車輛中心 研究發展處 劉耀中

在車用電子技術的不斷進步下，車用感測器的應用也更加成熟，目前新上市的道路車輛多數搭配有智慧化防撞警示或自動緊急剎車系統，以降低事故發生率或減輕傷害。但這樣的智慧系統在軌道車輛的應用上卻仍有很大進步空間。考量軌道工程車輛多於夜間行駛以進行路線維護，且經常處於多車共軌進行工作，當車輛於下坡路段時，車輛可能因駕駛員分心、注意力不集中等因素致使發生超速、冒進等事故，尤其當兩車輛過於接近時，若駕駛員無法對車速及車間距離做有效之控管防護，恐釀成事故進而導致人員受傷或機具損壞之可能性，故車輛中心（ARTC）規劃利用目前車用成熟技術並考量軌道工程車輛系統限制，發展出一套「軌道工程車輛防撞系統」測試模組，以提升軌道工程車輛之安全防護功能。

系統架構與模組設計

本系統主要開發之項目包含：無線通訊、物理偵測以及煞車與動力控制，如圖1所示。本系統主機透過通訊介面與各偵測、控制模組連接，負責將接收之資訊進行整合運算後，判定有無進行煞車或油門控制之必要。第一階段警示系統將發出警示音與警示燈警告駕駛者有危險的可能性，請駕駛注意前方狀況。而第二階段則是進行車輛控制，當系統判斷可能會有碰撞的可能性時，且第一階段駕駛者並未介入控制，則由系統介入車輛控制，將進行斷油門與進行煞車動作。以下就各模組功能進行敘述：

圖1、軌道工程車輛防撞系統架構

物理偵測模組：用於近距離路況偵測，透過物理偵測手段（例如：攝影機）取得軌道工程車輛前方之路況資訊，舉凡逐漸靠近之軌道工程車輛、放置於軌面之無動力板台車，以及工班用來標示路線封鎖之停車警示標誌（Stop Marker Board，SMB）等，皆為偵測標的；偵測範圍方面，鎖定在車輛行走之軌道延伸範圍內，以避免因軌道工程車輛行經彎道時，誤將道旁機箱或相鄰軌道之軌道工程車輛、停車標誌等判定為軌道面障礙物，進而傳送錯誤警報。當測得前述軌道上的障礙物時，應對目標物進行偵測並計算出相對距離，且將運算結果透過通訊介面傳送到通訊與運算平台。

無線通訊模組：用於中短距離之通訊（無遮蔽情況下），其主要功能有二，一為4G通訊異常或訊號不佳區段之區域性備援通訊，另一功能則在兩軌道工程車輛距離>100m時，持續監控位於同一軌道電路內之兩車間距，並持續透過通訊介面傳送資訊到通訊與運算平台，作為防撞系統判定是否送出告警或煞車指令之參考資訊。

煞車與動力控制模組：由無線通訊模組接收鄰車發送之工程車資訊，加上物理偵測演算法提供之資訊，並擷取目前車速後計算出預計碰撞之時間和距離。通訊與運算平台將目前車速、物理偵測模組和無線通訊模組之計算結果，與各項參數比對後做出抑制油門或輸出煞車判斷，若僅為警示訊息，則直接傳送給軌道工程車輛路徑輔助系統，送出告警訊息，若需做油門或煞車控制，則將命令傳送給煞車與動力控制模組，並同步將訊息傳送給軌道工程車輛路徑輔助系統。

系統實車測試

於軌道工程車輛特定區域進行測試，將「軌道工程車輛防撞系統」安裝到兩台軌道工程車輛。兩車由距離1500m接近之過程（如圖2所示），分別進行物理偵測防撞、無線通訊防撞以及限速功能測試。

圖2、系統安裝示意圖

物理偵測防撞測試：如圖3所示，本車朝靜止之前車以速度20km/h逼近，系統需具備階段性警示與煞車之功能。如圖4所示，本車系統於117m時偵測到前車，滿足警示與緊急煞車之條件，故系同時作動警示與煞車。

圖3、物理偵測防撞測試示意圖

圖4、物理偵測防撞測試數據分析

無線通訊防撞測試：如圖5所示，本車朝前車由距離1500m接近，系統需具備階段性警示與煞車之功能。如圖6所示，本車距離前車大於1200m時即開始有訊號，小於1200m時訊號持續穩定；本車系統於310m時發出警示，於220m時預煞車，於190m時緊急煞車。

圖5、無線通訊防撞測試示意圖

圖6、無線通訊防撞測試數據分析

限速功能測試：如圖7所示，車輛以速度40km/h行駛於坡度小於15‰之路線上，持續將油門拉到最高檔位並維持3分鐘，系統需維持車速且不超過車速上限（45km/h）。如圖8所示，測試區間40s～240s（超過3分鐘），速度維持在不超過45km/h。

圖7、限速功能測試示意圖

圖8、限速功能測試數據分析

總結

本系統係為軌道工程車輛防撞目的所設計，主要考量軌道工程車輛可能因駕駛分心、注意力不集中等因素致使發生超速、碰撞事故，進而造成人員受傷或機具損壞之可能性。本系統由自行設計開發之無線通訊模組、物理偵測模組、煞車與動力控制模組以及通訊運算平台所組成，系統功能包含防撞警示、自動煞車控制以及車輛限速控制等功能，系統先透過無線通訊模組或物理偵測模組取得本車與同軌道車輛之距離，若系統判斷兩車距離小於200m時將發出警示並啟動煞車降低車速以避免碰撞。本系統經過多種情境之實車測試，系統皆具備階段性警示與煞車之功能，具備極高的可靠度。