各國駕駛模擬器整理

各國先進駕駛模擬器之整理與探討 張建彥 1 2 曾雅瑜 1. 中華大學運輸科技與物流管理學系助理教授 2. 中華大學科技管理研究所研究生 一 引言近年來由於資訊與通訊等技術的快速發展, 使得許多科技運用於傳統運輸系統的構想日益可行, 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, 甚至自動調節車速, 以達到自動行車安全效果的先進安全車輛 (Advanced Safety Vehicle, ASV), 則是智慧型運輸系統 (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 年所完成的 台灣地區發展智慧型運輸系統 (ITS) 系統架構 [1] 研究中, 我國 ITS 的發展領域與使用者服務項目可分為 9 大類 35 項, 其中 先進車輛控制與安全系統 (Advanced Vehicle Control and Safety Systems, AVCSS) 的主要內涵即為先進安全車輛 (ASV) 與自動公路系統 (Automatic Highway System, AHS), 至於 ASV 之技術重點之一, 就在於如何自動偵測與辨識路側及車外等相關資訊, 並以最適當的方式傳達給駕駛者或由車輛自動操控, 來提升行車安全與效率, 因此 ASV 的技術研發與應用, 對於 ITS 的發展推動, 以及 ITS 目標之達成, 具有實質而正面的意義 有關國內 外 ASV 的發展, 在交通部運輸研究所委託交通大學運輸研究中心執行之 ASV 研發策略研究 [2] 中已有初步規劃, 該研究整合日本 歐美等國家發展 ASV 之經驗與現況, 規劃台灣地區發展 ASV 之策略與系統 該研究針對車輛於行進前 行進中 緊急狀況下之系統架構進行整合, 包含機車 小汽車及大型車等車種, 並將各車種之輔助系統配置及功能加以規劃 此外, 在 1991 年複合運具陸路運輸效率法案 (Intermodal Surface Transportation Efficiency Act of 1991, ISTEA)[3] 中有關智慧型車輛推動策略 (Intelligent Vehicle Initiative, IVI) 部分, 美國運輸部已投入相當的心力從事於車輛防撞 車內資訊系統 自動公路系統等有關降低車輛碰撞事故之研究與發展, 而在與車輛業者 相關利益團體合作的過程中, 美國政府特別重視績效指引 規範 架構 標準, 以及適當安全車輛配備的測試與評估, 未來則持續朝車輛本身和相關基礎設施整合之駕駛者輔助系統發展 ; 而日本從事 ITS 之 AVCSS 建置, 在安全駕駛之輔助方面, 亦強調前方路況 ( 如積雪 ) 與車況 ( 如跟車過近 ) 等資訊之提供, 並透過路側信號柱與車上單元資訊之傳 1

遞或車輛自動感應設備來警示, 藉以預防車輛事故的發生, 並提昇交通安全及行駛順暢 [4] 經由上述之探討可以發現, 行進中車輛之安全防護乃是先進安全車輛發展的重點, 具有事故碰撞預防效果的防撞警示或資訊提示更是現階段系統技術研發的焦點, 然而任何防撞警示系統或安全資訊系統之開發或應用, 均須深入了解駕駛者對於警示或資訊接收度與行為反應, 而駕駛者對警示或資訊的接受程度與行為反應, 除了駕駛者本身的駕駛習慣外, 尚與警示或資訊顯示的方式 環境背景的複雜度 道路交通狀況及車流行為等因素有關, 因此相關參 變數甚多而複雜, 實有必要建立一套完整的人機實驗設計與測試評估, 方能確立最有效的警示時機與內容 從另一方面而言, 影響行車狀況之因素包括駕駛人特性 車輛特性 道路幾何條件及天候環境等因素, 倘若行車安全警示之研究在現實環境中進行測試評估, 則可能產生成本高及高危險性之缺點, 故世界各國從事相關方面的研究, 常透過汽車駕駛模擬器 (Driving Simulator, DS) 的建置, 利用模擬器具有重複試驗的特性, 來探討駕駛人與車輛 道路及週遭環境之間的相互關係與問題, 因此駕駛模擬器能夠協助 ITS 產品, 從設計 製造到實際道路使用所需之實驗與測試工作 本文主要介紹目前世界各國先進駕駛模擬器的發展現況, 並比較分析其特性 二 各國先進駕駛模擬器發展現況 1. 中國 ADS(Automobile Dynamic Simulator) 網站 :http://www.adsl.jlu.edu.cn/ 中國 ADS 之發展單位為吉林大學之汽車動態模擬國家重點實驗室, 研究目的主要為了追蹤國際汽車技術發展的前端技術, 提升中國汽車整車 底盤 動力傳動和車身自主開發能力, 發展汽車動態模擬與控制等基礎技術研究, 推廣汽車動態模擬與控制技術, 提供技術途徑或裝備, 以及把實驗室建成具有國際先進水準的汽車模擬與控制技術研究基地, 聚集和培養優秀研究和技術人才 2. 日本 CERI(Civil Engineering Research Institute) 駕駛模擬器網站 :http://www2.ceri.go.jp/eng/e3b.html 日本 CERI 駕駛模擬器之研發單位為土木工程研究協會, 由於北海道為寒冷且會下雪的地方, 為了促進北海道的交通安全及更平順的交通, 因此建置駕駛模擬器來模擬因雪而車輪打滑情形 2

3. 韓國 KMUDS(KookMin University Driving Simulators) 網站 :http://vc.kookmin.ac.kr/ds/index.htm 韓國 KMUDS 之發展單位為國民大學之車輛控制實驗室, 該實驗室發展 2 個駕駛模擬器, 一個為具 6 個自由度的移動基底 (6 軸平台 ) 的駕駛模擬器, 另一個為中規模固定基底的駕駛模擬器, 包含 3 面螢幕 模擬器之建置主要是作為車輛控制系統設計與建置 駕駛者行為和評估 智慧型運輸系統 道路設計及事故重建與分析 主要發展應用包括駕駛模擬器與緊急煞車緩衝裝置及硬體迴路模擬整合 酒醉駕車的駕駛特性分析, 其中酒醉駕車的駕駛特性分析中駕駛情境設計包括曲折的前進路線 車道保持 轉彎 緊急狀況等, 對喝酒前及喝酒後之駕駛者進行分析 4. 新加坡 Honda Motorcar Simulator 網站 :http://www.honda.co.jp/simulator/simulator.html 新加坡 Honda Motorcar Simulator 之發展單位為新加坡安全駕駛中心, 其主要建置目的是為了使學習駕駛的人可以合乎科學且客觀地學習關於安全駕駛的步驟 5. 波蘭 AutoPW 網站 :http://www.it.pw.edu.pl/autopw/en/main.html 波蘭 AutoPW 之發展單位為 Warsaw University of Technology 及 Faculty of Transportation, 發展駕駛模擬器之目的為檢核在正常和危險道路交通狀況下, 駕駛者的技術和反應 模擬器之場景螢幕長 2.14 公尺 寬 2.9 公尺, 提供水平 62 垂直 42 的視野 駕駛者反應之實驗設計包括 :(1) 沿一直線路段開始且使車輛加速 ( 包括排檔 );(2) 當車輛移動在同質道路表面或在異質接合的道路邊緣時煞住車輛 ;(3) 當障礙物突然出現在道路上時繞過障礙物或煞車 ;(4) 突然出現的障礙物在彎曲的兩車道道路上時繞過障礙物或煞車 ;(5) 駕駛在一列車輛中, 受限於前面車輛的停等狀況 ;(6) 車輛移動在異質接合道路上的操縱反應 ;(7) 長期駕駛在一封閉路徑 ( 如隧道 );(8) 檢核當駕駛者疲勞或吸食興奮劑或藥物的反應等 6. 英國 Automotive 網站 :http://www.drive.cranfield.ac.uk/cfml/ldorn.cfm 英國 Automotive 為 Cranfield University 所研發, 主要發展的目的包括增進道路安全, 以及分析車輛和車上設備對駕駛者行為的效果及駕駛績效 駕駛者影響車輛及設備的安全操作程度 消費者對車輛特性的偏好等 駕駛模擬器建置 ( 包 3

括軟體和硬體設計 ) 之功用為使用駕駛模擬器來測量車輛動態效果和車上設備對駕駛者行為的效果 人因研究調查人機介面及使用心理學的方法來測量消費者看法及車輛 零件的偏好 7. 英國 C-HIVE 網站 :http://www.cf.ac.uk/psych/ruddle/c-hive/index.html 英國 C-HIVE 之發展單位為 Cardiff 人類介面與虛擬環境實驗室, 為了要調查濃霧對開車行為的生理影響, 因此設計不同濃度的霧對駕駛行為之影響 8. 英國 TDTS(Truck Driver Training Simulator) 網站 :http://www.trucksim.co.uk/ 英國 TDTS 之發展單位為 UK 's Road Haulage Modernisation Fund, 為了訓練商車駕駛者而發展駕駛模擬器, 提供 3 面螢幕 270 視野 6 自由度的移動系統 (6 軸平台 ) 眼球追蹤設備 複製引擎 其他道路交通噪音系統等, 以及不同霧度等級 早上和夜晚場景, 車輛相關的移動包括停止和行駛 加速和煞車,6 軸平台則提供起伏 傾斜 滾動 偏離及搖擺等各項車輛動態 9. 英國 TRL(Transport Research Laboratory) 駕駛模擬器網站 :http://www.trl.co.uk/1024/mainpage.asp?page=93 英國 TRL 駕駛模擬器之發展單位為英國運輸研究實驗室, 主要應用於吸毒和喝酒 提神飲料 高速公路道路施工 速率管理系統 車上顯示分心及其他道路使用者出現等之影響與駕駛者反應 10. 荷蘭 VVCR(Verkeers Veiligheids Centrum Rozendom) 駕駛模擬器網站 :http://www.trl.co.uk/1024/mainpage.asp?page=1 荷蘭 VVCR 駕駛模擬器之發展單位為 Verkeers Veiligheids Centrum Rozendom, 主要目的為訓練車輛操作 車輛控制 觀察技巧 交通洞察力 訓練範圍為車輛操作及車輛控制, 設計 150 個市區道路情境 80 個城市道路情境及 60 個公路情境 11. 英國 LADS(Leeds Advanced Driving Simulator) 網站 :http://www.its.leeds.ac.uk/facilities/lads/index.html 英國 LADS 之發展單位為英國里茲大學的心理學系 電腦研究學系及運輸研究中心, 發展年期為 1993 年, 發展目的為運輸安全 ITS 和駕駛者行為研究 模擬器之場景螢幕由 5 面螢幕組成半徑 2.5 公尺的圓筒狀, 提供 230 水平視野 39 垂直視野 60 後端視野 聲音系統為利用 Roland 數位聲音取樣器產生逼真 4

的引擎聲及其他聲音, 透過架設在兩前輪的擴音器發出聲音 ; 資料蒐集方法, 藉由安裝與感應線圈相同的模擬器啟動或關閉資料蒐集 當車輛經過線圈, 就會啟動資料蒐集並安置一個標籤在資料檔內 12. 德國 Dr. Ing. Reiner Foerst Gmbh 駕駛模擬器網站 :http://www.drfoerst.de/e_page.htm 德國 Dr. Ing. Reiner Foerst Gmbh 駕駛模擬器為 Dr. Ing. Reiner Foerst GmBh 所發展, 建置之模擬器包括標準汽車 卡車 / 巴士 機車 起貨機等類型, 主要應用於道路安全 駕駛訓練 醫學應用 人因工程研究 廣告等, 設計之天候狀況為晴天 霧 雨 雪 晚上, 道路場景為標準道路及山路, 設計噪音包括引擎 起動裝置 喇叭 風 輪胎 碰撞 雨等, 訓練駕駛之內容分為基本訓練 中級訓練 複合訓練及特殊駕駛 13. 法國 Renault 駕駛模擬器網站 :http://www.experts.renault.com/kemeny/index.html 法國 Renault 駕駛模擬器之發展單位為法國 Renault, 建置主要應用於人類工程學研究 車輛動態控制系統建置 ITS 研究 事故研究 駕駛者行為分析及道路設備設計,Renault 科技中心並開發出 SCANeR II 模擬軟體 14. 瑞典 VTI 駕駛模擬器網站 :http://www.vti.se/info/foresurs/edetalj.asp?recid=646&lang=e 瑞典 VTI 駕駛模擬器之發展單位為瑞典國家道路及運輸研究機構, 模擬器建置之應用研究為人 / 車 / 路之間的研究 道路和隧道的設計 車輛的操控 人機介面的測試 酒精和毒品對駕駛者的影響 駕駛行為研究及身體機能殘障的駕駛者行為之研究 其使用軟體為 Fortran 及 C, 場景螢幕由三面螢幕組成, 提供 120 水平視野及 30 垂直視野, 模擬器之設備包括擺動系統 振盪桌 (Vibration table) 及視覺系統 15. 挪威 AutoSim 駕駛模擬器網站 :http://www.autosim.no/products.html 挪威 AutoSim 駕駛模擬器之發展單位為挪威 AutoSim, 開始建置年期為 1992 年, 建置之模擬器包括 AutoSim 駕駛者訓練器 ( 小客車 卡車和公車 ) 駕駛研究模擬器及多車模擬器, 場景螢幕由前方三面螢幕及中央後方一面螢幕組成, 使用軟體為 Data Communication API 及道路表面和道路網路工具, 場景內容包括不同道路型態的資料庫 ( 城市 市鎮 工業地區 農田和山區 ) 及雪 雨 柏油的道路 5

表面, 模擬器之設備包括裝設在駕駛座內的擴音器之聲音系統及三軸移動系統 16. 加拿大 TDC 駕駛模擬器網站 :http://www.tc.gc.ca/tdc/publication/updates/v12n1.htm 加拿大 The Transportation Development Centre(TDC) 所建置之模擬器主要目的為調查老年駕駛者中造成交叉路口事故的因素, 並促進所有駕駛者在交叉路口的安全性 其實驗設計內容為年輕 (18-25 歲 ) 和年老 (65-80 歲 ) 駕駛者駕駛在 4 種情境 ( 燈光改變 車輛或行人突然出現 燈光閃爍 ) 下之反應, 而測驗結果顯示老年人對於突然改變的反應較慢且傾向集中注意在交通控制設施 17. 加拿大 UCDS(The University of Calgary Driving Simulator) 網站 :http://www.psych.ucalgary.ca/pace/cer-lab/ 加拿大 UCDS 發展單位為認知人因工程研究實驗室, 開始建置年期為 1992 年, 研究目的為減少交通死亡事故和受傷 18. 美國 PTI(Pennsylvania Transportation Institute) 駕駛模擬器網站 :http://www.pti.psu.edu/vsrc/index.htm 美國 PTI 駕駛模擬器之發展單位為賓夕凡尼亞州運輸部, 其建置之模擬器為兩軸 ( 軸距為 20 英尺 ) 卡車 ( 空車重 16 噸 ; 滿載重 24 噸 ), 六速手排 開放迴路煞車系統 最高速度可達每小時 75 英哩, 模擬情境為翻車狀況下的操作反應 不同道路類型的煞車績效 虛擬碰撞及火災模擬 19. 美國 NADS(National Advanced Driving Simulator) 網站 :http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/department/nrd1-2/ NationalAdvancedDriverSimulator.html 美國 NADS 之發展單位為國家公路交通安全管理部門, 場景螢幕提供 120 的視野, 模擬器包括視覺次系統 移動次系統 車輛駕駛室次系統 控制感覺次系統 聽覺次系統及車輛動態 在操作期間, 參與者 操作者或研究者可以在任何時間停止模擬器, 而每一個移動次系統包含個別安全監視功能, 以預防故障而導致駕駛試驗者受傷 20. 美國 STI(Systems Technology, Inc.) 駕駛模擬器網站 :http://www.systemstech.com/sticorp.htm 美國 STI 模擬器建置之應用研究為人因研究 駕駛者評估與訓練 駕駛座設計與人因工程及醫學研究 ( 包括藥品 酒精 疲勞 認知與心理性肌肉運動 復健等影響 ) 6

21. 美國波士頓 NUS(Northeastern University Simulator) 網站 :http://www1.coe.neu.edu/~mourant/velab.html 美國波士頓 NUS 之發展單位為東北大學虛擬環境實驗室, 研究模擬器暈眩問題與預防, 使用軟體為 Java3D API, 場景螢幕為三面或單螢幕電腦顯示器, 場景之建置是利用數位相機錄攝道路標誌與交通號誌影像, 再利用美國地質地理調查地圖取得道路評估資料, 使得所建立道路資料庫接近真實的駕駛環境 三 各國先進駕駛模擬器之比較上述各國駕駛模擬器之比較, 整理如表 1 所示 參考文獻 1. 蕭偉政等, 台灣地區發展智慧型運輸系統(ITS) 系統架構之研究 (II), 交通部運輸研究所, 民國九十一年十一月 2.U.S. Department of Transportation ITS Joint Program Office, ITS National Intelligent Transportation Systems Program Plan Five-Year Horizon, August 2000. 3.ITS Policy and Program Division, Benefits from ITS Deployment in Japan, Road Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2001. 7

駕駛模擬器 中國 ADS 日本 CERI 韓國 KMUDS 新加坡 Honda Motorcar Simulator 波蘭 AutoPW 英國 Automotive 表 1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表 對象範圍 技術特性 車種 人 路 硬體 程式 / 軟體 MDI/ADAMS 中國首台開發型汽車駕駛模擬器 平板式多功 MSC/NASTRAN 能輪胎特性實驗台 輪胎高速摩擦特性實驗 AVFL/CRUISE 小客車 小客車駕駛者 台 轉向系統特性實驗台 汽車轉動慣量實驗 MATLAB 台 汽車底盤控制綜合實驗台 汽車混合動力 MSC/PATRAN 實驗台 UG 功能特性 人車閉環系統模擬與控制 汽車地面系統建模與模擬 汽車系統動力學與控制 汽車動力傳動模擬與控制 車身虛擬設計與製造 小客車小客車駕駛者雪地道路 小客車小客車駕駛者一般道路 小客車機車 小客車 卡車 小客車駕駛者機車駕駛者 小客車駕駛者 卡車駕駛者 一般道路 移動基底的駕駛模擬器 固定基底的駕駛模擬器 3 面螢幕 駕駛訓練 一般道路 1 面螢幕 小客車小客車駕駛者一般道路 1 面螢幕 駕駛模擬器與緊急剎車緩衝裝置及硬體迴路模擬整合 酒醉駕車的駕駛特性分析 檢核危險道路交通狀況時駕駛者的技術和反應使用駕駛模擬器來測量車輛動態效果和車上設備對駕駛者行為的效果 人因研究調查人機介面 使用心理學的方法以測量消費者看法及車輛和零件的偏好 8

駕駛模擬器 英國 C-HIVE 英國 TDTS 英國 TRL 英國 LADS 德國 Dr.-Ing. Reiner Foerst 法國 Renault 荷蘭 VVCR 瑞典 VTI 表 1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表 ( 續 ) 對象範圍技術特性車種人路硬體程式 / 軟體 任何車種一般駕駛者一般道路 商車 小客車 小客車 小客車 卡車巴士 機車 起貨機 商車駕駛者 小客車駕駛 小客車駕駛 小客車駕駛 卡車駕駛 巴士駕駛 機車駕駛 起貨機駕駛 市區道路郊區道路高速公路 一般道路高速公路 一般道路高速公路一般道路山路高速公路 3 面螢幕 駕駛訓練 環繞投影系統的完整車輛 提供真實動態的移動系統 損傷測試套房 醫療檢驗設施 5 面螢幕, 前方 3 面螢幕 Roland 數位聲音取樣器 小客車小客車駕駛一般道路前方及後方各 3 面螢幕 C++ MultiGen Creator 2.3 SCANeR II 小客車小客車駕駛一般道路 小客車 小客車駕駛 一般道路隧道 三面螢幕 擺動系統 振盪桌 (Vibration table) 視覺系統 Fortran C 功能特性 濃霧對開車行為的生理影響 吸毒和喝酒 提神飲料 高速公路道路施工 速率管理系統 車上顯示分心 其他道路使用者出現運輸安全 ITS 駕駛者行為研究駕駛者訓練 道路安全 駕駛訓練 醫學應用 人因工程研究 廣告人類工程學研究 車輛動態控制系統建置 ITS 研究 事故研究 駕駛者行為分析 道路設施設計訓練車輛操作 車輛控制 觀察技巧 交通洞察力人 / 車 / 路之間的研究 道路和隧道的設計 車輛的操控 人 - 機介面的測試 酒精和毒品對駕駛者的影響 駕駛行為之研究 身體機能殘障駕駛者行為之研究 9

駕駛模擬器 挪威 AutoSim 加拿大 TDC 加拿大 UCDS 美國賓州 PTI 美國愛荷華州 NADS 美國洛杉磯 STI 美國波士頓 NUS 表 1 各國先進駕駛模擬器之彙整比較表 ( 續 ) 對象範圍技術特性車種人路硬體程式 / 軟體小客車 卡車 小客車駕駛 卡車 Data Communication 一般道路前方 3 面螢幕 中央後方 1 面螢幕巴士駕駛 巴士駕駛 API 小客車小客車駕駛一般道路 小客車小客車駕駛一般道路 卡車卡車駕駛一般道路 前方 3 面螢幕, 提供 140 度的視野, 後方 2 面螢幕 車輛動態模型軟體程式 The Renault software TruckSim PAM-CRASH PAM-SAFE PAM-SHOCK PAM-GENERIS PAM-VIEW LS-DYNA CarSimEd 小客車小客車駕駛一般道路螢幕提供 120 的視野 小客車小客車駕駛一般道路三面螢幕 小客車小客車駕駛一般道路三面或單螢幕電腦顯示器 Scenario Definition Language (SDL) Java3D API 功能特性 駕駛訓練 駕駛者行為研究老年駕駛者造成交叉路口事故的因素駕駛者行為研究 模擬翻車狀況下的操作反應 不同道路類型的煞車績效 虛擬碰撞及火災模擬 駕駛過失 駕駛者碰撞閃避行為和相關碰撞重建 建置危險駕駛狀況和評估駕駛者反應 評估碰撞案例的狀況 研究駕駛者及車輛反應選擇和限制人因工程研究 駕駛人評估與訓練 醫學研究研究模擬器暈眩問題與預防 10