DE102016211859A1 - Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs mit mehreren Fahrspuren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs (1) mit mehreren Fahrspuren (2l, 2m, 2r, 3l, 3r), wobei für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (20) basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug (11, 12, 13, 14) benutzte Fahrspur (2l, 2m, 2r, 3l, 3r) umfassen, für zumindest einen Teil der Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie ermittelt und an das jeweilige Fahrzeug (11, 12, 13, 14) übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs mit mehreren Fahrspuren, wobei für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses ermittelt werden.
  • Aus der DE 10 2009 046 826 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses bekannt, bei dem mit Fahrzeugkommunikationseinheiten ausgestattete Fahrzeuge auf verschiedenen Fahrspuren bei der Annäherung an eine Fahrstreifensubtraktion untereinander Daten austauschen. Diese Daten werden so verknüpft, dass Soll-Fahrtrajektorien im Sinne eines optimalen Verkehrsflusses gewonnen werden. Dieses Verfahren basiert auf einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (englisch: car-to-car, C2C oder vehicle-to-vehicle, V2V), so dass das Verfahren in jeweiligen Recheneinheiten der Fahrzeuge individuell durchgeführt wird. Die Situationsinterpretation kann bei diesem Verfahren durch eine festinstallierte Infrastruktureinrichtung unterstützt werden, sowohl bei der Datenerfassung als auch bei der algorithmischen Situationsinterpretation. Die Datenerfassung kann z.B. durch eine Kamera oder Kontaktschleifen durchgeführt werden. Ein Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, dass sowohl die Fahrzeuge als auch die festinstallierten Infrastruktureinrichtungen über leistungsfähige Recheneinheiten verfügen müssen, welche jeweils zur Durchführung einer Situationsinterpretation ausgestaltet sein müssen. Ferner erfordert dieses Verfahren das Vorhandensein jeweiliger Fahrzeugkommunikationseinheiten in den Fahrzeugen.
  • Gegenwärtige Fahrzeuge verfügen in der Regel noch nicht über Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinheiten oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikationseinheiten (englisch: car-to-infrastructure, C2I), so dass das in der DE 10 2009 046 826 A1 beschriebene Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses noch nicht sinnvoll zur Anwendung bringbar ist.
  • Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren der DE 10 2009 046 826 A1 zur Situationsinterpretation bei der Annäherung verschiedener Fahrzeuge an eine Fahrstreckensubstraktion beschränkt. Neben einer solchen Fahrstreckensubstraktion (d.h. der Reduzierung einer Fahrspur eines zunächst mehrspurigen Fahrbahnabschnitts) existieren viele Verkehrssituationen, in denen dichter oder zähflüssiger Verkehr oder Staus entstehen, da die vorhandene Verkehrswegeinfrastruktur ineffizient genutzt wird. Solche Situationen sind beispielsweise vielbefahrene Kreuzungen, Abbiegungen, mehrspurige Straßen, Spurverengungen oder -erweiterungen und dergleichen. Bei einer Spurerweiterung wird die zusätzlich vorhandene Fahrspur oftmals zu spät genutzt. Ebenso entstehen Staus auf Autobahnen häufig aufgrund einer ineffizienten Nutzung der zur Verfügung stehenden Fahrspuren. Durch geschickte Verteilung der Fahrzeuge auf die zur Verfügung stehenden Fahrspuren kann in vielen Fällen eine Entzerrung des Individualverkehrs realisiert werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs mit mehreren Fahrspuren mit geringem Aufwand ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs mit mehreren Fahrspuren vorgeschlagen, wobei für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses ermittelt werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine zentrale Verarbeitungseinheit basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug benutzte Fahrspur umfassen, für zumindest einen Teil der Fahrzeuge eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie ermittelt und an das jeweilige Fahrzeug übertragen wird.
  • Durch die zentrale Verarbeitungseinheit ist es möglich, den Verkehrsfluss eines Verkehrswegs zu optimieren, ohne dass die Fahrzeuge selbst über eine Fahrzeugkommunikationseinheit verfügen, welche eine Fahrzeugbewegung als Fahrzeugbewegungsdaten an eine andere Einheit (sei es ein anderes Fahrzeug oder eine Infrastrukturkomponente) übertragen. Das Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs kann dadurch unabhängig vom technischen Ausrüstungsgrad der Fahrzeuge durchgeführt werden. Durch das Verfahren können die Fahrzeuge auf den zur Verfügung stehenden Fahrspuren im Hinblick auf eine Anzahl an Fahrzeugen je Zeiteinheit und Fahrspur optimiert werden.
  • In einer Variante können die Fahrzeugbewegungsdaten durch zumindest eine, im Umfeld des Verkehrswegs angeordnete, Sensorstation ermittelt werden. Eine solche Sensorstation wird auch als Road Side Unit (RSU) bezeichnet. Insbesondere kann durch die zumindest eine Sensorstation der Verkehrsweg durch eine oder mehrere Kameras, welche den Verkehrsweg insbesondere aus einer Vogelperspektive erfasst, oder durch eine oder mehrere Kontaktschleifen erfasst werden. Die Kamera kann beispielsweise an einem Masten, einem hohen Gebäude oder auch einer den Verkehrsweg überfliegenden Drohne befestigt sein. Durch die Überwachung des Verkehrswegs aus einer Vogelperspektive, d.h. von oberhalb des Verkehrswegs, ist die Anordnung der Fahrzeuge relativ zueinander sowie deren Ort auf einer bestimmten Fahrspur gut erkennbar.
  • Alternativ oder zusätzlich kann eine Bestimmung der Position und/oder Geschwindigkeit und/oder Richtung der Fahrzeuge durch jeweilige Umfeldsensoriken der Fahrzeuge, die sich in der Nähe aufhalten, vorgenommen werden, wobei die mit den Umfeldsensoriken erfassten Daten an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen und durch diese verarbeitet werden.
  • In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung können die Fahrzeugbewegungsdaten auf Basis von Fahrzeug-Positionsdaten ermittelt werden, die von oder aus einem jeweiligen Fahrzeug an den zentralen Rechner übertragen werden. Die Fahrzeug-Positionsdaten umfassen insbesondere GPS-Daten des gegenwärtigen Ortes des Fahrzeugs. Solche GPS-Positionsdaten können durch einen in dem Fahrzeug fest verbauten Satellitennavigations-Empfänger ermittelt werden. Alternativ können die Fahrzeug-Positionsdaten beispielsweise auch durch eine mobile Einheit, wie z.B. ein vom Fahrer des Fahrzeugs mitgeführtes Mobilfunkendgerät, ermittelt und über dessen Kommunikationsschnittstelle an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen werden. Im letzteren Fall ist es möglich, aus dem Fahrzeug heraus mit Hilfe des mobilen Endgeräts Fahrzeugbewegungsdaten für die Verarbeitung durch die zentrale Verarbeitungseinheit bereitzustellen, ohne dass hierfür besondere Ausrüstungen in dem Kraftfahrzeug vorhanden sein müssen. Gemäß dieser Variante lässt sich das Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses ohne Aktorik oder Sensorik im Fahrzeug realisieren. Dennoch ermöglicht es das Verfahren auch, beim Vorhandensein entsprechender Sensoren oder Recheneinheiten oder Fahrzeugkommunikationseinheiten, die von dem Fahrzeug gewonnenen Daten zu nutzen und an die zentrale Verarbeitungseinheit zu übertragen.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass durch die zentrale Verarbeitungseinheit ein Fahrtziel eines jeweiligen Fahrzeugs empfangen wird, welches zur Ermittlung seiner Soll-Fahrtrajektorie verarbeitet wird. Die Berücksichtigung eines individuellen Fahrtziels kann beispielsweise für die Entscheidung herangezogen werden, zu welchem Zeitpunkt bzw. an welchem Ort des Verkehrswegs ein Fahrbahnwechsel spätestens erforderlich ist. Vor dem Erreichen dieses Punktes kann das Fahrzeug unter optimierenden Gesichtspunkten des Verkehrsflusses durch die zentrale Verarbeitungseinheit auf die für den optimalen Verkehrsfluss geeignete Fahrspur „gelenkt“ werden.
  • Die Fahrzeug-Positionsdaten und/oder das Fahrtziel eines Fahrzeugs können von einer Fahrzeugkommunikationseinheit oder einem in dem Fahrzeug mitgeführten mobilen Endgerät ausgesendet und durch die zentrale Verarbeitungseinheit empfangen werden. Bei Vorhandensein eines in dem Fahrzeug verbauten Navigationssystems, können die Fahrzeug-Positionsdaten und ein eventuell eingegebenes Fahrtziel des Fahrzeugs unter Nutzung einer ebenfalls in dem Fahrzeug vorhandenen Fahrzeugkommunikationseinheit (Telematikeinheit) an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen werden. Verfügt das Fahrzeug hingegen über keine der genannten Einheiten, so kann ein, eine Navigationsfunktionalität ausführendes, mobiles Endgerät die Fahrzeug-Positionsdaten sowie das Fahrtziel des Fahrzeugs an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Nutzer auf seinem mobilen Endgerät eine Anwendung (kurz: App) aufruft, in welcher das Fahrtziel hinterlegt wird. Auch wenn durch diese App keine Navigation zu dem hinterlegten Fahrtziel durchgeführt wird oder durchgeführt werden kann, kann dieses an die zentrale Verarbeitungseinheit zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs verarbeitet werden.
  • Die zur Erzielung der für ein Fahrzeug ermittelten Soll-Fahrtrajektorie erforderlichen Längs- und Quereingriffe in das Antriebssystem, umfassend ein Beschleunigungs- und/oder ein Bremssystem, und in die Lenkung kann in einer für den Fahrer wahrnehmbaren Form in dem Fahrzeug ausgegeben werden oder zur teil- oder vollautomatischen Führung des Fahrzeugs durch eine Recheneinheit eines Fahrerassistenzsystems verarbeitet werden. Die Ausgabe der Soll-Fahrtrajektorie kann graphisch, akustisch oder haptisch erfolgen. Beispielsweise können die zur Erzielung der für ein Fahrzeug ermittelten Soll-Fahrtrajektorie erforderlichen Längs- und Quereingriffe des Fahrzeugs durch ein Display des Kombiinstruments oder das Display eines Infotainmentsystems oder durch ein in dem Fahrzeug mitgeführtes mobiles Endgerät visualisiert werden. Die Visualisierung kann durch ein geeignetes Piktogramm erfolgen. Die Information über die Soll-Fahrtrajektorie kann auch – wie bei einem Navigationssystem – über eine Sprachausgabe eines Fahrzeuglautsprechers oder des mobilen Endgeräts erfolgen. Eine haptische Ausgabe der Soll-Fahrtrajektorie kann beispielsweise durch eine Vibration am Lenkrad erfolgen. Soll gemäß der ermittelten Soll-Fahrtrajektorie das Fahrzeug seine Spur nach rechts wechseln, so kann beispielsweise eine Vibration im rechten Teil des Lenkrads erfolgen. In entsprechender Weise könnte eine Vibration im linken Bereich des Lenkrads erfolgen, wenn ein Spurwechsel nach links vorgenommen werden soll. Eine solche haptische Ausgabe kann mit einem bestimmten Vibrationsmuster erfolgen, welche unterschiedlich ist von einem für andere Fahrzeugassistenzsysteme genutzten Vibrationsmuster.
  • Neben einer rein informativen Ausgabe der Information über die Soll-Fahrtrajektorie kann die durch das Verfahren ermittelte Fahrempfehlung durch Aufbringung eines Lenkmoments unterstützt oder alternativ ein Spurwechsel vollständig automatisiert vollzogen werden. Während bei einem rein informativen System keinerlei Erfordernisse an den Fahrzeugen hinsichtlich Fahrerassistenzsystemen und Fahrzeugkommunikationseinheiten bestehen, erfordert eine teil- oder vollautomatisierte Nutzung der ermittelten Soll-Fahrtrajektorien eine erhöhte Anforderung hinsichtlich der Ausstattung des Fahrzeugs in Bezug auf Lenkung und/oder Sensorik und/oder Fahrerassistenzsysteme. Je höher der Automatisierungsgrad eines Fahrzeugs ist, desto mehr Freiheitsgrade können mit den beschriebenen Verfahren verwirklicht werden, die zur Beeinflussung weiterer Kriterien, wie z.B. Lärmabstrahlung, Gangwahl, rein elektrische oder hybride Fahrtmodi, genutzt werden können.
  • Weiterhin kann durch die zentrale Verarbeitungseinheit eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie zusätzlich basierend auf einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder einem maximalen Schallemissionswert und/oder einem maximalen CO2-Ausstoß ermittelt werden. Die genannten Kriterien werden dabei in eine globale Optimierung zur Ermittlung der Soll-Fahrtrajektorie(n) einbezogen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs mit mehreren Fahrspuren vorgeschlagen, die dazu ausgebildet ist, für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses zu ermitteln. Eine zentrale Verarbeitungseinheit ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug benutzte Fahrspur umfassen, für zumindest einen Teil der Fahrzeuge eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie zu ermitteln und an das jeweilige Fahrzeug zu übertragen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.
  • In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann die Vorrichtung weitere Mittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens umfassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Verkehrswegeabschnitts von oben mit mehreren Fahrspuren, entlang denen sich eine Anzahl von Fahrzeugen bewegt.
  • 1 zeigt einen Teil eines Verkehrswegs 1, auf dem sich eine Anzahl an Fahrzeugen 11, 12, 13, 14 beispielhaft in der Zeichenebene von links nach rechts bewegen. Der Verkehrsweg 1 umfasst in dem gezeigten Teil beispielhaft einen 3-spurigen Fahrbahnabschnitt 2 mit einer linken Fahrspur 2l, einer mittleren Fahrspur 2m und einer rechten Fahrspur 2r. Der 3-spurige Fahrbahnabschnitt 2 verengt sich an dem mit dem Bezugszeichen 5 gezeigten Wegpunkt zu einem 2-spurigen Fahrbahnabschnitt 3 mit einer linken Fahrspur 3l und einer rechten Fahrspur 3r. Im Bereich der Fahrbahnreduzierung 5 endet die linke Fahrspur 2l des 3-spurigen Fahrbahnabschnitts 2. Die beispielhaft vier dargestellten Fahrzeuge 11, 12, 13, 14 befinden sich ebenfalls lediglich beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Fahrtrichtung vor der Fahrbahnreduzierung 5 auf dem 3-spurigen Fahrbahnabschnitt 2. Dabei bewegen sich das Fahrzeug 11 auf der linken Fahrspur 2l, die Fahrzeuge 12, 13 auf der mittleren Fahrspur 2m und das Fahrzeug 14 auf der rechten Fahrspur 2r. Die Fahrzeuge 11, 12, 13, 14 bewegen sich lediglich beispielhaft annähernd in Fahrtrichtung versetzt zueinander. Ebenfalls beispielhaft ist eine Abzweigung 4 des Verkehrswegs 1 dargestellt, welche sich vor der Fahrbahnreduzierung 5 von der rechten Fahrspur 2r des 3-spurigen Fahrbahnabschnitts 2 erstreckt.
  • Lediglich beispielhaft sind die Fahrzeuge 11, 12 jeweils mit einer Fahrzeugkommunikationseinheit 15 bzw. 16 sowie einem Fahrerassistenzsystem 19 ausgestattet. Mit Hilfe der Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 ist es den Fahrzeugen 11, 12 möglich, Daten an Basisstationen 23 oder 24 im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (C2I) zu übertragen oder von den Basisstationen 23, 24 Daten zu empfangen. Die Fahrerassistenzsysteme 19 versetzen die Fahrzeuge 11, 12 in die Lage, bestimmte Fahrfunktionen, wie z.B. Beschleunigen, Abbremsen, Lenkmanöver und dergleichen, teil- oder vollautomatisiert durchzuführen.
  • Demgegenüber verfügen die Fahrzeuge 13, 14 weder über eine Fahrzeugkommunikationseinheit oder ein Fahrerassistenzsystem. Beispielhaft führen die Fahrer der Fahrzeuge 13, 14 jedoch mobile Endgeräte 17 bzw. 18 mit sich, welche mit Hilfe einer in der Figur nicht näher dargestellten Kommunikationsinfrastruktur Daten austauschen können. Beispielhaft verfügt das mobile Endgerät 17 über eine Applikation (kurz: App), welche die Teilnahme an dem hier erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren ermöglicht. Demgegenüber ist eine solche App auf dem mobilen Endgerät 18 des Fahrzeugs 14 nicht installiert, so dass der Fahrer des Fahrzeugs 14 nicht von der nachfolgend beschriebenen Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs aktiv profitieren bzw. an diesem Verfahren teilnehmen kann. Bei den mobilen Endgeräten 17, 18 kann es sich beispielsweise um Smartphones, Tablet-PCs und dergleichen handeln.
  • Entlang des Verkehrswegs 1 sind mehrere Sensorstationen 21, 22 und die erwähnten Basisstationen 23, 24 verteilt angeordnet. Die Sensorstationen 21, 22 und die Basisstationen 23, 24 bilden sog. Road-Side-Units RSU. Die Sensorstationen 21, 22 umfassen beispielhaft Kameras, mit denen eine Erfassung eines jeweiligen Teils des Verkehrswegs 1 von oben (d.h. aus einer Vogelperspektive) ermöglicht ist. Zu diesem Zweck können die jeweiligen, nicht näher dargestellten Kameras der Sensorstationen 21, 22 an hohen Masten oder hohen Gebäuden befestigt sein. Ebenso können die Sensorstationen in Gestalt von über dem Verkehrsweg 1 schwebenden oder fliegenden Drohnen ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Sensorstationen 21, 22 in den Fahrspuren der jeweiligen Fahrbahnabschnitte 2, 3 eingebrachte Kontaktschleifen umfassen, welche beim Überfahren durch ein jeweiliges Fahrzeug 11, 12, 13, 14 ein geeignetes Signal erzeugen.
  • Die Basisstationen 23, 24 stellen infrastrukturseitige Kommunikationseinheiten dar, welche dazu ausgebildet sind, Nachrichten von Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 und/oder mobilen Endgeräten 17, 18, welche sich innerhalb der Fahrzeuge 11, 12, 13, 14 befinden, zu empfangen. Es ist zu betonen, dass die Basisstationen 23, 24 lediglich optionale Bestandteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen.
  • Die Sensorstationen 21, 22 und die Basisstationen 23, 24 sind mit einer zentralen Verarbeitungseinheit 20 verbunden. Die zentrale Verarbeitungseinheit 20 ist dazu ausgebildet, basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug 11, 12, 13, 14 benutzte Fahrspur umfassen, für alle oder einen Teil der Fahrzeuge eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie 31, 32, 33 zu ermitteln und an das jeweilige Fahrzeug zu übertragen.
  • Die von der zentralen Verarbeitungseinheit 20 verarbeiteten Fahrzeugbewegungsdaten, mit Hilfe derer eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie 31, 32, 33 für die sensorisch erfassten Fahrzeuge ermittelt wird, werden durch die, im Umfeld des Verkehrswegs 1 angeordneten Sensorstationen 21, 22 ermittelt. Dabei werden durch die zentrale Verarbeitungseinheit 20 die von den Kameras der Sensorstationen 21, 22 aus Vogelperspektive aufgenommenen Bilder analysiert und die jeweilige Fahrzeugposition der Fahrzeuge 11, 12, 13, 14 ermittelt. Diese Analyse kann teilweise oder vollständig auch durch Recheneinheiten der Sensorstationen 21, 22 durchgeführt werden. Ergebnis der von den Sensorstationen 21, 22 ermittelten Daten ist die in 1 gezeigte Situation, gemäß der sich das Fahrzeug 11 auf der linken Fahrspur 2l des 3-spurigen Fahrbahnabschnitts 2, die Fahrzeuge 12, 13 auf der mittleren Fahrspur 2m und das Fahrzeug 14 auf der rechten Fahrspur 2r des 3-spurigen Fahrbahnabschnitts 2 bewegen. Die Positionsbestimmung kann unterstützt werden, indem die Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 der Fahrzeuge 11, 12 bzw. das mobile Endgerät 17 des Fahrzeugs 13 ihre jeweiligen Positionsdaten über die Basisstationen 23, 24 oder im Falle des mobilen Endgeräts 17 über eine mit der zentralen Verarbeitungseinheit 20 verbundene Kommunikationsinfrastruktur an die zentrale Verarbeitungseinheit 20 übertragen. Da anhand der durch die Fahrzeuge 11, 12 oder das mobile Endgerät 17 ermittelten GPS-Positionen in der Regel nicht festgestellt werden kann, auf welcher Fahrspur sich die Fahrzeuge 11, 12, 13 befinden, erfolgt eine zusätzliche Analyse der durch die Sensorstationen 21, 22 ermittelten Daten.
  • Neben der Fahrzeugposition (im Sinne der benutzten Fahrspur) kann zudem eine jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit der Fahrzeuge 11, 12, 13, 14 kann durch eine Analyse der von den Sensorstationen 21, 22 erfassten Sensordaten und/oder aus empfangenen Geschwindigkeitsdaten der Fahrzeuge 11, 12 und 13 erfolgen. Hierzu können beispielsweise die mit den Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 ausgestatteten Fahrzeuge 11, 12 Daten eines Satellitennavigationsempfängers, Raddrehzahlen und dergleichen auswerten und über die Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 an die zentrale Verarbeitungseinheit 20 übertragen. Eine Information über die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 13 kann durch das in dem Fahrzeug 13 mitgeführte mobile Endgerät 17 ermittelt werden. Hierzu können beispielsweise Daten eines GPS-Empfängers des mobilen Endgeräts 17 ausgewertet und über die Kommunikationsinfrastruktur an die zentrale Verarbeitungseinheit 20 übertragen werden.
  • In die Ermittlung einer jeweiligen Soll-Fahrtrajektorie 31, 32, 33 können darüber hinaus weitere Daten einfließen. Dies können beispielsweise individuelle Fahrtziele der Fahrzeuge sein. Die individuellen Fahrtziele der Fahrzeuge 11, 12 können beispielsweise aus einem Fahrzeugeigenen-Navigationssystem über die Fahrzeugkommunikationseinheiten 15, 16 an die zentrale Verarbeitungseinheit 20 übertragen werden. Der Nutzer des mobilen Endgeräts 17 des Fahrzeugs 13 kann sein Fahrzeug beispielsweise in die das Verfahren unterstützende App eingeben. Alternativ kann, sofern das mobile Endgerät 17 zur Navigation verwendet wird, ein entsprechendes Navigationsziel auch aus der entsprechenden App ausgelesen und an die zentrale Verarbeitungseinheit 20 übertragen werden.
  • Als weitere Randbedingungen können beispielsweise ein zu erreichender CO2-Ausstoß und/oder ein maximaler Schallemissionswert berücksichtigt werden.
  • Die Ermittlung der jeweiligen Soll-Fahrtrajektorien 31, 32, 33 erfolgt durch die zentrale Verarbeitungseinheit 20, welche die ermittelte Soll-Fahrtrajektorie an das jeweilige Fahrzeug 11, 12, 13 überträgt. Da das Fahrzeug 14 weder über eine Fahrzeugkommunikationseinheit noch über eine App auf dem mitgeführten mobilen Endgerät 18 verfügt, kann eine eventuell für das Fahrzeug 14 ermittelte Soll-Fahrtrajektorie nicht an das Fahrzeug 14 oder dessen mobiles Endgerät 18 übertragen werden. Eine aktive Einbeziehung des Fahrzeugs 14 in die Optimierung des Verkehrsflusses ist von daher nicht möglich. Allerdings müssen die Position des Fahrzeugs 14 sowie dessen Geschwindigkeit und Richtung (Vektor) bei der globalen Optimierung natürlich berücksichtigt werden.
  • In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde im Rahmen der Optimierung ermittelt, dass das Fahrzeug 12 von der mittleren Fahrspur 2m auf die rechte Fahrspur 2r bzw. 3r wechseln soll. Die für das Fahrzeug 12 ermittelte Soll-Fahrtrajektorie ist mit 32 gekennzeichnet. Die Soll-Fahrtrajektorie 31 für das Fahrzeug 11 besteht darin, dass dieses von der linken Fahrspur 2r auf die mittlere Fahrspur 2m wechseln soll. Das Fahrzeug 13 kann seine Fahrt auf der gewählten Fahrspur (derzeit mittlere Fahrspur 2m) beibehalten, muss jedoch gegebenenfalls abgebremst werden, um das Einscheren des Fahrzeugs 11 gefahrfrei zu ermöglichen. Dessen Soll-Fahrtrajektorie ist mit 33 gekennzeichnet. Eine Beeinflussung der Fahrtrajektorie des Fahrzeugs 14 besteht nicht. Im Rahmen der Optimierung wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 14 auf der rechten Fahrspur 2r bzw. 3r weiterfährt.
  • Das Ergebnis der globalen Optimierung, welches die jeweiligen Soll-Fahrtrajektorien 31, 32, 33 ergibt, kann graphisch und/oder akustisch und/oder haptisch, z.B. über ein Infotainmentsystem der Fahrzeuge 11, 12 oder das mobile Endgerät 17 des Fahrzeugs 13, ausgegeben werden. Im letzteren Fall übermittelt die zentrale Verarbeitungseinheit 20 die Soll-Fahrtrajektorie bzw. eine die Soll-Fahrtrajektorie repräsentierende Empfehlung über das Kommunikationsnetzwerk an das mobile Endgerät 17, das die für das Verfahren erforderliche App umfasst.
  • Ob der Fahrer des Fahrzeugs 13 der über das mobile Endgerät 17 ausgegebenen Empfehlung der Soll-Fahrtrajektorie 33 folgt oder nicht, kann durch das Verfahren nicht beeinflusst werden, da nicht aktiv ein Antriebs- oder Lenksystem eingewirkt werden kann. Demgegenüber können die aus den Soll-Fahrtrajektorien 31, 32 resultierenden Empfehlungen durch die jeweiligen Fahrerassistenzsysteme 19 teil- oder vollautomatisiert umgesetzt werden. Im Falle der beiden Fahrzeuge 11, 12 umfasst dies erforderliche Beschleunigungs- oder Bremsvorgänge, Fahrtrichtungsanzeigen sowie Lenkvorgänge.
  • Im Gegensatz zu hochautomatisierten Fahrsystemen ist das vorgeschlagene Verfahren gesetzeskonform. Es kann mit geringem Aufwand umgesetzt werden, da das Vorhandensein von Aktorik oder Sensorik sowie von Fahrzeugkommunikationseinheiten nicht zwingend erforderlich ist, aber hilfreich eingesetzt werden kann. Es muss lediglich die Möglichkeit bestehen, Fahrzeuge auf dem relevanten Verkehrsweg auf Fahrspurebene zu orten. Im vorliegenden Fall erfolgt dies mit Hilfe mehrerer Sensorstationen 21, 22 entlang des Verkehrswegs 1.
  • Die aus einer ermittelten Soll-Fahrtrajektorie resultierende Empfehlung kann unter Zuhilfenahme eines mobilen Endgeräts an die Fahrer der Fahrzeuge übertragen werden. Ein Mobilfunknetz zur entsprechenden Datenübermittlung ist ausreichend. Das Erfordernis einer Telematik-Einheit sowie das Vorhandensein von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinheiten oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikationseinheiten sind nicht erforderlich.
  • Das Verfahren kann z.B. dazu genutzt werden, auf kooperative Weise auf mehrspurigen Straßen, wie z.B. Autobahnen, eine Rettungsgasse zu bilden.
  • Bereits mit geringen Penetrationsraten kann eine spürbare Entspannung einer Verkehrssituation eintreten. Durch einen möglicherweise eintretenden „Rudeleffekt“ ist zudem zu erwarten, dass auch Fahrzeuge, die von einer automatisierten Kommunikation ausgeschlossen sind, sinnvolle Geschwindigkeiten annehmen oder zu einem Wechsel der Fahrspur im Sinne des beschriebenen Verfahrens vornehmen, z.B. beim Bilden einer Rettungsgasse auf der Autobahn.
  • Das beschriebene Verfahren lässt sich nicht nur bei Fahrspurreduktionen, sondern auch allgemein bei Spurerweiterungen, Kreuzungen und Abzweigungen einsetzen. So kann beispielsweise bei Fahrzeugen, welche sich auf einer Fahrspur mit einer in Fahrtrichtung vorausbefindlichen Abzweigung bewegen (z.B. das Fahrzeug 14 auf der Fahrbahn 2r), mit gewisser Wahrscheinlichkeit von einem Fahrspurwechsel ausgeschlossen werden, da für diese Fahrzeuge die Wahrscheinlichkeit für eine Abzweigung gegeben ist. Fahrzeuge auf dazu benachbarten Fahrspuren (z.B. das Fahrzeug 13 auf der Fahrspur 2m) biegen hingegen mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht ab. Ebenso können Fahrzeuge, von denen das Fahrtziel bekannt ist, auch auf, im Sinne der Optimierung, geeignete Fahrspuren „gelenkt“ werden, da hier jeweils klar ist, ob eine Abzweigung zu wählen ist oder nicht.
  • Die Empfehlung für eine Fahrspur kann bei dichtem Verkehr auch um eine empfohlene optimale Geschwindigkeit, Gangwahl, Rekuperationsgrad, usw. ergänzt werden, um beispielsweise Stausituationen in vorausbefindlichen Richtungen vermeiden oder reduzieren zu können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verkehrsweg
    2
    3-spuriger Fahrbahnabschnitt
    2l
    linke Fahrspur
    2m
    mittlere Fahrspur
    2r
    rechte Fahrspur
    3
    2-spuriger Fahrbahnabschnitt
    3l
    linke Fahrspur
    3r
    rechte Fahrspur
    4
    Abzweigung
    5
    Fahrbahnreduzierung
    11
    Fahrzeug
    12
    Fahrzeug
    13
    Fahrzeug
    14
    Fahrzeug
    15
    Fahrzeugkommunikationseinheit
    16
    Fahrzeugkommunikationseinheit
    17
    mobiles Endgerät (mit App)
    18
    mobiles Endgerät (ohne App)
    19
    Fahrerassistenzsystem
    20
    zentrale Verarbeitungseinheit
    21
    Sensorstation (Road-Side-Unit)
    22
    Sensorstation (Road-Side-Unit)
    23
    Basisstation (Road-Side-Unit)
    24
    Basisstation (Road-Side-Unit)
    31
    Soll-Fahrtrajektorie
    32
    Soll-Fahrtrajektorie
    33
    Soll-Fahrtrajektorie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009046826 A1 [0002, 0003, 0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs (1) mit mehreren Fahrspuren (2l, 2m, 2r, 3l, 3r), wobei für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (20) basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug (11, 12, 13, 14) benutzte Fahrspur (2l, 2m, 2r, 3l, 3r) umfassen, für zumindest einen Teil der Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie ermittelt und an das jeweilige Fahrzeug (11, 12, 13, 14) übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbewegungsdaten durch zumindest eine, im Umfeld des Verkehrswegs angeordnete, Sensorstation (21, 22) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zumindest eine Sensorstation (21, 22) der Verkehrsweg (1) durch eine Kamera, welche den Verkehrsweg (1) insbesondere aus einer Vogelperspektive erfasst, oder durch Kontaktschleifen erfasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbewegungsdaten auf Basis von Fahrzeug-Positionsdaten ermittelt werden, die von oder aus einem jeweiligen Fahrzeug (11, 12, 13, 14) an den zentralen Rechner übertragen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zentrale Verarbeitungseinheit (20) ein Fahrtziel eines jeweiligen Fahrzeugs (11, 12, 13, 14) empfangen wird, welches zur Ermittlung seiner Soll-Fahrtrajektorie verarbeitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeug-Positionsdaten und/oder das Fahrziel eines Fahrzeugs von einer Fahrzeugkommunikationseinheit (15, 16) oder einem in dem Fahrzeug (11, 12, 13, 14) mitgeführten mobilen Endgerät (17) ausgesendet und durch die zentrale Verarbeitungseinheit (20) empfangen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzielung der für ein Fahrzeug (11, 12, 13, 14) ermittelten Soll-Fahrtrajektorie erforderlichen Längs- und Quereingriffe in das Antriebssystem, umfassend ein Beschleunigungs- und/oder ein Bremssystem, und in die Lenkung in einer für den Fahrer wahrnehmbaren Form in dem Fahrzeug ausgegeben werden oder zur teil- oder vollautomatischen Führung des Fahrzeugs (11, 12, 13, 14) durch eine Recheneinheit eines Fahrerassistenzsystems verarbeitet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzielung der für ein Fahrzeug (11, 12, 13, 14) ermittelten Soll-Fahrtrajektorie erforderlichen Längs- und Quereingriffe des Fahrzeugs durch eine Fahrzeugausgabeeinheit oder durch ein in dem Fahrzeug (11, 12, 13, 14) mitgeführtes mobiles Endgerät (17) ausgegeben werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zentrale Verarbeitungseinheit (20) eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie zusätzlich basierend auf einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder einem maximalen Schallemissionswert und/oder einem maximalen CO2-Ausstoß ermittelt wird.
  10. Vorrichtung zur Optimierung des Verkehrsflusses eines Verkehrswegs (1) mit mehreren Fahrspuren (2l, 2m, 2r, 3l, 3r), die dazu ausgebildet ist, für zumindest einen Teil der den Verkehrsweg nutzenden Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) Soll-Fahrtrajektorien zur Optimierung des Verkehrsflusses zu ermitteln, gekennzeichnet durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (20), die dazu ausgebildet ist, basierend auf Fahrzeugbewegungsdaten, die zumindest die von einem jeweiligen Fahrzeug (11, 12, 13, 14) benutzte Fahrspur (2l, 2m, 2r, 3l, 3r) umfassen, für zumindest einen Teil der Fahrzeuge (11, 12, 13, 14) eine jeweilige Soll-Fahrtrajektorie zu ermitteln und an das jeweilige Fahrzeug (11, 12, 13, 14) zu übertragen.
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