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Die Erfindung betrifft eine Ampelanlage für die Verkehrsregelung bei Engstellen, die fall- weise Verkehrsstauungen verursachen, wie Grenzübergänge, Baustellen od. dgl., mit zwei oder mehr Verkehrsampeln, die in unterschiedlichen Abständen vor der Engstelle angeordnet sind, und zielt darauf ab, die schädlichen Auswirkungen von Verkehrsstauungen, wie Stress, Umweltver- schmutzung und hoher Energieverbrauch, weitgehend zu minimieren.
Die bekannten Ampelanlagen, bei welchen die Dauer der einzelnen Signalphasen entweder in einem fest vorgegebenen zeitlichen Verhältnis steht oder aber verkehrsabhängig von Hand aus oder durch sensorengesteuerter Zeitgeber eingestellt wird, genügen der Zielsetzung der
Erfindung nicht, weil auch bei diesen Anlagen der Verkehr durch Vorrücken der Fahrzeuge in zahlreichen kleinen Etappen mit nicht voraussehbaren Steh- und Wartezeiten abgewickelt wird.
Ähnliches gilt für die zur Steuerung des Strassenverkehrs in Verwendung befindlichen optischen Anlagen, welche den Verkehrsteilnehmern die unter den jeweiligen Verkehrsbedingungen vorausberechnete optimale Fahrgeschwindigkeit mittels Leuchtziffern anzeigen, sowie für Warnein- richtungen, welche die Verkehrsteilnehmer auf Fernstrassen oder Autobahnen vor allfälligen Verkehrs- stauungen warnen sollen und hiefür die auf solchen Verkehrswegen vorgesehenen Notrufsäulen in der Weise heranziehen, dass diese mit über Telephonleitungen gesteuerten Blinklampen od. dgl. ausgestattet werden.
Bei einer erfindungsgemässen Ampelanlage der einleitend angegebenen Gattung ist die ihr zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ampeln, vom Anfang einer Engstelle oder einer dieser Engstelle vorgelagerten Reststrecke aus gemessen, mit zunehmender Entfernung einen sich von Ampel zu Ampel zumindest angenähert verdoppelnden Abstand aufweisen, dass alle Ampeln im Normalzustand auf Grün geschaltet sind, dass bei allen Ampeln in an sich bekannter Weise auf das Stehenbleiben der Fahrzeuge ansprechende Sensoren angeordnet sind, die bei ihrem Ansprechen eine Umschaltung der zugehörigen Ampel von Grün auf Rot bewirken, und dass die
Rückschaltung jeder Ampel von Rot auf Grün periodisch durch Schaltuhrsteuerung erfolgt,
wobei die Rückschaltperiode jeder Ampel doppelt so lange ist wie die Rückschaltperiode der in Richtung zur Engstelle benachbarten Ampel und wobei der Rückschaltzeitpunkt der von der Engstelle am weitesten entfernten Ampel mit einem Rückschaltzeitpunkt aller andern Ampeln zusammenfällt.
Unter der Steuerwirkung einer solchen Ampelanlage wird, wie später an Hand eines Ausführungsbeispiels noch genauer erläutert wird, das bisher unvermeidliche Vorrücken der Fahrzeuge in zahlreichen kleinen Etappen durch ein Vorrücken mit längeren Fahrstrecken bei voraussehbaren Wartezeiten ersetzt, wodurch Stress, Umweltverschmutzung und Energieverbrauch wirksam vermindert werden. Die Ampeln werden vor der Engstelle in vorausberechneten Abständen aufgestellt und haben verschiedene Rückschaltperioden ; unter Rückschaltperiode ist dabei der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rückschaltvorgängen zu verstehen. Eine näher der Engstelle stehende Ampel hat immer eine kürzere Rückschaltperiode von Rot auf Grün als eine in grösserer Entfernung stehende.
Das Grünlicht muss jeweils so lange dauern, bis die aufgestauten Fahrzeuge neben der betreffenden Ampel zum Stehen kommen, worauf durch Sensorensteuerung von Grün auf Rot umgeschaltet wird. Wenn eine Umschaltung auf Rotlicht mangels stehenbleibender Fahrzeuge nicht erfolgt, bleibt das Grünlicht beständig. Die sich dabei ergebenden periodischen Rückschaltungen auf Grün sind Leerschaltungen. Durch diese Art der Steuerung arbeitet jede einzelne Ampel der Ampelanlage automatisch, sie wird durch die Stauung in den Wirkzustand versetzt und hört mit deren Auflösung auf zu wirken.
Zweckmässig entsprechen die Rückschaltperioden der Ampeln bei einer Anlage, bei welcher die Schaltuhrsteuerung mit der Normalzeit synchronisiert ist, Zeitintervallen, welche an Uhren der Verkehrsteilnehmer leicht ablesbar sind, z. B. Viertel-, Halb- und Vollstundenintervalle.
So kann jeder Verkehrsteilnehmer die voraussichtliche Wartezeit leicht überwachen und diese erholsam ausserhalb des Fahrzeuges verbringen.
Es ist ferner zweckmässig, eine Funkfernsteuerung zur wahlweisen Verdoppelung und/oder Halbierung der Dauer der Rückschaltperioden vorzusehen, so dass die Ampelanlage beispielsweise den veränderten Verkehrsbedingungen angepasst werden kann, wenn an einer Grenzstelle eine zweite Abfertigungsspur geschlossen oder eröffnet wird.
Die Abstände der Ampeln von der Engstelle sind unter Berücksichtigung der gewählten
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Rückschaltperiodenlänge und der angenommenen Durchschnittsgeschwindigkeit der Fahrzeuge zu berechnen. Die dazu dienende Formel lautet :
S = V. T. C + K, wobei
S (km) = Ampelabstand vom Anfang der Engstelle,
V (km/h) = Durchschnittsgeschwindigkeit der Fahrzeuge in der Stauung,
T (h) = Periodendauer der Rückschaltungen der betreffenden Ampel von Rot auf Grün (Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rückschaltungen),
C = Kontinuitätsfaktor für die Berücksichtigung der Durchfahrtszeit bei Grünlicht zwischen den Ampeln und bis zur Engstelle,
K (km) = Reststrecke (wirksam für den letzten Ampelabstand vor der Stauursache) zum
Ausgleichen von Geschwindigkeitsschwankungen bei der Fahrt durch die Engstelle.
Die Grösse von "C" ist je nach Verwendungsort zwischen 1, 05 bis 1, 3 festzulegen.
Die Grösse von"K"ist je nach Verwendungsort zwischen 0, 01 und 0, 2 km festzulegen. Nur bei vorausbestimmten Geschwindigkeitsbeschränkungen während der Fahrt durch die Engstelle ist"K"= 0.
Um mit relativ wenig Ampeln eine grösstmögliche Erleichterung für die Verkehrsteilnehmer zu erzielen, sind erfindungsgemäss die Rückschaltperioden der verschiedenen Ampeln so einzustellen, dass sie sich mit wachsender Entfernung von der Engstelle jeweils verdoppeln. Wie aus der
Berechnungsformel ersichtlich ist, erfordert dies auch eine Verdoppelung der Ampelabstände (eventuell verwendete"K"Reststrecke nicht mitgerechnet). Wenn man z. B. für die der Stauursache am nächsten aufgestellte Ampel 1/8 h (7 1/2 min) Schaltperiode wählt, und bei weiteren Ampeln
1/4,1/2 und 1 h verwendet, dann kann man mit nur vier Ampeln erreichen, dass bei mehrstündigen
Stauungen am Anfang die Verkehrsteilnehmer nur stundenweise vorrücken müssen.
Wenn in diesem
Fall der Stau 3 h lang gedauert hat, dann mussten die Fahrzeugmotoren höchstens fünfmal gestartet werden, und die nach Durchfahrt der mit der Ampelanlage geregelten Strecke gebliebene herkömm- liche Staufahrtsdauer beträgt im Durchschnitt weniger als 5 min.
Die erfindungsgemässe Ampelanlage ist auch bei einer vorausbestimmten Geschwindigkeitsbe- schränkung verwendbar. Ein solcher Fall ist z. B. ein Grenzübergang, wo aus dem langsam fliessenden Verkehr die Fahrzeuge nur stichprobenweise kontrolliert werden. Bei dieser Verwendungs- art ist eine Ausführungsvariante mit leicht umschaltbaren Rückschaltperiodenlängen zweckmässig.
Wenn auf Grund einer länger werdenden Verkehrsstauung eine zweite Abfertigungsbahn eingesetzt wird, dann kann man (gegebenenfalls mit Funkfernsteuerung) sämtliche Rückschaltperioden halbieren und eventuell die zur Engstelle am nächsten stehende Ampel ausschalten ; die Durchlasskapazität der Ampelanlage ist dadurch verdoppelt. Sinngemäss kann mit der Verdoppelung der jeweiligen Rückschaltperiodenlängen die Durchlasskapazität auf die Hälfte verringert werden.
Wenn Bedarf für eine feinere Abstufung der Durchlasskapazitätsänderungen besteht, ist auch dies möglich. In diesem Falle ist es zweckmässig, zu den schon berechneten Ampelabständen durch deren Multiplizierung mit V ? eine Art"zweite Ampelanlage"zu errichten. Bei wahlweiser Inbetriebnahme beider Ampelanlagen und deren Umschaltungen (Verdoppelung oder Halbierung der Rückschaltperiodenlängen) ist eine Abstufung möglich, die einer Multiplikation oder Division der jeweiligen Durchlasskapazitäten mit fi entspricht. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass die in Richtung Engstelle sich halbierenden Zeitintervalle für die Rückschaltperioden der Ampeln unverändert bleiben und dadurch für die Verkehrsteilnehmer berechenbar sind.
Für bestimmte Grenzübergänge und andere Orte, wo häufige Verkehrsstauungen zu erwarten sind, ist es wirtschaftlicher, eine fest installierte Ampelanlage mit Stromleitungen und zentraler Schaltuhr zu bauen. In diesem Fall ist aber weiterhin wichtig, dass die einzelnen Ampeln mit ihren Sensoren die eigenen Rotschaltungen selbständig steuern.
Um das Funktionsprinzip einer erfindungsgemässen Ampelanlage zu erläutern, ist in den Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel in neun verschiedenen Betriebsphasen a bis j dargestellt.
Die Lage der Fahrzeuge wird dabei symbolisch durch schwarze Punktreihen angegeben. Die Phasen-
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bilder zeigen eine Ampelanlage mit einem Aufbau nach folgender vereinfachter Formel für die Ampelabstände :
S = V. T + K
Diese Art der Ausführung ist noch nicht ganz vollkommen, weil, wie am letzten Phasenbild j, also beim 1-h-Zeittakt, am deutlichsten sichtbar ist, plötzlich alle vier Ampeln grünes Licht geben, aber die wartende Autokolonne erst in einer grösseren Entfernung von der Stauursache startet. So kann der Verkehr nicht fliessend die Engstelle passieren. Zur Lösung dieses Problems wird der schon erwähnte Kontinuitätsfaktor "C" bei der Berechnung der Ampelabstände eingeführt, der diese Abstände etwas vergrössert.
So können nach jeder Schaltperiode bei regelungsbedingt sonst leergewordenen Ampelstrecken noch mehrere Fahrzeuge zurückgehalten werden, die sich dann beim nächsten Zeittakt schneller anschliessen können.
In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemässe Ampelanlage (wegen besserer Überschaubarkeit ohne Berücksichtigung des Kontinuitätsfaktors "C" gezeichnet) mit vier Ampeln --Al bis A4-- in verschiedenen Betriebsphasen a bis j dargestellt, zwischen welchen jeweils ein Zeitintervall von 1/8 h liegt. Die Ampelabstände von der Engstelle-E-- sind mit-S. bis S,-bezeichnet.
Ferner ist die Reststrecke --K-- eingezeichnet, die an der Stelle --R-- vor der Engstelle beginnt.
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zumindest angenähert verdoppeln.
Wie schon erwähnt, wird jede Ampel durch einen in ihrer Nähe angeordneten Sensor von Grün auf Rot geschaltet, sobald der Rückstau die betreffende Ampel erreicht. Die Rückschaltung der Ampel auf Grün erfolgt durch Schaltuhrsteuerung, wobei die Rückschaltperioden für die Ampeln-Al bis A4 -- der Reihe nach 1/8,1/4, 1/2 bzw. 1 h betragen, sich also ebenfalls von Ampel zu Ampel verdoppeln.
Für die Betriebsphase a ist angenommen, dass die Ampelanlage bei einer bereits vorhandenen Verkehrsstauung in Betrieb genommen wird, bei welcher der Rückstau bis über die Ampel --A4-hinausreicht, so dass alle Ampeln --Al bis A4-- durch die zugeordneten Sensoren auf das (obere) Rotlicht geschaltet sind.
Gemäss Phase b hat das Ende der in Phase a auf der Strecke --Sl -- befindlichen Fahrzeugkolonne bei der der Bemessung der Anlage zugrunde gelegten durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit den Anfangspunkt --R-- der Reststrecke --K-- erreicht und die Ampel --A 1 -- wird durch Schaltuhrsteuerung von Rot auf Grün zurückgeschaltet. Es kann nun in einer weiteren 1/8 h die in Phase b zwischen den Ampeln --Al und A2-- befindliche Fahrzeugkolonne über die auf Grün geschaltete Ampel --Al -- weiterfahren. Nach 1/4 h wird die Ampel-A.,-gemäss Phase c durch die Schaltuhr auf Grün geschaltet, und die zwischen den Ampeln --A2 und A 3 -- befindliche Fahrzeugkolonne kann weiterfahren.
Bei dieser Bewegung der Fahrzeugkolonne ergibt sich bei der herkömmlichen Fahrweise im Rückstaub eine kurze Stehzeit im Bereich der Ampel --A1 --, die vom zugeordneten Sensor auf Rot geschaltet wird und ihn der nächsten Phase d entsprechend 3/8 h durch die Schaltuhr auf Grün geschaltet wird, so dass die zwischen den Ampeln --A 1 und A 2-zurückgehaltene Fahrzeugkolonne weiterfahren kann.
Die Ampel --A2 -- wird vom zugeordneten Sensor, der auf die stehende Fahrzeugkolonne anspricht, auf Rot geschaltet ; die Ampeln --A3 und A4-- sind nach wie vor auf Rot geschaltet.
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und die zwischen den Ampeln --A3 und A4-- befindliche Fahrzeugkolonne kann weiterfahren, wobei zwischen den Phasen e und f sowie in den Phasen g und h infolge kurzer Stehzeiten der rückgestauten Fahrzeuge die Ampeln --A1, A2 und A3-- von den zugeordneten Sensoren zeitweilig auf Rot geschaltet werden und jeweils Teile der Kolonne nach Rückschaltung der Ampeln durch die Schaltuhr weiterfahren können, wie dies für die Phase d bereits erläutert worden ist. Zwischen den Phasen h und j spielt sich der gleiche Vorgang ab wie zwischen den Phasen d und e.
Nach 1 h wird auch die Ampel --A4 -- durch die Schaltuhr auf Grün geschaltet und die
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