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如果你是一台自駕車,這些是你可能會遇到的考驗

做車的人_96
・2018/01/22 ・2869字 ・閱讀時間約 5 分鐘

文/郭長祐

圖/TayebMEZAHDIA @Pixabay

談及「自駕車」,或許會有人天真地認為,行車電腦只要運用前後保險桿上的超音波測距器(俗稱倒車雷達)來偵測前後車距離,以此來調控車速,以及用類似技術使汽車保持在車道內行駛不偏離,以及能在避障情況下完成改變車道、轉彎、停車等動作,就是完滿的自駕技術與程序。事實上,實現自駕車的技術與考驗遠大過於此。

難解的電車難題

自駕車如果遇到相似於倫理學問題「電車難題」的狀況,應當如何權衡判斷呢?圖/By McGeddon [CC BY-SA 4.0], viaWikipedia Commons
自駕車其實需要因應各種突發狀況,例如突然煞車失靈時當如何處置?是持續向前行駛,但可能因此使五名路人死傷,還是選擇改變方向,但會使另一方向的一名路人死傷?這時行車電腦當如何權衡判斷呢?

或許上述的例子過於特殊,實務上很難遇到,但確實點出自駕車實際上路,必然要面對複雜多變的情境。又如一個小女生為了追一個皮球而跑到馬路上,這時若不改變方向女孩將被車輾過,右轉則會撞向其他路人,左轉有可能就撞上水泥牆,車內乘客也會受傷,或者是一隻狗跑到馬路上,或前方貨車的油桶鬆綁滾到馬路上,這些情境自駕車都必須事先備妥研判能力,事發時才能正確快速因應,例如爆胎時只能讓汽車放開油門,緩緩向前到耗盡慣性而停止,若這時嘗試踩煞車或轉動方向盤,反而可能招致全車翻滾的危險。

科學家、工程師努力卸除社會對自駕車上路的心防

即便自駕車具有克服各種車況、情境的能力,自駕車上路依然有其他層面的挑戰,其中社會接納度至為關鍵。根據調查,有 78% 的受訪者表示不敢搭乘自駕車,以及有 41% 的汽車駕駛不願意跟自駕車一同上路,深怕自駕車出狀況殃及他們。

關於此,自駕車業者與研發團隊必須付出更多努力、甚至更有創意的做法才能使社會接受。過去百事可樂曾有一個蒙眼試驗廣告,邀請一群人蒙上眼睛後試喝兩種可樂,實驗證明單憑口感很難精準分辨可口可樂與百事可樂,表示消費者認為先出現的可口可樂口味更佳是種迷思,進而使百事可樂的銷售大增。

根據相似的心理學,或許在自駕車技術成熟後,可以安排實驗證實一般人無法分辨自駕車與人工駕駛的行為;甚至安排一個逼真的假駕駛,悄然在路上行駛一段時間後再告知大眾,以展現自駕車與一般駕駛幾無差別,或許可以說服社會大眾卸除部分心防與多慮。

除了科技突破,自駕車想上路,還得解決社會大眾的疑慮。目前看來,科學家與工程師們還有一大段路要走。 圖/ifinnsson @Pixabay

當然,除了心理層面外,實質上也要讓自駕車的互動更逼近人為駕駛,例如變換車道會打方向燈,前車過近會按喇叭,對向來車有危險行為時,會讓大燈遠近交替切換作為警示。其他如砂石車經過會刻意保持較遠距離避免意外,同時當關上車窗,因為很多高速行駛的砂石車常有砂石掉落,高速下噴濺起的砂石有時會傷到車內的乘客,或者前方有大型車輛時當把車內空調改成封閉循環,避免吸到大車排出的廢氣,維持車內空氣品質,保障乘客健康。做到這些,人們才能逐漸接納自駕車。

另外,人們也擔心行車電腦是否會被駭客入侵並操控,輕則癱瘓交通重則犯罪,畢竟真人是不會被駭的,但電腦會。這一樣有待人工智慧科學家、工程師的努力,才能讓社會大眾接受與肯定自駕車的上路安全性。

目前自駕車的發展還是有些卡關的地方?

談及自駕車面臨的挑戰,除了需要提升緊急狀況的因應能力以及社會觀感外,自駕車的自駕基本功也有待磨練。美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers,簡稱 SAE)把自駕程度分成六級:

零級(level 0):完全人為操作。
第一級(level 1):某些自動化功能可單獨作用,例如定速巡航,駕駛設定好想要的車速後腳就可以放開油門,讓汽車自動以定速操控油門;
第二級(level 2):多個自動化功能同時作用,但仍需要駕駛關注,必要時仍需要人為介入,例如自動停車;
第三級(level 3):汽車幾乎可全程自主駕駛,必要時才有人為介入;
第四級(level 4):完全不用人為介入,但僅限高速公路或車輛較少時才能如此;
第五級(level 5):一切自動,堪稱終極的自駕。

目前車廠已可達三級水準,若干宣稱達四級,但尚無人宣示已實現第五級,僅有晶片商宣稱已推出可滿足第五級自駕車所需運算力的車用電腦系統。

上述為行車電腦自主駕駛的程度,但人們關切的自駕車安全程度則仍待商確。目前業界確實有一些初步討論,有科學家發表論文,期望用數學公式(Shai Shalev-Shwartz et. al, 2017 )來釐清自駕車碰撞事故的責任歸屬,不過論文發表後有許多爭議與質疑聲浪 ,可能還需要一段時間發展。

計算前車與後車安全距離的公式,詳見Mobileye 提出的自駕車事故公式 圖/Mobileye

另外政府也必須針對自駕車上路而增訂、修訂法規,目前世界各國政府都在拉高車輛安全要求,過去已要求汽車一定要有霧燈與前座安全氣囊才能出廠,現在也開始要求輪胎一定要安裝胎壓感測監督系統(Tire Pressure Monitoring System,簡稱 TPMS)才能出廠,進一步要求一定要配置防翻滾系統等,自駕車也當比照辦理。

有了自駕車,世界可能會很不一樣

談及自駕車,難道所設想的都是例外狀況與災禍嗎?答案應該為否,除弊之外自然也有興利的部分。自駕車若真能實現,也可能帶來更多的美好與便利。未來自駕車預先檢視全程路況,並對進行最佳化路程規劃,自動避開車潮,反而比人為習慣駕駛、記憶駕駛更快到目的地,甚更省行車能源,甚因行車操控更佳使零件更長壽而降低保修次數與花費,或因更佳、更可預設的行車狀況而降低車險費用。

就社會層面的考量,自駕車絕對不可能違反交通規則如超速或闖紅燈,自然可以省下讓交通警察舉發開單的社會成本;甚至更完善的大型自駕車系統可以調節車流分配,從而降低交通顛峰時間的塞車情況,節省龐大的時間成本。

路程規劃、車流調節、共享自駕車……,自駕車若真的普及,可能使我們的生活產生現在難以想像的新面貌。 圖/TeroVesalainen@Pixabay

進一步的,若自駕車夠普及,其實可以實現共享自駕車的願景,如同現在路上有 O-bike 就可以騎,只要針對使用的路程付費即可。而完全自主駕駛後,車內座位也可以完全打通,成為行動辦公室,或在車內共桌用餐、玩牌等,都有機會實現。在愛心傘夠多的情況下,就不再需要自己買傘,同理,到處都有車可搭,還有人要買私家車嗎?而免去私家車自然也就減少了相關的成本,包括每台車閒置時的成本、私人停車場的土地空間、甚至高額的停車費支出等。

最後,各位想像的自駕車未來又是怎樣呢?還有哪些挑戰呢?也請各位不吝與我們分享!

參考資料:

《做車的人》系列內容由裕隆集團委託,泛科學企劃執行

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做車的人_96
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「教練,我好想做一輛車。」不用拜託,你真的可以。 我們是一群做車的人,希望帶給大家第一手的車界知識,讓你更懂車是怎麼造出來的。我們希望台灣能有自己的汽車文化,更希望我們都能為這文化驕傲。 本專欄由裕隆汽車贊助。

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地震規模越大,晃得越厲害?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/16 ・3706字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

某天,阿雲跟阿寶分享了一個通訊軟體上看到的資訊:

阿雲:「欸,你知道最近有個傳言說,花蓮有 7.7 級地震,如果發生的話台北會有 5.0 級的震度耶!」

阿寶:「蛤?那個傳言也太怪了吧,應該是把規模和震度搞混了!」

震度:量度地表搖晃的單位

確實常常有人把地震的規模跟震度搞混,實際上,因為規模指的是地震釋放的能量大小,所以當一個地震發生時,它的規模值已經決定了,只是會因為測量或計算的方式不同,會有些許的數字差異,而一般規模計算會到小數點後第一位,故常會有小數點在裡面。然而震度指的意思是地表搖晃的程度,度量表示方式通常都是以「分級」為主,比如國外常見、分了 12 級震度的麥卡利震度階,就是用 12 種不同分級來描述,而中央氣象局目前所使用的震度則共分十級,原先是從 0 級到 7 級,而自 2020 年起,在 5 級與 6 級又增了強、弱之分,也就是震度由小而大為 0-1-2-3-4-5弱-5強-6弱-6強-7 等分級,所以在表示上我們以整數 + 級或是強、弱等寫法,就可以區分規模和震度,不被混淆了!

而為什麼專家常需要強調震度和規模不一樣?那是因為震度的大小,是受到許多因素的影響。地震發生後,造成地表搖晃的主要原因是「地震波」傳來了大量能量,規模越大的地震,代表的就是地震釋放的能量越大,就像是你把擴音的音量不斷提高時,會有更大的聲音傳出一般。所以當其他的因素固定時,確實會因為規模越大、震度越大。

可是,地震波的能量在傳播過程中也會慢慢衰減,就像在演唱會的搖滾區時,在擴音器旁往往感覺聲音震耳欲聾,但隔了二、三十公尺之外,音量就會變得比較適中,但到了會場外,又會變得不是那麼清楚一樣。所以無論是地震的震源太深、或是震央離我們太遙遠,地震波的能量都會隨著距離衰減,一般來說震度都會變得比較小。

「所以,只要把那個謠言的台北規模 5.0 改為震度 5 弱,說法就比較合理了嗎?」阿雲說。

「可是,影響震度的因素還有很多,像是我們腳下的岩石性質,也是影響震度的重要因素。」阿寶說。

場址效應:像布丁一樣的軟弱岩層放大震波

原本我們都會覺得,如果地震釋放能量的方式就像是聲音或是爆炸一般,照理說等震度圖(地表的震度大小分布圖)上會呈現同心圓分布,但因為地質條件的差異,分布上會稍微不規則一些,只能大致看出震度會隨著離震央越遠而越小。地震學上有一個專有名詞叫做「埸址效應」,指的就是因為某些特殊的地質條件下,反而讓距離震央較遠的地方但震度被放大的地質條件。其中最常見的就是「軟弱岩層」和「盆地」兩種條件,而且這兩種還常常伴隨在一起出現,像是 1985 年的墨西哥城大地震,便是一個著名的例子。

影片:「場址效應」是什麼? 布丁演給你看

墨西哥城在人們開始在這邊發展之前,是個湖泊,湖泊中常有鬆軟的沉積物,而當湖泊乾掉之後,便成了易於居住與發展的盆地。雖然 1985 年發生的地震規模達 8.0,但震央距離墨西哥城中心有 400 公里,照理說這樣的距離足以讓地震波大幅衰減,而地震波傳到盆地外圍時,造成的加速度(PGA)大約只有 35gal,在臺灣大約是 4 級的震度,然而在盆地內的測站,卻觀測到 170gal 的 PGA 值,加速度放大了將近五倍,換算成震度,也可能多了一至二級的程度,也造成了相當程度的災情。盆地裡的沉積物,就像是裝在容器裡的布丁一樣,受到搖晃時,會有更加「Q 彈」的晃動!

1985 年墨西哥城大地震的等震度圖。圖/wikipedia

因此,在臺灣,雖然臺北都會區並沒有比其他區有更多更活躍的斷層,但地震風險仍不容小覷,因為臺北也正是一個過去曾為湖泊的盆地都市,仍有一定程度的地震風險,也需要小心來自稍遠的地震,除了建築需要有更強靭的抗震能力,強震警報能提供數秒至數十秒的預警,也多少讓人們能即時避災。

斷層的方向與震源破裂的瞬間,也決定了等震度圖的模樣

阿雲似懂非懂的接著問:「可是啊,為什麼有的時候大地震的等震度圖長得很奇怪,而且有些時候震度最大的地方都離震央好遠呢!也太巧合了吧?」

「這並不是巧合,因為震央下方的震源,指的其實是地震發生的起始點,並不是地震能量釋放最大的地方啊!」阿寶繼續解釋著。

「蛤!為什麼啊?」阿雲抓抓頭,一邊思考著。

地震是因為地下岩層破裂產生斷層滑動而造成的,雖然不是每個地震都會造成地表破裂,但目前科學家大多認為,地震的破裂只是藏在地底下,沒有延伸到地表而已,而且從地震的震度,也可以看出地底下斷層滑移的特性。

斷層在滑動時,主要的滑動和地震波傳出的地方,會集中在斷層面上某些特定的「地栓」(Asperity)之上,這些地栓又被認為「錯動集中區」,而通常透過傳統的地震定位求出來的震源,其實只是這些地栓中,最早開始錯動的地方。但實際上,整個斷層錯動最大的地方,往往都不會在那一開始錯動的地方,就像是我們跑步時,跑得最快的瞬間,不會發生在起跑的瞬間,而是在起跑後一小段的過程中,而錯動量最大的區域,才會是能量釋放最大的地方。而或許是小地震的地栓範圍小,震央幾乎就在最大滑移區的附近,因此也看不太出來,通常規模越大,震源的破裂行為會隨著時間傳遞,此效應才會越明顯。

震源與震央位置示意圖。圖/中央氣象局

那麼斷層上的地栓位置能否確認?這仍是科學上的難題,但近年來科學進展已經能讓我們透過地震波逆推斷層上的錯動集中區,至少可以透過地震波逆推斷層破裂滑移的型式,得以用來比對斷層破裂方向對震度分布的影響。以 2016 年臺南—美濃地震為例,最大錯動量的地區並不在震央所在的美濃附近,而是稍微偏西北方的臺南地區,也就是因為從地震資料逆推後,發現斷層在破裂時是向西北方向破裂。而更近一點的 2018 年花蓮地震,錯動量大、災害多的地方,也是與斷層破裂方向一致的西南方。

一張含有 地圖 的圖片  自動產生的描述
2016 年臺南美濃地震的等震度圖。圖/中央氣象局

透過更多的分析,現在也逐漸發現破裂方向性對於大地震震度分布的影響確實是重要議題。而雖然我們無法在地震發生之前就預知地栓的位置,但仍可從各種觀測資料作為基礎,針對目前已知的活動斷層進行模擬,就能做出「地震情境模擬」,並且由模擬結果找出可能有高危害度的地區,就能考慮對這些地區早先一步加強耐震或防災的準備工作。

多知道一點風險和危害度,多一份準備以減低災害

但是,直到目前為止,我們仍無法確知斷層何時會錯動、錯動是大是小。科學能給我們的解答,只能先評估出斷層未來的活動性中,哪個稍微大一些(機會小的不代表不會發生),或者像是斷層帶附近、特殊地質特性的場址附近,或許更要小心被意外「放大」的震度。而更重要的是,當地震來臨前,先確保自己的住家、公司或任何你所在的地方是安全還是危險,在室內要小心高處掉落物、在路上要小心掉落的招牌花盆壁磚、在鐵路捷運上要注意緊急煞車對你產生的慣性效應…多一些及早思考與演練,目的就是為了防範不知何時突然出現的大地震,在不恐慌的情況下保持適當警戒,會是對你我都很重要的防震守則!

【參考文獻】

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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