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機車先進駕駛輔助系統(ARAS)如何守護騎士的安全?

車輛中心ARTC_96
・2019/01/31 ・1583字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

  • 文/車輛中心 技術服務處

先別急著騎車,你聽過機車專用的駕駛系統嗎?

因消費者安全意識的抬頭,許多國家皆有專責機構推行新車評價計畫 (New Car Assessment Program,NCAP),加上近年自駕車技術的快速發展,故現今汽車界最熱門的話題就是先進駕駛輔助系統 (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS);ADAS 領域(下圖)涵蓋範圍相當廣闊,只要是利用車上的感測器收集到的資訊,經由各系統處理器分析運算後讓車輛完成動作執行,都可算是 ADAS 系統;而其中多項功能原本車廠僅配備在高階或旗艦級車種,近年來在中階甚至一般車款也可看到,對於一般民眾而言已不再陌生而是購車時的基本需求。

汽車ADAS系統概略。
圖/ARTC 提供

當汽車的 ADAS 正被熱烈討論的時候,其實機車也有先進駕駛輔助系統,雖然中文看起來沒什麼分別,不過從原文 Advanced “Rider” Assistance Systems 中可以了解,這是 Rider(騎士)專屬的系統,因此其先進駕駛輔助系統就簡稱為 ARAS。

ARAS 早在 2008 年開始於歐洲有了雛型,但就像許多的汽車系統(Fuel Injection 燃油噴射、ABS 防鎖死煞車系統、TCS 牽引力控制系統等),將其裝載在機車上的技術門檻較高,感測器及系統處理器要更精緻更小型化甚至統合化,這一切都需要更長時間的研發與測試,才能將系統安裝在機車上並普及,而目前也已經看到許多廠家陸續發表 ARAS 系統,最快可以在 2020 年可看到實車配備。

ARAS 駕駛輔助系統有三種

那未來會運用在機車上的 ARAS 系統有哪些呢?其實就上述所提到利用車上的感測器資訊,經由系統處理器分析運算後讓車輛完成動作,都可算是 ADAS/ARAS 系統,而歐洲 SAFERIDER-EU 聯盟針對 PTW(Power Two-Wheeler 兩輪動力車)的安全以及駕駛意識,優先列出數種較為重要的 ARAS 系統並說明如下:

車速警報功能 (Speed Alert Functionality)

車速警報功能示意圖。source:continental-automotive

當騎乘者行駛在路道上的車速超過最大允許速度時,提供警示訊息或警報聲響告知駕駛者適時進行減速動作,以車道允許的車速行駛可降低意外事故發生的機率,同時也降低發生意外事故發生時的死亡率(註:由國外研究得知 50km/h 發生碰撞之致死率為 30km/h 的 8 倍)。

前方碰撞警示 (Frontal Collision Warning)

前方碰撞警示示意圖。source:bosch-presse

在機車行駛時,系統會不斷的透過車上的感測器獲得資訊,以車輛的行駛方向及當時車速為基準,搭配系統設定進行煞車時所需要的安全距離,若在此行駛方向的安全距離內有其他車輛、用路人或者是障礙物,有一定機率會發生碰撞時,系統會發出警報告知駕駛者需進行煞車或閃避動作,除了預防事故發生,也有效避免騎乘者僅以目測或當下騎乘感的誤判發生意外事故。

車道變換輔助 (Lane Change Support)

車道變換輔助示意圖。source:amcn.com.au

除了前方碰撞警示系統的預警,機車在道路上行駛時變換行駛路徑的頻度相對高於汽車,特別是在交通繁忙的壅塞市區,騎士必須注意保持前方車輛間距,同時還須注意側邊及後方的車輛,並不時查看後視鏡或轉頭,在行車過程中反而不易專心,因此車道變換輔助系統基本上是藉由車輛後方/側邊的感測器,偵測一定範圍內的車輛及車速,適度提醒騎乘者在視野盲區或特定區塊有其他車輛,降低潛在的風險避免意外事故發生。

騎車除了 ARAS,也別忘了防禦駕駛精神

ARAS 就功能看來是非常先進的駕駛輔助系統,不過可以發現許多系統還是以輔助騎乘者行車安全為主,如果騎乘者對於系統的提醒或報警置之不理,持續相同騎乘行為還是無法降低發生事故的風險,建議騎士應發揮防禦駕駛的精神:認知危險、預測危險、避開危險,未來再輔以 ARAS 系統的協助,騎乘機車更有安全保障。

本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文標題《騎士安全的守護者 機車先進駕駛輔助系統(ARAS)》,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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車輛中心ARTC_96
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財團法人車輛研究測試中心 (ARTC),江湖俗稱車測中心,但更希望大家能稱呼我們為「車輛中心」,因為我們不只做測試,我們也做創新研發;我們是由一群對車輛有著專業知識與熱情的工程師所組成,期望透過泛科學這個平台與大家分享各種車輛知識,讓大家更懂車。

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鑑識故事系列:車禍無外傷,心臟卻破裂
胡中行_96
・2022/09/22 ・2292字 ・閱讀時間約 4 分鐘

有個 14 歲的少年戴著安全帽,騎乘輕便型機車[註]。一輛轎車正對著衝過來,他閃避不及,摔落地面,胸部撞擊油門把手。[1]

人類的心臟。圖/J.Wong on Wikimedia Commons(CC BY 3.0

少年至醫院就診時,雖然胸部觸診會疼痛,但肉眼看不到瘀青, X 光也顯示沒有骨折。從心電圖可見心臟跳動的頻律正常,不過有左束支傳導阻滯(left bundle branch block,簡稱 LBBB)的現象。[1] 也就是說心肌裡流動的電脈衝,在前往心臟左邊下面,那個叫做左心室的部位時,被阻斷或變得遲緩。這可能會影響血液的輸送。[2] 他被留院觀察一夜,隔天早上回家。預計一週後,至心臟科回診。[1]

正常的心電圖。圖/Madhero88 on Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0
左束支傳導阻滯的心電圖。圖/Madhero88 on Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0

不料,才過五天,少年便猝死了。[1]

為了釐清死因,驗屍團隊在二天後進行解剖。他們發現少年的左心室肥大(left ventricular hypertrophy), [1] 該症狀的常見成因是心肌太過賣力運作[3] 此外,心臟不僅有多處破損及血浸潤;盛裝心臟的心包裡頭,還有 700 毫升的血液,[1] 差不多就是臺灣一般大杯手搖飲的容量。[4] 因此,他被認定死於心臟破裂導致的心包填塞(cardiac tamponade 或 pericardial tamponade)。[1] 換句話說,因心臟受傷而流出的血液,在心包裏頭緩緩累積,使得內部壓力不斷升高,最後心臟承受不住,於是停止跳動。[5]

在左心室後壁中央深色的挫傷處,放入刺針以展示破洞。圖/參考資料 1,Figure 1(CC BY 4.0

追根究底探討起來,少年的心臟流血,是源自所謂的心臟鈍傷(blunt cardiac injuries)。[1] 它雖非遭受外物穿刺,卻有幾種可能造成破裂的機制,例如:

  1. 直接衝擊胸口的外力,使心臟在胸骨與脊椎之間被擠壓。[1, 6] 這也是心肺復甦術(cardiopulmonary resuscitation,簡稱 CPR)的罕見副作用之一,發生機率只有 0.6%。[7] 請大家千萬不要因噎廢食,該救人的時候,還是要做 CPR。
  2. 按壓身體的下肢和腹部時,突然增加靜脈的壓力,並間接提高胸腔內壓,因而壓迫到心臟。[1, 6]
  3. 在瞬間加速、減速或旋轉的過程中,[1] 扯壞了心臟本身的結構,以及它與血管之間的連結。[6]
  4. 爆炸事件改變受難者周遭的氣壓,朝著胸部直來的衝擊,造成看似微不足道的心臟挫傷,卻引發心肌壞死。尤其是年輕人血流改道的功能較差,特別容易受到的影響。[1]

這個案例中少年遇到的,應該是屬於上述的第一種情形。他的前胸被油門把手擊中,心臟順勢往脊椎撞上去,並挫傷後壁。心臟鈍傷從外表看不出來,又未必有明顯症狀,所以診斷時較具挑戰性。不過,有些病患能迅速痊癒,不見得會產生致命後果。事實上,驗屍團隊發現少年的心臟,也的確有一些復原的跡象,只是所受的傷害太大,於事無補。[1]

為了安全起見,當醫療人員見到第一張心電圖有異狀,就應該持續再做幾張,觀察心臟的狀況。同時,要反覆測量血液中肌鈣蛋白(troponin)的濃度,以協助判斷。[1] 肌鈣蛋白只有在心臟受損的時候,才會出現在血液裡,從其含量可以推測傷害的程度。[8] 值得注意的是,少年車禍後的驗血報告正常。[1] 這也是為什麼醫師通常不僅要為胸痛病患驗血,而且 24 小時內可能會抽血 2 次以上,注意結果是否隨時間變化。[8]

嚴重心臟鈍傷的肇因,50% 為車輛交通意外;35% 是行人被車撞;9% 與機車事故有關;而 6% 則是從高處摔落所致。[6] 臺灣有些都市交通繁忙,所以事故頻傳。[9]若是不幸遭遇車禍,就算沒有顯著外傷,大家最好還是去醫院稍做檢查。

非當事輕便型機車。圖/Elizabeth M on Flickr(CC BY 2.0

  

延伸閱讀

保護腦袋都靠它!——安全帽的科學技術

備註

輕便型機車(moped)的排氣量在 50 c.c. 以下,視覺上和小綿羊機車(scooter)最大的差別,在於駕駛座前方,沒有臺灣人拿來載小狗的那個腳踏板。[10]

參考資料

  1. Gentile G, Tambuzzi S, Giovanetti G, et al. (2021) ‘Sudden death due to cardiac contusion: Forensic implications in a rare pediatric case’. Journal of Forensic Sciences, 66, 5, pp. 1996-2001.
  2. Bundle branch block’. (11 JUN 2022) Mayo Clinic.
  3. Left ventricular hypertrophy’. (25 NOV 2020) Mayo Clinic.
  4. 黃韻文(01 JUL 2022)〈環保杯6大QA懶人包!今起帶杯折5元 杯子挑多大才夠裝?〉NOWnews
  5. Cardiac Tamponade’. (22 OCT 2021) Cleveland Clinic.
  6. Singh S, Heard M, Pester JM, et al. (22 MAY 2022) ‘Blunt Cardiac Injury’. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. Yonezawa N, Takei T, Fujisawa M. (2021) ‘Right ventricular blowout rupture complicating cardiopulmonary resuscitation in a patient with acute pulmonary embolism’. BMJ Case Reports, 14:e245520.
  8. Troponin Test’. (09 SEP 2021) MedlinePlus.
  9. 道安資訊查詢網」交通部道路交通安全督導委員會(Accessed on 17 SEP 2022)
  10. Scooter Vs Moped – What’s The Difference?’. The Bike Insurer. (Accessed on 16 SEP 2022)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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如何確定 ADAS 主動安全系統真安全?用模擬驗證技術先測試!
車輛中心ARTC_96
・2019/03/13 ・1986字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

越來越多人的駕照是雞腿換的?(誤)這樣我們要如何確定行車的安全呢?圖/pixabay

模擬驗證技術主要是為了預測、分析系統開發的特性及響應關係,透過模擬提供多種複雜條件下系統作動之響應行為,預先分析其環境條件、控制模組與系統物理特性關係是否符合預期。中心先進駕駛輔助系統開發之模擬驗證技術,依據環境感測模擬軟體建置 ISO 國際標準以及廠規測試驗證情境 (PreScan),提供 ADAS 主動安全系統演算法開發模擬驗證 (MATLAB/Simulink),並結合 CarSim 環境建置車輛動態,模擬車輛於實際道路路況之表現,確保 ADAS 控制系統演算法開發符合實際需求與安全規範。

ADAS 這樣守護你:車道維持、巡航控制、自動煞車

ARTC 開發一套自動輔助駕駛系統,主要由三項 ADAS 主動安全系統整合而成,包括車道維持輔助系統 (Lane Keeping Assistant Systems,LKAS)、自適應巡航控制系統 (Adaptive Cruise Control Systems,ACCS)、自動緊急煞車系統 (Autonomous Emergency Braking Systems,AEBS),下列將介紹各次系統控制原理及流程。

車道維持輔助系統 (LKAS)

為了預防駕駛因疲勞而偏離車道,LKAS 系統利用車輛前方攝影機、車身訊號、方向盤轉角訊號,計算本車與車道中心線之偏移量,當駕駛有不當偏離車道時,系統將介入修正方向盤,使得車輛可維持於車道上而不偏離。

LKAS 架構示意圖。圖/ARTC 提供

自適應巡航控制系統 (ACCS)

ACCS 是一種行車跟隨系統,藉由雷達偵測前車資訊,進而控制本車之行進車速,以確保行車的安全距離,而駕駛可透過安全距離之調整改變跟隨距離之遠近。

ACCS 架構示意圖。圖/ARTC 提供

自動緊急煞車系統 (AEBS)

AEBS 透過影像與雷達感知融合技術,增強前方障礙物偵測之穩定度與精準度,並搭配車身訊號計算本車與障礙物之間的相對關係,最後透過系統的防撞決策來降低與前方撞擊之危險。

AEBS架構示意圖。圖/ARTC 提供

上路前,先進場模擬:ADAS 的模擬驗證技術

系統模擬驗證主要區分成三部分「測試情境」、「ADAS 主動安全系統演算法」、「目標車輛之物理模型」並透過相對應之軟體進行模擬,系統開發流程如下圖所示。

系統開發流程圖。圖/ARTC 提供

  1. 測試情境:透過 PreScan 對外部環境及感測器的高度仿真,作為測試演算法前端之輸入資訊。
  2.  ADAS 主動安全系統演算法:利用 MATLAB/Simulink 強健的開發工具,可制訂模塊對於各種時變系統,如控制、通訊、信號處理、影像處理和圖像處理系統等進行模擬、測試,也可以進行基於模型的設計。
  3. 目標車輛之物理模型:利用 CarSim 對於實車車身姿態、行為、響應具有高精度之相似度,提供開發人員修改車輛參數、模型以達到符合模擬之層面。

Model in the Loop (MiL)

MiL 定義為「測試案例 @PreScan」、「演算法 @MATLAB/Simulink」、「物理模型 @CarSim」皆在純模擬環境下執行驗證,其優點為可快速測試演算法邏輯,並簡化過於複雜之測試流程,如下圖。

MiL示意圖。圖/ARTC 提供

Hardware in the Loop (HiL)

藉由 HiL 來執行測試,主要是在演算法開發階段尚未完成前,先建置控制器的驗證迴路,並在模擬驗證環境中導入失效驗證情境,能實際測試車用控制器在不同的失效階段下,以了解控制器存在危險性及風險的情況,控制器是否實施緊急保護措施。HiL 模擬可幫助開發工程師在虛擬環境中有效地測試嵌入式控制器。

HiL 示意圖。圖/ARTC 提供

Vehicle in the Loop (ViL)

定義為將實車運動資訊回傳至虛擬環境中之驗證車輛,確保虛擬驗證車輛可與實際車輛之運動姿態相同,並透過虛擬感測模組偵測虛擬場景中之驗證車輛與對手車輛或相關物件之互動關係,再將此互動資訊傳輸至系統控制器 (ECU),控制器依感測資訊下達控制命令控制實際車輛之轉向、煞車或油門等底盤模組。

ViL 示意圖。圖/ARTC 提供

考駕照就考駕照,為何需要模擬驗證系統?

模擬驗證主要是幫助減少演算法開發時程以及改變 try and error 開發流程,以及利用工具可以提早進行複雜場景測試及場景重現,利用 PreScan 建置各種測試環境,且提高測試情境之複雜度,將測試情境導入 MiL 測試可提高演算法功能上的確定性;HiL 測試可驗證單純在模擬環境下結合 ECU 後兩者輸出結果是否一致;ViL 測試則為了提高實車測試驗證安全性,因此利用 PreScan 模擬環境條件提供真實車輛進行 ADAS 系統演算法開發驗證,最後再進行實車道路情境測試確保系統功能之完整性、可控性以及系統穩定性、強健性。

本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文於,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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為什麼機車白天還要開大燈呢?
車輛中心ARTC_96
・2018/02/26 ・1668字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

  • 文/黃嘉聖│ 財團法人車輛研究測試中心技術服務處

白天開大燈的機車可不是誤開,而是有安全效果的。 圖/SplitShire @Pixabay

2017 年機車強制配備的「晝行燈」

不知您是否有發現,在路上行駛的汽機車多了些許亮點,遠遠的就能發現白色的燈?其實這是 2017 年交通部對於新型式機車所規定強制配備的晝行燈(Daytime Running Light, DRL,又稱為日行燈),新型式的小型汽車則會在今年強制配備。所謂晝行燈是指汽機車在電源開啟或引擎啟動後,車輛前方就會自動點亮的燈具。

或許會有個疑問,為什麼汽機車要強制安裝晝行燈呢?其實世界各國在個人交通工具的數量增長的狀況下,發生交通事故的數量也隨之升高,於是歐美等先進國家開始研究如何降低交通事故的發生率,尤其在降低日間行駛所發生的交通事故,晝行燈就是其中一項非常重要的因素,愛爾蘭道路交通局[1]的研究數據指出車輛使用晝行燈可以減少 15% 的死亡交通事故、10%的重傷事故、5% 的輕傷事故。

既然晝行燈可以降低交通事故發生率,但如果您的車輛是舊車型(可能沒有配備晝行燈),其實是可以在車輛發動後就將大燈開啟,其效用也等同於配備晝行燈。國外在尚未強制配備晝行燈時,也是大力推廣白天保持開啟大燈。在白天開大燈行車時,由於大燈與道路背景的差異對比提高了車輛的可被視性,也就是說更容易讓其他用路人發現該車輛的存在,而且由於光的照射特徵會讓其他用路人產生該車輛較近的感覺,進而保持較大的安全距離,可減少交通事故發生的機率。

沒有晝行燈,就開大燈吧!

從機車防禦駕駛的層面來說,機車白天保持開大燈更是重要,因為機車體積小且只有兩輪,當其他用路人未與機車保持安全距離,或可能做出沒有考慮到機車的駕駛行為時,可能導致機車因此受到驚嚇做出急煞閃躲等反應動作 [2],將大大增加摔車風險。所以為了提升自身機車的能見度,保持開大燈是建議機車上路必備的動作,讓其他用路人更容易發現並注意到你(機車)。

機車保持開大燈被注意。 圖/車輛中心提供

如上圖的機車保持開大燈可以縮短其他用路人看到機車的時間落差,提早注意到機車的存在,有效縮短其他用路人的反應時間避免事故發生,機車在道路上與其他汽機車同方向行駛時,在對方後視鏡出現的光點可以第一時間反應後方有台機車,進而在路口轉彎或者是汽車在路邊開啟車門時考慮到後方機車的存在;當機車進入較小的道路或巷弄內時,保持開啟大燈更可以提醒對向迎面而來的汽機車,或是行人、自行車等注意到您的出現,尤其是平時較少車輛進出的狹小路段,只要一個光點就能提醒對方提早因應您的動態,避免因為沒注意、一個不小心的動作發生意外。

機車保持開大燈可以縮短其他用路人看到機車的時間落差,提早注意到機車的存在。 圖/free-photo @Pixabay

天色或能見度不佳請開啟大燈,這是一般人知道的安全觀念,但事實上遇到天色或能見度不佳時,很多人都會忘了開燈。保持開大燈能在陰暗的雨天或者晨昏能見度不佳時,或是夏日突然的午後雷陣雨造成的視線不良,提供一層忘了開大燈的保護作用。為了提升自身安全,建議用路時充分發揮防禦駕駛的用路精神,也就是「認知危險、預測危險、避開危險」的用路態度,認知視線不佳的危險、預測其他用路人可能看不見的危險、避開他人可能疏忽或不小心所引發的事故危險。

注解:

  1. Ireland Road Safety Authority, DAYTIME RUNNING LIGHTS Public Consultation
  2. 機車防禦駕駛──如何避免機車在彎道煞車時的不穩定危險

本文出自財團法人車輛研究測試中心;原文標題《機車族自保 保持開大燈讓你被注意》,如需轉載,歡迎與車輛中心聯繫。

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