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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des vollautomatisierten Fahrens und betrifft ein Verfahren zum automatischen Regeln des Fahrverhaltens, insbesondere auch des Anfahrverhaltens, von Fahrzeugen an einer Wechsellichtzeichenanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Regel- oder Steuervorrichtung mit einem solchen Verfahren und ein Verkehrsregelsystem mit einer solchen Regel- oder Steuervorrichtung.
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Obwohl auf vielfältige (Licht-)Signalanlagen und dergleichen sowie auf unterschiedliche Fahrzeugkategorien anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf eine Wechsellichtzeichenanlage zur Regelung oder Steuerung des Straßenverkehrs näher erläutert, wobei eine Wechsellichtzeichenanlage umgangssprachlich auch als Ampel bezeichnet wird.
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Die städtische Verkehrsbelastung nimmt in den letzten Jahrzenten stetig zu. Speziell in Ballungszentren kommt es zu den Hauptverkehrszeiten oder zu besonderen Ereignissen, beispielsweise bei Großveranstaltungen wie Konzerten, Sportereignissen, Messen etc., zu einem sehr hohen Verkehrsaufkommen. Aus diesem Grund bedarf es einer möglichst optimalen und effizienten Regelung des Verkehrsflusses, um Stau und stockenden Verkehr nach Möglichkeit zu vermeiden. Wechsellichtzeichenanlagen (Ampeln) stellen ein zentrales Hilfsmittel dar, um den Verkehrsfluss zu regeln. Herkömmlicherweise werden die „Grünphasen“ von Wechsellichtzeichenanlagen von den Verkehrsteilnehmern jedoch nicht optimal genutzt. Als Ursachen hierfür sind beispielsweise suboptimale Fahrzeugabstände, unterschiedliche Reaktionszeiten beim Anhalten oder Anfahren sowie verschiedene Anfahrtsbeschleunigungen der Verkehrsteilnehmer auszumachen.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 211 420 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Ausgeben einer Anweisung zum Einschalten einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, welches an einer Haltelinie einer Wechsellichtzeichenanlage zum Stehen gekommen ist und dort auf eine Freigabe zur Weiterfahrt von der Wechsellichtzeichenanlage wartet. Die Anweisung zum Einschalten der Antriebseinheit kann hierbei gegenüber dem Zeitpunkt der Freigabe durch die Wechsellichtzeichenanlage zeitlich verzögert erfolgen, je nachdem welche Anzahl von Fahrzeugen sich zwischen dem Kraftfahrzeug und der Haltelinie befinden. Zur Generierung der Anweisung kann beispielsweise ein Funksignal der Wechsellichtzeichenanlage oder eine Fahrzeugkamera genutzt werden. Dieses herkömmliche Verfahren ermöglicht unter anderem eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs, da die Antriebseinheit erst eingeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug tatsächlich losfahren kann. Gleichzeitig kann das Einschalten der Antriebseinheit als Hinweis zum Weiterfahren dienen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Verkehrsfluss an einer Wechsellichtzeichenanlage zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Regeloder Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und/oder durch ein Verkehrsregelsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
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Demgemäß ist ein Verfahren zum automatischen Regeln des Fahrverhaltens von Fahrzeugen an einer Wechsellichtzeichenanlage vorgesehen. Die Wechsellichtzeichenanlage ist dabei derart ausgebildet, zumindest zwei Signalzustände anzuzeigen, wobei ein erster Signalzustand eine Durchfahrerlaubnis ist und ein zweiter Signalzustand ein Durchfahrverbot ist. Das Verfahren umfasst den Schritt des Erfassens der aktuellen Fahrpositionen und der aktuellen Fahrgeschwindigkeiten von Fahrzeugen, die sich vor der Wechsellichtzeichenanlage zur Durchfahrt durch die Wechsellichtzeichenanlage befinden. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des automatischen, synchronisierten Regelns der individuellen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand der Wechsellichtzeichenanlage.
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Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, welches die vor einer Wechsellichtzeichenanlage befindlichen Fahrzeuge automatisch erfasst und deren Fahrgeschwindigkeiten in synchronisierter Weise derart regelt, dass der Verkehrsfluss optimiert wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Fahrzeuge dazu gemeinsam und nicht wie herkömmlich individuell und unabhängig von den anderen Fahrzeugen geregelt oder gesteuert. Erfasst werden Fahrzeuge, die auch zur Durchfahrt durch die Wechsellichtzeichenanlage positioniert bzw. ausgerichtet sind. Hierzu werden insbesondere auch die Fahrpositionen der Fahrzeuge vor der Wechsellichtzeichenanlage bestimmt.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die gemeinsame Regelung der Fahrzeuge in Abhängigkeit von dem Signalzustand der Wechsellichtzeichenanlage der gesamte Verkehrsfluss durch die Wechsellichtzeichenanlage optimiert werden kann. Suboptimales Fahrverhalten von individuellen Fahrzeugen oder Fahrzeugführern wird vermieden. Insbesondere kann beispielsweise das Anhalten und das Abfahren von Fahrzeugen an der Wechsellichtzeichenanlage automatisch und in synchronisierter Weise geregelt oder gesteuert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren den Schritt des automatischen, synchronisierten Regelns oder Steuerns von relativen Fahrzeugabständen in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand der Wechsellichtzeichenanlage umfassen. In dieser Weiterbildung können nicht nur die Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge geregelt oder gesteuert werden, sondern vorteilhafterweise zusätzlich auch die individuellen Abstände zwischen den Fahrzeugen. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung des Verkehrsflusses genutzt werden. Beispielsweise können hiermit die Abstände aller an einer Wechsellichtzeichenanlage anhaltenden Fahrzeuge untereinander möglichst klein eingeregelt werden, so dass die Fahrzeuge optimal für eine zügige Weiterfahrt positioniert sind und ein Rückstau vor Wechsellichtzeichenanlage minimiert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das automatische, synchronisierte Regeln oder Steuern der individuellen Fahrgeschwindigkeiten einen zeitlichen Fahrzeugdurchsatz durch die Wechsellichtzeichenanlage optimieren. Alternativ oder zusätzlich kann das automatische, synchronisierte Regeln oder Steuern der relativen Fahrzeugabstände einen zeitlichen Fahrzeugdurchsatz durch die Wechsellichtzeichenanlage optimieren. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Regelung oder Steuerung der Fahrzeuge derart erfolgt, dass der zeitliche Fahrzeugdurchsatz optimiert wird, d.h. die Anzahl von Fahrzeugen, welche pro Zeitintervall durch die Wechsellichtzeichenanlage fahren können. So kann unter anderem erreicht werden, dass während einer Grünphase einer Ampel, d.h. während einer Zeitperiode mit angezeigter Durchfahrterlaubnis, eine möglichst große Anzahl von Fahrzeugen die Ampel passieren kann.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren den Schritt des Einschaltens und/oder Ausschaltens von Antriebseinheiten der Fahrzeuge in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand der Wechsellichtzeichenanlage umfassen. Dies schafft den Vorteil, dass beispielsweise Kraftstoff gespart werden kann und CO2-Emissionen gesenkt werden können, indem bei Fahrzeugen, die an einer roten Ampel warten, automatisch der Antrieb abgestellt wird. Dies kann insbesondere auch bei Fahrzeugen erfolgen, bei denen keine eigene entsprechende Abschaltmöglichkeit (Start-Stopp-System) integriert oder vorgesehen ist. Zusätzlich hat bei einer möglichen Ausführung das erfindungsgemäße Verfahren Vorrang vor der von einem Fahrzeugführer eingestellten oder ausgewählten Start-Stopp-Funktionalität. Umgekehrt kann auch vorgesehen sein, dass der Fahrzeugführer diese Funktion des Verfahrens überstimmen kann, beispielsweise damit die Heizung oder die Klimaanlage weiterlaufen können. Entsprechend können die Fahrzeuge auch nach einem Signalwechsel der Ampel auf Grün wieder automatisch gestartet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren den Schritt des Überwachens der relativen Fahrzeugabstände umfassen. Ferner kann das Verfahren den Schritt des Sendens eines Warnsignals an diejenigen Fahrzeuge umfassen, die einen minimalen relativen Sicherheitsabstand zueinander unterschreiten. Diese Weiterbildung ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf sicherheitstechnische Aspekte. Auffahrunfälle können beispielsweise vermieden werden, indem Fahrzeugführer gewarnt werden, sobald der Fahrzeugabstand zu dem nächsten vorderen Fahrzeug zu klein wird, beispielsweise weil dieses Fahrzeug plötzlich bremst.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Verfahren den Schritt des automatischen Abbremsens von denjenigen Fahrzeugen umfassen, die den minimalen relativen Sicherheitsabstand bezüglich des jeweils nächsten vorderen Fahrzeugs unterschreiten. In Verbindung mit der vorherigen Weiterbildung hat dies beispielsweise den Vorteil, dass nicht nur eine Abstands-Warn-Einrichtung vorgesehen ist, sondern diese insbesondere mit einem automatisierten Notbremssystem gekoppelt wird. Auf diese Weise wird unter anderem das limitierte Beschleunigungsvermögen von relativ langsamen Fahrzeugen (z.B. LKWs) berücksichtigt und regelungstechnisch beachtet.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das automatische, synchronisierte Regeln der individuellen Fahrgeschwindigkeiten das gleichzeitige Beschleunigen von ruhenden Fahrzeugen umfassen. Vorteilhafterweise kann hiermit ein ideales Anfahrverhalten aller an einer Ampel stehenden Fahrzeuge erreicht werden, indem alle Fahrzeuge bei auf Grün schaltender Ampel gleichzeitig und in synchroner Weise in Bewegung gesetzt werden. Der zeitliche Fahrzeugdurchsatz während der Grünphase kann hiermit erheblich gesteigert werden. Insbesondere können die Anfahrtsbeschleunigungen ähnlich oder identisch eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Beträge der Anfahrtsbeschleunigungen optimiert werden. Herkömmlicherweise führt das weitestgehend nicht-simultane Anfahren der Verkehrsteilnehmer dazu, dass die Durchsatzmenge von Fahrzeugen limitiert ist, weil sich das Anfahren sequentiell, zeitverzögert innerhalb einer wartenden Autoschlange nach hinten durchtaktet, beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Reaktionszeiten der Verkehrsteilnehmer. Dies wird mit dieser Weiterbildung vermieden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das automatische, synchronisierte Regeln der individuellen Fahrgeschwindigkeiten das gleichzeitige Abbremsen von sich bewegenden Fahrzeugen umfassen. Entsprechend dem Anfahrverhalten in der vorherigen Weiterbildung kann diese Weiterbildung zur Optimierung des Anhalteverhaltens genutzt werden. Beispielsweise können Fahrzeuge gemeinsam oder getaktet so zum Stillstand vor einer roten Ampel gebracht werden, dass die einzelnen Fahrzeuge möglichst geringe Abstände zueinander aufweisen. Bei einer darauf folgenden Grünphase sind die einzelnen Fahrzeuge somit bereits ideal positioniert, um möglichst schnell über die Ampel gelangen zu können.
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Gemäß einer Weiterbildung können sowohl die Fahrzeuge, als auch die Wechsellichtzeichenanlage mit einer zentralen, stationären Datenverarbeitungsvorrichtung kommunizieren. Eine Regelung oder Steuerung der Fahrzeuge und der Wechsellichtzeichenanlage kann somit über ein zentrales Regel- und/oder Steuersystem erfolgen. Hierzu können Fahrzeuge und Wechsellichtzeichenanlagen ihre Daten in Echtzeit an die zentrale Datenverarbeitungsvorrichtung senden, auf welche wiederum dieselben oder andere Fahrzeuge und/oder Wechsellichtzeichenanlagen Zugriff haben. Diese Weiterbildung zielt folglich auf ein vollständig vernetztes und vollautomatisiertes Verkehrsregelsystem ab, mittels dessen entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge und Wechsellichtzeichenanlagen regelbar sind. Prinzipiell kann das vorliegende Verfahren in dieser Weiterbildung zur gemeinsamen Regelung oder Steuerung eines Systems aus einer Vielzahl von Wechsellichtzeichenanlagen und Fahrzeugen genutzt werden. Der Verkehrsfluss wird auf diese Weise nicht nur an einer einzelne Wechsellichtzeichenanlage betrachtet und optimiert, sondern das Fahrverhalten von Fahrzeugen kann über ein ganzes Straßennetz mit einem komplexen System aus Wechsellichtzeichenanlagen gemeinsam in einem integrierten Verkehrsregelsystem optimiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung können die individuellen Fahrzeuge direkt mit der Wechsellichtzeichenanlage über eine drahtlose Verbindung kommunizieren. Diese Weiterbildung kann vorteilhafterweise entweder alternativ oder in Verbindung mit einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung verwendet werden. Fahrzeuge können somit entweder direkt und/oder indirekt mit einer Wechsellichtzeichenanlage kommunizieren. Dies ist beispielsweise aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, da die Verkehrsregelung auch bei Verbindungsproblemen zu einem zentralen Server („Backend“) weiter sicher betrieben werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung können die individuellen Fahrzeuge direkt untereinander über eine drahtlose Verbindung kommunizieren. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die Fahrzeuge auch ohne eine direkte Verbindung mit einer Wechsellichtzeichenanlage oder einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung regelbar sind. Diese Weiterbildung kann alternativ auch in Verbindung mit den vorherigen Weiterbildungen beispielsweise zu einer Erhöhung der Sicherheitsredundanz des Verfahrens genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Regeloder Steuervorrichtung zur Durchführung solcher Verfahren vorgesehen. Gemäß einer Weiterbildung kann die Regel- oder Steuervorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer GPS-Einheit, einer Kamera, einem Radargerät und/oder einem Funkempfänger eines Fahrzeugs integriert sein. Ferner kann die Regel- oder Steuervorrichtung in einer Steuerung der Wechsellichtzeichenanlage integriert sein. Darüber hinaus kann die Regel- oder Steuervorrichtung in einer zentralen Steuerung eines Verkehrsregelsystems integriert sein. Es sind vorteilhafterweise vielfältige unterschiedliche oder sich gegenseitig ergänzende Ausgestaltungen und Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen. Ein Verfahren zur Regelung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen an einer Wechsellichtzeichenanlage kann hierbei zentral ausgeführt werden, beispielsweise über eine Regel- oder Steuervorrichtung in einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung. Alternativ kann das Verfahren aber auch dezentral ausgeführt werden, indem sich die Fahrzeuge teilweise oder ausschließlich untereinander steuern. Darüber hinaus sind kombinierte Lösungen möglich, bei welchen eine Vielzahl von Fahrzeugen, die Wechsellichtzeichenanlagen und eventuell vorhandene zentrale Stellen eines Verkehrsregelsystems mit Regel- oder Steuervorrichtungen versehen sind. Weiterhin kann somit sowohl eine Fahrzeug-Sensorik, als auch eine Umfeld-Sensorik in Kombination mit einer Fahrzeug-Aktorik zur automatischen und synchronisierten Regelung oder Steuerung von Fahrzeugen an einer oder mehreren Wechsellichtzeichenanlagen genutzt werden. Für die Sensorik können beispielsweise Kameratechnik, Car-to-Car-Kommunikation, Car-to-Infrastructure-Kommunikation etc. zum Einsatz kommen, während für die Fahrzeug-Aktorik Start-Stopp-Systeme, Automatikgetriebe, Electronic-Power-Control, z.B. E-Gas, etc. Verwendung finden können.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Draufsicht einer Wechsellichtzeichenanlage mit davor befindlichen stehenden Fahrzeugen, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verkehrsregelsystems geregelt werden;
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2a bis 2d zeitliche Ablaufansichten einer Grünphase der Wechsellichtzeichenanlage aus 1 gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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3 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Regelung von Fahrzeugen an einer Wechsellichtzeichenanlage;
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Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Wechsellichtzeichenanlage mit davor befindlichen Fahrzeugen, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verkehrsregelsystems geregelt werden.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Wechsellichtzeichenanlage. Die Wechsellichtzeichenanlage 1 ist in dieser Ausführungsform zur Regelung oder Steuerung des Straßenverkehrs an einer Straßenkreuzung 5 ausgebildet (umgangssprachlich wird eine solche Wechsellichtzeichenanlage 1 auch als Ampel bezeichnet). Die Wechsellichtzeichenanlage 1 bezeichnet hier das gesamte System aus einzelnen an einer Straßenkreuzung 5 befindlichen Signalgebern sowie den damit verbundenen Regel- oder Steuervorrichtungen, Datenverbindungen, Stromkabel etc. Zur Vereinfachung ist in 1 nur ein Signalgeber dargestellt. Insbesondere umfassen solche Wechsellichtzeichenanlagen 1 auch grundsätzlich für jede Fahrbahn der Straßenkreuzung 5 eine oder mehrere Haltelinien 8, welche eventuell mit Sensoren ausgestattet sind, die wiederum elektronisch mit einer Regel- oder Steuervorrichtung 7B der Wechsellichtzeichenanlage 1 verbunden sein können. In 1 sind mehrere hintereinander angeordnete Fahrzeuge 2 abgebildet, die sich auf einer Fahrbahn vor der Wechsellichtzeichenanlage 1 zur Durchfahrt durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 befinden.
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Die Wechsellichtzeichenanlage 1 ist dazu ausgebildet, zumindest zwei Signalzustände anzuzeigen: „Grün“ 3 und „Rot“ 4. Der erste Signalzustand (Grün) 3 (vgl. auch 2b und 2c) entspricht hierbei einer Durchfahrerlaubnis, während der zweite Signalzustand (Rot) 4 (vgl. auch 2a und 2d) einem Durchfahrverbot entspricht. Prinzipiell kann die Wechsellichtzeichenanlage 1 dazu ausgebildet sein, weitere Signalzustände und/oder komplexe Kombinationen aus mehreren Signalzuständen anzuzeigen (beispielsweise „Gelb“ oder „Rot/Gelb“). Das im Folgenden beschriebene Verfahren bzw. Verkehrsregelsystem 9 lässt sich entsprechend auf komplexere Gestaltungen von Wechsellichtzeichenanlagen 1 erweitern. Mittels der Signalzustände wird den Verkehrsteilnehmern bzw. Fahrzeugführern der Fahrzeuge 2 mitgeteilt, ob die Wechsellichtzeichenanlage 1 durchfahren werden darf (Grün 3) oder an der entsprechenden Haltelinie 8 anzuhalten ist (Rot 4).
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Sowohl die Wechsellichtzeichenanlage 1, als auch die Fahrzeuge 2 werden in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung von einem zentralen Verkehrsregelsystem 9 geregelt. Hierzu weisen sowohl die einzelnen Fahrzeuge 2, als auch die Wechsellichtzeichenanlage 1 Regel- oder Steuervorrichtungen 7A, 7B auf, welche dazu ausgebildet sind, mit einer entsprechenden Regel- oder Steuervorrichtung 7C einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 6 zu kommunizieren (angedeutet durch die Pfeile in 1). In der dargestellten Ausführungsform des Verkehrsregelsystems 9 erfolgt die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen 2 und der Datenverarbeitungsvorrichtung 6 sowie zwischen der Wechsellichtzeichenanlage 1 und der Datenverarbeitungsvorrichtung 6 jeweils drahtlos. Hierzu können bekannte Kommunikationstechniken verwendet werden, wie beispielsweise Funk- oder Mobilfunktechnik. Prinzipiell kann die Wechsellichtzeichenanlage 1 auch über Kabelverbindungen mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 6 verbunden sein. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 6 kann sich entweder lokal in der Nähe der Straßenkreuzung 5 befinden oder es können zentrale Verkehrsregelstellen vorgesehen sein, die beispielsweise eine Vielzahl von Wechsellichtzeichenanlagen 1 gleichzeitig regeln. Prinzipiell kann das abgebildete Verkehrsregelsystem 9 zur Regelung einer Vielzahl von Wechsellichtzeichenanlagen 1 und Fahrzeugen 2 genutzt werden. Beispielsweise kann der Verkehrsfluss nicht nur an einer einzelne Wechsellichtzeichenanlage 1 betrachtet und optimiert werden, sondern das Fahrverhalten von Fahrzeugen 2 kann über ein ganzes Straßennetz mit einem komplexen System aus Wechsellichtzeichenanlagen 1 gemeinsam in einem integrierten Verkehrsregelsystem 9 optimiert werden.
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Das abgebildete Verkehrsregelsystem 9 ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum automatischen Regeln oder Steuern des Fahrverhaltens der Fahrzeuge 2 an der Wechsellichtzeichenanlage 1 durchzuführen. Hierzu erfasst das Verkehrsregelsystem 9 kontinuierlich die aktuellen Fahrpositionen und/oder die aktuellen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge 2, die sich vor der Wechsellichtzeichenanlage 1 zur Durchfahrt durch diese befinden bzw. sich der Wechsellichtzeichenanlage 1 nähern. Zu diesem Zweck können die individuellen Fahrzeuge 2 und/oder die Wechsellichtzeichenanlage 1 mit Kameras und/oder entsprechender Sensorik und/oder anderen Systemen zur Bestimmung von absoluten oder relativen Positionen und Geschwindigkeiten ausgebildet sein (z.B. Radar, Ultraschall, Laser, GPS, Funk, Navigationssysteme etc.). Weiterhin wird der Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1 von dem Verkehrsregelsystem 9 erfasst. Alternativ oder zusätzlich können auch die Regeloder Steuervorrichtungen 7A, 7B, 7C oder damit verbundene Vorrichtungen der Fahrzeuge 2 dazu ausgebildet sein, den aktuellen Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1 zu bestimmen. Dies kann beispielsweise in einem dezentralen Verkehrsregelsystem 9 genutzt werden.
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Die Fahrzeuge 2 und die Wechsellichtzeichenanlage 1 senden diese Daten an die Datenverarbeitungsvorrichtung 6 des Verkehrsregelsystems 9. Die zentrale Regel- oder Steuervorrichtung 7C wertet diese Daten kontinuierlich aus und sendet darauf aufbauend entsprechende Anweisungen an die lokalen Regel- oder Steuervorrichtungen 7A der Fahrzeuge 2 und/oder an die lokale Regel- oder Steuervorrichtung 7B der Wechsellichtzeichenanlage 1. Daraufhin werden die Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge 2 in Abhängigkeit von den erfassten absoluten oder relativen Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1 geregelt oder gesteuert. Beispielsweise können die einzelnen Fahrzeuge 2 individuell in gleicher oder verschiedener Weise beschleunigt oder abgebremst werden. Gesteuert wird dies von den Regel- oder Steuervorrichtungen 7 und ausgeführt von entsprechend ausgebildeter Fahrzeug-Aktorik (nicht abgebildet), die sich in den jeweiligen Fahrzeugen 2 befindet. Diese Regelung oder Steuerung erfolgt automatisch für die individuellen Fahrzeuge 2. Diese werden hierbei insbesondere in synchronisierter Weise geregelt, d.h. für jedes Fahrzeug 2 werden die aktuellen Fahrpositionen und die aktuellen Fahrgeschwindigkeiten der anderen Fahrzeuge 2 berücksichtigt. In der in 1 abgebildeten Ausführungsform des Verkehrsregelsystems 9 werden zudem auch die relativen Fahrzeugabstände geregelt. Dies geschieht ebenso in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1.
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Das in 1 abgebildete Verkehrsregelsystem 9 ist dazu ausgebildet, den zeitlichen Fahrzeugdurchsatz durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 zu maximieren, indem die individuellen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge 2 unter Berücksichtigung der relativen Fahrzeugabstände angepasst werden. Die Regelung der Fahrzeuge 2 beinhaltet dabei insbesondere auch das Einbzw. Ausschalten einzelner oder mehrerer Antriebseinheiten der Fahrzeuge 2.
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2a bis 2d zeigen zeitliche Ablaufansichten einer Grünphase der Wechsellichtzeichenanlage 1 aus 1 gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Mit Hilfe von 2a bis 2d soll beispielhaft erläutert werden, wie das von dem Verkehrsregelsystem 9 umgesetzte Verfahren verwendbar ist. Zu Vereinfachung wird das Verkehrsregelsystem 9 hier nicht mehr abgebildet.
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Zu Beginn stehen in 2a mehrere Fahrzeuge 2 vor der Wechsellichtzeichenanlage 1. Diese befindet sich in dem Signalzustand (Rot) 4 und zeigt damit ein Durchfahrverbot an. Die Fahrzeuge 2 ruhen mit abgestellten oder laufenden Antriebseinheiten hintereinander vor der Haltelinie 8.
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Herkömmlicherweise, beispielweise bei manuellem Betrieb, würden die Fahrzeuge bei einem Wechsel von dem zweiten Signalzustand 4 in den ersten Signalzustand 3, d.h. zu einer Durchfahrerlaubnis (Grün) 3, individuell und beliebig je nach Reaktionszeit der einzelnen Fahrzeugführer ihren Antrieb starten und beschleunigen (der Start des Antriebs erfolgt hierbei eventuell automatisch, z.B. durch eine Start-Stopp-Automatik). In typischen Fällen führt dies dazu, dass die einzelnen Fahrzeuge 2 unterschiedlich und nicht simultan bzw. nicht synchron zueinander anfahren. Hierdurch entstehen zeitliche Verzögerungen, welche sich von dem vordersten Fahrzeug 2 sequentiell mit Zeitverzögerung nach hinten zu den anderen Fahrzeugen fortpflanzen.
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Im Unterschied dazu regelt das Verkehrsregelsystem 9 die individuellen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge 2 synchron, so dass der zeitliche Fahrzeugdurchsatz durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 vergrößert wird, d.h. insbesondere die Anzahl von Fahrzeugen 2 maximiert wird, welche während einer einzelnen Grünphase die Wechsellichtzeichenanlage 1 passieren. Sobald die Wechsellichtzeichenanlage 1 auf den ersten Signalzustand (Grün) 3 umspringt (siehe 2b), werden die nicht laufenden Antriebe der einzelnen Fahrzeuge 2 automatisch gestartet und diese werden vorzugsweise mit einer ähnlichen oder identischen Beschleunigung synchron bzw. gleichzeitig beschleunigt. Die relativen Abstände der einzelnen Fahrzeuge 2 untereinander ändern sich hierbei nicht oder nur insoweit, wie es aus Sicherheitsgründen gegebenenfalls notwendig ist (z.B. Sicherheitsabstand für Gefahrenbremsung). Die Fahrzeuge 2 werden so lange beschleunigt (siehe 2c) bis die Wechsellichtzeichenanlage 1 wieder in den zweiten Signalzustand 4 umspringt (siehe 2d), die Fahrzeuge 2 die Wechsellichtzeichenanlage 1 passiert haben oder eine gesetzlich vorgeschriebene maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit erreicht ist. Sobald die Wechsellichtzeichenanlage 1 auf Rot 4 wechselt, werden die vor der Wechsellichtzeichenanlage 1 noch verbliebenen Fahrzeuge 2 wieder synchron und in gleichem Maße derart abgebremst, dass sich identische und minimale Fahrzeugabstände einstellen und dass die Fahrzeuge vor der Haltelinie 8 der Wechsellichtzeichenanlage 1 sicher zum Stillstand kommen. Daraufhin können die Antriebe dieser Fahrzeuge 2 soweit möglich automatisch abgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist allerdings auch geeignet deutlich komplexere Situationen zu regeln oder zu steuern. Beispielsweise können die einzelnen Fahrzeuge 2 zu Beginn unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten aufweisen. So können einzelne Fahrzeuge 2 bereits an der Rot 4 anzeigenden Wechsellichtzeichenanlage 1 stehen, während andere Fahrzeuge 2 dahinter sich noch in einem Bremsvorgang befinden. Springt die Wechsellichtzeichenanlage 1 in diesem Fall bereits wieder von Rot 4 nach Grün 3, so werden nun die ruhenden Fahrzeuge 2 entsprechend gestartet und beschleunigt, während die sich bereits (bzw. noch) bewegenden Fahrzeuge 2 entweder bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit weiterfahren oder beschleunigt werden. Das Verkehrsregelsystem 9 ist dazu ausgebildet, sowohl die Fahrgeschwindigkeiten als auch die relativen Abstände zwischen den Fahrzeugen 2 kontinuierlich zu erfassen und diese Daten in die Optimierung des zeitlichen Fahrzeugdurchsatzes durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 einzubinden. Prinzipiell kann somit ein komplexes Wechselspiel aus Beschleunigen und Abbremsen erfolgen, um einen maximalen Fahrzeugdurchsatz zu erreichen.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Regelung von Fahrzeugen 2 an einer Wechsellichtzeichenanlage 1.
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Das Verfahren 10 umfasst in einem ersten Schritt 11 das Erfassen der aktuellen Fahrpositionen und der aktuellen Fahrgeschwindigkeiten von Fahrzeugen 2, die sich vor der Wechsellichtzeichenanlage 1 zur Durchfahrt durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 befinden.
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In einem zweiten Schritt 12 werden die individuellen Fahrgeschwindigkeiten der Fahrzeuge 2 in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1 automatisch, individuell geregelt.
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In einem dritten Schritt 13 können auch die relativen Fahrzeugabstände in Abhängigkeit von den erfassten Fahrpositionen, von den erfassten Fahrgeschwindigkeiten und von dem Signalzustand 3, 4 der Wechsellichtzeichenanlage 1 automatisch, individuell geregelt werden. Insbesondere ist mit diesem Regeln der individuellen Fahrgeschwindigkeiten und/oder der relativen Fahrzeugabstände der zeitliche Fahrzeugdurchsatz durch die Wechsellichtzeichenanlage 1 optimierbar.
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Die einzelnen Schritte 11, 12, 13 des Verfahrens 10 sind während dem Betrieb einer Wechsellichtzeichenanlage 1 bzw. eines Netzes aus Wechsellichtzeichenanlagen 1 immer wieder durchführbar. Beispielsweise kann dies von einem zentralen Verkehrsregelsystem 9 geregelt oder gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wechsellichtzeichenanlage
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Signalzustand: Durchfahrerlaubnis, d.h. „Grün“
- 4
- Signalzustand: Durchfahrverbot, d.h. „Rot“
- 5
- Straße/Kreuzung
- 6
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 7A, 7B, 7C
- Regel- oder Steuervorrichtung
- 8
- Haltelinie
- 9
- Verkehrsregelsystem
- 10
- Verfahren
- 11
- Erfassen der aktuellen Fahrpositionen und Fahrgeschwindigkeiten
- 12
- Automatisches, synchronisiertes Regeln der individuellen Fahrgeschwindigkeiten
- 13
- Automatisches, synchronisiertes Regeln der relativen Fahrzeugabstände
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211420 A1 [0004]
