DE102017200871A1

DE102017200871A1 - Kooperative Fahrzeugsteuerung

Info

Publication number: DE102017200871A1
Application number: DE102017200871.7A
Authority: DE
Inventors: Walter Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Ein erstes Kraftfahrzeug und ein zweites Kraftfahrzeug fahren auf einer vorbestimmten Fahrspur in einem gemeinsamen Bereich. Ein Verfahren zum Steuern des ersten Kraftfahrzeugs umfasst Schritte des Abtastens eines Umfelds des ersten Kraftfahrzeugs; des Empfangens eines Fahrparameters vom zweiten Kraftfahrzeug; und des Bestimmens einer Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des empfangenen Fahrparameters und des Abtastergebnisses des Umfelds. Durchsatzerhöhung ohne zusätzlichem Flächenbedarf durch zusätzlich autonom genutzter Fahrspur(en) mit enger Packungsdichte und vergleichsweise hoher Durchschnittsgeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine kooperative Steuerung eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Ein Kraftfahrzeug kann einen Fahrassistenten umfassen, der eine Fahrfunktion unterstützt oder automatisiert. Beispielsweise kann ein Geschwindigkeitsassistent eine vorbestimmte Geschwindigkeit einhalten und dabei einen vorbestimmten Mindestabstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug nicht unterschreiten.
Derzeitige Fahrassistenten sind noch nicht in der Lage, eine vollständig autonome Steuerung eines Kraftfahrzeugs durchzuführen. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Steuerung eines Kraftfahrzeugs wenigstens unter bestimmten Vorbedingungen zu ermöglichen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Offenbarung der Erfindung
Ein erstes Kraftfahrzeug und ein zweites Kraftfahrzeug fahren auf einer vorbestimmten Fahrspur in einem gemeinsamen Bereich. Ein Verfahren zum Steuern des ersten Kraftfahrzeugs umfasst Schritte des Abtastens eines Umfelds des ersten Kraftfahrzeugs; des Empfangens eines Fahrparameters vom zweiten Kraftfahrzeug; und des Bestimmens einer Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des empfangenen Fahrparameters und des Abtastergebnisses des Umfelds.
Es ist möglich, die Fahrstrategien der beiden Kraftfahrzeuge derart aufeinander abzustimmen, dass die Kraftfahrzeuge Manöver fahren, die sonst nicht möglich wären. Insbesondere kann eine kooperative Bestimmung der Fahrstrategie erfolgen, sodass ein Durchsatz von Kraftfahrzeugen pro Zeiteinheit auf der Fahrspur erhöht und ein Risiko eines Unfalls, insbesondere eines Auffahrunfalls, reduziert sein kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Steuern einer Bewegung des ersten Kraftfahrzeugs. Dabei können insbesondere eine Längs- oder eine Querbewegung des Kraftfahrzeugs beeinflusst werden. Es ist weiter bevorzugt, dass das Kraftfahrzeug hochgradig automatisiert oder autonom steuerbar ist, wobei ein Fahrer des Kraftfahrzeugs weder als Kontroll- noch als Rückfallebene zur Verfügung stehen muss. Durch Ausschluss menschlicher Fehlerquellen können die Fahrstrategien der Kraftfahrzeuge verbessert aufeinander abgestimmt werden, sodass eine zügige und sichere Beförderung verbessert erreicht werden kann.
Die Fahrspur ist bevorzugt von einer Autobahn oder einer ähnlichen Fernverkehrsstraße umfasst. Es ist weiter bevorzugt, dass auf der Fahrspur ausschließlich Kraftfahrzeuge fahren, die an dem Verfahren teilnehmen. In diesem Fall können zahlreiche schwierig zu behandelnde Fahrzustände wegfallen, sodass die Steuerung des Kraftfahrzeugs realistisch mit bestehender Technologie durchgeführt werden kann. Beispielsweise können ein unkooperatives Verhalten eines Fahrers, ein unkontrolliertes Beschleunigen oder Verzögern eines der Kraftfahrzeuge unberücksichtigt bleiben. Der Mensch als Fehlerquelle kann dadurch praktisch wegfallen. Die Steuerung des ersten Kraftfahrzeugs kann unter den angegebenen kontrollierten Bedingungen effizient durchgeführt werden.
Die Fahrstrategie kann insbesondere eine Kolonnenfahrt mit dem zweiten Kraftfahrzeug umfassen. Die Kolonne kann beispielsweise so dicht gebildet sein, dass Windschatteneffekte zwischen den Kraftfahrzeugen ausgenutzt werden können. Ein gesamter Energiebedarf der am Verfahren teilnehmenden Kraftfahrzeuge kann dadurch verringert sein. Ein zeitlicher Abstand zwischen einander folgenden Kraftfahrzeugen kann beispielsweise im Bereich von ca. 0,1 bis ca. 0,4 Sekunden liegen. Durch den Austausch von Fahrparametern zwischen den Kraftfahrzeugen, systembedingt innerhalb von kleiner ca. 50 ms, können die Kraftfahrzeuge im Bedarfsfall praktisch gleichzeitig gebremst werden, sodass die deutliche Verringerung eines Sicherheitsabstands zwischen ihnen trotzdem keine Einbuße an Sicherheit bedeuten muss.
Das zweite Kraftfahrzeug kann dem ersten Kraftfahrzeug voraus fahren, wobei die Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeuge ein Folgen in einem vorbestimmten Zeitabstand umfasst. Das zweite Kraftfahrzeug kann aber auch dem ersten Kraftfahrzeug folgen, wobei die Fahrstrategie ein Fahren mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit umfasst. Die Kolonnenfahrt kann dadurch an die Möglichkeiten der Fahrspur und der Kraftfahrzeuge angepasst werden. Beispielsweise können eine maximale Geschwindigkeit, eine maximale Beschleunigung oder eine maximale Verzögerung auf der Basis eines Reibkoeffizienten, eines minimalen Kurvenradius oder einem Verschmutzungsgrad der Fahrspur gewählt werden. Weitere Einflussfaktoren können beispielsweise eine geltende Geschwindigkeitsregelung oder eine Relativgeschwindigkeit zu Verkehr auf einer Nachbarspur sein. Die Fahrparameter können auch auf der Basis einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsfähigkeit der beiden Kraftfahrzeuge bestimmt werden.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
Eine Vorrichtung zur Steuerung des oben beschriebenen ersten Kraftfahrzeugs umfasst: eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines Umfelds des ersten Kraftfahrzeugs; eine Kommunikationseinrichtung zum Empfangen eines Fahrparameters von einem zweiten Kraftfahrzeug, das im Bereich des ersten Kraftfahrzeugs auf der gleichen Fahrspur fährt; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des empfangenen Fahrparameters und des Abtastergebnisses des Umfelds zu bestimmen.
Die Verarbeitungseinrichtung kann insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer, Mikrocontroller, ASIC oder ein FPGA umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Merkmale oder Vorteile, die bezüglich des Verfahrens genannt werden, können daher auch auf die Vorrichtung angewandt werden und umgekehrt.
Ein System umfasst ein erstes Kraftfahrzeug und ein zweites Kraftfahrzeug, wobei beide Kraftfahrzeuge jeweils die oben beschriebene Vorrichtung umfassen und wobei die Vorrichtungen jeweils dazu eingerichtet sind, die Fahrstrategie des zugeordneten Kraftfahrzeugs mit der des anderen Kraftfahrzeugs abzustimmen. Für die Abstimmung können praktisch beliebige Kommunikationsmittel und Übertragungswege verwendet werden, beispielsweise über Funk, Radar oder optisch. Eine Übertragung kann auch über Satellit oder nacheinander über mehrere andere Fahrzeuge hinweg erfolgen (mehrfache C2C-Kommunikation). Bevorzugt wird eine kooperative Vernetzung mit Fahrempfehlungen oder autonomen Eingriffen über z. B. 400 m realisiert.
Das System kann gemeinschaftlich kooperativ auf der Fahrspur fahren und sich im Wesentlichen wie ein einziges Kraftfahrzeug verhalten. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System eine Vielzahl Kraftfahrzeuge. Jedes der Kraftfahrzeuge umfasst dabei die genannte Vorrichtung und die Vorrichtungen sind jeweils dazu eingerichtet, die Fahrstrategie des zugeordneten Kraftfahrzeugs mit denen der anderen Kraftfahrzeuge abzustimmen. Auf diese Weise können sich die teilnehmenden Kraftfahrzeuge wie ein fest gekoppelter Zug verhalten. Vorteile, insbesondere bezüglich Durchsatz von Kraftfahrzeugen auf der Fahrspur pro Zeiteinheit oder einer Energieersparnis durch Windschatteneffekte, können gesteigert sein.
Die Vorrichtungen können jeweils dazu eingerichtet sein, die Fahrstrategien der Kraftfahrzeuge zur Kolonnenfahrt aufeinander abzustimmen und ferner dazu, ein weiteres Kraftfahrzeug in die Kolonne aufzunehmen. Beispielsweise kann eine Kolonne von am Verfahren teilnehmenden Kraftfahrzeugen an der Spitze oder am Ende um ein Kraftfahrzeug erweitert werden. Soll die Kolonne eine bestimmte Länge nicht überschreiten, so kann die Kolonne auch in mehrere Kolonnen getrennt werden.
Die Vorrichtungen sind weiter bevorzugt dazu eingerichtet, die Fahrstrategien der Kraftfahrzeuge zur Kolonnenfahrt aufeinander abzustimmen und ferner dazu, ein Kraftfahrzeug aus der Kolonne zu entlassen. Verlässt ein Kraftfahrzeug aus der Mitte die Kolonne, so ist bevorzugt, dass die Kolonne die freiwerdende Lücke schnellstmöglich schließt, um die Kolonnengesamtlänge und den Fahrwiderstand zu minimieren. Dadurch werden die Lückenlängen zwischen den Kolonnen für einkoppelwillige Fahrzeuge möglichst maximiert. Ein einkoppelwilliges Kraftfahrzeug erreicht durch kleinere Kolonnenlänge auch schneller eine Lücke zwischen zwei Kolonnen zum Einkoppeln. Mehrere Kolonnen können auch miteinander verbunden werden, um eine größere Kolonne zu bilden. Vorzugsweise bildet das erste Fahrzeug einer Kolonne das Leitfahrzeug. Dieses Leitfahrzeug hält zur Risikominimierung mindestens den gesetzlich geforderten Sicherheitsabstand zu weiter vorne fahrenden Fahrzeugen ein und wird bevorzugt gegenüber der nachfolgenden Kolonne und gegenüber einkoppelwilligen Fahrzeugen privilegiert um möglichst ungestört eine gleichmäßige hohe Zielgeschwindigkeit von z. B. 120 km/h halten zu können. Vorzugsweise ist die eng gekoppelte gleichmäßig fahrende Kolonne auch gegenüber einem einkoppelwilligen Kraftfahrzeug privilegiert. Geschwindigkeitsverlangsamende oder risikoerhöhende Regelvorgänge zur Lückenbildung in der Kolonne können dadurch vermieden werden. Das kann vorteilhaft den Energiebedarf senken oder die Emissionen und den Brems- und Reifenabrieb verringern, ohne die hohe Durchschnittsgeschwindigkeit der Kolonne zu stören. Die temporär benachteiligten einkoppelwilligen Fahrzeuge können ab dem Moment der erfolgreichen Einkopplung während der ganzen Kolonnenfahrt von dieser Strategie profitieren.
Die kooperative Kommunikation kann einen Bereich von z.B. 400 m umfassen. Alle geeignet vernetzten Fahrzeuge können innerhalb von <0.1 s Informationen z.B. über weit vorne liegende Störungen erhalten und frühzeitig durch Fahrinformationsempfehlungen oder direkt autonom gesteuert mit vergleichsweise geringen Geschwindigkeitsänderungs- Eingriffen oder mit rechtzeitigem Spurwechsel darauf reagieren. Starke Verzögerungen bis zum Stillstand können überwiegend vermieden werden. Die Stauhäufigkeit und die Unfallhäufigkeit sind verringert.
Eine Anordnung zweier zusätzlicher schmälerer Fahrspuren zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten dreispurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ36. Das wird z.B. bei folgender Aufteilung erreicht. Dabei werden folgende Breiten die von Menschen gelenkten Fahrzeugen befahren werden regelkonform zu RQ36 belassen: Zweite Fahrspur, erste Fahrspur rechts, Seitenstreifen und Standstreifen. Um die Gesamtbreite unverändert einzuhalten, wird nur der Mittelstreifen, der daran angrenzende Randstreifen und die Bankette die gegebenenfalls besser armiert werden muss, schmäler ausgeführt. Die Fahrspur entfällt. Voraussetzung dafür ist eine Genehmigung des Gesetzgebers.
Eine Anordnung einer zusätzlichen schmäleren Fahrspur zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten dreispurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ31. Das wird z.B. bei folgender Aufteilung erreicht. Dabei werden folgende Breiten die von Menschen gelenkten Fahrzeugen befahren werden regelkonform belassen: Zweite Fahrspur gemäß RQ36, erste Fahrspur rechts gemäß RQ31, Seitenstreifen gemäß RQ36 und Standstreifen gemäß RQ36. Um die Gesamtbreite unverändert einzuhalten, wird nur der Mittelstreifen, der daran angrenzende Randstreifen und die Bankette die gegebenenfalls besser armiert werden muss, schmäler ausgeführt. Voraussetzung dafür ist eine Genehmigung des Gesetzgebers.
Anordnung zweier zusätzlicher schmälerer Fahrspuren (850, 855) zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten vierspurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ43,5. Das wird z.B. bei folgender Aufteilung erreicht. Dabei werden folgende Breiten die von Menschen gelenkten Fahrzeugen befahren werden regelkonform belassen: Dritte Fahrspur 815 gemäß RQ43,5, zweite Fahrspur 820 gemäß RQ36, erste Fahrspur rechts 825 gemäß RQ43,5, Seitenstreifen 830 gemäß RQ43,5 und Standstreifen 835 gemäß RQ43,5. Um die Gesamtbreite unverändert einzuhalten, wird nur der Mittelstreifen 805, der daran angrenzende Randstreifen 810 und die Bankette 840 die gegebenfalls besser armiert werden muss, schmäler ausgeführt. Die vierte Standard Fahrspur 814 entfällt. Voraussetzung dafür ist eine Genehmigung des Gesetzgebers.
Zwei autonome Fahrspuren können auch an einer regelkonformen Autobahn mit fünf oder mehr Spuren ohne zusätzlichen Breitenbedarf vorgesehen werden. Voraussetzung hierfür dafür ist eine Genehmigung des Gesetzgebers.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einer Steuervorrichtung;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Kraftfahrzeugs;
3 eine erste Fahrsituation mit mehreren Kraftfahrzeugen beim Kolonnenfahren;
4 eine zweite Fahrsituation mit mehreren Kraftfahrzeugen beim Einkoppeln;
5 eine dritte Fahrsituation mit mehreren Kraftfahrzeugen beim Auskoppeln auf eine andere Fahrspur;
6 eine vergleichende Darstellung von Kraftfahrzeugen auf einer Fahrspur
7 ein Diagramm von beispielhaften möglichen Fahrzeugdurchsätzen auf einer Autobahn;
8 einen Breitenkoordinatenvergleich einer heute regelkonform gebauten dreispurigen BAB nach RQ36 im Vergleich zu dem Vorschlag mit zwei zusätzlichen autonomen Fahrspuren;
9 einen Breitenkoordinatenvergleich einer heute regelkonform gebauten zweispurigen BAB nach RQ31 im Vergleich zu dem Vorschlag mit einer zusätzlichen autonomen Fahrspur; und

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, das dazu eingerichtet ist, auf einer Fahrspur 105 zu fahren. Dazu ist an Bord des Kraftfahrzeugs 100 eine Steuervorrichtung 110 vorgesehen.
Die Fahrspur 105 ist bevorzugt Teil einer Fernverkehrsstraße wie einer Autobahn, sodass von bestimmten Charakteristika der Fahrspur 105 ausgegangen werden kann. Diese Charakteristika können beispielsweise eine Fahrbahnoberfläche, einen minimalen Kurvenradius, eine maximale Steigung oder ein maximales Gefälle umfassen. Ferner kann eine Vorschrift bezüglich einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit bekannt sein, etwa 135 km/h. Es kann erforderlich sein, dass ein am Straßenverkehr auf der Fahrspur 105 teilnehmendes Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreichen kann, in Deutschland beispielsweise 60 km/h. Weiter kann davon ausgegangen werden, dass auf der Fahrspur 105 außer weiteren Kraftfahrzeugen keine anderen Verkehrsteilnehmer zu berücksichtigen sind, dass keine Ampel, kein Fußgängerüberweg und keine Kreuzung den Verkehr auf der Fahrspur 105 beeinflusst. Es ist besonders bevorzugt, dass die Fahrspur wenigstens zu einem vorbestimmten Anteil solchen Kraftfahrzeugen vorbehalten sind, die wie das Kraftfahrzeug 100 eine Steuervorrichtung 110 oder eine dazu kompatible Einrichtung umfassen.
Es ist bevorzugt, dass die Fahrspur 105 an einen Mittelstreifen einer Autobahn angrenzt und darüber hinaus für ausschließlich autonom gekoppeltes gleichmäßiges Fahren mit einer vorbestimmten Sollgeschwindigkeit reserviert ist. Falls eine nach den Richtlinien für die Anlage von Autobahnen RAA ARS 7/2009 gebaute Autobahn gemäß dem Vorschlag umgebaut wird, kann kein zusätzlicher Breitenbedarf bestehen.
An Bord des Kraftfahrzeugs 100 ist eine Verarbeitungseinrichtung 115 angebracht, die mit einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung 120 und wenigstens einer Abtastvorrichtung 125 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist außerdem eine Schnittstelle 130 vorgesehen, über die ein Bestimmungsergebnis der Verarbeitungseinrichtung 115 bereitgestellt werden kann. In einer Ausführungsform kann das Bestimmungsergebnis an eine Steuervorrichtung zur Beeinflussung einer Längs- oder Quersteuerung des Kraftfahrzeugs 100 bereitgestellt werden, in einer anderen Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Längs- oder Quersteuerung des Kraftfahrzeugs 100 selbst durchzuführen, wobei über die Schnittstelle 130 bevorzugt ein Aktuator zur Längs- oder Quersteuerung des Kraftfahrzeugs 100 angesteuert werden kann.
Die Kommunikationseinrichtung 120 ist bevorzugt zur Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (car-to-car, C2C) oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (car-to-infrastructure, C2I) eingerichtet. Über die Kommunikationseinrichtung 120 ist wenigstens eine einseitige, bevorzugt eine zweiseitige Kommunikation mit einem zweiten Kraftfahrzeug 135 (nicht dargestellt) möglich. Das zweite Kraftfahrzeug 135 befindet sich dabei bevorzugt in einem vorbestimmten Bereich um das Kraftfahrzeug 100 und benutzt die gleiche Fahrspur 105. Es ist besonders bevorzugt, dass das zweite Kraftfahrzeug 135 unmittelbar oder mittelbar vor oder hinter dem Kraftfahrzeug 100 fährt. Das zweite Kraftfahrzeug 135 umfasst bevorzugt ebenfalls eine Steuervorrichtung 110; in einer Ausführungsform kann es jedoch auch schon ausreichen, dass das zweite Kraftfahrzeug 135 dazu eingerichtet ist, einen Fahrparameter an das Kraftfahrzeug 100 bereitzustellen.
Die Abtasteinrichtung 125 ist zur Abtastung eines Umfelds des Kraftfahrzeugs 100 eingerichtet und kann insbesondere einen Radarsensor, einen Lidarsensor, einen Ultraschallsensor oder eine Kamera umfassen. Die Abtasteinrichtung 125 ist bevorzugt in oder gegen die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 100 gerichtet, sodass sie gegebenenfalls ein folgendes oder vorausfahrendes zweites Kraftfahrzeugs 135 erfassen kann. Denkbar ist auch, die C2C oder C2I Kommunikation z. B. über Satellit darzustellen.
Die Verarbeitungseinrichtung 115 ist dazu eingerichtet, auf der Basis eines Abtastergebnisses der Abtasteinrichtung 125 und eines mittels der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 120 von einem zweiten Kraftfahrzeug empfangenen Fahrparameters eine Fahrstrategie des Kraftfahrzeugs 100 zu bestimmen.
Der Fahrparameter kann insbesondere eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Richtungsänderung oder eine Fahrstrategie des zweiten Kraftfahrzeugs 135 umfassen. Die Fahrstrategie eines Kraftfahrzeugs 100, 135 betrifft bevorzugt ein geplantes Manöver, eine geplante Aktion oder einen übergeordneten Plan zur Bewegung des Kraftfahrzeugs 100, 135, sodass ein von außen wahrnehmbares Verhalten des Kraftahrzeugs 100, 135 möglichst schon vor seiner Ausführung bestimmt werden kann. Beispielhafte Fahrstrategien können „Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf der Fahrspur 105“, „Geschwindigkeitsänderung“, „Angebot zur Kolonnenbildung mit einem anderen Kraftfahrzeug“, „Annahme eines Angebots zur Kolonnenbildung mit einem anderen Kraftfahrzeug“, „Verlassen einer Kolonne“ oder „Verlassen der Fahrspur“ umfassen. Eine Fahrstrategie kann eine Steuerung von Fahrparametern umfassen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs 100 wie dem von 1. Das Verfahren 200 ist zur verbesserten Illustration doppelt dargestellt; dabei läuft das links dargestellte Verfahren 200 exemplarisch an Bord des Kraftfahrzeugs 100 und das rechts dargestellte Verfahren 200 an Bord des zweiten Kraftfahrzeugs 135. Das Verfahren wird zunächst mit Bezug auf das erste Kraftfahrzeug 100 beschrieben.
In einem ersten Schritt 205 wird eine Umgebung des Kraftfahrzeugs 100 abgetastet, und zwar bevorzugt mittels der Abtasteinrichtung 125. In einem Schritt 210 wird wenigstens ein Fahrparameter des zweiten Kraftfahrzeugs 135 empfangen, und zwar bevorzugt mittels der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 120. Die Schritte 205 und 210 können auch in umgekehrter Reihenfolge oder nebenläufig ausgeführt werden.
Optional wird in einem Schritt 220 ein Fahrparameter des Kraftfahrzeugs 100 an ein anderes Kraftfahrzeug 135 bereitgestellt, und zwar bevorzugt ebenfalls mittels der Kommunikationsschnittstelle 120. Der bereitgestellte Fahrparameter, der durch die zuvor bestimmte Fahrstrategie gesteuert sein kann, kann seitens des an Bord des zweiten Kraftfahrzeugs 135 laufenden Verfahrens 200 in einem Schritt 210 empfangen werden, so wie der oben im Schritt 210 seitens des ersten Kraftfahrzeugs 100 empfangene Fahrparameter des zweiten Kraftfahrzeugs 135 dort in einem korrespondierenden Schritt 220 bereitgestellt worden sein kann. Die Bereitstellung eines Fahrparameters durch das Kraftfahrzeug 100 kann jedoch auch unterbleiben oder unabhängig vom Verfahren 200 gesteuert sein.
In einem Schritt 225 kann optional das Kraftfahrzeug 100 in Abhängigkeit der bestimmten Fahrstrategie gesteuert werden. Die Steuerung kann eine Längs- oder Quersteuerung umfassen und es ist weiter bevorzugt, dass das Kraftfahrzeug 100 autonom gesteuert wird. Dabei ist keine menschliche Überwachung oder Rückfallebene vorgesehen und das Kraftfahrzeug 100 agiert auf der Fahrspur 105 autonom.
3 zeigt eine beispielhafte Fahrsituation mit mehreren Kraftfahrzeugen 100, 135, die auf einer autonomen Fahrspur 105 fahren. Die autonome Fahrspur 105, ist eine Fahrspur, die ausschließlich für die Benutzung durch autonome und bevorzugt miteinander in Kommunikation stehende Kraftfahrzeugs 100 zugelassen ist. Sie befindet sich bevorzugt links von einer nicht-autonomen Fahrspur, auf der auch Kraftfahrzeuge 100 fahren dürfen, die von Menschen gesteuert werden. Es können auch mehrere nicht-autonome Fahrspuren vorgesehen sein, die weiter bevorzugt sämtlich rechts von der autonomen Fahrspur 105 liegen. Dieses System setzt Rechtsverkehr voraus; bei Linksverkehr liegt die autonome Fahrspur 105 bevorzugt rechts von einer oder mehreren nicht-autonomen Fahrspuren.
Wenigstens das Kraftfahrzeug 100 umfasst eine Steuervorrichtung 110 nach Art derer von 2. In der dargestellten Ausführungsform umfasst zur leichteren Erklärung auch das zweite Kraftfahrzeug 135 eine solche Steuervorrichtung 110 (vgl. oben mit Bezug auf 2). In einer Ausführungsform fährt das Kraftfahrzeug 100 hinter einem zweiten Kraftfahrzeug 135 und bestimmt seine Fahrstrategie in Abhängigkeit eines Fahrparameters des zweiten Kraftfahrzeugs. In einer anderen Ausführungsform fährt das Kraftfahrzeug 100 einem zweiten Kraftfahrzeug 135 voraus und bestimmt seine Fahrstrategie ebenfalls in Abhängigkeit eines Fahrparameters des zweiten Kraftfahrzeugs 135. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug 100 zwischen zwei oder mehr zweiten Kraftfahrzeugen 135, oder vor oder hinter mehreren zweiten Kraftfahrzeugen 135 fährt. Dadurch kann eine Kolonne 300 gebildet werden, die mehrere Kraftfahrzeuge 100, 135 umfasst. Das Kraftfahrzeug 100 kann seine Fahrstrategie auch in Abhängigkeit von Fahrparametern mehrerer zweiter Kraftfahrzeuge 135, insbesondere zweiter Kraftfahrzeuge 135 der Kolonne 300, bestimmen. Es ist weiter bevorzugt, dass wenigstens eines, bevorzugt mehrere und weiter bevorzugt alle zweiten Kraftfahrzeuge 135 in entsprechender Weise verfahren und ihre Fahrstrategien an Fahrparameter anpassen, die sie von anderen Kraftfahrzeugen 100, 135 in ihrer Umgebung empfangen.
In der Darstellung von 3 bilden exemplarisch sechs Kraftfahrzeuge 100, 135 eine Kolonne 300. Vorteilhaft bildet jeweils ein erstes Fahrzeug 101 in der Kolonne das privilegierte Leitfahrzeug um eine möglichst gleichmäßige Fahrt mit der hohen Sollgeschwindigkeit z. B. 120 km/h zu halten. Eine weitere Kolonne 300 kann in einem vorbestimmten Abstand folgen, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen den Kolonnen 300 gelassen werden kann. Die Kolonnen 300 können auch zu einer Kolonne 300 zusammen gefügt werden oder eine der Kolonnen 300 kann in Teilkolonnen 300 aufgeteilt werden.
4 zeigt eine weitere beispielhafte Fahrsituation mit mehreren Kraftfahrzeugen 100, 135, die auf einer gemeinsamen autonomen Fahrspur 105 fahren. In Anlehnung an die Darstellung von 3 besteht eine Kolonne 300, die hier mehrere zweite Kraftfahrzeuge 135 umfasst. Ein einkoppelwilliges Kraftfahrzeug 100 kann sich in einem ersten Schritt bevorzugt auf eine Lückenposition bringen, indem es sich von der Kolonne 300 auf der Fahrspur 105 mit z. B. 20 km/h geringerer Geschwindigkeit überholen lässt. In einem zweiten Schritt kann das Kraftfahrzeug 100 autonom in die Kolonnenlücke einkoppeln um anschließend in einem dritten Schritt das Kraftfahrzeug 100 autonom an das Ende der Kolonne 300 mit Überschussgeschwindigkeit anzukoppeln. Dadurch wird das Fahrzeug 100 zum Kolonnenfahrzeug 135. In einer anderen Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug 100 auch an der Spitze der Kolonne 300 hinzukommen.
Ein auf die Fahrspur 105 eingekoppeltes ankoppelwilliges Kraftfahrzeug 100 kann zu einer weiter vorne liegenden Kolonne 300 herangeführt werden oder zum neuen Leitfahrzeug 101 für eine nachfolgende Kolonne werden, indem die nachfolgende Kolonne 300 mit z. B. 10 km/h Überschussgeschwindigkeit an das neue Leitfahrzeug 101 herangeführt wird. Das heranfahrende bisherige Leitfahrzeug wird zum Kolonnenfahrzeug 135.
Ein Auskoppelmanöver zum Ausspuren eines Kraftfahrzeugs 135 aus einer Kolonne 300 kann gemäß 5 durchgeführt werden. Das auskoppelwillige Kraftfahrzeug 135 wechselt, bevorzugt unter Berücksichtigung von auf der Nebenspur befindlichen Kraftfahrzeugen, auf diese Fahrspur. Die in der Kolonne 300 nachfahrenden Fahrzeuge 100 schließen die entstandene Lücke durch Ankopplung möglichst schnell wieder. Das ausgekoppelte zweite Kraftfahrzeug 135 kann auf der nicht autonomen Fahrspur weiterfahren oder die Straße verlassen, wie in 5 exemplarisch angedeutet ist. Die verbleibenden Kraftfahrzeugs 100 der Kolonne 300 können die entstandene Lücke wieder schließen.
6 zeigt eine vergleichende Darstellung von Kraftfahrzeugen 100 auf einer Fahrspur 105. Im linken Bereich ist eine beispielhafte Folge von Personenkraftwagen 100 mit gesetzlichem Sicherheitsabstand bei 120 km/h zum Vorderfahrzeug dargestellt, der bei von Menschen gelenkten Kraftahrzeugen 100 mindestens eingehalten werden muss. Im rechten Bereich ist eine autonom gekoppelte Kolonne 300 aus jeweils einem Leitfahrzeug 101 und aus eng angekoppelten Kolonnenfahrzeugen 135 dargestellt. In diesem Beispiel sind zehn Kraftfahrzeuge 100 bei einer Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h angenommen. Jedes Leitfahrzeug 101 einer Kolonne 300 hält den gesetzlichen Sicherheitsabstand zum Vorderfahrzeug ein. Der Platzbedarf von fünf Kraftfahrzeugen 100 unter menschlicher Kontrolle entspricht in diesem Beispiel in etwa dem Platzbedarf von 20 Kraftfahrzeugen 101, 135 bei autonomer Steuerung. Da ausnahmslos alle Kraftahrzeuge 100 untereinander gleichzeitig kooperativ vernetzt sind, reichen bei einer typischen Systemreaktionszeit von kleiner ca. 50 Millisekunden ca. 150 ms Zeitabstand der autonom gekoppelten Kraftahrzeuge 100 aus. Das entspricht in diesem Beispiel bei 120 km/h einem ausreichenden Abstand von 5 m.
7 zeigt ein Diagramm von beispielhaften möglichen Fahrzeugdurchsätzen auf einer Autobahn. In vertikaler Richtung ist ein Durchsatz in Kraftfahrzeugen 100 pro Stunde und in horizontaler Richtung ein Breitenbedarf nach der Norm ARS 7/2009 angetragen. Der Breitenbedarf ist in drei Beispielen nach RQ31 (Entwurfsklasse 1 Fernautobahn/Überregional-Autobahn), RQ36 und RQ43,5 vorgegeben. Bei einer klassischen Auslegung einer Autobahn entspricht dies zwei Spuren bei RQ31, drei Spuren bei RQ36 und vier Spuren bei RQ43,5. Die maximal möglichen Durchsätze dieser Spuren sind als schraffierte dunkle Felder eingezeichnet und pro Fahrbahn gleich groß; es ergeben sich Gesamtdurchsätze von 3429 Fzg/h bei RQ31, 5143 Fzg/h bei RQ36 und 6857 Fzg/h bei RQ43,5.
Unter Beibehaltung des Breitenbedarfs der Autobahn können zusätzlich autonome Fahrspuren 105 angelegt werden, und zwar eine bei RQ31 und jeweils zwei bei RQ36 und RQ43,5. Der maximale Durchsatz jeder autonomen Fahrspur 105 liegt bei vorgenanntem Beispiel bei ca. 7742 Fzg/h und ist als helles Feld dargestellt. Bei RQ36 und RQ43,5 entfällt eine Standard Fahrspur um die ursprüngliche Breite einzuhalten. Die neue Situation ist unmittelbar rechts neben der Ausgangssituation dargestellt. Damit ergeben sich bedeutend höhere maximale Fahrzeugdurchsätze von 11171 Fzg/h für RQ31, 18912 Fzg/h für RQ36 und 20627 für RQ43,5.
Es wird deutlich, dass auf einer autonomen Fahrspur 105 mehr als die vierfache Fahrzeugdichte gegenüber einer von Menschen konventionell befahrenen Fahrspur 105 durchgesetzt werden kann. Vorschlagsgemäß können die angegebenen autonomen Fahrspuren 105 hinzugefügt werden, ohne einen Bruttobedarf an Platz der jeweiligen Autobahn zu vergrößern.
Dazu ein Rechenbeispiel zu einer Verkehrssituation: zu Grunde gelegt wird eine Einfahrt auf eine zweispurige Autobahn mit einer zusätzlichen vorschlagsgemäßen autonomen Fahrspur 105 am Mittelstreifen angrenzend mit Gesamtbreitenbedarf gemäß RQ31. Angenommene Randbedingungen: Verkehrsaufkommen einschließlich der einfahrenden Fahrzeuge 6000 Fahrzeuge pro Stunde. Das sind 175 % des theoretischen Maximaldurchsatzes heutiger zweispuriger Autobahnen die normgerecht nach RQ31 gebaut sind und damit in diesem Beispiel extrem höher als derzeit verkraftbar. 80 % fahren auf der autonomen Fahrspur. 1000 Fahrzeuge/h wollen einfahren. 800/h davon auf die autonome Fahrspur, 200/h auf die Standardspuren.
Situation auf Höhe der Einfahrt:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
Beschleunigungsspur 1000 Fahrzeuge/h	100 km/h
1. rechte Spur (Ziel: <200 Fzg./h, um Raum für Einfahrende zu halten)	100 km/h
2. mittlere Spur 800 Fahrzeuge/h	100 km/h
Autonome Fahrspur 4000 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 52 % der Maximalkapazität

Situation 0 bis 0,5 km nach der Einfahrt:
Die Fahrzeuge auf der Beschleunigungsspur beschleunigen auf die Fahrgeschwindigkeit der links daneben fahrenden Fahrzeuge und wechseln bei nicht freier 1. Spur am Ende der Beschleunigungsspur gemäß den gesetzlich verankerten Reißverschlussvorgaben in die 1. Spur. Durch wechselseitige Vernetzung und geeignete Verkehrsinformationen kennen alle autonom fahrenden Fahrzeuge bereits die möglichen Einkoppellücken in die 2. Spur. Die autonom fahrenden Fahrzeuge lassen sich mit z. B. Delta - 20 km/h von Fahrzeugen auf der 2. Spur überholen um sich zügig seitlich der geeigneten Einkoppellücken in die 2. Spur anzuordnen. Unmittelbar danach beginnt der Spurwechsel auf die 2.Spur sequentiell bei allen Fahrzeugen mit
Fahrspurwechselwunsch.

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 1000 Fzg./h	100 km/h
2. rechte Spur 1000 Fzg./h	100 km/h
Autonome Fahrspur 4000 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 52 % der Maximalkapazität

Situation 0,5-2 km nach der Einfahrt:

Durch die geringe Auslastung auf der autonomen Fahrspur 105 und die sofortige enge Lückenauffüllung bereits vor der Einfahrt gibt es sehr lange Kolonnenlücken zum Einkoppeln. Die drei Phasen der Lückenpositionierung zur autonomen Fahrspur (z. B. mit einem Fahrgeschwindigkeitsunterschied von ca. 20 km/h), der Einkopplung und der engen Ankopplung werden bevorzugt kontinuierlich vollzogen (vgl. 4). Dadurch können die Standardfahrspuren rasch entscheidend entlastet werden.

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 600 Fzg./h	100 km/h
2. rechte Spur 600 Fzg./h	100 km/h
Autonome Fahrspur 4800 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 62 % der Maximalkapazität

Situation 2 km nach der Einfahrt:

Die einfahrende Anzahl von Fahrzeugen kann die infrastrukturbedingte Kapazitätsgrenze der Zufahrtsstraßen und der Auffahrt nicht überschreiten. Dadurch ist das Risiko von Staus nach Einfahrten sehr gering. Die Soll Reisegeschwindigkeit von z. B. 120 + 10 km/h für das enge Andocken muss trotz Gesamt-Durchsatzerhöhung auf 175 % nicht verringert werden. Bereits 2 km nach der Einfahrtsmündung ist die Zielbelegung der Fahrspuren erreicht. 6000 Kraftfahrzeuge pro Stunde können ohne Drosselung durchgesetzt werden. Alle Kraftfahrzeuge 100 mit Ankoppelwunsch können die autonome Fahrspur 105 erreichen. Die Standardfahrspuren sind entscheidend entlastet

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 600 Fzg./h	120 km/h
2. rechte Spur 600 Fzg./h	120 km/h
Autonome Fahrspur 4800 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 62 % der Maximalkapazität

Ein weiteres Rechenbeispiel das auf vorgenanntes Einfahrtsbeispiel aufbaut. Beim Einfahrtsbeispiel wird auch angenommen, dass dieser Ausfahrtsvorgang vorangegangen ist und diese Sequenz bei jeder Aus/Einfahrt mehrfach wiederholt werden kann: Zu Grunde gelegt wird eine überlastete Abfahrt auf einer zweispurigen Autobahn mit einer zusätzlichen autonomen Fahrspur mit Gesamtbreitenbedarf gemäß RQ31. Es wird exemplarisch weiter davon ausgegangen, dass das Verkehrsaufkommen 5 km vor der Abfahrt 6000 Kraftfahrzeuge 100 pro Stunde beträgt. Das ist mit 175 % des theoretischen Maximaldurchsatzes heutiger zweispuriger Autobahnen, die normgerecht nach RQ31 gebaut sind, in diesem Beispiel extrem höher als derzeit verkraftbar. 80 % der Kraftfahrzeuge fahren auf der autonomen Fahrspur 105. 1000 Fahrzeuge/h wollen abfahren, davon 800/h aus der autonomen Fahrspur und 200/h aus den Standardspuren. Die große Anzahl von abfahrenden Kraftfahrzeugen 100 konnte auf den Abfahrtsstraßen nicht bewältigt werden und hat zu einem 1 km langen Rückstau auf die Autobahn geführt.
Situation 5 km vor der Ausfahrt:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 600 Fahrzeuge/h	120 km/h
2. mittlere Spur 600 Fahrzeuge/h	120 km/h
Autonome Fahrspur 4800 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 62 % der Maximalkapazität (120 km/h)

Situation 3 km vor der Ausfahrt:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 800 Fahrzeuge/h	100 km/h
2. mittlere Spur 700 Fahrzeuge/h	100 km/h
Autonome Fahrspur 4500 Fahrzeuge/h	120 + 10 km/h
=>Auslastung 58 % der Maximalkapazität (120 km/h)

Situation 2 km vor der Ausfahrt:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur 1000 Fahrzeuge/h	80 km/h
2. mittlere Spur 800 Fahrzeuge/h	100 km/h
Autonome Fahrspur 4200 Fahrzeuge/h	100 + 10 km/h
=>Auslastung 58 % der Maximalkapazität (100 km/h)

Situation 1 km vor der Ausfahrt am Stauende:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
1. rechte Spur (ideal sind alle abfahrenden Fzg. auf dieser Spur)	0-60 km/h
2. mittlere Spur 1000 Fahrzeuge/h (nur nicht abfahrende Fzg.)	80 km/h
Autonome Fahrspur 4000 Fahrzeuge/h	100 + 10 km/h
=>Auslastung 55 % der Maximalkapazität (100 km/h)

Situation 400-0 m vor der Ausfahrt:

Spur	max. zulässige Geschwindigkeit
Alle abfahrenden Fahrzeuge 1000/h sind auf der Abfahrtsspur	0-30 km/h
1. rechte Spur (ideal: Fahrbahn ist für Spätabfahrer frei)	60 km/h
2. mittlere Spur 1000 Fahrzeuge/h (nur nicht abfahrende Fzg.)	80 km/h
Autonome Fahrspur 4000 Fahrzeuge/h	100 + 10 km/h
=>Auslastung 55 % der Maximalkapazität (100 km/h)

Da die Stauursache hinter der Abfahrt liegt, bringt eine Blockierung der Durchfahrtsspuren durch von Menschen gelenkte Kraftahrzeuge 100 mit Abfahrwunsch für die Abfahrenden keine Fahrtzeitverkürzung. Dieses Fehlverhalten gefährdet und verzögert jedoch den Durchgangsverkehr. Bei entsprechender Abfahrtsdisziplin wird dadurch der Durchgangsverkehr auf der autonomen Fahrspur 105 und auf der zweiten mittleren Spur durch den abfahrtsbedingten Stau nur unwesentlich abgebremst. In den autonom fahrenden Kolonnen 300 werden die durch abfahrende Kraftfahrzeuge 100 entstehenden Lücken schnell wieder geschlossen. Dadurch werden Lücken zwischen den Kolonnen 300 maximal verlängert. Maximal viele Kraftfahrzeuge 100 können wieder sehr kurzfristig eingekoppelt und angedockt werden. Bei weniger Verkehrsdichte ohne Stau kann die Geschwindigkeitsabsenkung auf 100 + 10 km/h auf der autonomen Fahrspur 105 entfallen.
Nach autonomer Einkopplung wird der Fahrzeugabstand autonom während des Ankopplungsvorgangs durch leicht gegenüber der Kolonnen-Sollgeschwindigkeit erhöhte Geschwindigkeit z. B. um maximal 10 km/h auf einen Mindestabstand der z. B. in 0,15 s durchfahren wird, eingeregelt. Das maximiert den Fahrbahndurchsatz und verringert den Fahrwiderstand durch gleichmäßiges Fahren und Windschattennutzung gegenüber heute sehr stark. Solche Fahrspuren könnten bei dafür zulässigen Fahrzeugen mit maximal z. B. 2,15 m Breite und weil die autonomen Spurhaltungsfehler kleiner sind als bei heute zu berücksichtigenden schlechten oder unaufmerksamen Fahrern deutlich schmaler sein. Der Mittelstreifen wird auch weniger umfangreich als Blendschutz benötigt, da die von Menschen gelenkten Fahrzeuge seitlich zueinander einen größeren Abstand haben. Die Blendwirkung der autonom gelenkten Kraftfahrzeuge 100 auf der autonomen Fahrspur kann durch eine entsprechende Lichtstrategie minimiert werden. Um Platz zu schaffen kann auch ein Teil des dadurch nicht mehr so breit benötigten Autobahn-Mittelstreifens genutzt werden. Vorhandene Bauten auf dem Mittelstreifen, z. B. Brückenpfeiler, sind natürlich zu berücksichtigen. Der Fahrzeugdurchsatz pro Fahrspur ist dadurch z. B. bei 120 km/h mehr als 4-fach höher als beim gesetzeskonformen Ausgangszustand. Dabei ist nicht berücksichtigt, dass menschliche Fahrzeuglenker dieses Ideal weiter verfehlen, da eine von Menschen gelenkte Kolonne 300 eine zulässige Höchstgeschwindigkeit und die gesetzlich zulässigen Abstände nicht so präzise einhält wie autonom geführte Kraftfahrzeuge 100. Das bestätigt auch die Erkenntnis, dass der maximale Verkehrsdurchsatz heute typisch bei niedrigen 60 km/h erreicht wird und bei höherer Geschwindigkeit sogar abnimmt, das entspricht maximal 1714 Fahrzeugen/h. Das heißt, dass auf nur einer einzigen autonom gekoppelten Fahrspur maximal mehr Kraftfahrzeuge 100 durchgesetzt werden können (7742) als heute auf einer maximal ausgelasteten vierspurigen Autobahn insgesamt (6857).
Dieser Vorteil bleibt auch bei situationsbedingter notwendiger Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit erhalten. Autonome Zu- und Abfahrvorgänge können dadurch vorrausschauend organisiert und geregelt werden. Der Gesamtdurchsatz der Autobahn kann auf diese Weise spürbar erhöht werden. Im Beispiel in 7 wird gezeigt dass auf einer heute dreispurigen Autobahn gemäß RQ 36 nur maximal 5143 Kraftfahrzeuge 100 pro Stunde durchgesetzt werden können. Im Vergleich dazu zeigt der breitengleiche Vorschlag mit zwei autonomen Fahrspuren und zwei verbleibenden Standardspuren, dass dadurch jetzt maximal 18912 Kraftfahrzeuge 100 pro Stunde durchgesetzt werden könnten. Der analoge Vergleich für eine vierspurige und eine zweispurige Autobahn ist ebenfalls im Diagramm von 7 angeführt. Auf den verbleibenden Standard Fahrspuren 105 kann dadurch die Verkehrsdichte entscheidend abnehmen. Zumindest alle autonom fahrenden Kraftfahrzeuge 100, auch die auf den Standardspuren 105, sollen untereinander kooperativ im Umfeld von z. B. 400 m vernetzt sein. Bei Verlangsamung oder gar einer Bremsung 400 m weiter vorne wissen alle vernetzten Kraftfahrzeuge 100 innerhalb von z. B. 50 Millisekunden davon. Bei 400 m Vorlaufzeit kann frühzeitig auf diese Störungen reagiert werden. Sollte die Systemkommunikation z. B. wegen nicht einsehbarere Kuppen oder Kurven nicht geeignet sein 400 m zu überbrücken, wird vorgeschlagen, über mehrere geeignet ausgestattete Kraftfahrzeuge 100 die Information seriell innerhalb von z. B. kleiner 100 Millisekunden über 400 m weiterzureichen. Stauverursachende Aufschaukeleffekte können dadurch insbesondere auf den autonomen Fahrspuren ausgeregelt werden. Das Risiko von Staus und von Unfällen auf Autobahnen kann so signifikant verringert werden. Davon können auf den autonomen Fahrspuren 105 nicht zugelassene Kraftfahrzeuge 100, insbesondere auch LKW, profitieren.
Um die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 100 zu erhöhen könnten auf der autonomen Fahrspur 105 auch eine Induktionsschleife zum Laden von Elektro-Fahrzeugen strategisch integriert und besser genutzt werden, als bei weniger präziser Platzierung zum fahrenden Fahrzeug.
Um den Nutzen aus den Vorschlägen zu maximieren ist es zielführend, die autonome Fahrspur 105 ausschließlich autonom zu befahren. Dann ist es möglich, folgende heute sich ausschließenden Ziele gleichzeitig zu erreichen: Durchsatzerhöhung durch enge Kopplung der Kraftfahrzeuge und gleichmäßiges Fahren mit vergleichsweise hoher Durchschnittsgeschwindigkeit. Gleichzeitig kann eine Zahl von Staus oder Unfällen reduziert werden. Brems- oder Beschleunigungsvorgänge können reduziert werden, ohne Geschwindigkeitsspitzen zu erfordern. Durch Fahrt im Windschatten und durch weniger Geschwindigkeitsänderungen kann ein Energiebedarf nachhaltig reduziert werden und Emissionen können verringert sein. Reisezeiten können kürzer oder/ und besser planbar werden. Die Verfügbarkeit von Arbeitskräften und der Freizeitwert können erhöht sein. Investierte Verkehrsmittel können effizienter genutzt werden. Dafür ist erfindungsgemäß kein zusätzlicher Autobahnflächenbedarf nötig. Der volkswirtschaftliche Nutzen ist daher bei entsprechender Nutzungsquote sehr groß.
Um schneller zu einer hohen Nutzungsquote zu kommen, müssen die Käufer dieser Technik bereits in der Aufbauphase des beschriebenen Systems ohne ausschließlich autonom nutzbarer Fahrspur 105 spürbare Vorteile genießen. Die vorgeschlagene kooperative Vernetzung kann diese Vorteile bereits in dieser Aufbaufase aus folgenden Gründen bieten: Die Top2 Unfallursachen auf Autobahnen sind Auffahrunfälle und nicht rechtzeitig an das Verkehrsgeschehen angepasste, temporär überhöhte, Geschwindigkeit. Bei von Menschen gelenkten Fahrzeugen können sich Geschwindigkeitsunterschiede von Fahrzeug zu Fahrzeug bis zur Vollbremsung, bis zum Stillstand bis zum Auffahrunfall zunehmend aufschaukelnd verstärken. Diese Aufschaukeleffekte drosseln den Verkehrsdurchsatz stark und gehen einem Stau, einem Unfall oft voraus. Bei kooperativer Vernetzung geeigneter Fahrzeugsysteme sollen weit vorneliegende Verzögerungen mit großer Vorlaufzeit fast gleichzeitig über z.B 400 m direkt oder seriell durch geeignete Übertragungsverfahren untereinander weitergegeben werden. ZB. Funk, Satelit, Autobahninfrastruktur. Bei frühzeitig weitergegebener Fahrempfehlung oder noch schneller bei mittels autonom geführten Fahrzeugsystemen umgesetzter Geschwindigkeitsanpassung genügen kleine Verzögerungen um zwischen den uniformierten Fahrzeuglenkern auf die Störung weit vorne zu reagieren. Diese frühzeitige Reaktion kann Auffahrunfälle insbesondere bei den entsprechend kooperativ vernetzten Fahrzeugen weitgehend vermeiden. Die nachfolgenden von Menschen gelenkten Fahrzeuge senken ebenfalls ihr Unfallrisiko da sie nur auf vergleichsweise kleinere Geschwindigkeitsänderungen der Fahrzeuge vor ihnen reagieren müssen. Weniger lange Kolonnen sind dazwischen an Aufschaukeleffekten beteiligt. Die Bremsintensität nimmt ab. Der Verkehrsdurchsatz wird weniger stark gestört. Durch weniger starke Verzögerungen und darauf folgende Beschleunigungen kann Energie gespart werden. Die Emissionen, der Bremsabrieb und der Reifenverschleiß sind verringert. Die entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeug Käufer und mehrere dahinter fahrende von Menschen gelenkte Fahrzeuge profitieren davon schon ab Einführungsbeginn. Ab ca. 10 % Verbreitungsquote können alle Verkehrsbeteiligten von diesem verzögerungsarmem Verhalten profitieren. Die extreme Durchsatzerhöhung ermöglicht aber erst die ausschließlich autonom befahrene Fahrspur da dadurch die Fahrzeugkolonnen weit dichter gepackt werden können und alle autonom geführten Fahrzeuge vorschlagsgemäß nur geringstmöglich unter der Zielgeschwindigkeit mit hoher Durchschnittsgeschwindigkeit fahren.
Bei Einführung erster Musterstrecken mit autonomer Fahrspur 105 ist es aus Akzeptanzgründen bevorzugt, die Verkehrsdichte auf den Standardspuren nicht dadurch zu erhöhen. Auf einer heute bereits geschwindigkeitsbeschränkten zweispurigen Autobahn nach RQ31 kann flächengleich eine zusätzliche autonome Fahrspur angelegt werden. Die zwei Standardspuren und der Standstreifen halten weiter die Breitenvorgaben regelkonform nach RQ31 oder RQ36 ein. Die notwendige Breite für eine schmälere autonome Fahrspur wird primär im Mittelstreifenbereich geholt (vgl. 8 und 9). Das ist möglich, da die zulässige Fahrzeugbreite zur Nutzung auf 2,15 m begrenzt werden soll. Commercial Vehicles sind wegen der Breite und der begrenzten zulässigen Geschwindigkeit von der Benutzung ausgeschlossen. Die Blendung des Gegenverkehrs kann beherrscht werden da die autonom fahrenden Fahrzeuge eine blendungsminimierte Lichtstrategie haben können und die von Menschen gelenkten Fahrzeuge einen größeren Seitenabstand voneinander haben als im Standard Ausgangsfall. Die Spurhaltungsfehler müssen unterhalb +- 0,25 m sein. Lenkfehler von unkonzentrierten und schlechten Fahrern müssen nicht berücksichtigt werden. Ab Einführungsbeginn senkt jedes auf der zusätzlichen autonomen Fahrspur fahrende Kraftfahrzeug die Verkehrsdichte auf den unverändert belassenen zwei Standardspuren. Alternativ könnte, bei ausgeschlossener Finanzierung dieser Umbaumaßnahmen, zur Einführung auf einer heute geschwindigkeitsbegrenzten dreispurigen Autobahn die linke dritte Fahrspur 105 zur ausschließlichen autonomen Nutzung umgewidmet werden. Dieser bauliche Aufwand ist deutlich geringer als bei vorgenanntem Vorschlag. Um die Verkehrsdichte auf den verbleibenden zwei Standardfahrspuren nicht zu vergrößern müsste allerdings ein Drittel aller Fahrzeuge ab Umwidmung die autonome Fahrspur benutzen. Bei dieser Alternative wäre die Einführung erst deutlich später sinnvoll möglich. Erst bei einer Verbreitungsquote von mindestens diesem Drittel der Fahrzeuge wären die Standardspuren potenziell nicht höher frequentiert.
Bevorzugt ist keine nicht-autonome Nutzung der autonomen Fahrspur 105 zulässig. Zur Unfallvermeidung ist nur eine autonome Ein- oder Auskopplung zulässig. Eine Geschwindigkeitsbegrenzung auf die autonome Kolonnen-Sollgeschwindigkeit z. B. 120 km/h + z. B. 10 km/h für die Kolonnen-Zusammenführung wird vorausgesetzt. Möglichst viele Verkehrsteilnehmer sind untereinander vernetzt und nutzen die Informationen über das Verkehrsgeschehen in einem vorbestimmten Bereich von bis zu ca. 5 km.
Die Regelalgorithmen sind bevorzugt geeignet, die Kraftfahrzeuge 100 trotz der hohen Fahrzeugdichte im Fehlerfall sicher zum Stehen zu bringen. Dazu müssen alle Kraftfahrzeuge 100 in der engen Kolonne 300 unmittelbar auf jenes vorderste Leitfahrzeug 101 reagieren können, das mindestens den heute geforderten Sicherheitsabstand zum Vordermann einhält. Der Abstand der eng gekoppelten Kraftfahrzeuge 100 muss an die Schnelligkeit der Regelalgorithmen angepasst sein. Die maximale Fahrzeuganzahl in der eng angekoppelten Kolonne 300 ist dementsprechend zu begrenzen.
Die Realisierung des Systems kann erleichtert werden, wenn die heutigen Abmessungen z. B. der vier-, drei- oder zweispurigen Autobahnen ohne zusätzlichen Breitenbedarf eingehalten werden. Die gültigen Regelquerschnitte im Autobahnbau gemäß den Richtlinien für die Anlage von Autobahnen ARS 7/2009, Entwurfsklasse 1 Fernautobahn / Überregionalautobahn sind in der zugehörigen RAA (Richtlinien für die Anlage von Autobahnen) definiert. 8 und 9 zeigen, dass das heute vorhandene Platzangebot ausreichen kann, ohne die typische Breitenvorgaben auf den verbleibenden Standardspuren zu verkleinern, wenn die Benutzung der autonomen Fahrspuren auf 2,15 m Fahrzeugbreite begrenzt wird und die autonome Lenkabweichung entsprechend gegenüber der heute zu berücksichtigenden Lenkabweichung von unaufmerksameren und schlechten Fahrern auf z. B. unter ±0,25 m verringert wird. Dann können die heutigen Abmessungen für den Mittel- und Randstreifen ebenfalls verringert werden; Gegebenenfalls ist die Bankette zu verstärken um hier noch die letzten fehlenden Zentimeter zu realisieren. Weiteres Breiteneinsparungspotenzial gibt es, da für alle Fahrspuren 105 die Geschwindigkeit auf maximal die zulässige Ankoppelgeschwindigkeit der linken autonom genutzten Fahrspur 105 limitiert werden muss. Die regelkonform geforderte Standardspurenbreite hängt ja auch von der maximal dafür zulässigen Geschwindigkeit ab.
Die Begrenzung der zulässigen Fahrzeugbreite würde auch die Entwicklung real widerstandsarmer Fahrzeuge anregen. Im angedockten Kolonnenverkehr würde z. B. eine fünfsitzige Reiselimousine mit 2 m² Querschnitt, cw 0,2 und 1300 kg bei 120 km/h nur 2 l/100 km Kraftstoff verbrauchen. Der durchschnittliche Feldverbrauch der realen Pkw-Flotte liegt heute bei gleichwertiger Durchschnittsgeschwindigkeit mehr als dreifach höher,
Der Auffahrunfall ist die heute dominierende Unfallursache auf Autobahnen. Auffahrunfälle könnten dadurch insbesondere auf den autonomen Fahrspuren weitgehend vermieden werden. Die Verkehrsdichte auf den nicht autonomen Fahrspuren ist für die Anpassung der autonomen Soll- Geschwindigkeiten und gegebenenfalls der maximal zulässigen Anzahl eng angedockter Fahrzeuge in der Kolonne zu nutzen.
Wenn die maximal zulässige Dichte mit z. B. 7742 Fahrzeugen pro Stunde auf der autonomen Fahrspur ausgeschöpft ist, sollen keine weiteren Fahrzeuge eingeschleust werden, da die dazu nötigen platzschaffenden Regelvorgänge den Fernverkehr verlangsamen und damit den Durchsatz nur verschlechtern würden. Das würde bei Gesamtbetrachtung den Gesamtdurchsatz auf der Autobahn verschlechtern und damit die durchschnittliche Fahrzeit aller Verkehrsteilnehmer verlängern. Diese Regelvorgänge benötigen Energie und produzieren mehr Feinstaub durch mehr Reifen- und Bremsverschleiß. Das Risiko von Fehlern ist erhöht. Durch den extremen Durchsatz um ein Vielfaches oberhalb des heutigen Standes ist zu erwarten, dass diese 100 % Nutzung nur sehr selten auftritt und nur wenige km anhält. Bei Unterschreiten der Maximalkapazität beginnen autonom sofort wieder die gewünschten Einkopplungen. Statistisch profitieren daher alle Fahrer langfristig von dieser Strategie auch wenn sie temporär bei Vollauslastung gegen die Fahrzeuge auf der autonomen Spur benachteiligt sind. Bei entsprechender Qualität und Unfallfreiheit dieses autonomen Fahrens kann aber alternativ zur weiteren Durchsatzerhöhung die maximale Anzahl Teilnehmer in einer Kolonne 300 erhöht werden.
Bis auf wenige Ausnahmen werden diese sehr großen Maximalkapazitäten auf den autonomen Spuren 105 nicht ausgeschöpft. Die Bildung von eng zusammengeführten Kolonnen 300 bis zur maximalen Anzahl ist aus folgenden Gründen immer sinnvoll. Dadurch ist der Fahrwiderstand hinter dem Leitfahrzeug sehr gering. Zwischen den Kolonnen entstehen dadurch verkehrsabhängig maximal große Lücken zum Einkoppeln und Andocken. Bei zwei autonomen Fahrspuren 105 nebeneinander ist es vorteilhaft, zuerst die Linke davon aufzufüllen, um auf der zweiten autonomen Fahrspur 105 eine minimale Fahrzeugdichte für ein und auskoppelnde Kraftfahrzeuge 105 bereitzustellen. Dadurch haben auch mehr autonom fahrende Kraftfahrzeuge 105 einen größeren Seitenabstand zu den Kraftfahrzeugen 105 auf den Standardspuren 105 und umgekehrt, was die Kollisionsgefahr verringern kann. Bei Auslastungsreserven kann für erhöhte Sicherheitsreserven der Abstand in der engen Kolonne auf z. B. 0,3 Sekunden Durchfahrtszeit erhöht werden.
Da die Kommunen den Individualverkehr begrenzen wollen wird die Straßenkapazität der Verbindungsstraßen von der Autobahn in die Ballungszentren weiter begrenzt bleiben. Diese Infrastrukturbegrenzung kann in Stoßzeiten beim Abfahren zu Engpässen führen, die beherrscht werden müssen, ohne den Durchgangsverkehr nennenswert zu drosseln.
Dazu wird vorgeschlagen, insbesondere im Bereich von Autobahnabfahrten und von Verkehrsknoten, bei entsprechendem Platzangebot, ab RQ36 z. B. 5 km davor bis 2 km danach, neben der autonomen linken Spur eine schmale, ebenfalls, nur für autonomes Fahren zugelassene Andockspur verkehrsabhängig von den angrenzenden Fahrspuren vorzusehen, um den Fernverkehr möglichst wenig zu drosseln und das Ab- und Auffahren auf die Autobahn zu erleichtern. 8. Die Durchschnittsgeschwindigkeit bleibt dadurch auf der linken autonomen Fahrspur vergleichsweise hoch und führt überwiegend zu besser planbaren, kürzeren Langstreckenfahrzeiten als heute. Diese zweite autonome Fahrspur kann bei durchgängiger Umsetzung auf heute gemäß RQ36 gebauten dreispurigen Autobahnen den Durchsatz auf maximal 18912 Fahrzeuge pro Stunde erhöhen. Das entspräche einer maximal mit von Menschen gelenkten Fahrzeugen ausgelasteten elfspurigen Autobahn mit Standardspuren (11 x 1715 = 18865). Ein ICE mit einer Maximalgeschwindigkeit von > 250 km/h realisiert zum Vergleich auf der Strecke zwischen München und Hamburg auch nur durchschnittlich 120 km/h.
Durch Abfahrende entstandene Lücken in der Kolonne 300 werden bevorzugt möglichst sofort und möglichst weit vor der Einfahrtsmündung geschlossen um vor dem nächsten Leitfahrzeug mehr Abstand für das Einkoppeln auffahrender Fahrzeuge zu schaffen. Dadurch kann die seitliche Lückenanordnung (1. Schritt), die Einkopplung (2. Schritt) und zuletzt die Abstandsverringerung (3. Schritt) schnellstmöglich nach Auffahrt beginnen und kontinuierlich mit minimalem Geschwindigkeitsbedarf Fahrzeug um Fahrzeug erfolgen. Am längsten kann dabei die Lückenanordnung dauern. Annahme: Kolonne mit zehn eng angedockten Fahrzeugen (120 km/h, Abstandszeit 0,15 s, durchschnittliche Fahrzeuglänge ca. 5 m => Kolonnenlänge ca. 95 m) Wenn das einzukoppelnde Fahrzeug um 20 km/h langsamer als die gekoppelte Kolonne fährt, dauert es in ungünstigen Fällen knapp 20 s, bis die gesamte enge Kolonne überholt hat und die Lückenanordnung erreicht ist. Dabei wird eine Fahrstrecke von knapp 500 m zurückgelegt. Da ja nach obiger Strategie hinter der autonom fahrenden Kolonne höchstwahrscheinlich eine maximal lange Lücke vorhanden ist, kann Schritt 2, das Einkoppeln, sofort nachfolgen. 4
Die begrenzte Straßenkapazität der Verbindungsstraßen von den Ballungszentren zur Autobahn hält mit der extremen Durchsatzerhöhung durch die autonomen Fahrspuren nicht Schritt. Die hier vorgestellte Strategie kann maximale Abstände zwischen den eng gekoppelten Kolonnen 300 schon vor der Einmündung ermöglichen. Dadurch können die Infrastruktur- bedingt durchsatzbegrenzt auffahrenden Fahrzeuge kurzfristig in die autonomen Fahrspuren in den Kolonnenlücken eingekoppelt werden. Das begründet, warum die autonome Andockspur nach Einfahrten z. B. nur ca. 2 km lang sein kann und Staus nach Einfahrten zu Stoßzeiten bei Umsetzung dieser Vorschläge weitgehend vermeidbar sind.
Schwerwiegender ist die Drosselung der Abfahrenden, da der vorliegende Vorschlag die Stauursachen, insbesondere zu Stoßzeiten in Ballungszentren hinein oder andere Ursachen, die zu Rückstaus bis über die Autobahnabfahrten hinaus führen, nicht lösen kann. Wie bereits erwähnt kann bei entsprechender rechtzeitiger Abfahrdisziplin aber zumindest die autonome Fahrspur 105 und mindestens die daran angrenzende Standardspur auf Autobahnen für den Durchgangsverkehr offen gehalten werden. Auch alle vernetzt beteiligten, nicht autonom fahrenden Verkehrsteilnehmer können in einer weiteren Ausführungsform diese Verkehrsinformationen und Bewegungsempfehlungen rechtzeitig erhalten, um Einfädelvorgänge zu erleichtern. Der Rest könnte durch Anzeigetafeln zur rechtzeitigen Einfädelung außerhalb der Durchgangsverkehrspuren angehalten werden.
Ein einkopplungswilliges Fahrzeug soll sich bevorzugt als letztes in einer Kolonne autonom einreihen, um in der vorhandenen engen Kolonne keine geschwindigkeitsmindernden verbrauchs- oder emissionserhöhenden Regelvorgänge auszulösen.
Zur Fahrwiderstandsminimierung können im Umfeld mit Abstand nachfolgende Fahrzeuge autonom zur Kolonne mit z. B. 10 km/h Überschussgeschwindigkeit zusammengeführt werden, beispielsweise bis eine maximal zulässige Fahrzeuganzahl in der eng gekoppelten Kolonne 300 erreicht wird.
Wenn Fahrzeuge auf der autonomen Fahrspur bei geringem Verkehrsaufkommen alleine fahren und sich im Umfeld auch keine Fahrzeuge mit Einkoppelwunsch befinden, könnte langfristig zugelassen werden, dass Diese z. B. die um 10 km/h höhere Andockgeschwindigkeit einregeln, bis die nächste Kolonne mit Führungsfahrzeug erreicht ist. Dann wären z. B. 130 km/h als Maximalgeschwindigkeit zulässig. In fast allen Ländern dieser Welt gibt es keine höheren zulässigen Höchstgeschwindigkeiten. Die Akzeptanz der Bürger kann erhöht sein, wenn die zulässige Höchstgeschwindigkeit nicht abgesenkt werden muss.
Diese Ideen können jeweils helfen, die durchschnittlichen Fahrzeiten zu minimieren. Die Autobahnen können weniger lang befahren werden. Die dadurch verringerte Anzahl von Kraftfahrzeugen 100 auf der Autobahn kann eine weitere Reduktion von Staus ergeben.
Unter ungünstigen Randbedingungen, wie z. B. bei fehlender zusätzlicher autonomer Andockspur im Autobahnausfahrtsbereich und im Bereich von Autobahnkreuzen, bei stockendem Verkehr, bei Unfällen, Baustellen oder schlechten Straßen- oder ungünstigen Sichtverhältnissen, kann neben der Erhöhung des Fahrzeugabstands auch die autonom gefahrene SollGeschwindigkeit abgesenkt werden. Dadurch wäre der wesentliche Unfalltyp der überhöhten oder nicht angepassten Geschwindigkeit auf den autonomen Fahrspuren ebenfalls vermieden. Potenzielle autonom bedingte Fehler kämen aber dazu, was mit Sicherheitszuschlägen beherrschbar erscheint. Frühe Generationen autonomer Fahrzeuge können mit größerem Abstand, entsprechend ihrem Entwicklungsstand, ankoppeln. Die Sollgeschwindigkeit und die maximale Anzahl von eng an das Führungsfahrzeug angedockten Fahrzeugen ist dem Entwicklungsstand des autonomen Fahrens anzupassen.
Zusätzlich könnten bei großzügigem Platzangebot, etwa bei neu zu bauenden Autobahnen, alle oder zumindest die zweite autonome Fahrspur breiter als 2,65 m ausgeführt werden, um das Unfallrisiko weiter zu verringern oder/und gegebenenfalls die Nutzung von breiteren autonomen Fahrzeugen zuzulassen. Alternativ dazu können bei autonom geführten Fahrzeugen zur Breitenbegrenzung die Spiegel eingeklappt werden.
Die Plausibilisierung und Optimierung der Regelalgorithmen kann unter verschiedensten Verkehrsdichte-Randbedingungen mit überschaubarem Aufwand per Simulation beginnen. Diese kann vor einer ersten praktischen Realisierung zunehmend belastbar verfeinert werden.
Falls sich dieses Konzept auf Musterstrecken bewährt, weniger Staus mit kürzeren besser planbaren Reisezeiten, weniger Unfälle, einen deutlich verringerten Ressourcenverbrauch und geringere Emissionen real ermöglicht werden, wird eine Akzeptanz für das vorgeschlagene Konzept weltweit steigen. Die wenigen weltweit potenziell verbleibenden unlimitierten Autobahnkilometer, die diese autonome Fahrspur dann unmöglich machen würden, stehen einer weitgehenden Verbreitung nicht im Wege.
Wie weit und mit welcher Bearbeitungsgeschwindigkeit die Politik und die Gesetzgebung diese Art des Autobahnbaus genehmigt und die Umsetzung finanziert, wird eine der zu bewältigenden Hürden sein um Musterstrecken zu ermöglichen.
Maximierung der Fahrzeugfrequenz und der Reisegeschwindigkeit auf autonomen Fahrspuren im realen Betrieb. Strategien zur minimalen Absenkung gegenüber den theoretisch exzellenten Kennwerten in der Realität.
Zielführend hierfür sind Algorithmen, die die Beibehaltung der Zielgeschwindigkeit in der ausschließlich autonom genutzten Fahrspur fördern und die eng angekoppelte Packungsdichte hinter dem Leitfahrzeug beim Ein- und Aus- Koppeln möglichst wenig stören.
Primär muss dazu das Leitfahrzeug, das den Sicherheitsabstand einhält, privilegiert sein um die Sollreisegeschwindigkeit von z. B. 120 km/h möglichst ungestört beizubehalten. Bevorzugt ist nur autonomes Fahren und Ein- und AusKoppeln in die autonomen Fahrspuren zulässig. Dazu ist es entscheidend, von Menschen gelenkte Fahrzeuge möglichst daran zu hindern, die autonomen Fahrspuren zu nutzen oder gar beim Abfahren zu blockieren.
Zur Risikobegrenzung können die eng gepackte Fahrzeuganzahl und die Abstände hinter dem Leitfahrzeug an den jeweiligen Reifegrad des Gesamtsystems zum autonomen Fahren angepasst werden. Das soll auch fahrzeugindividuell an dessen Bremsvermögen und Reifegrad angepasst erfolgen. Ein Straßenzustand kann ebenfalls berücksichtigt werden.
Um die enge Kolonne ohne Geschwindigkeitsabsenkung des Leitfahrzeuges zu bilden dürfen nachfolgende Fahrzeuge zur Ankopplung gegenüber dem Leitfahrzeug mit z. B. 10 km/h höherer Geschwindigkeit herangeführt werden.
Die durch Auskopplung (z. B. zum Ausfahren von Autobahnen) gebildeten Lücken in der engen Kolonne werden schnell geschlossen um vor der kurz darauf mündenden Einfahrtsspur bereits wieder maximale Abstände zwischen den eng gepackten Kolonnen für autonom gelenkte Fahrzeuge mit Einkoppelwunsch zu schaffen.
Bei entsprechendem Reifegrad und geeigneter Vernetzung können bei geeigneten Kolonnenlücken auch mehrere einkoppelwillige Fahrzeuge gleichzeitig und bereits mit Abständen unterhalb des Sicherheitsabstands eingekoppelt werden.
Bei Maximalauslastung auf der autonomen Fahrspur können auch autonom gelenkte Fahrzeuge mit Einkoppelwunsch temporär nicht mehr einkoppeln, da dazu durch Abbremsen der Fahrzeuge auf der autonomen Fahrspur Platz zum Einkoppeln geschaffen werden müsste, was die Fahrzeugfrequenz nur drosseln, damit den Engpass weiter verschärfen und die durchschnittliche Reisegeschwindigkeit nur verringern würde. Diese den Durchsatz und die Gesamtreisedauer störenden Einkopplungen wären im weiteren Reiseverlauf auch ein Nachteil für die Fahrzeuge mit temporär blockiertem Einkoppelwunsch. Für das autonome Fahrsystem ist das physikalisch eindeutig, im autonomen Betrieb entfallen Rechtfertigungen gegenüber uneinsichtigen Menschen und deren größere Abweichungen vom Zielzustand.
Zusätzlich können diese dynamischen Regelvorgänge innerhalb der Kolonne die Energieeffizienz verschlechtern, die Emissionsbelastung oder das Risiko von Fehlern steigern. Es wird erwartet, dass diese Einschränkung durch den sehr hohen maximal möglichen Fahrzeugdurchsatz auf den autonomen Fahrspuren nur selten und dann nur wenige Kilometer weit besteht. Die gewünschte Einkopplung kann nach kurzer Wartezeit zum Vorteil Aller wieder erfolgen.
Bei entsprechend eingeschwungenem Reifegrad könnte die maximale Kolonnenlänge auch auf z. B. 15 Fahrzeuge erhöht werden. Dadurch würde eine einzige autonome Fahrspur maximal 8780 Fahrzeuge/h durchsetzen. Das ist das 5,2-fache des Maximaldurchsatzes einer Standardfahrspur und übertrifft daher den Maximaldurchsatz einer heutigen fünfspurigen Autobahn.
Bei geringer Verkehrsdichte, z. B. Kolonnenlänge kleiner 5 Fahrzeuge, könnten nachfolgende, ebenfalls kleine Kolonnen mit 10 km/h Überschussgeschwindigkeit vorteilhaft zusammengeführt werden. Für einzeln fahrende Leitfahrzeuge ohne angekoppelte Folgefahrzeuge könnte auch zugelassen werden, 10 km/h schneller zu fahren um die Reisezeiten weiter zu verkürzen. Dann könnte deren Durchschnittsgeschwindigkeit über 120 km/h steigen.
Verkürzte Reisezeiten können generell zu einer kleineren Verkehrsdichte durch kürzere Verweildauer der Fahrzeuge im fließenden Verkehr führen.
Die wesentlichen Vorteile und Merkmale der vorgeschlagenen Lösung sollen hier abschließend erneut kurz zusammengefasst werden:
Die vorgeschlagene, ausschließlich für autonom gelenkte PC zugelassene Fahrspur auf Autobahnen oder mehrspurigen Schnellstraßen kann die sachliche Komplexität beim autonomen Fahren beträchtlich verringern. Für eine initiale Einführung kann es ausreichen, folgende im Vergleich zum urbanen Umfeld deutlich niedrigeren Schwierigkeitsgrade zu bewältigen.
Beginnend mit dem niedrigsten Schwierigkeitsgrad:

1. Autonomes Fahren und Nachfahren mit Sicherheitsabstand auf eigener Fahrspur: Keine engen Kurvenradien, ohne nennenswerte Gefälle (Autobahn), weitgehend konstante Fahrbahnbreite, ohne bauseitige Hindernisse, mit Ausnahme eines Störfalles nur unter autonom gelenkten, untereinander kooperativ vernetzten Steuervorrichtungen 110, keine Spurwechsel, kreuzungsfrei, keine Ampeln, keine anderen Verkehrsvarianten (u.a. keine Nutzfahrzeuge (Commercial Vehicles, CV), keine einspurigen Fahrzeuge, keine Fußgänger, keine Kinder), geschwindigkeitsbegrenzt. Vor einer Änderung dieser Randbedingungen muss ein Fahrer die Steuerung des Fahrzeugs 100 übernehmen.
2. Autonomes, eng gekoppeltes, vernetztes Fahren von einem oder mehreren Kraftfahrzeugen hinter einem Leitfahrzeug 101. Zusammenführen von Kraftfahrzeugen zu einer eng gekoppelten Kolonne, insbesondere mit direkter Reaktion auf das Leitfahrzeug, das den Sicherheitsabstand einhält. Mit Ausnahme eines Störfalles nur unter autonom gelenkten und untereinander kooperativ vernetzten Steuervorrichtungen 110.
3. Fahrspurwechsel: Autonome Kopplung in die und aus der ausschließlich autonom genutzten Fahrspur 105. Mit Ausnahme eines Störfalls nur unter autonom fahrenden, untereinander vernetzten Fahrzeugen auf den betroffenen autonomen Fahrspuren 105. Bei geeigneter Systemausstattung und Koordinierung kann die Ein- und Auskopplung mehrerer Fahrzeuge gleichzeitig und unterhalb des Sicherheitsabstandes in geeignete Kolonnenlücken erfolgen.
4. Fahrspurwechsel: Autonome Auskopplung eines Kraftfahrzeugs 100 aus der ausschließlich autonom genutzten Fahrspur 104 rechts in eine linke Standardfahrspur unter Berücksichtigung von von Menschen gelenkten Fahrzeugen mit allen zugelassenen Verkehrsvarianten, was die Komplexität erhöht. Berücksichtigung aller vernetzten Fahrzeuge innerhalb von z. B. 400 m. Bei Übermittlungsbegrenzungen unterhalb z. B. 400 m, beispielsweise durch Kurven oder Kuppen, kann die Kommunikation auch seriell über mehrere Kraftfahrzeuge 100 hinweg erfolgen.

Natürlich sind auch Störfaktoren zu implementieren um z. B. im Notfall die enge Kolonne 300 sicher abzubremsen und Fehler von von Menschen gelenkten Fahrzeugen möglichst ohne Unfall auszugleichen. Alle geeignet ausgestatteten Fahrzeuge können im Umfeld von z. B. 400 m miteinander kooperativ vernetzt sein. Langsamere oder bremsende Fahrzeuge, die zu einem Auffahrunfall führen könnten, werden in einer Ausführungsform innerhalb aller vernetzten Beteiligten innerhalb kleiner 50 Millisekunden de facto gleichzeitig erkannt. Durch unmittelbar darauf beginnendes koordiniertes Ausregeln der Geschwindigkeitsunterschiede kann dadurch eine unnötig weite Absenkung der kleinsten Geschwindigkeit vermieden werden, die in der Folge zu Staus oder gar Unfällen führen kann. Dadurch lassen sich die verkehrsbedingten Verzögerungen weiter verringern.
Weit schwieriger und langwieriger wird es, die Soft Facts und die unterschiedlichsten Einzelinteressen bei den Kunden, in der Fahrzeugindustrie und in der Politik zu überwinden um ausschließlich autonom genutzte Fahrspuren umzusetzen. Das ist aber mittels Erfindungen nicht zu lösen.
Gegenüber heute können durch das hier vorgestellte Konzept gleichzeitig das Staurisiko, Unfallrisiken, der reale Verbrauch oder die realen Emissionen der Kraftfahrzeuge gesenkt werden. Die Reisezeiten können kürzer oder/ und besser planbar werden. Der maximal mögliche Autobahndurchsatz kann dadurch um ein Vielfaches erhöht sein. Die Verfügbarkeit von Arbeitskräften und der Freizeitwert können erhöht sein. Investierte Verkehrsmittel können effizienter genutzt werden. Dafür kann kein zusätzlicher Autobahnflächenbedarf nötig sein. Der volkswirtschaftliche Nutzen ist daher sehr groß.
Mit den vorgeschlagenen Abmessungen für eine oder mehrere zusätzliche, nur autonom nutzbare Fahrspuren kann kein zusätzlicher Flächenbedarf gegenüber einer regelkonform gebauten Autobahn bestehen.
Wenn es gelingt, von Anfang an einen akzeptierten einheitlichen Standard festzulegen, können Teilvorteile bereits ab Einführung dieses Systems, vor Bereitstellung einer exklusiven autonomen Fahrspur, genutzt werden. Jedes entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug 100 kann die weiträumig generierten Fahrempfehlungen C2C oder/ und IC2 an den Fahrer weitergeben oder, mit deutlich kürzerer Reaktionszeit autonom fahrend, nutzen. Die frühzeitigen Fahrempfehlungen ermöglichen weit vorne liegende Störungen mit geringen Eingriffen sicher auszugleichen. Mehr oder weniger nachfolgende Kraftfahrzeuge ohne dieses System profitieren ebenfalls davon.
Die extreme Durchsatzsteigerung gelingt aber nur mittels eng gepackten Kolonnen 300 mit hoher Durchschnittsgeschwindigkeit nahe der zulässigen Zielgeschwindigkeit bei ausschließlich autonomer Nutzung dieser autonomen Fahrspuren 105.
8 zeigt einen Breitenkoordinatenvergleich einer heute regelkonform gebauten dreispurigen BAB nach RQ36 im Vergleich zu dem Vorschlag mit zwei zusätzlichen autonomen Fahrspuren. Von unten nach oben ist eine Skala für die Breite der Fahrbahn dargestellt. In einem linken Bereich der Darstellung ist eine bekannte Aufteilung mit einem halben Mittelstreifen 805, einem Randstreifen 810, einer dritten Fahrspur 815, einer zweiten Fahrspur 820, einer ersten Fahrspur 825, einem Seitenstreifen 830, einem Standstreifen 835 und einem Bankett 840 dargestellt. Rechts von der Skala ist eine alternative Aufteilung dargestellt, bei der die dritte Fahrspur 815 fehlt, stattdessen aber eine erste autonome Fahrspur 850 und eine zweite autonome Fahrspur 855 vorgesehen sind.
Gegenüber der dreispurigen BAB wurden nur der halbe Mittelstreifen 805, der angrenzende Randstreifen 810 und die autonomen Fahrspuren 850, 855 verkleinert. Die letzten fehlenden cm wurden am Bankett 840 geholt. Dieses kann gegebenenfalls stärker armiert werden, damit der Standstreifen 835 nicht abrutscht.
9 zeigt einen Breitenkoordinatenvergleich einer heute regelkonform gebauten zweispurigen BAB nach RQ31 im Vergleich zu dem Vorschlag mit einer zusätzlichen autonomen Fahrspur. Die Darstellung folgt der von 8. Im rechten Bereich ist ein Vorschlag für eine Neuaufteilung des zur Verfügung stehenden Platzes unter Hinzufügung einer autonomen Fahrspur 855 dargestellt.

Claims

Verfahren (200) zum Steuern eines ersten Kraftfahrzeugs (100), das auf einer vorbestimmten Fahrspur (105) fährt, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte: - Abtasten (205) eines Umfelds des ersten Kraftfahrzeugs (100); - Empfangen (210) eines Fahrparameters von einem zweiten Kraftfahrzeug (135), das im Bereich des ersten Kraftfahrzeugs (100) auf der gleichen Fahrspur (105) fährt; - Bestimmen (215) einer Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeugs (100) in Abhängigkeit des empfangenen Fahrparameters und des Abtastergebnisses des Umfelds.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Steuern (225) einer Bewegung des ersten Kraftfahrzeugs (100).
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahrstrategie eine Kolonnenfahrt mit dem zweiten Kraftfahrzeug (135) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei das zweite Kraftfahrzeug (135) dem ersten Kraftfahrzeug (100) voraus fährt und die Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeuge (100) ein Folgen in einem vorbestimmten Abstand umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei das zweite Kraftfahrzeug (135) dem ersten Kraftfahrzeug (100) folgt und die Fahrstrategie ein Fahren mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umfasst.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (115) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
Vorrichtung (110) zur Steuerung eines ersten Kraftfahrzeugs (100), das auf einer vorbestimmten Fahrspur (105) fährt, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: - eine Abtasteinrichtung (125) zur Abtastung eines Umfelds des ersten Kraftfahrzeugs (100); - eine Kommunikationseinrichtung (120) zum Empfangen eines Fahrparameters von einem zweiten Kraftfahrzeug (135), das im Bereich des ersten Kraftfahrzeugs (100) auf der gleichen Fahrspur (105) fährt; - eine Verarbeitungseinrichtung (115), die dazu eingerichtet ist, eine Fahrstrategie des ersten Kraftfahrzeugs (100) in Abhängigkeit des empfangenen Fahrparameters und des Abtastergebnisses des Umfelds zu bestimmen.
System, umfassend ein erstes Kraftfahrzeug (100) und ein zweites Kraftfahrzeug (135), wobei beide Kraftfahrzeuge (100, 135) jeweils eine Vorrichtung (110) nach Anspruch 7 umfassen und wobei die Vorrichtungen (110) jeweils dazu eingerichtet sind, die Fahrstrategie des zugeordneten Kraftfahrzeugs (100, 135) mit der des anderen Kraftfahrzeugs (100, 135) abzustimmen.
System nach Anspruch 8, umfassend eine Vielzahl Kraftfahrzeuge (100, 135), die jeweils eine Vorrichtung (110) nach Anspruch 7 umfassen und wobei die Vorrichtungen (110) jeweils dazu eingerichtet sind, die Fahrstrategie des zugeordneten Kraftfahrzeugs (100, 135) mit denen der anderen Kraftfahrzeuge (100, 135) abzustimmen.
System nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Vorrichtungen (110) jeweils dazu eingerichtet sind, die Fahrstrategien der Kraftfahrzeuge (100, 135) zur Kolonnenfahrt aufeinander abzustimmen und ferner dazu, ein weiteres Kraftfahrzeug (100, 135) in die Kolonne (300) aufzunehmen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Vorrichtungen jeweils dazu eingerichtet sind, die Fahrstrategien der Kraftfahrzeuge (100, 135) zur Kolonnenfahrt auf der zu bestimmen und ferner dazu, ein Kraftfahrzeug (100, 135) aus der Kolonne (300) zu entlassen.
Anordnung zweier zusätzlicher schmälerer Fahrspuren (850, 855) zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten dreispurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ36.
Anordnung einer zusätzlichen schmäleren Fahrspur (850, 855) zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten dreispurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ36.
Anordnung zweier zusätzlicher schmälerer Fahrspuren (850, 855) zur ausschließlichen Nutzung durch autonom geführte Kraftfahrzeuge mit begrenzter Breite ohne zusätzlichem Breitenbedarf gegenüber einer heute regelkonform gebauten vierspurigen Autobahn mit dem Regelquerschnitt RQ43,5.
Bauart nach einem der Ansprüche 12 oder 14 an einer regelkonformen Autobahn mit 5 oder mehr Spuren.
Bei Linksverkehr ist die Anordnung gemäß den Ansprüchen 12, 13, 14, 15 gespiegelt.