里/小時與警示距離 35m 之不同後車速率程度組合表... 136 附表 3.13 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 70 公里/小時與警示距離 40m 之不同後車速率程度組合表... 136 附表 3.14 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 70 公里/小時與警示距離 45m 之不同後車速率程度組合表... 136 附表 3.15 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 70 公里/小時與警示距離 50m 之不同後車速率程度組合表... 137 附表 3.16 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 60 公里/小時與警示距離 30m

(11)

之不同後車速率程度組合表... 137

附表 3.17 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 60 公里/小時與警示距離 35m 之不同後車速率程度組合表... 138

附表 3.18 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 60 公里/小時與警示距離 40m 之不同後車速率程度組合表... 138

附表 3.19 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 60 公里/小時與警示距離 45m 之不同後車速率程度組合表... 138

附表 3.20 大客車縱向防撞警示門檻公式前車速率 60 公里/小時與警示距離 50m 之不同後車速率程度組合表... 139

附表 4.1 K-means 分群法前車速率 100 公里/小時之各警示距離安全程級 ... 140

附表 4.2 K-means 分群法前車速率 80 公里/小時之各警示距離安全程級 ... 140

附表 4.3 K-means 分群法前車速率 70 公里/小時之各警示距離安全程級 ... 140

附表 4.4 K-means 分群法前車速率 60 公里/小時之各警示距離安全程級 ... 140

附表 5.1 權重 α 為 0.1 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 141

附表 5.2 權重 α 為 0.2 之最大隸屬度標準化 S 值對照表 ... 141

附表 5.3 權重 α 為 0.3 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 141

附表 5.4 權重 α 為 0.4 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 142

附表 5.5 權重 α 為 0.5 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 142

附表 5.6 權重 α 為 0.6 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 142

附表 5.7 權重 α 為 0.7 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 143

附表 5.8 權重 α 為 0.8 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 143

附表 5.9 權重 α 為 0.9 之最大隸屬度標準化 s 值對照表 ... 143

(12)

圖目錄

圖 1.1 大客車跟車駕駛模擬實驗之感知反應時間(0.72~3.23 秒)安全隸屬度圖 .... 5

圖 1.2 大客車跟車駕駛模擬實驗之煞車減速率(1.47~7.25 公尺/秒2)安全隸屬度圖 ... 5

圖 1.3 大客車跟車駕駛模擬實驗之靜止車間距離(2~12 公尺)安全隸屬度圖 ... 5

圖 1.4 研究流程圖... 8

圖 2.1 行車速率與 CO2排放量之關係圖 ... 13

圖 2.2 漸進式警示顯示圖... 18

圖 2.3 大客車整合型防撞警示系統之元件配置圖... 19

圖 2.4 大客車整合型防撞警示系統之警示方式圖... 19

圖 4.1 整合分析流程圖... 30

圖 4.2 國道速限 100-110 路段(公式 4.1)之油耗與車速關係曲線圖 ... 32

圖 4.3 國道速限 100-110 路段(公式 4.1)之 CO2排放率與車速關係曲線圖 ... 32

圖 4.4 國道速限 90 路段(公式 4.1)之油耗與車速關係曲線圖 ... 32

圖 4.5 國道速限 90 路段(公式 4.1)之 CO2排放率與車速關係曲線圖 ... 33

圖 4.6 國道速限 100-110 路段(公式 4.2)之油耗與車速關係曲線圖 ... 33

圖 4.7 國道速限 100-110 路段(公式 4.2)之 CO2排放率與車速關係曲線圖 ... 34

圖 4.8 國道速限 90 路段(公式 4.2)之油耗與車速關係曲線圖 ... 34

圖 4.9 國道速限 90 路段(公式 4.2)之 CO2 排放率與車速關係曲線圖 ... 34

圖 4.10 國道速限 100-110 路段(公式 4.3)之油耗與車速關係曲線圖 ... 35

圖 4.11 國道速限 100-110 路段(公式 4.3)之 CO2排放率與車速關係曲線圖 ... 35

圖 4.12 國道速限 90 路段(公式 4.3)之油耗與車速關係曲線圖 ... 36

圖 4.13 國道速限 90 路段(公式 4.3)之 CO2 排放率與車速關係曲線圖 ... 36

圖 4.14 右半梯形隸屬度函數... 41

(13)

圖 4.15 警示距離 30(m)右半梯形函數圖 ... 42

圖 4.16 三角形隸屬度函數... 42

圖 4.17 速率範圍 27.78(公尺/秒)三角形函數圖 ... 43

圖 4.18 前車速率 27.78 公尺/秒之不同警示距離下整合隸屬度函數圖 ... 47

圖 4.19 前車速率 25 公尺/秒之不同警示距離下整合隸屬度函數圖 ... 48

圖 4.20 前車速率 22.22 公尺/秒之不同警示距離下整合隸屬度函數圖 ... 49

圖 4.21 前車速率 19.44 公尺/秒之不同警示距離下整合隸屬度函數圖 ... 51

圖 4.22 前車速率 16.57 公尺/秒之不同警示距離下整合隸屬度函數圖 ... 52

圖 4.23 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.1 下不同警示距離整合圖 ... 56

圖 4.24 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.2 下不同警示距離整合圖 ... 58

圖 4.25 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.3 下不同警示距離整合圖 ... 59

圖 4.26 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.4 下不同警示距離整合圖 ... 60

圖 4.27 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.6 下不同警示距離整合圖 ... 61

圖 4.28 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.7 下不同警示距離整合圖 ... 62

圖 4.29 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.8 下不同警示距離整合圖 ... 63

圖 4.30 前車速率 27.78 公尺/秒之權重 α 0.9 下不同警示距離整合圖 ... 64

圖 4.31 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.1 下不同警示距離整合圖 ... 65

圖 4.32 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.2 下不同警示距離整合圖 ... 67

圖 4.33 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.3 下不同警示距離整合圖 ... 68

圖 4.34 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.4 下不同警示距離整合圖 ... 69

圖 4.35 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.6 下不同警示距離整合圖 ... 70

圖 4.36 前車速率 25 公尺/秒之權重 α 0.7 下不同警示距離整合圖 ... 71

(14)

圖 4.41 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.3 下不同警示距離整合圖 ... 77

圖 4.42 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.4 下不同警示距離整合圖 ... 78

圖 4.43 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.6 下不同警示距離整合圖 ... 79

圖 4.44 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.7 下不同警示距離整合圖 ... 80

圖 4.45 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.8 下不同警示距離整合圖 ... 81

圖 4.46 前車速率 22.22 公尺/秒之權重 α 0.9 下不同警示距離整合圖 ... 82

圖 4.47 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.1 下不同警示距離整合圖 ... 83

圖 4.48 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.2 下不同警示距離整合圖 ... 85

圖 4.49 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.3 下不同警示距離整合圖 ... 86

圖 4.50 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.4 下不同警示距離整合圖 ... 87

圖 4.51 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.6 下不同警示距離整合圖 ... 88

圖 4.52 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.7 下不同警示距離整合圖 ... 90

圖 4.53 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.8 下不同警示距離整合圖 ... 91

圖 4.54 前車速率 19.44 公尺/秒之權重 α 0.9 下不同警示距離整合圖 ... 92

圖 4.55 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.1 下不同警示距離整合圖 ... 94

圖 4.56 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.2 下不同警示距離整合圖 ... 95

圖 4.57 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.3 下不同警示距離整合圖 ... 96

圖 4.58 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.4 下不同警示距離整合圖 ... 97

圖 4.59 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.6 下不同警示距離整合圖 ... 98

圖 4.60 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.7 下不同警示距離整合圖 ... 100

圖 4.61 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.8 下不同警示距離整合圖 ... 101

圖 4. 62 前車速率 16.57 公尺/秒之權重 α 0.9 下不同警示距離整合圖 ... 102

圖 4.63 安全、環保與整合層級式警示燈號警示圖... 113

圖 4.64 層級式警示流程運用... 115

(15)

第一章 緒論

1.1 研究背景與動機

在公路上大客車駕駛行為為運輸系統中重要的一環,隨著近年來「氣候變遷」

的影響與「環保駕駛」的倡導,屬於大眾運輸系統的大客車營運駕駛乃日益受到 重視。根據交通部運輸研究所[1]之整理與分析,現今大多數國家之運輸部門溫 室氣體排放量,是僅次於工業部門的第二大排放部門,大部分國家中運輸部門之 二氧化碳排放所佔比率超過 20%,其中以美國最高為 28%,另外歐盟(EU-15)平 均為 21%,而我國運輸部門溫室氣體排放約佔 14~15%,這些溫室氣體之排放主 要是來自燃油消耗所致。另外,我國運輸部門中各運輸系統(公路、鐵路、航空、

水運)之溫室氣體排放量,又以公路運輸為最大宗,約占 9 成以上(2008 年約佔 95%)[2],遠遠超過其他運輸系統之溫室氣體排放量,顯見環保駕駛對公路運輸 系統的重要性。在公路運輸系統之耗油率與二氧化碳排放中,主要是小客車與機 車的大量使用(至 2011 年 12 月底止,我國的機動車輛登記數已有超過 596 萬輛 的小客車及 1,517 萬輛的機車[3])所致,因此若能透過大客車、捷運等大眾運輸 系統的發展與鼓勵使用,設法減少私人運具之旅次,對於減少公路運輸系統溫室 氣體之排放量,應有相當的效果,此亦為當前我國「環保駕駛」的主要改善作法 之一。

另一方面,就單一車輛之行駛里程與行駛時間而言,大客車多屬於長距離或 長時間使用之職業駕駛用車輛,對於燃油的消耗與二氧化碳的排放,亦相當可觀,

因此,發展及鼓勵使用大眾運輸系統的同時,也必須針對大客車之耗油率加以積 極改善。基本上,近年來各國政府在推動大客車使用之環保駕駛策略方面,主要 可區分為兩大類:第一類為鼓勵替代能源車輛之開發與使用,例如柴電混合公車、

(16)

可降二氧化碳溫室氣體排放;對客運業者而言,更可大幅降低油耗成本,並減少 車輛零件之損耗,確實值得加以推廣。

目前車輛環保駕駛之相關研究與作法,大多是針對駕駛者之怠速、超速、急 加速與急減速等較易耗油之駕駛行為進行分析,作為改善之建議。其研究成果與 建議,均屬於離線之靜態分析,對於駕駛過程中因應道路交通環境提供即時動態 的環保駕駛建議或警示,則有所不足。鑑於目前對於大客車駕駛者之駕駛行為監 控已逐漸由傳統之被動式資料蒐集提升到主動式之建議或警示,如超速警示系統、

防撞警示系統、疲勞警示系統等先進安全設備,而環保駕駛行為之發展亦應像先 進安全大客車(Advanced Safety Bus, ASB)系統一樣,主動提供駕駛者適當之環保 駕駛最佳速率,故建立一套主動式的即時環保駕駛警示系統即為重要研究之一。

在先進安全大客車防撞警示系統之發展方面,大客車縱向防撞警示系統 (Rear-end Collision Warning Systems, RCWS)為重要的系統之一,該系統主要是結 合先進感測技術,聽覺(聲響、語音)、視覺(HUD、LCD)或觸覺(振動座椅、煞車) 警示裝置,以及警示邏輯演算法則(Warning Algorithms),在大客車行駛過程中,

依據不同的道路與交通狀況,適時地對駕駛者提供警示資訊,以確保行駛中大客 車與前車所保持的距離應維持的安全速率,達到安全防護的效果,屬於主動式系 統。國內張建彥等人[4,5,31]曾整合大客車駕駛模擬器實驗場景設計與實驗資料 擷取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等三項主要 的縱向防撞警示法則參數,最後結合模糊理論之應用,建立參數的安全隸屬度函 數,提出適用的大客車縱向防撞警示法則,建立 27 種安全等級之警示距離公式 及相關法則,並將研究成果三項參數之不同 27 種安全等級,依不同前車速率之 不同前後車距離來運用分析後車速率參數,以及納入環保駕駛最佳速率參數,但 在與前後車距離越長速率雖可提高但卻可能不環保(當前車速率固定時),因此本 研究動機乃開發出整合環保駕駛與縱向防撞之主動式駕駛輔助系統。

基本上,發展大客車環保駕駛與縱向防撞之整合式駕駛輔助系統,需先找到 共同性參數,一般大客車客運路線(不含遊覽車)由於行駛路線固定,無法像私人

(17)

運輸之駕駛輔助系統,可透過路徑導引的方式,避開交通壅塞路段,並選擇對二 氧化碳排放最少的路徑行駛[32],改善能源的消耗與二氧化碳之排放;大客車只 能在既定的班次時段與路線上,依據當時的交通狀況,作速率控制之因應,當交 通流量少時,大客車駕駛者可以自由車速(Free Flow Speed)行駛,而當交通流量 多時,大客車駕駛者必須進行跟車(Car Following)行駛,甚至進入隨車(Tailgating) 狀態,有時走走停停,因此加速、減速與速率控制的操作就成為改善大客車駕駛 能源消耗與二氧化碳排放的主要輔助項目。另一方面,大客車縱向防撞警示系統 之警示邏輯主要是當大客車與前車之距離太近而大客車之車速過高時,透過警示 的方式來要求大客車駕駛者降低速率以保持安全,避免碰撞前車,故速率之調節 與控制亦是改善跟車安全的重要輔助項目。

綜上所述,在防撞警示系統上方面,已經有很好的發展,但是在警示情況下,

有可能所提供的速率建議是安全的但是不環保,乃是一種要的課題。

1.2 研究目的

本研究將先進安全大客車之縱向防撞警示系統與環保駕駛結合,透過速率之 建議與調控,建立最適速率公式。具體目的如下:

1.透過大客車客運業者與職業駕駛者訪談,了解客運業者及職業駕駛者對安全駕 駛與環保駕駛的認知以及限制與特性。

2.建立大客車之油耗因子與二氧化碳排放之係數。

3.建立大客車縱向防撞警示系統之參數。

4.結合縱向防撞警示系統與環保駕駛,建立模糊理論隸屬度函數。

5.整合縱向防撞層級式警示系統與環保駕駛,建立最適速率警示機制。

1.3 研究範圍與對象

本研究範圍與對象,整理如表 1.1 所示。

表 1.1 研究範圍與對象

(18)

1.4 研究方法

本研究採焦點團體訪談問卷分析法、文獻回顧評析法、迴歸分析法、模糊理 論分析法,四種方式進行分析整合,分別說明如後。

1.4.1 焦點團體訪談問卷分析法

在焦點團體訪談方面,本研究挑選大客車客運業者與職業大客車駕駛者進行 訪談,了解其在駕駛節能環保與安全上的限制與特性。

1.4.2 文獻回顧評析法

在文獻回顧評析法中蒐集環保駕駛,建立不同限速下與油耗因子、二氧化碳 排放係數之最佳速率關係;以及在縱向防撞警示門檻公式裡面,建立後車速率與 前車速率、前後車距離之不同安全程度速率關係,說明如後。

在環保駕駛中,尚必須參考車輛不同速率下之油耗因子與二氧化碳排放係數,

因此本研究採用之方法即是蒐集大客車駕駛在各高速公路平直路段下之耗油率 與二氧化碳排放係數,作為分析之依據。目前鼎漢國際工程顧問股份有限公司與 交通部運輸研究所進行之合作研究計畫「車輛動態能源消耗與溫室氣體排放特性 之研究-以大客車為例(1/2)」[6],已初步建立相關的係數,後續本研究乃參考 其研究成果,利用迴歸分析法來建立油耗與速率、二氧化碳排放與速率之關係式,

並從中找出最環保之速率,作為模糊隸屬函數建立之基礎。

在大客車縱向防撞警示門檻公式之重要參數方向,乃是依據張建彥等人[31]

利用大客車駕駛模擬器所建立的參數值為基礎(如圖 1.1 至圖 1.3),校估出結合感 知反應時間、煞車減速率、靜止車間距離(緩衝距離)三個參數之不同安全隸屬度 的 27 個大客車縱向防撞警示門檻公式,本研究運用這 3 個參數以及固定前車減 速率

a

L為-4 公尺/秒 2,在不同前車速率下之不同警示距離的後車不同安全程度 速率,即可將所分析後車不同安全速率程度建立梯形隸屬度函數。

(19)

圖 1.1 大客車跟車駕駛模擬實驗之感知反應時間(0.72~3.23 秒)安全隸屬度圖 資料來源:[31]

圖 1.2 大客車跟車駕駛模擬實驗之煞車減速率(1.47~7.25 公尺/秒2)安全隸屬度圖

資料來源:[31]

圖 1.3 大客車跟車駕駛模擬實驗之靜止車間距離(2~12 公尺)安全隸屬度圖

(20)

建立油耗、二氧化碳排放與速率之關係式。

1.4.4 模糊理論分析法

本研究在模糊理論分析法中,分別建立環保駕駛之三角形隸屬函數與縱向防 撞警示之梯形隸屬函數,再加以整合,建立整合隸屬函數,作為警示系統開發之 基礎。

1.5 研究流程

本研究流程如圖1.4所示,圖格項目說明如下:

1.確立研究動機與目的

確立本研究之動機與目的為設定在自由速率或跟車條件下,環保駕駛與縱向 防撞警示系統之整合最適速率輔助系統建立。

2.文獻回顧

回顧國內外期刊、論文與書籍等相關研究,內容包含環保駕駛、大客車油耗 因子與二氧化碳排放係數與大客車縱向撞警示系統、層級式或聲響警示,以及模 糊理論,並加以整理評析。

3.大客車客運業與職業駕駛者訪談

訪談的目的上是了解大客車客運業與職業駕駛者對安全駕駛與環保駕駛的 限制與特性。

4.大客車油耗因子與二氧化碳排放之最佳速率分析

參考鼎漢國際工程顧問股份有限公司與交通部運輸研究所進行之合作研究 計畫「車輛動態能源消耗與溫室氣體排放特性之研究-以大客車為例(1/2)」[6]

的資料來分析耗油率與二氧化碳排放量之最佳速率。

5.大客車縱向防撞警示系統安全速率分析

依據感知反應時間、煞車減速率、靜止車間距離之 27 組參數組合,以及針 對前車速率與前、後車距離設定,建立大客車縱向防撞警示邏輯之後車速率範 圍。

(21)

6.建立大客車油耗因子與二氧化碳排放量之速率隸屬度函數

運用三角形函數建立油耗因子與二氧化碳排放量之隸屬函數。

7.建立大客車縱向防撞警示之速率隸屬度函數

運用右半梯形函數建立大客車縱向防撞警示之速率隸屬度函數。

8.整合隸屬度函數

將防撞警示系統邏輯與油耗因子與二氧化碳排放量所建立的函數,運用模糊 集合論來加以整合,建立整合隸屬度函數。

9.加權重之整合隸屬度函數分析

依駕駛者或客運業者對安全或環保所著重的認知不同,將本研究所建立的安 全梯形函數與環保三角形函數,建立不同權重之設定,建立隸屬度函數。

10.建立整合大客車縱向防撞警示系統與環保駕駛之最適速率輔助系統

建立縱向防撞警示系統與油耗因子、二氧化碳排放量之層級式警示系統與分 析邏輯,分為 10 個層級為綠(3 層級)、黃(4 層級)、紅(3 層級),作為之最適速率 顯示之基礎。

11.結論與建議

針對本研究之結果,提出結論與建議。

(22)

確立研究動機與目的

文獻回顧

·

環保駕駛

·

大客車油耗因子與二氧化碳 排放係數

·

大客車縱向防撞警示系統

·

模糊理論

建立大客車縱向防撞警示之速 率隸屬度函數

建立大客車油耗因子與二氧化 碳排放量之速率隸屬度函數

整合隸屬度函數

加權重之整合隸屬度函數分析 大客車客運業與職業駕駛者訪談

大客車縱向防撞警示系統安全 速率分析

大客車油耗因子與二氧化碳排 放之最佳速率分析

建立大客車縱向防撞警示系統與環保 駕駛之最適速率輔助系統

結論與建議 圖 1.4 研究流程圖

(23)

第二章 文獻回顧

本研究蒐集國內、外有關環保駕駛、大客車油耗因子與二氧化碳排放係數、

大客車縱向防撞警示邏輯、模糊理論、層級式警示邏輯之相關文獻與資料,進行 回顧與評析,分別說明如後。

2.1 環保駕駛

環保駕駛為近年來相當重要的課題,由於運輸系統是主要的移動污染源,因 此許多研究文獻或駕駛訓練手冊,均提供如何有效地節能駕駛或環保駕駛。國際 道路運輸聯盟(International Road Transport Union, IRU)[33]針對大客車環保駕駛 提出建議,包括行車前的車輛保養維護、規劃旅次及使用路況導航系統、移除不 必要的載重、檢查胎壓,以及行駛中的保持穩定車速、平穩地加速和煞車、高速 時關閉車窗、平穩地減速、儘量以最大的法定速率行車但不要用更高的速率超車、

避開壅塞交通、檢查汽車引擎燈、減少暖器及空調的使用、避免怠速、從車輛停 止狀態啟動時避免急加速。SBD[34]則提出應用智慧型運輸系統技術以降低車輛 在環境的衝擊,其報告中強調應用車內系統之導航、先進駕駛者輔助系統 (Advanced Driver Assistance System, ADAS)和車用電子來直接或間接降低溫室氣 體的排放,並鼓勵駕駛者環保駕駛。另外,Ericsson[32]以最低總油耗為目標,

建立最佳化路徑選擇的導引系統,作為駕駛者的輔助工具,乃是車輛導航系統發 展的新思維。

Kompfner and Reinhardt[35] 針 對 應 用 資 訊 通 訊 技 術 (Information and Communication Technologies, ICT)和智慧型運輸系統(Intelligent Transportation Systems, ITS)來促進客貨運之環保節能的相關研究或案例加以整理,統稱綠色 ITS(Green ITS),其內容包括:環保駕駛輔助(Eco-driving support)、環保交通管理 (Eco-traffic management)、環保資訊和導引(Eco-information and guidance)、環保 需求和可及性管理( Eco-demand and access management)、環保易行性服務

(24)

(2)應用有關動態路徑導引之適應性演算法(包括最少耗油量),提升導引的效果。

(3)透過協同式環保駕駛(Cooperative eco-driving),提供有關節能駕駛行為之駕駛 輔助、回饋和指引予駕駛者。

(4)提供線上監測與線上環保駕駛準則予駕駛者。

另外,在建置環保駕駛系統的同時,必須確保環保駕駛之輔助建議,不能對 行車安全產生任何負面的影響。例如,系統所提供之資訊不能對駕駛者產生過大 的工作負荷,導致駕駛者分心或對交通狀況無法及時反應。對於環保駕駛輔助技 術發展的相關建議如下:

(1)界定和驗證節能環保駕駛的關鍵參數,這些參數必須依不同的情境和交通狀 況予以不同的權重。

(2)人機介面的建立必須基於使用者和顧客的需要,以促進駕駛輔助系統的建置 成果。

(3)混合動力的車輛必須依其混合技術型態、運輸方式、車輛型式等來建立環保 駕駛方法。

(4)研究可依據不同變數來提供混合動力之環保駕駛的最佳化,例如考慮電池生 命周期之長短、電動引擎與燃油引擎交互作用、即時環保駕駛行動、長途之 環保駕駛、整個混合動力系統之生命周期等。

(5)歐盟必須針對所有新車,研發製造低阻力輪胎、胎壓監測系統、檔位建議指 示器等。

(6)建立系統績效、資料交換、介面等之標準。

在國內方面,政府與民間單位亦加強推動環保駕駛之宣導,以新北市(原台北 縣)政府環境保護局之網站[10]為例,其提供綠色交通省油秘方包括:(1)車身流 線型;(2)車身輕、低排氣量;(3)淺色系較省油(可省 1-2%);(4)選購適合的隔熱 紙,減少冷氣負荷;(5)大貨車加裝導流板,可省油 6%以上;(6)減少不必要的車 上負載;(7)加油小心避免濺出、油蓋拴緊減少蒸發;(8)發動不暖車、緩步啟動 行;(9)等速行駛、避免轉彎與變換車道;(10)小客車高速行駛維持 80~90 公里/

小時最省油;(11)小客車市區行駛維持 40~50 公里/小時最省油;(12)商用車維持 40~50 公里/小時最省油;(13)機車維持 30~40 公里/小時最省油;(14)行車維持安 全距離,避免緊急煞車;(15)轉彎應柔和、平穩,多利用引擎煞車;(16)停車超 過三分鐘應熄火;(17)涼爽天氣關閉冷氣可省油 16%;(18)車速 80 公里/小時以

(25)

上關窗開冷氣比開窗省油;(19)開車前車內溫度高,應開門窗散熱後再啟動冷氣;

(20)多利用非尖峰時段出門,省時又省油;(21)定期保養可提高燃油效率;(22) 保持標準胎壓,安全又省油。

2.2 大客車油耗因子與二氧化碳排放係數

溫室氣體 CO2之排放與行車耗油息息相關,而一般影響行車耗油之因素,大 致可歸納如下[11,36]:

(1)車輛因素:車重、引擎設計、燃料種類、汽缸容量、變速器種類、引擎和車 輛的磨損、傳動系統、輪胎、暖車狀況、維修狀況等。

(2)交通因素:行駛速率、停等次數、停等時間等。

(3)道路因素:道路之鋪面狀況、幾何設計、坡度及曲率等。

(4)天候因素:溫度、風速、晴雨等。

(5)駕駛因素:駕駛行為、駕駛中使用車輛附屬配備之狀況等。

在實際應用時,對於耗油量之計算,則通常只能以數項較重要的因素來加以 考量。本研究整理國外及國內有關行車耗油與溫室氣體排放之計算公式或方法,

分別說明如後。

(1)國外相關文獻

依據 Taniguchi et al.[36]之整理,Everall[37]提出耗油量之基本公式為:

(2.1)

其中,

:耗油率,每單位距離之耗油量(公升/公里)。

V:車輛平均旅行速率(公里/小時)。

k

1、k2、k3:常數。

而 Yamada[38]在 1980 年之實際道路測試顯示,單位距離耗油量在平均車速 為 50~60 公里/小時為最低。至於駕駛者加、減速行為,對於耗油率亦有一定之 影響,若能很溫和的加速或是煞車,則有助於耗油率之降低[34]。

(26)

Pelensky et al. [40]於 1968 年針對坡度變數,建立耗油率之公式如下:

0.08 45

. 0

87 t mg

f

c

  

(2.2) 其中,

t:旅行時間。

m:大部分的車輛。

g:重力加速度。

θ:坡度。

而 Yamada[38]在 1980 年建立一包含鋪面種類、停等時間、平均坡度、車內 是否開空調、車速等變數之耗油經濟公式,如下式所示:

001 . 0 138 . 0 1.412 1.392

193 . 0 0.716

6.372

r t g a V V

2

f

e

 

g

s

a

  

(2.3) 其中,

f

e:燃料經濟(km/litre)。

r

g:1 為碎石路,0 為柏油路。

t

s:停等時間(分)。

g

a:平均坡度。

a:1 為車內開空調,0 為車內不開空調。

V:平均旅行速率(公里/小時)。

上式透過對速率一階微分導數求取耗油經濟之最大值後(令一階微分導數為 0),當平均車速為 69 公里/小時,燃料使用最符合經濟。

Ericsson [41]在小汽車油耗及排放物的研究中,透過迴歸分析方法分析駕駛 模式、燃料使用與排放系統之間的關係。燃油消耗會因車輛電力需求、極端的加 減速度進而影響燃料的使用與廢氣的排放。車輛在經濟速度(時速 50-70 公里)的 範圍行駛,避免急踩油門或煞車,對節省額外油料消耗均有顯著的幫助。

至於 CO2排放,部分研究提出可透過耗油量來加以推估,例如 Ooishi [42]

將 CO2的排放與耗油率加以結合,提出下列之公式:

大貨車:

539.0-11.03

V

0.0758

V

2

587.6

f

c

V

(2.4) 小貨車:

544.2-1.194

V

0.0117

V

2

81.2

f

c

V

(2.5) 大客車:

716.4-13.00

V

0.1008

V

2

611.7

f

c

V

(2.6)

(27)

小客車:

356.9-1.706

V

0.0128

V

2

105.2

f

c

V

(2.7)

c c

c

f U

E  

(2.8) 其中,

f

c:耗油率(立方公分/公里)

V:車輛平均旅行速度(公里/每小時) E

c:CO2排放量

U

c:每單位耗油量的 CO2排放量(g-C/cm3)

而根據 1992 年日本國家科學與技術政策研究所(National Institute of Science and Technology Policy)之研究,汽油之 Uc 值為 0.6253;柴油之 Uc 值則是 0.73。

日本 ITS Handbook [43]中,對於車速與 CO2排放量之關係,如圖 2.1 所示,

從圖中可知,當車速從 10 公里/小時逐漸增加至 60 公里/小時,CO2排放量亦呈 現遞減趨勢。

資料來源:[43]

圖 2.1 行車速率與 CO2排放量之關係圖

另外,在「排放係數」部分,美國環保署(U.S. Environmental Protection Agency) 已投入幾十年的時間,發展了一套相當龐大、完整的排放係數資料,即美國環保 署的「AP-42」,存於其公用電腦網路中[44],供公眾擷取使用。全書分上下兩冊,

上冊(AP-42 Volume I)針對固定污染源(Stationary Sources)及面源,下冊(AP-42

(28)

(2)國內相關文獻

在蘇昭銘等人[12]的研究中,曾整理國內運輸部門與環保部門在運輸工具能 源使用與溫室氣體排放之相關研究[13-19],並建議能源消耗之分析公式,可以車 速為主要影響變數,再建立相關的公式來加以推估耗油率,及依各車種行車速率 與里程,計算總耗油量;至於溫室氣體 CO2 之推估,可採用車行里程排放係數 法與單位燃料消耗排放係數法,惟其排放係數值之應用,尚缺乏一致標準,有必 要進一步深入評估分析。

鼎漢國際工程顧問股份有限公司與交通部運輸研究所進行之合作研究計畫

「車輛動態能源消耗與溫室氣體排放特性之研究-以大客車為例(1/2)」[6],則 透過大客車實車實驗,建立國內各道路類型、各坡度下之大客車速率(包括非行 駛狀況之停等)與能耗、二氧化碳排放之關係式及油耗因子與排放係數表,此亦 為國內交通領域有關大客車行駛對油耗因子與二氧化碳排放係數影響之最新研 究,具有相當之參考價值。

2.3 大客車縱向防撞警示邏輯

在大客車縱向防撞警示邏輯之相關文獻部分,張建彥與張靖[5]曾整理國外 發展之小客車縱向防撞警示門檻公式、警示系統特性及重要參數,如表 2.1 所示。

另外,Chang and Chou[31]也利用大客車駕駛模擬器設計相關實驗,校估出結合 感知反應時間、煞車減速率、靜止車間距離(緩衝距離)三個參數之不同安全隸屬 度的 27 個大客車縱向防撞警示門檻公式。基本公式如下式(2.9)所示,表 2.2 則 是對應之 27 組參數值組合。

 

C F A B F F L

F

i

RT v B

a v a

v

R r    · 

 2 2

2 2

(2.9)

其中,

R

i:模糊化之警示距離,單位為公尺。

r :兩車速差( r = v

L-

v

F),單位為公尺/秒。

v

F:後車速率,單位為公尺/秒。

v

L:前車速率,單位為公尺/秒。

(29)

a

L:前車煞車減速率(取負值、負值愈高代表減速率愈大),單位為公尺/秒2

a

FB:模糊化之後車煞車減速率(取負值、負值愈高代表減速率愈大),單位為公

尺/秒2

RT

A:模糊化之後車駕駛者感知反應時間,單位為秒。

B

C:模糊化之兩車靜止間距,單位為公尺。

表 2.1 縱向防撞警示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

Peter 等人 [46]

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 

 

  

  

門檻值=

d

br

 

一次警示之系統

1(後車最大減速率)

2(駕駛者感知反應時

(緩衝距離參數) 間)

HONDA 演算法則公式:

2 . 6 2

.

2  

rel

w

v

d

2 1 1 1

2 1

2

  

0.5

 

  

rel

br

v

d

2 2

2

v

2 2 2 2 1 2 1

2

0 . 5 ( ) 2

 

v v

d

br

   

2 2

2

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

(多元化警示系統)

d

w(包括 2.2 及 6.2)

1(後車最大減速率)

2(駕駛者感知反應時

間)

a (警示聲響參數)

朱海燕等

人[20]

 

0 2 2

] 2 [

1 d

a V V a V V

Dwrel

·

2

2 1

a

V

D

br

rel

 

br w

br

D D

D W d

 

(當

W

1時,安全;0.2

W

1時,

漸進式警示系統 (多元化警示系統)

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)

(30)

表 2.1 縱向防撞警示公式特性及參數整理表(續)

文獻 警示公式 警示系統特性 重要參數

Lee Yang

等人[48]

 

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)

B v a RT

r r A X

f

F

F

·

 2

) , (

2 2

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)

r TTC r

A X

f

3

( , )    · 

一次警示之系統

TTC

(碰撞時間)

v

F

SP r TTC r A X

f

4( , )

   ·

 ·

一次警示之系統

TTC

(碰撞時間)

SP

(速率容差)

v

F

THW r

A X

f

5

( , )    ·

一次警示之系統

THW

(車頭距時間)

2

6 2

) 1 ,

(

X A r TTI r r TTI

f    ·



·

一次警示之系統

TTI

(衝擊時間)

S.J.

Brunson 等 人[49]

Dmiss=R+1/2(AH-AHmax)(TR)2-1/2AL(TLS)2 -(AH-AHmax)TRTHS+(RR)THS+ALTHST

LS

-1/2AHmax(THS)2

Dmiss=R+(RR)TM+1/2(AL-AHmax)(TM)2-(AH- AHmax)TMTR

+1/2(AH-AHmax)(TR)2

) 1 . 0 )(

(

2 m V s

D

thresh

 

H

一次警示之系統 警 示 時 機 參 數 (包 括 警 示啟動與結束的各種狀 況與參數)

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 (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) Burgett 等

人[50]

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(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。

後 車 煞 車 減 速 率 為 0.75g。

資料來源:[5]

(31)

表 2.1 縱向防撞警示公式特性及參數整理表(續)

文獻 警示公式 警示系統特性 重要參數

Hariham n Krishnan 等人[51]

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 煞 車

減速率) Tbrake( 煞 車 實 際 延 遲

時間)

資料來源:[5]

表 2.2 大客車縱向防撞警示門檻公式不同安全程度之參數(RTA, aFB, BC)組合表

a

FB

B

C

RT

A

低安全 中安全 高安全

低安全 低安全

(1.3475, -5.805, 4.5) (1.975, -5.805, 4.5) (2.6025, -5.805, 4.5)

中安全

(1.3475, -5.805, 7) (1.975, -5.805, 7) (2.6025, -5.805, 7)

高安全

(1.3475, -5.805, 9.5) (1.975, -5.805, 9.5) (2.6025, -5.805, 9.5)

中安全 低安全

(1.3475, -4.36, 4.5) (1.975, -4.36, 4.5) (2.6025, -4.36, 4.5)

中安全

(1.3475, -4.36, 7) (1.975, -4.36, 7) (2.6025, -4.36, 7)

高安全

(1.3475, -4.36, 9.5) (1.975, -4.36, 9.5) (2.6025, -4.36, 9.5)

高安全 低安全

(1.3475, -2.915, 4.5) (1.975, -2.915, 4.5) (2.6025, -2.915, 4.5)

中安全

(1.3475, -2.915, 7) (1.975, -2.915, 7) (2.6025, -2.915, 7)

高安全

(1.3475, -2.915, 9.5) (1.975, -2.915, 9.5) (2.6025, -2.915, 9.5)

資料來源:[31]

2.4 大客車縱向防撞層級式警示系統

在大客車縱向防撞警示系統之警示邏輯主要是當大客車與前車之距離太近 而大客車之車速過高時,透過警示的方式來要求大客車駕駛者降低速率以保持安 全,避免碰撞前車,故速率之調節與控制亦是改善跟車安全的重要輔助項目。綜 上所述,大客車環保駕駛與縱向防撞之整合式駕駛輔助系統應以速率作為共同的 控制變數。

此外,目前大客車縱向防撞警示系統之警示方式大致包括聲響與圖示兩大類

(32)

(2.12)

式中:

W

:警示門檻參數,單位為公尺。

d

w:警示臨界距離,單位為公尺。

d

br:煞車臨界距離,單位為公尺。

v

rel:前後車速差(即 vrel = v- v2

),單位為公尺/秒。

v:裝有警示系統之後車車速,單位為公尺/秒。

v

2:前車車速,單位為公尺/秒。

1:延遲時間(系統偵測延遲時間),單位為秒。

2:煞車時間,單位為秒。

1:後車最大減速率,單位為公尺/秒2

2:前車最大減速率,單位為公尺/秒2

d:前後兩車實際車間距離,單位為公尺。

漸進式視覺顯示系統包括綠、黃、紅三種燈色,當

W

>1 時,表示 d>

d

w, 此時安全無虞,故顯示綠燈;而當 a<

W

<1 時,a 為警示參數,此時為普通警示 狀況,顯示黃燈,表示 d 雖然小於

d

w,但仍大於

d

br;當 0<

W

<a 時,d 已非常 接近

d

br,故為緊急警示狀況,此時顯示紅燈;最後當

W

<0,應馬上採取煞車。

圖 2.2 漸進式警示顯示圖

資料來源:[4]

在卓奕伶等人[29] 在層級式警示上,依據感知反應時間界定層級燈號區別,

感知反應時間 0.72 秒為其下限(含),為紅燈部分 3 層級;感知反應時間 0.72 秒

~3.23 秒之間,為黃燈部分 4 層級;超過感知反應時間 3.23 秒,為綠燈 2 層級。

安全距離分為「後車以速限內速度行進,而前車靜止不動」與「前後車在速限內,

(33)

以相同速度行進」兩者。前者安全距離包含煞車距離與感知反應距離,而後者僅 含感知反應距離。

在其他層級式研究方面,Aaron Steinfeld 等[53]及美國加州 PATH 計畫研究 小組[54]發展大客車整合型防撞警示系統,該研究提出如何將縱向防撞系統與側 向防撞系統之偵測元件加以整合,並協調運作以提供適當的警示,圖 2.3 為該 研究之實車配備圖,圖 2.4 則是整合系統之防撞警示圖。大致上,此一警示系 統初步整合了縱向防撞與側向防撞警示系統,警示方式則結合聲響與圖形顯示,

具有較高的適用彈性,惟該研究係以完成偵測元件之整合為主。圖 2.4 上圖顯 示上有層級顯示給大客車駕駛者。

圖 2.3 大客車整合型防撞警示系統之元件配置圖

資料來源:[53]

圖 2.4 大客車整合型防撞警示系統之警示方式圖

資料來源:[53]

(34)

的過程模型化,對於此種定量性處理表現的手段,提出「模糊集合(fuzzy set)」,

模糊理論實際上是模糊集合、模糊關係、模糊邏輯、模糊控制、模糊量測等理論 的泛稱[21]。

傳統的明確集合為二值邏輯,但在日常生活中的概念如「冷熱」、「高矮」等 都沒有明確清晰的界限。因此 Zadeh 將傳統集合的特徵函數從非 0 即 1 的二值選 擇,推廣到 0 至 1 之間的任何數值,所得新的特徵函數為隸屬函數(membership function),模糊理論利用隸屬度的概念來定義元素與集合的關係。對於元素與集 合之間的關係可以用特徵函數(characteristic function)作為基礎。傳統的集合中以 二元邏輯為基礎,即 x 屬於 A 或 x 不屬於 A,以特徵函數

A

(x )

表示如下公式 (2.6.1)[54]:

 

  x A

A 0, if x

A x if , ) 1

( (2.13)

而真實世界的模糊理論,在傳統二元集合理論無法表達,是由 0 到 1 之間的 任何值做決定,也就是將屬於的觀念數量化,依照所屬程度的不同給予 0 到 1 之間的數值。若 A 為一個模糊集合,則

A

(x )

代表 x 在 A 中的隸屬度函數,出現

的值介於 0 到 1 之間:

A

( x ) : x   0,1

。常見的隸屬度函數之種類可分為”數值 (numberical)”及”函數(functional)”兩種定義方式,數值定義可稱為離散化歸屬函 數,即直接給定有限模糊集合內每個元素的隸屬度(membership grade),以向量形 式表達;函數定義可稱為連續化歸屬函數,如,S 函數、Z 函數、Pi 函數、片段 連續函數等,連續化隸屬函數常見的有吊鐘型、三角形、梯形、指數型等[22]。

模糊理論應用於車流行為之研究,以微觀車流模式之建立為主,本研究整理說明 如下。

(35)

1. Kikuchi and Chakroborty[56]以 GM 模式為例,指出其(a)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;(b)兩車之相對速度對駕駛者減速及 加速的反應相同;(c)駕駛者的反應僅依據單一刺激(相對速度)等三項假設之不 合理性,因此提出模糊推論模式,考慮人類對環境感知與推論過程的不確定,

提出五項跟車行為特徵來評估 GM 模式及模糊推論模式,研究結果顯示模糊 推論模式較 GM 模式更能合理地描述真正的跟車行為。

2. Mark Brackstone 等人[57]依跟車模式之發展時間順序,探討各類跟車模式之發 展,其中模糊邏輯模式(Fuzzy Logic-based Models)為較新的研究理論,惟該研 究指出目前所發展的跟車模式在實證方面應多所加強。

3. 詹維敏[23]應用模糊理論的方法來處理在真實世界中的不確定性,目前跟車模 式中將駕駛人跟車時迫近前車行為與遠離前車行為是視為同一敏感度,但現 實世界中駕駛人面對迫近與遠離前車時的反應是不同,研究駕駛人面對迫近 與遠離時跟車行為的反應是否有所差異,且將此差異行為引入於所構建之雙 相跟車模式中。利用近相與遠離相跟車行為的差異性配合模糊理論構建模糊 雙相跟車行為模式。

4. 藍武王等人[24]基於駕駛人的跟車行為是根據自身的經驗法則來決定,而此經 驗法則存有若干的模糊性,因此利用模糊理論來建立跟車模式,該研究採用 與傳統 GM 跟車模式相同的變數(相對速率、前後車距離、後車速率)建立適當 的控制規則庫與隸屬度函數,經個案之比較分析顯示,其建立之模糊控制模 型可克服 GM 模型因敏感度參數、起始距離、初速不同而最終車距不同之缺 點,也可改善 Kikuchi 等人模糊跟車模型之震盪情形。

5. 何晉亨[25]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

參考文獻

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