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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugen während einer Fahrt in einem Fahrzeugverband und ein Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugverbänden während einer Fahrt mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1 und Anspruch 4.
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Bei zukünftigen Verkehrsmodellen, bei welchen autonom fahrende Fahrzeuge sowohl mit einer Infrastruktur als auch mit anderen Fahrzeugen und Verkehrsteilnehmern kommunizieren, ist es notwendig das Fahrverhalten der einzelnen Fahrzeuge aufeinander abzustimmen und die Fahrzeuge miteinander zu koordinieren. Diese Koordination kann beispielsweise abhängig von Umweltaspekten wie Kraftstoffverbrauch oder von Zeitersparnisaspekten sein.
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Aus der
DE 10 2012 222 869 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer gemeinsamen Fahrstrategie bekannt. Dabei wird für eine Fahrzeugkolonne eine Fahrstrategie ermittelt, die für die gesamte Kolonne möglichst optimal ist. Eine Fahrstrategie kann beispielsweise bezüglich eines optimierten Kraftstoffverbrauchs oder eines optimierten Schadstoffausstoßes festgelegt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugen während einer Fahrt in einem Fahrzeugverband und ein Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugverbänden während einer Fahrt vorzuschlagen. Hierbei soll die Anordnung der Fahrzeuge zueinander abhängig von einer gewünschten Ankunftszeit der einzelnen Fahrzeuge an ihrem jeweiligen Zielort sein. Auch die Anordnung der Fahrzeugverbände zueinander soll abhängig von einer gewünschten Ankunftszeit der einzelnen Fahrzeuge an ihrem jeweiligen Zielort sein. Auch sollen die Fahrzeuge derart zueinander angeordnet sein, dass die Fahrt in dem Fahrzeugverband bezogen auf einen Kraftstoffverbrauch für alle Fahrzeuge möglichst gleich kraftstoffsparend ist.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe ein Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugen während einer Fahrt in einem Fahrzeugverband mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugverbänden während einer Fahrt mit den Merkmalen nach Patentanspruch 4 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bei einem Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugen während einer Fahrt in einem Fahrzeugverband, wobei wenigstens eines der Fahrzeuge ein autonom fahrendes Fahrzeug ist, werden zuerst bei jedem Fahrzeug ein Ziel und eine Ankunftszeit an dem Ziel festgelegt. Anschließend werden in jedem Fahrzeug Informationen zu einem Erreichen des Ziels ausgegeben. Daraufhin werden diejenigen Routen, die jedes Fahrzeug zurücklegt, in Routensegmente untergliedert. Anschließend wird für jedes Routensegment, welches die wenigstens zwei Fahrzeuge gemeinsam zurücklegen, eine Vorrangigkeitsliste mittels einer Koordinationseinrichtung bestimmt, wobei dasjenige Fahrzeug mit der höchsten notwendigen Geschwindigkeit zum Erreichen seines Ziels, vorrangig vor den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeuge ist. Daraufhin werden die wenigstens zwei Fahrzeuge mittels der Vorrangigkeitsliste zueinander angeordnet, wobei dasjenige Fahrzeug, das gegenüber den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeuge vorrangig ist, den Fahrzeugverband anführt, und wobei die notwenige Geschwindigkeit desjenigen Fahrzeugs, das gegenüber dem vorrangigen Fahrzeug nachrangig ist, als eine Referenzgeschwindigkeit dient, wobei während der Fahrt die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge zueinander änderbar ist.
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Ein autonom fahrendes Fahrzeug ist hierbei ein Fahrzeug, welches ohne das Zutun eines Fahrers fährt. Das autonome Fahren kann entweder permanent erfolgen oder nur in bestimmten Verkehrssituationen zugelassen sein, beispielsweise bei freier Strecke und/ oder einfach zu handhabenden Straßenverhältnissen, z. B. bei trockener Fahrbahn. Das autonom fahrende Fahrzeug kommuniziert hierbei mit einer Koordinationseinrichtung, die speziell für das autonome Fahren ausgestaltet ist. Die Koordinationseinrichtung ist Teil einer Infrastruktur, welche die autonom fahrenden Fahrzeuge überwacht und mit diesen kommuniziert, d. h. Signale austauscht. Auch kann das autonom fahrende Fahrzeug mit anderen autonom fahrenden Fahrzeugen direkt oder über die Koordinationseinrichtung kommunizieren. Bei einer direkten Kommunikation stimmen sich die einzelnen autonom fahrenden Fahrzeuge, welche sich z. B. in einer gewissen Nähe zueinander befinden, ohne eine Übermittlungsstelle miteinander ab. Signale eines Fahrzeugs werden an ein anderes in der Nähe befindliches Fahrzeug weitergeleitet und in einer Datenverarbeitungseinrichtung dieses Fahrzeugs verarbeitet. Bei einer Kommunikation über die Koordinationseinrichtung hingegen sendet ein Fahrzeug Signale an die Infrastruktur, welche die Signale in der Koordinationseinrichtung verarbeitet und z. B. in einen Steuerbefehl umsetzt, und dies an ein anderes oder dasselbe Fahrzeug weiterleitet. Die Koordinationseinrichtung kann beispielsweise die Fahrzeuge in Echtzeit überwachen, und zum Beispiel in Gefahrensituationen warnen oder Empfehlungen an die einzelnen Fahrzeuge geben. Bei Gefahrensituationen kann die Koordinationseinrichtung auch die Fahrzeuge direkt steuern, zum Beispiel bei autonomen Fahrzeugen, welche zum Zeitpunkt der Gefahrensituation nicht autonom fahren.
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Wenigstens eines der Fahrzeuge ist ein autonom fahrendes Fahrzeug. Vorzugsweise ist jedes der wenigstens zwei Fahrzeuge ein autonom fahrendes Fahrzeug sein. Beispielsweise kann eines der wenigstens zwei Fahrzeuge ein Fahrzeug mit einem Adaptive-Cruise-Control-System (ACC-System) sein. Ein ACC-System eines Fahrzeugs misst ständig die Entfernung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und steuert sein Fahrzeug derart, dass dieses einen gewissen Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug sowie eine gewisse, dem vorausfahrenden Fahrzeug angepasste Geschwindigkeit einhält.
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Bei jedem Fahrzeug werden sowohl ein Ziel als auch eine Ankunftszeit an dem Ziel festgelegt. Ein Fahrzeugnutzer legt somit fest, wohin er fahren möchte und zu welchem Zeitpunkt er spätestens ankommen möchte. Beispielsweise kann der Fahrzeugnutzer seine Ankunftszeit und sein Ziel bereits weit vor Fahrantritt angeben, damit andere Fahrzeuge ihre optimale Startzeit und Route planen können. Der Fahrzeugnutzer kann z. B. zusätzlich dazu eine bestimmte Route wählen. Anschließend werden unter Einbeziehung von Informationen über beispielsweise die Verkehrssituation, die Wetterlage, über die Routenbedingungen oder über die Straßenverhältnisse von einem Datenverarbeitungssystem des Fahrzeugs individuelle Informationen berechnet, ob z. B. die gewählte Ankunftszeit einhaltbar ist, welcher Energieaufwand nötig ist, um zu der gewählten Ankunftszeit an dem Ziel anzukommen und welche Kosten bis zum Erreichen des Ziel anfallen. Diese individuellen Informationen werden in jedem Fahrzeug an den Fahrzeugnutzer ausgegeben, wobei selbstverständlich nur diejenigen Informationen ausgegeben werden, die für das jeweilige Fahrzeug spezifisch sind. Diese Informationen können entweder in Echtzeit ermittelt werden oder auf Statistiken, beispielsweise aus einem Cloud-Speicher mit Informationen von anderen Fahrzeugen, beruhen und somit einen Näherungswert darstellen.
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Ausgehend von der gesamten abzufahrenden Route wird diese mittels der Koordinationseinrichtung oder mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung in einzelne Routensegmente untergliedert. Ein Routensegment folgt dabei ohne Unterbrechung auf ein anderes Routensegment. Ein Routensegment kann sich beispielsweise von einer ersten Straßenkreuzung zu einer zweiten, auf diese erste Straßenkreuzung folgende Straßenkreuzung erstrecken. Beispielsweise kann sich ein Routensegment von einer Autobahnauffahrt zu einer auf diese Auffahrt folgende Autobahnabfahrt erstrecken. Obwohl sich die gesamte abzufahrende Route eines ersten Fahrzeugs von der gesamten abzufahrenden Route eines zweiten Fahrzeugs unterscheidet, sind bestimmte Routensegmente übereinstimmend. Wenn ein erstes Fahrzeug beispielsweise von einem Startpunkt A zu einem Ziel B über eine erste Route fährt und ein zweites Fahrzeug von einem Startpunkt C zu einem Ziel D über eine zweite Route fährt, so können trotz der unterschiedlichen Startpunkte und trotz der unterschiedlichen Ziele diese beiden Fahrzeuge gemeinsame Routensegmente abfahren, wenn beispielsweise die Ziele in demselben Bereich liegen. Je kleiner die Routensegmente gewählt werden, desto präziser kann eine Aussage über das Einhalten des Ankunftszeitpunkts an dem gewählten Ziel eines der wenigstens zwei Fahrzeuge sein.
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Für jedes Routensegment, das die wenigstens zwei Fahrzeuge gemeinsam zurücklegen, wird eine Vorrangigkeitsliste bestimmt. Gemeinsam heißt hierbei, dass sich die wenigstens zwei Fahrzeuge gleichzeitig auf dem gleichen Routensegment befinden und dieses in gleicher Richtung abfahren. Die Vorrangigkeitsliste wird hierbei von der Koordinationseinrichtung ausgehend von den notwendigen Geschwindigkeiten jedes der wenigstens zwei Fahrzeuge erstellt. Hierbei ist die notwendige Geschwindigkeit für jedes der wenigstens zwei Fahrzeuge mittels des gewählten Ankunftszeitpunkts und mittels der Entfernung des Ziels von dem Startpunkt ermittelt. Dasjenige Fahrzeug, dessen notwendige Geschwindigkeit für das Routensegment am höchsten ist, wird hierbei mit einer obersten Priorität (Priorität 1) versehen, d. h. dieses ist vorrangig vor den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeuge. Selbstverständlich können mehr als zwei Fahrzeuge ein Routensegment gemeinsam zurücklegen. Die Priorisierung der übrigen der wenigstens zwei Fahrzeuge erfolgt ebenfalls mittels der notwendigen Geschwindigkeit. Je höher die notwendige Geschwindigkeit eines Fahrzeugs für ein Routensegment ist, desto höher ist dessen Priorität.
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Die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge zueinander erfolgt somit ausgehend von den Prioritäten. Dasjenige Fahrzeug der wenigstens zwei Fahrzeuge, das die Priorität 1 aufweist, d. h. vorrangig ist, führt den Fahrzeugverband an. Dasjenige Fahrzeug der wenigstens zwei Fahrzeuge, das die zweithöchste Priorität (Priorität 2) aufweist, d. h. dem vorrangigen Fahrzeug nachrangig ist, folgt dem vorrangigen Fahrzeug. Bei weiteren Fahrzeugen erfolgt die Anordnung ebenso. Sollen sich dem Fahrzeugverband Fahrzeuge anschließen, welche über ein ACC-System verfügen, werden diese an letzter Stelle des Fahrzeugverbands angeordnet.
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Die in dem Fahrzeugverband angeordneten Fahrzeuge werden somit von der Koordinationseinrichtung koordiniert gesteuert. Als Referenzgeschwindigkeit dient hierbei die notwendige Geschwindigkeit desjenigen der wenigstens zwei Fahrzeuge, welches dem Fahrzeug mit der Priorität 1 nachrangig ist. Die Koordinationseinrichtung passt die notwendige Geschwindigkeit des vorrangigen Fahrzeugs der wenigstens zwei Fahrzeuge an die Referenzgeschwindigkeit des nachrangigen Fahrzeugs der wenigstens zwei Fahrzeuge an, so dass die wenigstens zwei Fahrzeuge einander unmittelbar folgen. Hierbei wird selbstverständlich ein Sicherheitsabstand zwischen den wenigstens zwei Fahrzeugen eingehalten.
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Dadurch dass das nachrangige Fahrzeug dem vorrangigen Fahrzeug der wenigstens zwei Fahrzeuge folgt, fährt dieses in einem Windschatten des Fahrzeugs mit der Priorität 1. Somit ist ein Energieaufwand für das Fahrzeug mit der Priorität 1 höher als ein Energieaufwand des folgenden Fahrzeugs oder der folgenden Fahrzeuge. Bezogen auf einen Kraftstoffverbrauch verbraucht das Fahrzeug, das im Windschatten eines anderen Fahrzeugs fährt, weniger Kraftstoff.
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Während der Fahrt in dem Fahrzeugverband kann die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge zueinander geändert werden. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn ein Fahrzeug aus dem Fahrzeugverband ausscheren will, z. B. um abzubiegen. Die Koordinationseinrichtung steuert dasjenige Fahrzeug, das seine Route ändern oder ausscheren will, und lässt es „zurückfallen“. In anderen Worten wird dieses Fahrzeug in der Vorrangigkeitsliste für das betroffene Routensegment an die letzte Stelle gesetzt, es weist die niedrigste Priorität auf. Dies wird als Catch-Up-Prinzip bezeichnet. Das betroffene Routensegment ist hierbei z. B. dasjenige Routensegment, auf welches der Abbiegevorgang oder der Ausschervorgang unmittelbar folgt. Die übrigen Fahrzeuge des Fahrzeugverbands überholen hierbei das Fahrzeug, das dann die niedrigste Priorität aufweist, sofern es nicht bereits an letzter Position des Fahrzeugverbands ist. Beispielsweise kann eine Änderung der Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge innerhalb des Fahrzeugverbands auch abgestimmt auf den Energieverbrauch der einzelnen Fahrzeuge erfolgen.
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Nach einer ersten Ausführungsform wird nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne das gegenüber den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeuge vorrangige Fahrzeug von einem der wenigstens zwei übrigen Fahrzeuge überholt, wobei dieser Vorgang wiederholbar und reversibel ist. Diese Änderung der Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge zueinander kann beispielsweise genutzt werden, um den Energieersparnis bei der Windschattenfahrt eines der wenigstens zwei Fahrzeuge für jedes Fahrzeug des Fahrzeugverbands nutzbar zu machen. Folgender Algorithmus kann beispielsweise verwendet werden:
In einer ersten Phase sind die Fahrzeuge gemäß der Vorrangigkeitsliste zueinander angeordnet. Das Fahrzeug mit Priorität 1 führt den Fahrzeugverband an. Das Fahrzeug mit der Priorität 2 folgt dem Fahrzeug mit der Priorität 1. Bei mehr als zwei Fahrzeugen, d. h. in einer Fahrzeuganordnung mit n Fahrzeugen, ist ein Fahrzeug mit der Priorität n an der letzten Position des Fahrzeugverbands. „n“ bezeichnet die Gesamtanzahl der Fahrzeuge in dem Fahrzeugverband. Die Anordnung der Fahrzeuge nach ihren Prioritäten ist 1-2-...-n.
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In einer zweiten Phase steuert die Koordinationseinrichtung alle Fahrzeuge des Fahrzeugverbands an, so dass das Fahrzeug mit der Priorität 1 zunächst von dem Fahrzeug mit der Priorität 2 überholt wird. Bei einem Fahrzeugverband mit mehr als zwei Fahrzeugen, wird abschließend das Fahrzeug mit der Priorität 1, das nun an vorletzter Stelle des Fahrzeugverbands angeordnet ist, von dem Fahrzeug mit der Priorität n überholt. Die Anordnung der Fahrzeuge nach ihren Prioritäten ist 2-...-n-1.
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In einer abschließenden n-ten Phase, die nur bei einem Fahrzeugverband mit mehr als zwei Fahrzeugen relevant ist, steuert die Koordinationseinrichtung alle Fahrzeuge des Fahrzeugverbands an, so dass das Fahrzeug, welches den Fahrzeugverband anführt, an die letzte Position des Fahrzeugverbands angeordnet wird. In anderen Worten wird für das anführende Fahrzeug derselbe Vorgang durchgeführt wie in der zweiten Phase für das Fahrzeug mit der Priorität 1. Das Fahrzeug mit der Priorität n führt den Fahrzeugverband an. Die Anordnung der Fahrzeuge nach ihren Prioritäten ist n-1-2....
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Nach der n-ten Phase folgt die n + 1-te Phase, d. h. das Fahrzeug mit der Priorität n wird von dem Fahrzeug mit der Priorität 1 überholt, so dass das Fahrzeug mit der Priorität 1 den Fahrzeugverband anführt. Das Fahrzeug mit der Priorität n wird daraufhin von dem Fahrzeug mit der Priorität 2 überholt, so dass das Fahrzeug mit der Priorität 2 an zweiter Stelle des Fahrzeugverbands angeordnet ist. Das Fahrzeug mit der Priorität n ist nach Abschluss dieser Phase an letzter Stelle des Fahrzeugverbands angeordnet. Die Anordnung der Fahrzeuge in dem Fahrzeugverband nach der n + 1-ten Phase entspricht der Anordnung der Fahrzeuge nach der ersten Phase.
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Diese Phasen können beliebig häufig in der beschriebenen Reihenfolge nacheinander ablaufen. Dazu müssen die von dem Fahrzeugverband befahrenen Routensegmente genügend Raum zum Überholen aufweisen. Die einzelnen Phasen folgen nach dem Ablauf der gewissen Zeitspanne aufeinander. Diese Zeitspanne kann beispielsweise von der Koordinationseinrichtung auf Grund von Parametern wie Energiebedarf der einzelnen Fahrzeuge, Kraftstoffverbrauch der einzelnen Fahrzeuge oder nach der für die Fahrzeuge des Fahrzeugverbands gemeinsam zurückzulegenden Strecke und der für diese Strecke gewählten Geschwindigkeit, festgelegt werden. Die Zeitspanne kann aber auch ein festgelegter Wert sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform führt ein weiteres Fahrzeug, welches sich den wenigstens zwei Fahrzeugen annähert und dessen Geschwindigkeit über der Geschwindigkeit jedes der wenigstens zwei Fahrzeuge liegt, einen Überholvorgang in Abhängigkeit von einer für den Überholvorgang zurückzulegenden Route durch, wobei bei einem Hindernis auf der für den Überholvorgang zurückzulegenden Route innerhalb des Fahrzeugverbands eine Lücke erzeugt wird, in welche das weitere Fahrzeug dem Hindernis ausweicht, wobei das weitere Fahrzeug auf die für die Lücke notwendige Geschwindigkeit abgebremst wird.
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Dem Fahrzeugverband, welcher ein Routensegment befährt, nähert sich ein Fahrzeug an, welches den Fahrzeugverband auf Grund hoher Geschwindigkeit überholen muss oder will und sich dem Fahrzeugverband nicht anschließen will. Der Überholvorgang, um den Fahrzeugverband aus wenigstens zwei Fahrzeugen zu überholen, benötigt eine längere Strecke und mehr Zeit als der Überholvorgang, um ein einzelnes Fahrzeug zu überholen. Wenn während des Überholvorgangs auf der für Überholvorgang zurückzulegenden Route, d. h. einer Strecke, welche das überholende Fahrzeug abfährt, ein Hindernis erkannt wird, beispielsweise Gegenverkehr, Fußgänger oder ein Gegenstand auf der Fahrbahn, wird das überholende Fahrzeug zum einen abgebremst und zum anderen in den Fahrzeugverband aufgenommen. Die Geschwindigkeit auf welche abgebremst wird, ist hierbei z. B. mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugverbands kompatibel. Innerhalb des Fahrzeugverbands wird für das überholende Fahrzeug eine Lücke geschaffen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass dasjenige Fahrzeug oder diejenigen Fahrzeuge, die auf einer Höhe mit dem überholenden Fahrzeug sind, abbremsen. Dasjenige oder diejenigen Fahrzeuge, die noch vor dem überholenden Fahrzeug sind, können beispielsweise beschleunigen, um die Lücke zu schaffen.
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Das überholende Fahrzeug schert in die Lücke ein und ist solange in dem Fahrzeugverband angeordnet, bis auf der für den Überholvorgang zurückzulegenden Route kein Hindernis mehr vorhanden ist. Daraufhin kann das überholende Fahrzeug wieder ausscheren und den Fahrzeugverband vollständig überholen. Wenn das überholende Fahrzeug den Fahrzeugverband verlassen hat, wird die Lücke innerhalb des Fahrzeugverbands wieder geschlossen, so dass die Fahrzeuge des Fahrzeugverbands wieder unmittelbar aufeinander folgen, wobei selbstverständlich ein ausreichender Sicherheitsabstand eingehalten wird. Die Vorrangigkeitsliste des Fahrzeugverbands wird aber wegen des überholenden Fahrzeugs nicht überarbeitet.
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Bei einem Verfahren zu einer Anordnung von wenigstens zwei Fahrzeugverbänden während einer Fahrt ist jeder Fahrzeugverband aus wenigstens zwei Fahrzeugen ausgebildet. Wenigstens eines der Fahrzeuge jedes Fahrzeugverbands ist ein autonom fahrendes Fahrzeug. Jedes der Fahrzeuge der Fahrzeugverbände nutzt das Verfahren, welches bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben ist. Für jedes Routensegment, welches die wenigstens zwei Fahrzeugverbände gemeinsam zurücklegen, wird eine Vorrangigkeitstabelle mittels einer Koordinationseinrichtung bestimmt, wobei derjenige Fahrzeugverband mit der höchsten notwendigen Geschwindigkeit, vorrangig vor den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände ist. Die wenigstens zwei Fahrzeugverbände werden mittels der Vorrangigkeitstabelle zueinander angeordnet, wobei derjenige Fahrzeugverband, der gegenüber den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände vorrangig ist, vor den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände angeordnet wird, wobei während der Fahrt die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeugverbände zueinander änderbar ist.
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Die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeugverbände zueinander erfolgt in anderen Worten nach dem gleichen Schema wie die Anordnung der wenigstens zwei Fahrzeuge in einem Fahrzeugverband, welche bereits vorher beschrieben wurde. Die vorherigen Erläuterungen zu dem wenigstens einen autonom fahrenden Fahrzeug, zu der Koordinationseinrichtung, zu den Routensegmenten und zu den Fahrzeugverbänden treffen hier ebenfalls zu.
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In der Vorrangigkeitstabelle wird jedem Fahrzeugverband eine Priorität zugeordnet. Hierbei wird diese Vorrangigkeitstabelle von der Koordinationseinrichtung erstellt. Diese Priorität richtet sich nach der notwendigen Geschwindigkeit jedes Fahrzeugverbands. Die notwendige Geschwindigkeit ist hierbei für einen gesamten Fahrzeugverband diejenige Geschwindigkeit, mit welcher sich die Fahrzeuge, die diesem Fahrzeugverband zugeordnet sind, im Durchschnitt fortbewegen. Die notwendige Geschwindigkeit ist zudem diejenige Geschwindigkeit, die ein Fahrzeugverband wenigstens einhalten muss, damit die diesem Fahrzeugverband zugeordneten Fahrzeuge ihr jeweiliges Ziel zum vorbestimmten Zeitpunkt erreichen können. Dem Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände, welcher die höchste notwendige Geschwindigkeit aufweist, wird die höchste Priorität (Priorität A) zugeordnet. Dem Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände, der die zweithöchste notwendige Geschwindigkeit aufweist, wird die Priorität B zugewiesen.
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Ausgehend von der Vorrangigkeitstabelle werden die wenigstens zwei Fahrzeugverbände angeordnet. Der Fahrzeugverband mit der Priorität A ist vorrangig vor den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände. Bei mehr als zwei Fahrzeugverbänden kann beispielsweise demjenigen Fahrzeugverband, welcher die dritthöchste notwendige Geschwindigkeit aufweist, die Priorität C zugewiesen werden. Die letzte Position der Vorrangigkeitstabelle bildet derjenige Fahrzeugverband, der verglichen mit sämtlichen anderen Fahrzeugverbänden für das Routensegment die geringste notwendige Geschwindigkeit aufweist. Die Anordnung erfolgt hierbei über eine Ansteuerung der Fahrzeuge der Fahrzeugverbände mittels der Koordinationseinrichtung.
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Die Fahrzeugverbände können in einer anderen Reihenfolge zueinander angeordnet werden, wenn beispielsweise ein Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände nach einem Routensegment aus der Fahrzeugverbandanordnung ausscheren und z. B. abbiegen will. In diesem Fall wird der Fahrzeugverband an letzter Stelle der Fahrzeugverbandanordnung angeordnet, d. h. dass dieser Fahrzeugverband von dem anderen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände überholt wird, falls dieser nicht ohnehin an letzter Stelle der Fahrzeugverbandanordnung angeordnet ist. Ein Überholvorgang kann selbstverständlich nur dann stattfinden, wenn auf der für den Überholvorgang benötigten Route kein Hindernis vorhanden ist.
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Selbstverständlich kann ein Fahrzeug aus einem Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände in einen anderen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände wechseln, wenn dieses Fahrzeug beispielsweise aus Zeitersparnisgründen mit einer höheren Geschwindigkeit fahren will. In der Vorrangigkeitsliste wird dieses Wechsel-Fahrzeug für diesen Fahrzeugverband auf Priorität 1 gesetzt. Es überholt zunächst diejenigen Fahrzeuge des Fahrzeugverbands, in welchem es zu einem Ausgangszeitpunkt angeordnet ist, bis es den Fahrzeugverband anführt. Anschließend beschleunigt es, um sich dem voranfahrenden Fahrzeugverband anschließen zu können. Für diesen Fahrzeugverband, dem sich das Wechsel-Fahrzeug anschließt, wird die Vorrangigkeitsliste auf Grund des neu anzuordnenden Fahrzeugs durch die Koordinationseinrichtung automatisch überarbeitet. Nach dem Überarbeiten der Vorrangigkeitsliste wird der Fahrzeugverband, dem sich das Wechsel-Fahrzeug angeschlossen hat, gemäß dieser Vorrangigkeitsliste angeordnet. Selbstverständlich kann sich ein Fahrzeug auch einem Fahrzeugverband anschließen, welcher dem Fahrzeugverband, welchem es bereits zugeordnet ist, nachrangig ist. Der Vorgang läuft hierbei ähnlich ab, jedoch wird das Fahrzeug mit der niedrigsten Priorität versehen und an der letzten Position des Fahrzeugverbands angeordnet. Das Fahrzeug lässt sich zurückfallen und wird in den anderen Fahrzeugverband integriert, wobei für diesen die Vorrangigkeitsliste automatisch überarbeitet wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne der gegenüber den übrigen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände vorrangige Fahrzeugverband von einem der wenigstens zwei übrigen Fahrzeugverbände überholt, wobei dieser Vorgang wiederholbar und reversibel ist. Der Überholvorgang kann entweder derart erfolgen, dass der gesamte überholende Fahrzeugverband gemeinsam zu einem Überholmanöver ansetzt, oder dass die einzelnen Fahrzeuge des überholenden Fahrzeugverbands nacheinander ausscheren und den zu überholenden Fahrzeugverband nacheinander überholen (separates Überholmanöver). Die Überholvorgänge werden beispielsweise von der Koordinationseinrichtung angesteuert. Die Ansteuerung kann zum Beispiel auch lokal stattfinden, wenn die Fahrzeuge eine „Gute Sicht“ haben. Dies heißt, dass die Fahrzeuge durch die Kommunikation untereinander einen Überblick über wenigstens das befahrene Routensegment und dessen Verkehrssituation haben.
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Bei dem gemeinsamen Überholmanöver wird vor Einleitung des Überholmanövers überprüft, ob sich auf der für das Überholen benötigten Route ein Hindernis befindet. Wenn z. B. der überholende Fahrzeugverband oder der zu überholende Fahrzeugverband oder beide Fahrzeugverbände aus einer großen Anzahl von Fahrzeugen bestehen, darf über eine lange Strecke hinweg kein Hindernis vorhanden sein. Das Überprüfen auf ein Hindernis kann allgemein beispielsweise mittels fahrzeugeigener Systeme, z. B. mittels Kameras oder Abstandssensoren, erfolgen. Auch kann von der Koordinationseinrichtung festgestellt werden, ob während des Überholmanövers ein Fahrzeug, z. B. Gegenverkehr, auf der für den Überholvorgang benötigten Route auftauchen kann. Hierbei werden die für den Überholvorgang benötigte Route und die Geschwindigkeit des überholenden Fahrzeugverbands sowie die von dem Gegenverkehr zurückzulegende Strecke und dessen Geschwindigkeit miteinander abgeglichen. Für jedes autonom fahrende Fahrzeug sind die genaue Geschwindigkeit, die zurückzulegende Route und die jeweiligen Positionen auf dieser Route bekannt. Selbstverständlich werden auch permanent vorhandene Hindernisse wie z. B. Straßenverengungen oder semipermanent vorhandene Hindernisse wie z. B. Baustellen in die Betrachtung miteinbezogen. Wenn ein Hindernis auf der für den Überholvorgang benötigten Route vorhanden ist, wird kein gemeinsames Überholmanöver eingeleitet.
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Bei einem separaten Überholmanöver wird der zu überholende Fahrzeugverband zuerst von dem Fahrzeug des überholenden Fahrzeugverbands überholt, welches den überholenden Fahrzeugverband anführt. Dieses Fahrzeug wird derart vor dem zu überholenden Fahrzeugverband angeordnet, dass für die übrigen Fahrzeuge des überholenden Fahrzeugverbands ein genügend großer Abstand zu dem zu überholenden Fahrzeugverband ist. Anschließend überholt dasjenige Fahrzeug des überholenden Fahrzeugverbands, das an zweiter Position angeordnet ist, den zu überholenden Fahrzeugverband und ordnet sich hinter dem Fahrzeug des überholenden Fahrzeugverbands an, der bereits den zu überholenden Fahrzeugverband überholt hat. Dieser Vorgang wird so lange fortgeführt, bis der gesamte überholende Fahrzeugverband den zu überholenden Fahrzeugverband überholt hat. Diese Art des Überholmanövers ist vorteilhalft, wenn die für den Überholvorgang benötigte Route nur für kürzere Abschnitte kein Hindernis aufweist. Da immer nur ein einzelnes Fahrzeug überholt, kann dieses bei einem plötzlichen Hindernis in den zu überholenden Fahrzeugverband einscheren.
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Beispielsweise können sich die wenigstens zwei Fahrzeugverbände nach einem ähnlichen Algorithmus überholen, welcher bereits für einzelne Fahrzeuge beschrieben wurde. Der Fahrzeugverband mit der höchsten Priorität A führt in einer ersten Phase die Fahrzeugverbandanordnung an. Diesem Fahrzeugverband folgt der Fahrzeugverband mit der zweithöchsten Priorität B nach. Bei mehr als zwei Fahrzeugverbänden ist der Fahrzeugverband mit der niedrigsten Priorität N an der letzten Position der Fahrzeugverbandanordnung angeordnet. Die Anordnung der Fahrzeugverbände nach ihren Prioritäten ist A-B-...-N.
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In einer zweiten Phase überholt der Fahrzeugverband mit der Priorität B den Fahrzeugverband mit der Priorität A entweder in einem gemeinsamen oder einem separaten Überholmanöver. Abschließend wird der Fahrzeugverband mit der Priorität A von dem Fahrzeugverband mit der Priorität N entweder in einem gemeinsamen oder einem separaten Überholmanöver überholt, so dass der Fahrzeugverband mit der Priorität A in der Fahrzeugverbandanordnung an letzter Position ist. Die Anordnung der Fahrzeugverbände nach ihren Prioritäten ist B-...-N-A.
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In einer N-ten Phase lässt sich der Fahrzeugverband mit der Priorität B nach hinten fallen und wird somit überholt, entweder in einem gemeinsamen oder einem separaten Überholmanöver. Abschließend wird der Fahrzeugverband mit der Priorität B von dem Fahrzeugverband mit der Priorität A entweder in einem gemeinsamen oder einem separaten Überholmanöver überholt, so dass der Fahrzeugverband mit der Priorität B in der Fahrzeugverbandanordnung an letzter Position ist. Der Fahrzeugverband mit der Priorität N führt den Fahrzeugverband an. Die Anordnung der Fahrzeugverbände nach ihren Prioritäten ist N-A-B....
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In einer N + 1-ten Phase lässt sich der Fahrzeugverband mit der Priorität N nach hinten fallen und wird somit von dem Fahrzeugverband mit der Priorität A überholt, entweder in einem gemeinsamen oder einem separaten Überholmanöver. Abschließend ist der Fahrzeugverband mit der Priorität N an letzter Position der Fahrzeugverbandanordnung. Der Fahrzeugverband mit der Priorität A führt den Fahrzeugverband an. Die Anordnung der Fahrzeugverbände nach ihren Prioritäten ist A-B-...-N. Dies entspricht der Anordnung aus der ersten Phase.
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Ein Überholen der einzelnen Fahrzeugverbände untereinander ist nur dann vorteilhaft, wenn sie sich auf eine Kooperation einigen. Eine Führungsarbeit der einzelnen Fahrzeuge kann anhand der Prioritäten innerhalb des ursprünglichen Fahrzeugverbands (Prioritäten der Einzelfahrzeuge) als auch anhand der Prioritäten der Fahrzeugverbände erfolgen. Bei solchen Überholvorgängen können einzelne Fahrzeuge aus einem ersten Fahrzeugverband in einen anderen zweiten Fahrzeugverband wechseln. Als Grundlage hierfür kann die Angabe und die Auswahl einer minimalen und/oder maximalen Ankunftszeit dienen. Dies kann zum Beispiel in Kombination mit einem Kosten-Nutzen-Prinzip erfolgen. Das Kosten-Nutzen-Prinzip kann zum Beispiel auf einer Durchschnittsgeschwindigkeit oder auf einem maximalen Energieverbrauch beruhen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Bestimmen der Vorrangigkeitstabelle für die wenigstens zwei Fahrzeugverbände abhängig von einem vorbestimmten Geschwindigkeitsdelta. Dieses Geschwindigkeitsdelta bezeichnet den Unterschied in der notwendigen Geschwindigkeit der wenigstens zwei Fahrzeugverbände. Beispielsweise kann der eine der wenigstens zwei Fahrzeugverbände eine notwendige Geschwindigkeit aufweisen, die z. B. 10 km/h schneller ist als die notwendige Geschwindigkeit des anderen der wenigstens zwei Fahrzeugverbände. Derjenige Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände, welcher die höchste notwendige Geschwindigkeit aufweist, weist in der Vorrangigkeitstabelle die höchste Priorität auf. Derjenige Fahrzeugverband der wenigstens zwei Fahrzeugverbände, welcher um das vorbestimmte Geschwindigkeitsdelta langsamer ist als der Fahrzeugverband mit der höchsten Priorität, weist in der Vorrangigkeitstabelle die zweithöchste Priorität auf. Falls beispielsweise ein weiterer Fahrzeugverband vorhanden ist, und dieser eine notwendige Geschwindigkeit aufweist, welche um das vorbestimmte Geschwindigkeitsdelta langsamer ist als der Fahrzeugverband mit der zweithöchsten Priorität, so weist dieser weitere Fahrzeugverband in der Vorrangigkeitstabelle die höchste Priorität auf.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Bestimmen der Vorrangigkeitstabelle für die wenigstens zwei Fahrzeugverbände abhängig von einem Geschwindigkeitsdelta, welches angepasst ist an die Verkehrssituation des befahrenen Routensegments. Weist beispielsweise die aktuelle Verkehrssituation dichten Verkehr auf, kann das angepasste Geschwindigkeitsdelta geringer ausfallen als bei freier Strecke ohne dichten Verkehr.
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Anhand der im Folgenden erläuterten Figur werden ein Ausführungsbeispiel und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Zeitablaufs eines Überholvorgangs nach einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zeitablaufs eines Überholvorgangs nach einem Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Draufsicht einer Fahrstrecke, wobei dieselbe Fahrstrecke mit denselben Fahrzeugen 2, 3, 4, 5, 6 zu fünf unterschiedlichen Zeitpunkten I, II, III, IV, V dargestellt ist. Auf dieser Fahrstrecke befindet sich ein Fahrzeugverband 1, in welchem drei Fahrzeuge 2, 3, 4 angeordnet sind, ein überholendes Fahrzeug 4 und ein Gegenverkehrfahrzeug 6, wobei die Fahrtrichtungen mit Pfeilen dargestellt sind. Die drei Fahrzeuge 2, 3, 4, die den Fahrzeugverband 1 ausbilden, weisen zueinander einen gleichmäßigen Abstand auf. Dies heißt, dass der Abstand eines ersten Fahrzeugs 2 zu einem zweiten Fahrzeug 3 ebenso groß ist, wie der Abstand des zweiten Fahrzeugs 3 zu einem dritten Fahrzeug 4. Die drei Fahrzeuge 2, 3, 4 sind mittels einer Vorrangigkeitsliste in dem Fahrzeugverband 1 angeordnet. Gemäß der Vorrangigkeitsliste ist die Geschwindigkeit, die das erste Fahrzeug 2 benötigt, um an sein Ziel zu gelangen höher als die Geschwindigkeit, die das zweite Fahrzeug 3 benötigt, um an sein Ziel zu gelangen. Gemäß der Vorrangigkeitsliste ist die Geschwindigkeit, die das zweite Fahrzeug 3 benötigt, um an sein Ziel zu gelangen höher als die Geschwindigkeit, die das dritte Fahrzeug 4 benötigt, um an sein Ziel zu gelangen. Nach der Anordnung in dem Fahrzeugverband 1 bewegen sich die drei Fahrzeuge 2, 3, 4 mit einer aufeinander abgestimmten durchschnittlichen Geschwindigkeit. Jedes der Fahrzeuge 2, 3, 4 des Fahrzeugverbands 1, das überholende Fahrzeug 5 sowie das Gegenverkehrfahrzeug 6 sind hierbei autonom fahrende Fahrzeuge.
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Ein autonom fahrendes Fahrzeug ist hierbei ein Fahrzeug, welches ohne das Zutun eines Fahrers fährt. Das autonome Fahren kann entweder permanent erfolgen oder nur in bestimmten Verkehrssituationen zugelassen sein, beispielsweise bei freier Strecke und/ oder einfach zu handhabenden Straßenverhältnissen, z. B. bei trockener Fahrbahn. Das autonom fahrende Fahrzeug kommuniziert hierbei mit einer Koordinationseinrichtung, die speziell für das autonome Fahren ausgestaltet ist. Die Koordinationseinrichtung ist Teil einer Infrastruktur, welche die autonom fahrenden Fahrzeuge überwacht und mit diesen kommuniziert, d. h. Signale austauscht. Auch kann das autonom fahrende Fahrzeug mit anderen autonom fahrenden Fahrzeugen direkt oder über die Koordinationseinrichtung kommunizieren.
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Zu einem ersten Zeitpunkt I nähert sich das überholende Fahrzeug 5 mit einer Geschwindigkeit, welche die des Fahrzeugverbands 1 deutlich übersteigt, an den Fahrzeugverband 1 an. Das überholende Fahrzeug 5 setzt zu einem Überholvorgang an. Auf der Gegenfahrbahn befindet sich in einem gewissen Abstand ein Gegenverkehrsfahrzeug 6, welches in der Gegenrichtung an dem Fahrzeugverband 1 vorbei fährt.
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Zu einem zweiten Zeitpunkt II hat das überholende Fahrzeug 5 bereits ausgeschert und befindet sich auf derselben Fahrbahn wie das Gegenverkehrsfahrzeug 6. Der Fahrzeugverband 1 bewegt sich weiterhin in seine Fahrtrichtung. Auf Grund der Kommunikation der autonom fahrenden Fahrzeuge untereinander und mit einer Kommunikationseinrichtung, wird zu diesem zweiten Zeitpunkt II festgestellt, dass das überholende Fahrzeug 5 seinen Überholvorgang nicht vollständig abschließen kann, da es sonst zu einer Kollision des überholenden Fahrzeugs 5 mit dem Gegenverkehrsfahrzeug 6 kommen würde. Daher wird die Geschwindigkeit des dritten Fahrzeugs 4, welches in dem Fahrzeugverband 1 angeordnet ist, verringert. Die Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs 2 und des zweiten Fahrzeugs 3 des Fahrzeugverbands 1 wird hingegen erhöht.
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Zu einem dritten Zeitpunkt III hat das dritte Fahrzeug 4 seine Geschwindigkeit derart verringert, dass eine Lücke 7 in dem Fahrzeugverband 1 entstanden ist. Diese Lücke 7 ist ausreichend groß für das überholende Fahrzeug 5. Die Geschwindigkeit des überholenden Fahrzeugs 5 wird automatisch an die Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs 2 und des zweiten Fahrzeugs 3 des Fahrzeugverbands 1 angepasst, so dass es nicht zu einer Kollision des überholenden Fahrzeugs 5 mit diesen beiden Fahrzeugen 2, 3 kommen kann. Das überholende Fahrzeug 5 schert in diese Lücke 7 ein. Das Gegenverkehrfahrzeug 6 fährt weiterhin auf der Gegenfahrbahn mit unveränderter Geschwindigkeit weiter in dieselbe Richtung, d. h. das Gegenverkehrfahrzeug 6 weicht nicht aus.
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Zu einem vierten Zeitpunkt IV befindet sich das überholende Fahrzeug 5 in der Lücke 7 innerhalb des Fahrzeugverbands 1 zwischen dem zweiten Fahrzeug 3 und dem dritten Fahrzeug 4. Der Fahrzeugverband 1 bewegt sich wieder mit der Geschwindigkeit fort, die zu Zeitpunkt 1 vorgeherrscht hat. Das Gegenverkehrfahrzeug 6 hat das überholende Fahrzeug 5 passiert, so dass das überholende Fahrzeug 5 wieder ausscheren und seinen Überholvorgang fortsetzen kann.
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Zu einem fünften Zeitpunkt V befindet sich das überholende Fahrzeug 5 auf der Gegenfahrbahn und führt seinen Überholvorgang weiter aus, um das zweite Fahrzeug 3 und das erste Fahrzeug 2 des Fahrzeugverbands 1 zu überholen. Das dritte Fahrzeug 4 des Fahrzeugverbands 4 beschleunigt, so dass die Lücke 7 innerhalb des Fahrzeugverbands 1 geschlossen werden kann und alle drei Fahrzeuge 2, 3, 4 zueinander gleichmäßig beabstandet sind. Das Gegenverkehrfahrzeug 6 bewegt sich auf der Gegenfahrbahn immer noch mit derselben Geschwindigkeit in dieselbe Richtung fort. Zu einem sechsten, hier nicht dargestellten Zeitpunkt hat das überholende Fahrzeug 5 den Fahrzeugverband 1 vollständig überholt. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel ist nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann der Überholvorgang bereits bei Erkennen der Gefahrensituation unterbunden werden, so dass das überholende Fahrzeug nicht ausscheren kann, sondern den anderen Fahrzeugen so lange folgt, bis das Gegenverkehrsfahrzeug den Fahrzeugverband passiert hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugverband
- 2
- erstes Fahrzeug
- 3
- zweites Fahrzeug
- 4
- drittes Fahrzeug
- 5
- überholendes Fahrzeug
- 6
- Gegenverkehrfahrzeug
- 7
- Lücke
- I
- erster Zeitpunkt
- II
- zweiter Zeitpunkt
- III
- dritter Zeitpunkt
- IV
- vierter Zeitpunkt
- V
- fünfter Zeitpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012222869 A1 [0003]