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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
  • 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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災難片成真!?小行星「貝努」行蹤飄忽,撞地球的機率有多大?

EASY天文地科小站_96
・2021/09/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者)

知名物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)認為,小行星撞擊是宇宙中高等智慧生命最大的威脅之一。而回首地球的過去,六千五百萬年前的白堊紀末期,造成恐龍消失的生物大滅絕,也肇因於一顆直徑約十公里的小行星撞擊。那麼,我們應該擔心小行星帶來如同災難片場景的巨大浩劫嗎,人類又能為這件事做什麼準備呢?

我們該擔心哪些小行星,小行星撞擊能被預測嗎?

太陽系中的小行星不可勝數,但並非所有小行星都對於地球有潛在的危害。那麼,哪些小行星是應該注意的呢?

我們可以簡單從兩個條件,篩選出對地球有潛在威脅的小行星:第一是小行星的軌道,第二則是小行星的大小。如果一個天體的運行軌道與地球的運行軌道沒有交會,那也就不需要擔心它會部會撞到地球了。而直徑越大的小行星,撞擊地球產生的災害就會越大,例如一顆直徑 10 公尺的小行星墜落能造成小範圍的建築物受損,而直徑 50 公尺的小行星撞擊,其威力則足以摧毀整座大型城市。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg/1024px-Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg
2013 年俄羅斯車里亞賓斯克小行星墜落事件,隕石在空中爆炸的震波震碎大片玻璃。圖/Nikita Plekhanov

過去天文學家透過遍布世界的天文台,不斷在夜空中尋找近地小天體,並持續監測它們的動向。而透過觀測資料推算其軌道,就可以算出這些危險的小鄰居未來與地球發生「車禍」的機率有多大,而這篇文章的主角「貝努」,就是一顆被認為有較大機會撞擊地球,因此被重點關注的對象。

貝努撞地球會是未來的災難嗎?

貝努在 1999 年被發現,是一顆直徑約 500 公尺的小行星,它以橢圓軌道繞行太陽,公轉週期大約 437 天。由於貝努的軌道與地球相當接近,它每隔幾年就會接近地球一次,而本世紀貝努最接近我們的時刻將會發生在西元 2060 年,不過別擔心,該年貝努與地球最接近時,距離預計也還有七十萬公里,大約是地球至月球距離的兩倍,撞擊風險微乎其微。

綠色為地球軌道,藍色為貝努軌道。圖/University of Arizona

然而天文學家真正關注,撞擊風險較大的接近事件則會發生在下一個世紀。根據目前的軌道計算,貝努在西元 2135 年和 2182 年的兩次接近,會有較大的撞擊風險。說到這裡可能許多讀者會覺得,既然我們都活不到那個時候,何必去操心那些根本遇不到的事情呢?

那麼,讓我們想像一個情境:

如果今天天文學家突然發現了一顆與貝努一樣大的小行星,並算出它將在一年後撞上地球,那身為這個星球上「最有智慧的物種」,我們能怎麼應對呢?

很遺憾的:我們很可能對於撞擊束手無策。當前人類並沒有任何成熟的技術,能夠在這麼短的時間內改變小行星的軌道。這時候人們可能就會希望前人早點望向星空,調查小行星,好讓人們能夠有多一百年的時間準備應對的方法了!

小行星軌道計算不就是簡單的牛頓力學,為什麼算不準?

那麼貝努在未來 100〜200 年到底會不會撞擊地球呢?其實天文學家也說不太準,只能給出大概的機率而已,而且時間越久,預測的不確定性就越大。

你也許會想,天體的運行軌道不就只是簡單的牛頓力學,三百年前的人就已經掌握得很好了,在電腦科技發達的現代怎們會算不準呢?確實,如果要算地球與火星在 100 年後的相對位置,那電腦還能輕鬆算出相當精確的答案,但如果是計算小行星 100 年後的位置,事情就變得棘手多了……

由於小行星的質量很小,就算是相對微小的引力干擾還是足以改變其運行方向,而混沌理論(Chaos theory)告訴我們,任何微小的初始條件差異,都能造成結果極大的不同。因此要對小行星軌道做長期預測,就不能只考慮太陽的引力,而是必須把行星等其他天體的引力也納入計算,才能獲得比較準確的結果。尤其是當這些小行星與地球擦肩而過時,即使只有幾百公尺的位置偏差,受到的引力也會有相當的不同,使得小行星的未來軌跡出現巨大的差異。

而更令天文學家們頭痛的是,有些問題甚至不是萬有引力能夠解決的,其中一個因子就是「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。這個效應是這樣的:當陽光照在自轉中的小行星上,陽光會加熱小行星的受光面,而被加熱的這一面轉向背光面時,釋放的熱能會像是小小的火箭引擎一樣推動小行星。這個作用的推力非常小,但長期下來還是足以對質量很小的天體造成軌跡變化,也讓軌道預測多了很大的不確定性。

亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

OSIRIS-REx 任務揭露貝努的神秘面紗,也讓軌道推估更精確

為了更深入了解貝努,NASA 在 2016 年發射 OSIRIS-REx 探測器探查這顆小行星。OSIRIS-REx 主要的任務包括從貝努表面採取樣本並送回地球分析、對整顆小行星做完整的調查,以及評估各種影響貝努運行軌道的因子,改善貝努軌道的預測模型,評估將來的撞擊風險。

在軌道分析方面,OSIRIS-REx 一方面能在環繞貝努的過程中緊盯貝努的「一舉一動」,讓天文學家透過精確的觀測結果反推貝努的軌道特性。另一方面,要評估亞爾科夫斯基效應對小行星軌道的影響,也需要考量小行星的地形地貌、反照率等等因素,因此 OSIRIS-REx 的各項觀測資料,也有助於建立更精確的軌道預測模型。

OSIRIS-REx 探測器。圖/University of Arizona/NASA Goddard Space Flight Center

目前 OSIRIS-REx 的任務還沒有結束,但是在取得更準確的軌道預測模型與撞擊風險評估上,已經有了初步的成果。根據這次任務提供的觀測資料,天文學家將預測貝努未來軌道的時間極限,從原本的西元 2200 年延長至 2300 年。而西元2300年之前,貝努撞上地球的機率大約是 0.057% (1/1750),最危險的一次接近則會發生在西元 2182 年

「知己知彼,百戰不殆」。面對像貝努這樣的危險鄰居,唯有盡可能認識它的一切,才越能夠掌握其未來的動向,進而在將來思考要如何面對小行星的撞擊的風險。另外,目前 OSIRIS-REx 也正在返航地球的旅途上,期待 2023 年 OSIRIS-REx 能順利的帶著貝努的樣本回到地球,帶給我們更多有關小行星的重要資訊!

參考資料

EASY天文地科小站_96
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