DE102018208910A1

DE102018208910A1 - Verfahren und System zum Maximieren eines Verkehrsdurchsatzes

Info

Publication number: DE102018208910A1
Application number: DE102018208910.8A
Authority: DE
Inventors: Walter Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Verbessern eines Verkehrsdurchsatzes von Fahrzeugen insbesondere bei einem Befahren von Fahrbahnverengungen, wobei Daten über eine Position der Fahrbahnverengung oder eine Beeinträchtigung und zumindest Fahrparameter von mindestens zwei zueinander benachbart auf mindestens zwei unterschiedlichen Fahrspuren angeordneten und der Fahrbahnverengung oder Beeinträchtigung entgegenfahrenden Fahrzeugen ausgetauscht werden, Geschwindigkeiten der mindestens zwei Fahrzeuge an eine Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung oder Beeinträchtigung koordiniert angepasst werden, die mindestens zwei Fahrzeuge auf unterschiedlichen Fahrspuren vor einem Fahrspurwechsel versetzt zueinander ausgerichtet werden und mindestens ein Fahrzeug bei gleichbleibender Geschwindigkeit von einer geschlossenen Fahrspur auf eine freigegebene Fahrspur gesteuert oder zum Steuern veranlasst wird. Des Weiteren ist ein System offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern eines Verkehrsdurchsatzes von Fahrzeugen auf Fahrspuren, insbesondere bei einem Befahren von Fahrbahnverengungen oder Beeinträchtigungen, sowie ein System.
Stand der Technik
Die weltweit angelegten Verkehrsstraßen werden zunehmend stärker belastet. Insbesondere an Fahrbahnverengungen kann ein erhöhtes Verkehrsaufkommen zu Staus und Unfällen führen. Des Weiteren erhöht sich bei einem pulsierenden oder gar stockenden Verkehrsfluss der Energiebedarf der Fahrzeuge, wodurch die Umweltbelastung unnötig ansteigt.
Im heutigen Verkehr können Fahrbahnverengungen zu einem unnötig stark gedrosselten Verkehrsfluss führen. Dadurch können die Fahrbahnverengung einen nachfließenden Verkehr oft nicht mehr bewältigen. Hieraus können Staus und Stillstand bis hin zu Unfällen resultieren. Die Verzögerungen und Beschleunigungen der Fahrzeuge in derartigen Situationen benötigen viel Energie und erhöhen den Verschleiß von Fahrzeugkomponenten.
Des Weiteren reduziert die Verzögerung aufgrund überlasteter Verkehrsstraßen die Verfügbarkeit von Arbeitskräften und den Freizeitanteil. Die investierten Transportmittel können somit nicht effizient genutzt werden. Die Unfallquote, der reale Ressourcenverbrauch der Fahrzeuge und die reale Emissionsbelastung können unnötig ansteigen.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Erhöhen eines Verkehrsflusses auf Fahrspuren, insbesondere an Fahrbahnverengungen, vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern eines Verkehrsdurchsatzes von Fahrzeugen bei einem Befahren von Fahrbahnverengungen bereitgestellt.
Es werden Daten über eine Position der Fahrbahnverengung und zumindest Fahrparameter von mindestens zwei zueinander benachbart auf mindestens zwei unterschiedlichen Fahrspuren angeordneten und der Fahrbahnverengung entgegenfahrenden Fahrzeugen ausgetauscht.
In einem Schritt des Verfahrens werden Geschwindigkeiten der mindestens zwei Fahrzeuge an eine Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung oder Beeinträchtigungen eines Verkehrsstroms koordiniert angepasst. Die Anpassung kann sich beispielsweise auf eine Fahrspur, eine Position, eine Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsänderung und dergleichen auswirken.
Anschließend werden die mindestens zwei Fahrzeuge auf unterschiedlichen Fahrspuren vor einem Fahrspurwechsel versetzt zueinander ausgerichtet.
Nach einer versetzten Ausrichtung der Fahrzeuge wird mindestens ein Fahrzeug bei gleichbleibender Geschwindigkeit von einer geschlossenen Fahrspur auf eine freigegebene Fahrspur gesteuert oder zum Steuern veranlasst. Das Verfahren kann bei mehrspurigen Verkehrsstraßen eingesetzt werden, bei welchen zumindest eine Spur gesperrt ist und somit eine Fahrbahnverengung oder eine Beeinträchtigung entsteht.
Engstellen bzw. Fahrbahnverengungen sind Passagen von mehrspurigen Straßen, an welchen die Anzahl der Fahrspuren verringert ist. Derartige Fahrbahnverengungen können beispielsweise am Ende einer ausgebauten Autobahn oder im Bereich von Baustellen auftreten. Zusätzlich können gesperrte Fahrspuren aufgrund von Unfällen zu Fahrbahnverengungen führen.
Insbesondere kann das Verfahren unverändert auch die Verkehrssituation auf nicht verengten Strecken verbessern. Die entsprechenden Strecken können durch andere Verkehrsteilnehmer beeinträchtigt sein. Auffahrkollisionen, nicht rechtzeitig angepasste Geschwindigkeit, Spurwechselfehler können auch auf geraden Streckenabschnitten durch das Verfahren verhindert oder zumindest minimiert werden. Die energieminimale rechtzeitige Identifizierung und positionsgenaue Anpassung der Fahrzeuge an die Zielgeschwindigkeit an eine durchsatzverringernde relevante Drosselstelle ist auch ohne eine endende Fahrspur zielführend. Die nachteilslose Förderung des Rechtsfahrgebots kann Kolonnenlängen verkleinern, Kolonnen rascher auflösen oder gar nicht erst entstehen lassen.
Bei einspurigen Fahrbahnen können Teile dieses kooperativ vernetzten Fahrsystems genutzt werden um, an das Vorderfahrzeug mit einem Sicherheitsabstand oder auf Infrastrukturinputs wie z.B. den Beginn einer Geschwindigkeitsbegrenzung, überwiegend energiearm anzukoppeln. Dadurch werden Auffahrunfälle und eine nicht rechtzeitig angepasste zu hohe Geschwindigkeit auch auf einspurigen Fahrbahnen überwiegend vermieden.
Aufgrund von Geschwindigkeitsreduzierungen vor, während und nach einer Fahrbahnverengung kann der Fahrzeugdurchsatz ineffizient gedrosselt sein. Durch das Verfahren kann eine Minimalgeschwindigkeit im Bereich der Fahrbahnverengung angehoben und der maximale Fahrzeugdurchsatz erhöht werden. Die Einhaltung des Sicherheitsabstands kann bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten berücksichtigt werden. Bevorzugterweise wird dies bei allen auf eine Fahrbahnverengung zufahrenden Fahrzeugen umgesetzt. Der maximale Fahrzeugdurchsatz auf Autobahnfahrspuren liegt heute bei 50 - 70 km/h. Durch die vorgeschlagene kooperative Koordinierung kann der maximale Verkehrsdurchsatz deutlich angehoben werden. Somit kann der maximale Fahrzeugdurchsatz bei Geschwindigkeiten oberhalb 80km/h erreicht, realisiert werden. Sinkt die Fahrgeschwindigkeit unterhalb dieses Geschwindigkeitsbereiches verringert sich der Fahrzeugdurchsatz, wodurch der Verkehrsfluss eine geringere Effizienz aufweist.
Es sind unterschiedliche Ursachen für unnötig stark abgesenkte Fahrzeuggeschwindigkeiten beim Einfädeln vor Fahrbahnverengungen bekannt. Trotz deutlicher Fortschritte durch die gesetzliche Einführung des Reißverschlusssystems besteht weiterhin ein Verbesserungspotenzial, insbesondere bei einem hohen Verkehrsaufkommen. Durch das Verfahren kann eine Richtgeschwindigkeit der Fahrbahn rechtzeitig vor der Fahrbahnverengung abgesenkt werden. Die auf die Fahrbahnverengung zufahrenden Fahrzeuge können eine gleichmäßige und bevorzugterweise identische Geschwindigkeit vor der Fahrbahnverengung aufweisen. Hierbei können durchsatzverringernde Aufschaukeleffekte vermieden werden, indem die Fahrzeuge bestmöglich mit großer Vorlaufzeit ohne Aufschaukeleffekte sanft an die an der relevanten Drosselstelle ermittelten Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung herangeführt werden und unnötig große Abstände zwischen den Fahrzeugen fortlaufend korrigiert werden.
Zusätzlich kann ein vorzeitiger durchsatzverringernder Fahrspurwechsel unterbunden werden.
Durch die versetzte Anordnung der Fahrzeuge an den Einfädellücken auf den mindestens zwei betroffenen Fahrspuren kann eine Fahrzeugdichte auf jeder Fahrspur zum Ermöglichen einer Einfädelung durch Fahrzeuge reduziert werden. Dies kann beispielsweise durch eine rechtzeitige Halbierung der Fahrzeugdichte auf zwei 2-in-1-Fahrspuren gegenüber den nicht betroffenen Fahrspuren umgesetzt werden. Parallel dazu kann eine kongruente und rechtzeitige Auffüllung auf den von der Verengung nicht betroffenen Fahrspuren erfolgen. Die Halbierung der Fahrzeugdichte in Lückenanordnung ist Voraussetzung dass ohne weiteren Geschwindigkeitsänderungsbedarf nach Abschluss des Einfädelvorgangs auf der Zielfahrspur der maximal mögliche Verkehrsdurchsatz mit einer Zielgeschwindigkeit unter Einhaltung des Sicherheitsabstands möglich wird. Vor dem Einfädelvorgang ist damit bei jeweiliger Maximalbelegung die betroffene Zielfahrspur nur halb so hoch belegt wie die nicht betroffene Nachbarspur. Trotz bereits angepasster gleicher Fahrgeschwindigkeit würde die vermeintlich unterfrequentierte Nebenspur bei einigen Fahrern auf der nicht betroffenen Fahrspur den unwiderstehlichen Drang auslösen in die Lücken zu wechseln. Diese Lücken sind aber auf den betroffenen Fahrspuren zwingend notwendig um die bevorstehende Reißverschlusseinordnung zu ermöglichen. Um den schwerwiegend störenden und in der Folge gefährlichen Fahrbahnwechsel aus der nicht betroffenen Fahrspur in die gebildeten Lücken zu verbieten sind einseitige Sperrlinien zielführend.
Mit großer Vorlaufzeit wird die Fahrgeschwindigkeit an der relevanten Drosselstelle in geglätteten Zeitscheiben als Zielgeschwindigkeit rückgemeldet. Die Fahrzeuge auf der von der Fahrbahnverengung betroffenen Fahrspuren können durch das Verfahren bis nahe an die Engstelle, zumindest bis zu einem Abstand von 400 m, der jeweiligen Fahrspur an diese Zielgeschwindigkeit sanft unter Vermeidung von Aufschaukeleffekten herangeführt werden.
Durch das vor der Engstelle versetzte Anordnen der Fahrzeuge auf den von der Engstelle betroffenen Fahrspuren bei gleichzeitiger Lückenbildung durch die Fahrzeuge auf der Zielfahrspur kann ein wechselweises partnerschaftliches Einordnen mit minimalem Geschwindigkeitsänderungsbedarf, beispielsweise auf den letzten 100- 250 m, gesetzeskonform ermöglicht werden.
Die Lückengröße kann für alle beteiligten Fahrzeuge vorzugsweise Zielgeschwindigkeits-abhängig einstellbar sein. Dadurch ist ohne weiteren Positions- und Geschwindigkeitsänderungsbedarf ein Spurwechsel beim Einfädeln gefahrlos und gleichzeitig durchsatzoptimal mit einem Sicherheitsabstand möglich. Durchsatzverringernde Aufschaukeleffekte, Unfallrisiken beim Fahrbahnwechsel oder durch Relativgeschwindigkeiten (Auffahrrisiko) können somit um ein Vielfaches verringert werden. Die notwendige Verzögerung, Feinstaubgenerierung durch Brems- und Reifenabrieb kann ebenfalls verringert werden. Das gleichmäßigere Fahren führt zumindest bei hohem Verkehrsaufkommen zu kürzeren Fahrzeiten, weniger Staus und damit zu besserer Ressourcennutzung und einer länger nutzbaren Freizeit. Des Weiteren kann der CO₂ Ausstoß reduziert werden.
Zu große Einfädellücken und Lücken oberhalb des Sicherheitsabstands zwischen Fahrzeugen können mit einer geringen Geschwindigkeitsdifferenz von beispielsweise 10 km/h oberhalb der ermittelten Zielgeschwindigkeit auf allen Fahrspuren fortlaufend geschlossen werden. Vorhandene Geschwindigkeitsbegrenzungen können dabei eingehalten werden.
Durch Gewöhnung der Fahrer an die niedrige Geschwindigkeit und nur langsame Realisierung, dass die Drosselstelle bzw. die Fahrbahnverengung bereits passiert ist können auch weitere Drosselstellen nach der Fahrbahnverengung entstehen. Daher ist anzustreben, dass eine Anhebung der Geschwindigkeit nach der identifizierten Drosselstelle bei unnötig großem Abstand zum Vordermann und einer Fahrgeschwindigkeit deutlich unterhalb einer zulässigen oder sicher beherrschbaren situationsangepassten Geschwindigkeit gefördert wird. Dadurch ist der Verkehrsabfluss nach dem Engpass verbesserbar, Das kann in der Folge auch die Minimalgeschwindigkeit an der relevanten Drosselstelle erhöhen und damit die Zielgeschwindigkeit im gesamten Verkehrsbereich durchsatzerhöhend vor der Engstelle anheben.
Das Verfahren kann durch die Verwendung von Steuergeräten mit Auswerte- und Optimierungsalgorithmen ausgeführt werden, wobei die Steuergeräte mit Kommunikationsvorrichtungen versehen sind und Zugriff auf Fahrzeugsensoren aufweisen. Fahrzeugsensoren können beispielsweise Kameras, LIDAR-Sensoren oder Radar-Sensoren sein. Des Weiteren können Infrastruktursensoren und Infrastrukturvorrichtungen zum Ermitteln von Fahrbahnverengungen und zum Übermitteln der Position der Engstelle an die Fahrzeuge bzw. die Kommunikationsvorrichtungen der Steuergeräte genutzt werden. Das Verfahren kann dabei gemeinsam mit einem Spurwechselassistenzsystem eingesetzt werden. Ein Teil der Fahrzeuge kann dabei vorzugsweise über entsprechende Steuergeräte verfügen und dadurch Optimierungsanweisungen an benachbarte Fahrzeuge in Form von Lichtzeichen, Sprachnachrichten, akustischen Signalen und dergleichen senden. Bevorzugterweise sind die Fahrzeuge in einem Umfeld von beispielsweise 500 m alle oder größtenteils mit entsprechenden Steuergeräten zum Durchführen des Verfahrens ausgestattet. Hierdurch kann eine kooperative Vernetzung der Fahrzeuge untereinander besonders effizient ausgestaltet sein. Mittels einer Car-2-Car (C2C)-Kommunikationsverbindung und/oder einer Car-2-Infrastructure (C2I)-Kommunikationsverbindung zwischen allen Beteiligten kann eine optimierte und aneinander angepasste Geschwindigkeit eingestellt werden. Die Geschwindigkeit, Änderungen der Geschwindigkeit und die Abstände zwischen den Fahrzeugen können zusätzlich zu der Position der Fahrbahnverengung und topographischen Gegebenheiten untereinander über die Kommunikationsverbindungen ausgetauscht werden. Die Verkehrsdichte kann vorzugsweise fahrspurbezogen über eine C2I- und lokal über die C2C-Verbindung übermittelt werden. Damit können notwendige Geschwindigkeitsanpassungen mit vergleichsweise großer Vorlaufzeit ohne Aufschaukeleffekte, die in der Folge zu Staus oder gar Unfällen führen könnten, erfolgen. Dadurch kann ein kontinuierliches Heranführen und Verteilen des Verkehrsstroms unterstützt werden.
Das kooperativ vernetzte aufschaukeldämpfende Fahrsystem bzw. Verfahren kann als Basis eingesetzt werden, um sowohl autonom wie auch bei trotz dieser Ausstattung von Menschen gelenkten Fahrzeugen einen verbesserten Fahrspurwechsel mit folgenden Zielen zu realisieren:

- Weniger Staus und Unfälle.
- Das Risiko von nicht rechtzeitig angepasster zu hoher Geschwindigkeit, von Auffahrunfällen und von Spurwechselfehler bedingten Unfällen kann fast vollständig eliminiert werden.
- Der Verkehrsdurchsatz bei Fahrbahnverengungen und in der Folge die durchschnittliche Reisegeschwindigkeit wird erhöht.
- Der Energiebedarf wird verringert und die Umwelt wird entlastet.
- Durch die große Vorlaufzeit reicht ein Freilauf oder die Motorbremse aus um die Geschwindigkeitsanpassung umzusetzen. Weniger Reifen- und Bremsverschleiß verringert zusätzlich die Feinstaubemission, wodurch auch der Komponentenverschleiß verringert wird.

Im Folgenden wird anhand eines vereinfachten Beispiels das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht. Ein Kraftfahrzeug soll die Geschwindigkeiten, die Abstände und die Geschwindigkeitsänderungen mit allen im Umkreis von beispielsweise 500 m kooperativ vernetzt fahrenden Fahrzeugen mittels C2C mitteilen. Über eine C2I-Kommunikationsverbindung können parallel Informationen beidseitig innerhalb eines Zeitfensters von beispielsweise 50 ms ausgetauscht werden. Unter ungünstigen Randbedingungen, wie beispielsweise bei kurviger Strecke, bei Kuppen oder sonstigen Übertragungsschwierigkeiten, können die Informationen auch seriell unter den kooperativ vernetzt Beteiligten, beispielsweise innerhalb 100 ms, über eine C2C-Kommunikationsverbindung weitergegeben werden. Durch diese serielle Kommunikation unter den entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen und die Infrastruktur sind große Verkehrsstörungen wie beispielsweise Fahrzeugstillstand und Unfälle über große Distanzen (z.B. 5km) frühzeitig kommunizierbar. Die Kommunikation kann auch über eine satellitengestützte Verbindung erfolgen. Schräg oder gerade voraus- oder nach- oder seitlich fahrende Fahrzeuge, insbesondere die an der vorgeschlagenen Vernetzung nicht teilnehmen, können durch Fahrzeugsensoren der das Verfahren ausführenden Fahrzeuge berücksichtigt werden. In einem beispielhaften zeitlichen Abstand von 2 s kann in Zeitscheiben eine kooperative Fahrstrategie für alle Beteiligten ermittelt und fortlaufend geglättet aktualisiert werden. Ziel ist, beim Einfädeln einen kooperativen Kompromiss zu errechnen, bei dem die Summe der Einschränkungen aller Beteiligten ein Minimum ermöglicht. Vorzugsweise kann dazu die Summe aller Fahrzeitverluste gegenüber ungestörter Fahrt bei individuell optimierter Fahrstrategie errechnet und die Fahrzeuge entsprechend dem minimalen Fahrzeitverlust angesteuert oder zum Ansteuern angeregt bzw. aufgefordert werden.
Die Fahrstrategie zur kooperativen Fahrbahnbelegung mit Zielgeschwindigkeit und Zielposition vor und nach der Drosselstelle wurde bereits beschrieben. Autonom geführte Fahrzeuge können die errechnete Fahrstrategie innerhalb von beispielsweise 50ms präzise einleiten. Bei von Menschen gelenkten Fahrzeugen sind längere Reaktionszeiten und größere Abweichungen zu den Handlungsempfehlungen durch größere Abstände zu berücksichtigen. Um die Menschen nicht zu überfordern ist die Frequenz potenziell geänderter Anweisungen zu reduzieren.
Bei geringerer Verkehrsdichte erfolgt die Lückenbildung und Lückenpositionierung der Fahrzeuge nur bei Bedarf. Die Zielgeschwindigkeit der an die Fahrbahnverengung heranfahrenden Fahrzeuge wird auch bei verringerter Verkehrsdichte insbesondere zur kooperativ vernetzten Koordinierung vereinzelter Kolonnen von der übermittelten Geschwindigkeit zum Befahren der Engstelle und oder von Geschwindigkeitsbegrenzungen bestimmt, um potenzielle rückwirkende Aufschwingvorgänge, die in der Folge zu Verkehrsstörungen führen können, zu vermeiden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens zielt dahingehend ab sich an eine ungestörte Fahrt anzunähern. Da an fast allen Verengungen eine Geschwindigkeitsbegrenzung verfügt ist, entspricht diese bei ungestörter Fahrt der an alle beteiligten Fahrzeuge weitergemeldeten Zielgeschwindigkeit. Wenn ohne Fahrzeitnachteil möglich, wird das Rechtsfahrgebot angestrebt. Eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit wird beim Heranfahren unter Berücksichtigung der Inputs solange beibehalten bis eine sanfte Freilaufverzögerung ausreicht um sich mit Sicherheitsabstand auf der Fahrspur oder mit Lückenabstand auf vom Einordnen betroffenen Fahrspuren hinter dem Vorderfahrzeug oder/und seitlich auf Lücke ohne verbleibende Geschwindigkeitsdifferenz zu positionieren oder/und um bei Beginn der Geschwindigkeitsbegrenzung diese einzuhalten. Ausgehend von einer verkehrsarmen Zeit wird in Zeitscheiben von beispielsweise 2s ständig aktualisiert. Steigt die Verkehrsdichte, kann dadurch von einer sehr günstigen Ausgangsposition hinsichtlich Position und Geschwindigkeit bestmöglich orientierten Fahrzeugen mit Zielgeschwindigkeit ausgegangen werden. Kooperativ vernetzte autonom mit diesem Fahrsystem geführte Fahrzeuge könnten bis zur Maximalkapazität von 1778 Fahrzeugen/h (Bei 80km/h Geschwindigkeitsbegrenzung und durchschnittlicher Fahrzeuglänge von 5m) auf den nach der Verengung verbleibenden Fahrspuren den Engpass weitgehend ohne Fahrzeitverzögerung passieren. Eine Fahrzeitverlängerung gegenüber ungestörter Fahrt ergibt sich erst dann wenn die heranfahrende Verkehrsfrequenz die vorgenannte maximal mögliche Verkehrsfrequenz an der Drosselstelle übersteigt. Dadurch verlängern sich die optimiert fahrenden Kollonen. Bei einem Verkehrsaufkommen oberhalb 2x 1778 Fahrzeuge/h bei 3 in 2 Fahrspuren kann die Engstelle weiterhin optimal ohne Aufschaukeleffekte passiert werden. Die Zielgeschwindigkeitsanpassung würde aber entsprechend dem nicht mehr verkraftbarem Verkehrsaufkommen immer weiter vor dem Geschwindigkeitsbegrenzungsbeginn erfolgen müssen. Dieser Abstand, die Kolonnenlänge, verringert sich umgekehrt aber sofort wieder wenn die heranfließende Verkehrsdichte die Maximalkapazität an der Drosselstelle unterschreitet. In der Realität werden auch nicht autonom geführte Fahrzeuge, längere und langsamere Fahrzeuge am Verkehr bei ungünstigen Straßenrandbedingungen teilnehmen. Dafür sind größere Sicherheiten zu berücksichtigen.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung abhängig von einem Verkehrsaufkommen ermittelt. Hierdurch kann eine Zielgeschwindigkeit und eine Geschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung derart optimiert werden, dass ein erhöhter Fahrzeugdurchsatz realisiert werden kann. Bei der Berechnung können die Zeit und Sicherheitsaspekte als Faktoren berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vor einer Fahrbahnverengung eine Verkehrsdichte auf einer freigegebenen Fahrspur abhängig von einer Verkehrsdichte auf einer endenden Fahrspur angepasst. Mittels einer C2C- oder C2I-Kommunikationsverbindung kann durch die kooperativ vernetzten Fahrzeuge die Summenverkehrsdichte der Autobahn bzw. der Straße, die fahrspurspezifische Verkehrsdichte, die Position der Verengung, die Fahrgeschwindigkeit an der relevanten Drosselstelle, z. B. nach einer Einordnung der Fahrzeuge in die Zielfahrspur, an alle kooperativ vernetzten Fahrzeuge in einem Abstand von beispielsweise 1500 m bis zur Fahrbahnverengung übertragen bzw. untereinander ausgetauscht werden. Insbesondere können diese Fahrparameter bzw. Informationen zu nachfolgenden Fahrzeugen weitergegeben werden. Zum Einstellen einer Fahrzeugdichte kann beispielsweise der Abstand zwischen nicht autonom geführten Fahrzeugen einer Spur erhöht und die Fahrzeugdichte reduziert werden. Dies erfolgt vorzugweise sanft und ausreichend weit vor der Fahrbahnverengung.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden durch Fahrzeuge auf einer freigegebenen Fahrspur Lücken zum Aufnehmen von mindestens einem Fahrzeug einer endenden Fahrspur gebildet, wobei die Lücken mit einer geschwindigkeitsabhängigen Länge gebildet werden. Es können somit Fahrzeuge bis zu einem definierten Abstand bis zu Beginn der Fahrbahnverengung jeweils eine Einkoppellücke mit einem Abstand von mindestens einem doppelten geschwindigkeitsabhängigen Sicherheitsabstand addiert mit der bekannten Fahrzeuglänge des betroffenen Fahrzeugs einstellen. Dies kann vorzugsweise unter Verwendung des Freilaufs oder der Motorbremse und möglichst ohne aktive Bremsvorgänge durchgeführt werden. Die in die Koppellücken einscherenden Fahrzeuge können vor dem Spurwechsel bereits einen Sicherheitsabstand zu den jeweils schräg vorausfahrenden Fahrzeugen auf der Zielspur einhalten. Dies kann manuell oder unter Verwendung von Fahrzeugsensorik umgesetzt werden. Durch die regelmäßige über mehrere Zeitscheiben geglättete Aktualisierung, z.B. alle 2 s, werden die Parameter bei Annäherung an die Fahrbahnverengung immer weiter verfeinert. Das heißt, dass z. B. 300 m vor der Fahrbahnverengung der Fahrspurwechsel an der bestmöglich erreichten Lückenposition mit Sicherheitsabstand mit kleinstmöglichem Geschwindigkeitsunterschied risikominimiert beginnen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine zu lang eingestellte Lücke durch Geschwindigkeitserhöhung von mindestens einem Fahrzeug korrigiert. Das Verfahren ermöglicht, mit minimalem Geschwindigkeitsanpassungsbedarf auf den letzten 500 m vor dem Erreichen der Fahrbahnverengung durch die Fahrzeuge eine geringstmögliche Geschwindigkeitsabsenkung an der durchsatzentscheidenden Drosselstelle zu realisieren. Im Gegensatz zu verkehrsabhängig potenziell unnötig großen Abständen können durch das Verfahren die kooperativ vernetzten autonom geführten Fahrzeuge auf der freigegebenen Fahrspur an vorausfahrende Fahrzeuge mit einer geringfügigen Überschussgeschwindigkeit bis zu einem optimalen Sicherheitsabstand gesteuert werden. Die dadurch durchschnittlich kleineren Abstände können die Fahrzeugfrequenz steigern. Die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeuge an der relevanten Drosselstelle, das ist meist der Ort der Fahrbahnverengung, kann somit ebenfalls erhöht werden, wodurch der Fahrzeugdurchsatz verbessert wird.
Diese auf die jeweilige Istverkehrssituation an der Drosselstelle und unter den kooperativ vernetzt beteiligten Fahrzeugen basierte Regelschleife kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen aktualisiert werden und beeinflusst die Fahrzeugbelegung der einzelnen Fahrspuren mit Zielgeschwindigkeit und Zielposition vor der Fahrbahnverengung.
Die ermittelte Geschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung kann über mehrere Zeitscheiben geeignet geglättet werden, um den Regelungsvorgang nicht aufzuschaukeln, sondern stetig zu verändern. Ein potenziell erhöhter Durchsatz an der Fahrbahnverengung kann unmittelbar zu einer zügigeren Heranführung der Fahrzeuge an die Fahrbahnverengung genutzt werden. Diese zielführende Abstandsverringerung kann bei von Menschen gelenkten Fahrzeugen durch Fahrhinweise der vorausfahrenden Fahrzeuge oder über Infrastruktureinheiten bzw. infrastrukturbasierte Hinweise gefördert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird bei einer geschwindigkeitsabhängigen Länge der mindestens einen Lücke zwischen zwei Fahrzeugen ein Sicherheitsabstand vor einem einfädelnden Fahrzeug und ein Sicherheitsabstand zum einfädelnden Fahrzeug hin im Vorfeld eingestellt. Hierdurch kann ein Einfädelvorgang gesetzeskonform unmittelbar vor einer Fahrbahnverengung ohne eine weitere Geschwindigkeitsänderung durchgeführt werden, da die miteinander kommunikativ gekoppelten Fahrzeuge die Abstände gemäß der Endposition bereits im Vorfeld mit Zielgeschwindigkeit eingestellt haben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird nach einer durchgeführten Einfädelung durch mindestens ein Fahrzeug eine Geschwindigkeit der Fahrzeuge auf der freigegebenen Fahrspur erhöht. Durch das Erhöhen der Geschwindigkeit der Fahrzeuge im abfließenden Verkehr nach der Drosselstelle können aufschaukelnde rückwirkende Effekte, welche den Fahrzeugdurchsatz reduzieren, verhindert werden. In der Folge kann auch an der Drosselstelle die Geschwindigkeit erhöht werden
Nach dem Passieren der Fahrbahnverengung oder bereits nach der durchgeführten Einfädelung kann eine Förderung des abfließenden Verkehrs durch autonomes Fahren oder durch geeignete aufmunternde Fahrhinweise, vorzugsweise mit einem Sicherheitsabstand zum Vordermann, verwendet werden, um ein weiteres Nadelöhr zu vermeiden. Der vorgeschlagene Algorithmus führt das bei autonom gelenkten Fahrzeugen rasch und präzise den Randbedingungen entsprechend um. Voraussetzung dazu ist beim angesprochenen von einem Menschen gelenkten Fahrzeug eine deutlich niedrigere Geschwindigkeit als die sichere situationsabhängig angemessene oder zulässige Geschwindigkeit und ein unnötig großer Abstand zum Vorderfahrzeug Situationsangepasste. C2I-Hinweise die alle Fahrzeuge unabhängig von deren Ausstattung beispielsweise mittels Leuchtschrift, erreichen könnten, könnten dazu beitragen den Fahrzeugdurchsatz zu erhöhen. Derartige Leuchtschrifthinweise können beispielsweise zum Anzeigen einer längerfristig zu hohen oder zu geringen Kolonnengeschwindigkeit oder eines Wegfalls einer Behinderung eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die zueinander benachbart auf Lücke angeordneten auf eine Fahrbahnverengung zufahrenden Fahrzeuge miteinander kooperativ verbunden. Hierdurch kann eine Koordinierung der gekoppelten Fahrzeuge realisiert werden. Die Koordinierung erfolgt vorzugsweise durch die Steuergeräte der Fahrzeuge unter Zuhilfenahme der Kommunikationseinheiten und der jeweiligen Fahrzeugsensorik.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden benachbart zueinander angeordnete Fahrzeuge 2A und 2M datenleitend miteinander verbunden. Dieses mindestens eine manuell gesteuerte Fahrzeug 2M verfügt über mindestens eine Signalisierung mit mindestens einem Fahrzeug 2A oder 2M die kooperativ gekoppelt wird.
Bei von Menschen gelenkten Fahrzeugen mit diesem Fahrsystem 2M müssen die Fahrhinweise und die Assistenzeingriffe aufgrund längerer Reaktionszeit gegenüber autonomen Fahrzeugen 2A grober und mit mehr Sicherheit erfolgen. Beispielsweise kann das Verfahren versuchen, ein manuell gesteuertes Fahrzeug mit diesem Fahrsystem 2M zwischen zwei autonomen Fahrzeugen durch optische und akustische Fahrempfehlungen einzureihen.
Der Hinweis kann die Zielgeschwindigkeit aufweisen, welche der Fahrer einstellen und einhalten soll. Des Weiteren kann der Fahrer als Hinweis „Zur Lückenpositionierung zurückfallen, Zielgeschwindigkeit 100 km/h“ erhalten. Reagiert der Fahrer des Fahrzeugs auf diesen Fahrhinweis nicht und positioniert sich seitlich zu knapp hinter einem der autonomen Fahrzeuge, kann das manuell gesteuerte Fahrzeug leicht mittels Assistenzeingriff und gleichzeitiger Information „Position zum Fahrspurwechsel verbessert“ korrigiert werden.
Wenn ein manuell gesteuertes Fahrzeug 2M ein autonomes Fahrzeug 2A vor sich einfädeln lassen soll, kann der Fahrhinweis „Fahrzeug einordnen lassen, Geschwindigkeit daran anpassen“ an den Fahrer übermittelt oder und im Display angezeigt werden. Reagiert der Fahrer auf diesen Fahrhinweis nicht, kann das Fahrzeug mittels Assistenzeingriff leicht verzögert werden. Gleichzeitig kann die Information „Fahrspurwechsel ermöglicht“ signalisiert werden. Der Fahrer des manuell gesteuerten Fahrzeugs 2M bekommt nach geprüfter zielführender Position der drei Fahrzeuge beispielsweise 300 m vor der Engstelle den Hinweis „Fahrspurwechsel jetzt durchführen“, ggfs. zusätzlich „Geschwindigkeit an vorausfahrendes Fahrzeug angleichen“. Befolgt der Fahrer die Fahrhinweise nicht, kann das System bzw. das Verfahren dahingehend reagieren, dass das Fahrzeug zumindest den Sicherheitsabstand zum versetzt fahrenden Fahrzeug einhält, um dessen Geschwindigkeit mit Sicherheitsabstand einzunehmen. Gleichzeitig erfolgt der Hinweis „Einordnung ermöglicht“. Der Fahrer erhält beispielsweise den Hinweis „Notwendigen Fahrspurwechsel sofort durchführen, Geschwindigkeit beibehalten oder ggfs. Geschwindigkeit an vorausfahrendes Fahrzeug angleichen“. Diese Vorgänge können mit optischen, akustischen oder fühlbaren Fahrhinweisen und/oder durch Assistenzeingriffe unterstützt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens könnten auch nicht entsprechend ausgestattete Fahrzeuge 3 bei der Optimierung des Fahrzeugdurchsatzes berücksichtigt werden, wobei die manuell gesteuerten Fahrzeuge von den erfindungsgemäß ausgestatteten Fahrzeugen mit der eigenen Fahrzeugsensorik registriert werden. Zur Nutzenmultiplikation könnten einseitig optische Informationen über die Heckleuchten an uninformierte Lenker ohne das erfindungsgemäße Fahrsystem zur Unfall- vermeidenden und Verkehrsdurchfluss- verbessernden Fahrweise weitergegeben werden.
Der Fahrer kann beispielsweise auf den letzten 700 m vor der Fahrbahnverengung Hinweise von einem der entsprechend ausgestatteten Fahrzeuge 2 oder der Infrastruktur erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Daten über eine Position der Fahrbahnverengung und die Fahrparameter der von mindestens zwei zueinander benachbart angeordneten Fahrzeugen in definierten zeitlichen Abständen ausgetauscht. Beispielsweise können somit alle 0,1 - 10 s in festen oder veränderlichen Zeitschritten kooperative Fahrstrategien für alle beteiligten Fahrzeuge 2 ermittelt und fortlaufend aktualisiert werden. Hierdurch kann beim Einfädeln ein kooperativer Kompromiss ermittelt werden, bei dem die Summe der Einschränkungen aller Beteiligten auf ein Minimum reduziert wird. Dazu wird beispielsweise die Summe aller Fahrzeitverluste gegenüber ungestörter Fahrt bei individuell optimierter Fahrstrategie errechnet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Das System weist mindestens zwei miteinander kooperativ gekoppelte Fahrzeuge 2 auf, wobei die Fahrzeuge geschwindigkeitsoptimiert in ihrer Positionsausrichtung zueinander anpassbar sind.
Des Weiteren kann das System eine Infrastruktur aufweisen, welche Fahrbahnverengungen ermitteln und kommunizieren kann. Eine oder mehrere externe Servereinheiten können bei der Berechnung von optimalen Fahrstrategien und bei der Kommunikation zwischen den Fahrzeugen unterstützend eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren in Form eines Moduls in Fahrzeugen bzw. Fahrzeugsteuergeräten verbaut sein.
Durch das System können die auf eine Fahrbahnverengung zusteuernden Fahrzeuge optimiert zu einer oder mehreren Spuren gesteuert werden, wobei der Geschwindigkeitsverlust minimiert und der Fahrzeugdurchsatz maximiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das System mindestens zwei miteinander kooperativ gekoppelte Fahrzeuge 2 auf, bei denen ein Summenkompromiss errechnet wird, um bei den beteiligten Fahrzeugen in Summe die Fahrzeit unter Berücksichtigung des Bremsbedarfs zu verringern. Hierdurch kann ein für alle Verkehrsteilnehmer optimierter Geschwindigkeitsverlauf ermittelt und der Zeitverlust durch die Beeinträchtigung minimiert werden.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung eines Systems zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine Aufforderung zur Geschwindigkeitsanpassung an weit vorausliegende Verkehrsstörung mit Hilfe eines Freilaufs oder einer Motorbremse in Fahrzeugen 2M,
5 eine Aufforderung zur Geschwindigkeitsanpassung an vorausliegende Verkehrsstörung mit geringem Bremsbedarf in Fahrzeugen 2M,
6 eine Aufforderung zu einer sofortigen notwendigen Geschwindigkeitsanpassung an vorausliegende Verkehrsstörung mit erheblichem Bremsbedarf ggfs. Assistenzbremsung in Fahrzeugen 2M,
7 eine schematische Heckansicht auf ein Fahrzeug 2A oder 2M gemäß einer Ausführungsform,
8 eine schematische Heckansicht auf ein Fahrzeug 2A oder 2M bei freier Fahrt ohne vorausliegende Verkehrsstörung,
9 schematische Darstellungen von Leuchtsequenzen heckseitig an Fahrzeugen 2A oder 2M bei laufender kooperativer Geschwindigkeitsanpassung an vorausliegende Verkehrsstörung in Abhängigkeit vom Verzögerungsbedarf,
10 eine Darstellung eines Leuchthinweises heckseitig an Fahrzeugen 2A oder 2M bei weiter vorliegender Verkehrsstörung bei abgeschlossener Geschwindigkeitsanpassung mit Zielgeschwindigkeit,
11 eine Aufforderung zum Beibehalten einer optimalen Fahrspur, in Fahrzeugen 2M.
12 eine Aufforderung zum empfohlenen Fahrspurwechsel nach links, in einem Fahrzeug 2M.
13 Darstellung von Hinweisen, dass ein Fahrspurwechsel nicht oder nicht mehr möglich ist, in Fahrzeugen 2M.
14 eine Aufforderung zu einem empfohlenen Fahrspurwechsel nach rechts, in Fahrzeugen 2M.
15 eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem: Lückenanordung nach vorne zur betroffenen Nachbarspur nach Abschluss mit Zielgeschwindigkeit, in Fahrzeugen 2M.
16 eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem: Lückenanordung nach hinten zur betroffenen Nachbarspur nach Abschluss mit Zielgeschwindigkeit, in Fahrzeugen 2M.
17 eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem: Lückenanordung zur betroffenen Fahrspur mit Zielgeschwindigkeit erfolgreich abgeschlossen, in Fahrzeugen 2M.
18 eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem: Umsetzung des Fahrspurwechsels in gebildete Lücke mit richtiger Position mit Zielgeschwindigkeit, in Fahrzeugen 2M.
19 eine Darstellung einer Aufforderung zum Fördern des Durchsatzes an den Drosselstellen und des Verkehrsabflusses nach vorne, in Fahrzeugen 2M.
20 eine Darstellung von einem Nutzenmultiplikator heckseitig an Fahrzeugen 2A oder 2M an uninformierte Lenker zur Verbesserung des Reißverschlusssystems und zur Vermeidung von Spurwechselbedingten Unfällen.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 1 weist zwei Fahrzeuge 2 und ein manuell gesteuertes Fahrzeug 3 ohne dieses Fahrsystem auf. Die Fahrzeuge 2 weisen jeweils Steuergeräte 4 auf, welche mit Kommunikationsvorrichtungen 6 und Fahrzeugsensoren 8 verbunden sind. Die Fahrzeugsensoren 8 sind hier endseitig am Fahrzeug 2 angeordnete Radarsensoren 8, welche beispielsweise das manuell gesteuerte Fahrzeug 3 identifizieren können.
Die Kommunikationsvorrichtungen 6 sind vorzugsweise Vorrichtungen zum Herstellen einer drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen anderen Fahrzeugen 2 und zum Erzeugen von Anzeigen und Hinweisen für die Fahrer der manuell gesteuerten Fahrzeuge 3. Hierdurch kann sowohl mit anderen erfindungsgemäß ausgestatteten Fahrzeugen 2 datenleitend als auch mit manuell gesteuerten Fahrzeugen 3 über sichtbare Signale kommuniziert werden. Die Kommunikation erfolgt nicht nur unter den Fahrzeugen 2, 3 sondern kann zusätzlich die Kommunikation mit Infrastruktureinheiten 7 einschließen. Die Infrastruktureinheiten 7 können beispielsweise Positionsinformationen über Hindernisse, topografische Inputs, Baustellen oder Fahrbahnverengungen bereitstellen.
Die Fahrzeuge 2, 3 sind auf zwei unterschiedlichen Fahrspuren 10, 11 positioniert und weisen einen in Verlaufsrichtung der Fahrspuren 10, 11 gerichteten Versatz bzw. Abstand auf.
Das System 1 bzw. die mit das Verfahren ausführenden Steuergeräten 4 ausgerüsteten Fahrzeuge 2 können auch nicht entsprechend ausgestattete Fahrzeuge 3 berücksichtigen. Die Sensoren 8 tasten auch das seitliche Umfeld des Fahrzeugs 2 ab und berücksichtigen einen notwendigen Mindestabstand zu den Fahrbahnbegrenzungen. Mittels der durch die Kommunikationsvorrichtung 6 ausgebbaren optischen Fahrhinweisen können die Fahrer der manuell gesteuerten Fahrzeuge 3 durch die autonomen Fahrzeuge 2 unterstützt und hilfsweise geleitet werden.
In der 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Einfachheit halber sind alle Fahrzeuge 2 autonome Fahrzeuge 2A, welche mit Steuergeräten 4 ausgestattet sind und das erfindungsgemäße Verfahren durchführen können.
Dargestellt ist ein mittleres Verkehrsaufkommen mit Fahrzeugen 2A auf einer zweispurigen Autobahn 10, 11 an einem Anstieg. Auf der Bergkuppe endet die äußerst linke Fahrspur 10. 500 m vor der Verengung bzw. vor der Fahrbahnverengung 14 wird die Geschwindigkeit vom Gesetzgeber auf 100 km/h begrenzt. Im entscheidenden Geschwindigkeitsangleichungsbereich liegt noch eine topografische Steigung von 1 % vor, welche eine Verzögerung im Freilauf der Fahrzeuge 2A verstärkt. Der Algorithmus bzw. das Verfahren berücksichtigt derartige geografische Randbedingungen ebenfalls.
Im Folgenden wird anhand eines Beispiels das Verfahren gemäß einer Ausführungsform näher erläutert. Die relevanten Daten der Fahrbahnverengung 14 sind die mittlere Geschwindigkeit an der Fahrbahnverengung 14 von aktuell 100 km/h, das ist die aktuelle an alle C2C und C2I kommunizierte Zielgeschwindigkeit. Die Fahrzeugdichte an der relevanten Drosselstelle beträgt 1000 Fahrzeuge/h. Der maximal mögliche Fahrzeugdurchsatz unter Einhaltung des gesetzeskonformen Sicherheitsabstands beträgt bei 100km/h und 5m durchschnittlicher Fahrzeuglänge 1818 Fahrzeuge/h. Auf der freigegebenen Fahrspur 11 fahren 1 km vor der Verengung 14, 600 Fahrzeuge/h. Auf der endenden Fahrspur 10 sind 400 Fahrzeuge/h unterwegs. Die Summe beider Fahrspuren von 1000 Fahrzeuge/h liegt deutlich unter dem gesetzeskonformen maximal möglichen Fahrzeugdurchsatz. In der Folge soll die versetzte Fahrzeugpositionierung und die Lückenbildung mit Zielgeschwindigkeit unter rechtzeitiger Einhaltung der Geschwindigkeitsbegrenzung erreicht werden. Die minimale gesetzeskonforme Einkoppellücke 16 beträgt 2-mal der geschwindigkeitsabhängige Sicherheitsabstand 18 + die vom spurwechselnden Fahrzeug 2.1 rückgemeldete Fahrzeuglänge 2x 100km/h/2 + Fahrzeuglänge 5m und beträgt somit 105m.
Alle beteiligten Fahrzeuge 2A sind kooperativ vernetzt und autonom mittels des auffschaukeldämpfenden Fahrsystems geführt. Ein Fahrzeug 2.1 fährt zum Beginn dieses Beispiels t.0 mit 130 km/h 1083 m vor der Fahrbahnverengung 14 auf der Fahrspur 10 und analysiert im Umkreis von beispielsweise 500 m die kooperativ vernetzten Fahrzeuge 2 auf den beiden Fahrspuren 10, 11 und die potenziell geeigneten Einkoppelstellen gegen Ende seiner Fahrspur 10 in die Fahrspur 11. Das davor fahrende Fahrzeug 2.2 mit einem Einkoppelbedürfnis befindet sich bei t.0 250 m voraus und ist nicht mehr störungsrelevant für das Fahrzeug 2.1, da es sich viel weiter vorne einordnen wird. Folgende Fahrzeugrandbedingungen wurden derart gewählt, dass bei einem Einordnen Kompromisse gegenüber einer individuell ungestörten Fahrstrategie notwendig sind. Um den Summenkompromiss der Fahrzeuge 2A zu minimieren, wird als Basis die individuell optimale Fahrstrategie ohne einen Fahrspurwechsel errechnet. Zum Zeitpunkt t.0 befinden sich vier Fahrzeuge 2A auf der freigegebenen Fahrspur 11. Ein Fahrzeug 2.3 bewegt sich bei t.0 mit einer Geschwindigkeit von 110 km/h und ist 694 m von der Fahrbahnverengung 14 entfernt. Das Fahrzeug 2.3 verzögert energieminimal im Freilauf auf die Geschwindigkeitsbegrenzung bei einem Abstand von 500 m vor der Fahrbahnverengung 14 in der 1 Prozentigen Steigung mit -0,42 m/s². Ein Fahrzeug 2.4 weist bei t.0 eine Geschwindigkeit von 120 km/h auf und ist 888 m von der Fahrbahnverengung 14 entfernt. Es verzögert ebenfalls im Freilauf mit - 0,44 m/s² um das Geschwindigkeitslimit 500m vor der Engstelle zu erreichen. Das Fahrzeug 2.5 bewegt sich bei t.0 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 115 km/h und ist 1050 m vor der Fahrbahnverengung 14 angeordnet. Das Fahrzeug 2.5 würde ungestört noch bis 709 m vor der Fahrbahnverengung 14 konstant weiterfahren, um dann energieminimal mit a -0,43 m/s² im Freilauf an der 1 prozentigen Steigung zu verzögern, um 500 m vor der Fahrbahnverengung 14 die Geschwindigkeitsbegrenzung von 100 km/h einzuhalten. Fahrzeug 2.6 fährt bei t.0 mit 120km/h 1130m vor der Engstelle und würde noch bis 888m vor der Engstelle unverändert weiterfahren um dann mit -0.44 m/s² bis zum Beginn der Geschwindigkeitsbegrenzung auf 100 km/h zu verzögern.
Das Verfahren erkennt bei allen beteiligten Systemen, dass eine Lücke zwischen den Fahrzeugen 2.3 und 2.4 bei Einhaltung der Geschwindigkeitsbegrenzung von 2.1 nicht mehr erreicht werden kann. Der Rechenalgorithmus erkennt weiter, dass die Lücke zwischen 2.4 und 2.5 für Fahrzeug 2.1 nur bei höherer Geschwindigkeit und bei stärkerer Verzögerung mit Sicherheitsabstand vor Fahrzeug 2.5 erreicht werden kann. Fahrzeug 2.1 würde dazu 1083 m vor der Fahrbahnverengung 14 eine Geschwindigkeit von 137 km/h benötigen, müsste diese bis 635 m vor der Fahrbahnverengung 14 beibehalten und dann mit -2,5 m/s² bis zum Anfang der Geschwindigkeitsbegrenzung abbremsen, um mit Sicherheitsabstand 18 vor Fahrzeug 2.5 ohne dessen Hilfe einkoppeln zu können. Das autonome Fahrsystem vom Fahrzeug 2.1 würde statt der Beschleunigung auf 137km/h mit anschließender stärkerer Verzögerung von -2,5 m/s² die Lücke hinter Fahrzeug 2.5 und vor Fahrzeug 2.6 zur Einkopplung wählen und insbesondere mit diesen beiden direkt beteiligten Fahrzeug abstimmen. Da Fahrzeug 2.6 näher als die notwendige Einkoppellücke von 105 m hinter Fahrzeug 2.5 fährt, muss das kooperative Fahrsystem diesen Abstand auf 105m vergrößern.
Das Steuergerät 4 des Fahrzeugs 2.5 weiß jedoch, dass das Fahrzeug 2.1 in die noch zu kleine Lücke dahinter einkoppeln wird und dass dazu nennenswerte, für die Fahrzeuge 2.1 und das dahinter fahrende Fahrzeug 2.6 nachteilige, Fahrmanöver nötig wären. Fahrzeug 2.5 hilft daher mit, um die Lücke zu vergrößern und den Verzögerungsbedarf von Fahrzeug 2.1 und Fahrzeug 2.6 zu verringern. Dazu hält Fahrzeug 2.5 seine Geschwindigkeit länger bei und verzögert dann nicht im Freilauf, sondern mittels Generator und/ oder Motorbremse anstatt mit -0,42 m/s² mit -1,5 m/s². Das Fahrzeug 2.1 positioniert sich spätestens bei Einfahrt in die Geschwindigkeitsbegrenzung mit ausgeglichener Geschwindigkeit von 100 km/h seitlich versetzt mit einem Sicherheitsabstand 18 von 50 m seitlich versetzt hinter das Fahrzeug 2.5. Dazu verzögert Fahrzeug 2.1 sofort mit -0,79 m/s² mittels Generator oder Motorbremse das Fahrsystem von Fahrzeug 2.6 regelt auf einen Mindestabstand zu Fahrzeug 2.1. Dazu geht Fahrzeug 2.6 bei t.0+ 0,2s für 12,7s in den Freilauf und verzögert mit -0,44 m/s² um mit gesetzeskonformem Sicherheitsabstand seitlich zu 2.1 versetzt bei Geschwindigkeitsbegrenzungsbeginn 100 km/h zu erreichen. Das versetzt positionierte Fahrzeug 2.1 kann anschließend ohne weitere Änderungen seiner Geschwindigkeit oder seiner relativen Position in die Fahrspur 11 wechseln.
Bei diesem Beispiel hat durch die partnerschaftliche kooperative autonome Fahrweise kein einziges Fahrzeug 2.1, 2.4, 2.5, 2.6 die Bremse benötigt. Ohne Aufschaukeleffekte kann die Drosselstelle 14 mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit passiert werden. Relative Positionsänderungen auf den letzten 500 m wären nach Geschwindigkeitsbegrenzungsbeginn nur durch eine durchsatzverringernde Geschwindigkeitsabsenkung möglich. Die Hilfestellung von Fahrzeug 2.5 hat alle drei betroffenen Fahrzeuge 2.5, 2.1 und 2.6 weiter vorne positioniert, was bei allen Beteiligten zusätzlich die Fahrzeit reduzieren wird.
Durch die Aktualisierung in einem zeitlichen Abstand von beispielsweise 2 s verbessert dieser Algorithmus während der Annäherung an die Fahrbahnverengung 14 die Präzision zunehmend.
Im Folgenden wird das Verfahren bei menschlich bzw. manuell gesteuerten Fahrzeugen 2M die mit dem Fahrhinweisen ausgestattet sind 2.1, 2.5 statt autonom geführten Fahrzeugen erläutert. Die autonom erreichbare Qualität der Regelung kann ein Mensch weder hinsichtlich Reaktionszeit noch hinsichtlich Frequenz leisten. Bei menschlich gelenkten Fahrzeugen 2.5 müssen die Fahrhinweise ggfs. mit Assistenzeingriffen unterstützt daher gröber und mit mehr Sicherheit erfolgen. Dazu kann das Steuergerät 4 versuchen, das Fahrzeug 2.1 zwischen dem Fahrzeug 2.5 und einem darauffolgenden, manuell gesteuerten Fahrzeug 2.6 einzureihen. Der Fahrer von 2.5 erhält beispielsweise rechtzeitig vor der Fahrbahnverengung 14 den Fahrhinweis „Zielgeschwindigkeit 100 km/h in 200 m“. Der Fahrer des Fahrzeugs 2.1 erhält als Fahrhinweis beispielsweise „Zur Lückenpositionierung zurückfallen, Zielgeschwindigkeit 100 km/h“. Reagiert der Fahrer des Fahrzeugs 2.1 auf diesen Fahrhinweis nicht und positioniert sich seitlich zu knapp hinter dem Fahrzeug 2.5, verzögert das Fahrzeug 2.1 leicht mittels eines Assistenzeingriffs, gleichzeitig kann die Information „Position zum Fahrspurwechsel verbessert“ signalisiert werden. Der Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs 2.6 kann dabei den Fahrhinweis „Schräg vorausfahrendes Fahrzeug (2.1) einordnen lassen, Geschwindigkeit daran anpassen“ erhalten. Reagiert der Fahrer des Fahrzeugs 2.6 auf diesen Fahrhinweis nicht, verzögert das Fahrzeug leicht mittels Assistenzeingriff bei gleichzeitiger Informationsausgabe „Fahrspurwechsel ermöglicht“. Der Fahrer des Fahrzeugs 2.1 erhält hierzu nach geprüfter zielführender Position der drei Fahrzeuge ca. 300 m vor der Fahrbahnverengung 14 den Hinweis „Fahrspurwechsel jetzt durchführen, ggfs. Geschwindigkeit an vorausfahrendes Fahrzeug 2.5 angleichen“. Befolgt der Fahrer des Fahrzeugs 2.1 die Fahrhinweise nicht, reagiert das Steuergerät 4 bzw. das Assistenzsystem des nachfolgenden Fahrzeugs 2.6, wodurch es zumindest den Sicherheitsabstand 18 zum versetzt fahrenden Fahrzeug 2.1 einhält, um dessen Geschwindigkeit mit Sicherheitsabstand 18 einzunehmen. Gleichzeitig erfolgt der Hinweis „Einordnung ermöglicht“. Der Fahrer des Fahrzeugs 2.1 erhält beispielsweise den Hinweis „Notwendigen Fahrspurwechsel sofort durchführen. Geschwindigkeit beibehalten oder ggfs. Geschwindigkeit an vorausfahrendes Fahrzeug angleichen“. Diese Vorgänge sollen mit optischen, akustischen und/oder fühlbaren Fahrhinweisen unterstützt werden.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 1 zum Veranschaulichen eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird das Verfahren bei einer dreispurigen Autobahn in einem weiteren Beispiel verdeutlicht.
Die rechtzeitige Positionierung in Lückenanordnung mit Zielgeschwindigkeit mittels hin zur Engstelle 14 immer weiter verfeinerten Inputs der geglätteten Informationen aus den Zeitscheiben reduziert auch den Rechenaufwand und das Risiko beim Einordnen.
Diese Positionierung kann das kooperativ vernetzte Fahrsystem 1 in autonom geführten Fahrzeugen 2A ohne großen Regelungsbedarf, ohne verkehrsdrosselnde und unfallträchtige Aufschaukeleffekte bis zu einem Abstand von z.B. 500 m vor der Fahrbahnverengung 14 umsetzen. Mit zunehmend geringerem Geschwindigkeitsänderungs- und Positionierungsbedarf auf den letzten 500 m können die gesetzeskonformen Spurwechsel kurz vor der Engstelle 14 und die Durchfahrt durch die Fahrbahnverengung 14 erfolgen. Wenn alle beteiligten Fahrzeuge autonom geführt sind (2A) kann ein maximaler Durchsatz mit der vorgeschriebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit und dem gesetzeskonformen Mindestabstand an der Engstelle eingeregelt werden. Das entspricht bei einer Geschwindigkeitsbegrenzung von z.B. 80km/h und einer durchschnittlichen Fahrzeuglänge von 5 m einer Fahrzeugfrequenz von 1778 Fahrzeugen/h auf jeder verbleibenden Fahrspur.
Die Randbedingungen des beschriebenen Beispiels sind im Folgenden geschildert:
Dreispurige Autobahn mit einem Verkehrsaufkommen von 3000 Fahrzeugen/h. Auf den nach der Engstelle 14 verbleibenden Fahrbahnen 11 und 12 kann dieses hohe Verkehrsaufkommen nur bewältigt werden wenn beide Fahrbahnen mindestens mit 60km/h und nicht weit oberhalb des Sicherheitsabstands gleichmäßig befahren werden. Das kooperativ vernetzte Fahrsystem 1 mit autonom geführten Fahrzeugen 2A hat daher das Ziel rechtzeitig ca. 750m vor der Engstelle die nicht betroffene Fahrbahn 12 mit 1500 Fahrzeugen/h und die beiden Fahrspuren 10 und 11 mit je 750 Fahrzeugen/h zu frequentieren, um nach den Einordnungsvorgang auf beiden Fahrspuren die zielführende gleiche Fahrzeugdichte von je 1500 Fahrzeugen/h zu ermöglichen. An der relevanten Drosselstelle 14 wird in diesem Zeitschritt mit 80km/h gefahren das ist die an alle Beteiligten rückgemeldete Zielgeschwindigkeit auf die analog zum ersten Beispiel eingeregelt wird. Die versetzte Lückenbildung und Positionierung mit Zielgeschwindigkeit kann das kooperativ vernetzte autonome Fahrsystem 1 in den Zeitscheiben zunehmend präziser mit immer kleiner werdendem Regelbedarf umsetzen. Kurz vor der Engstelle 14 erfolgt gesetzeskonform der Fahrspurwechsel von Fahrspur 10 in 11. Da die Maximalkapazität noch nicht ausgeschöpft ist kann das Fahrsystem 1 nach Ende der Geschwindigkeitsbegrenzung, oder falls die temporäre Zielgeschwindigkeit unterhalb des Geschwindigkeitslimits liegt, die Drosselstelle nach vorne entlasten, indem die vorhandenen Lücken oberhalb des Sicherheitsabstands durch eine situationsangepasste Geschwindigkeitsanhebung verringert werden. Um die für den Spurwechsel notwendigen Einkoppellücken zu erhalten ist es nötig die nicht autonom fahrenden Fahrer auf der vom Reißverschlusseinordnen nicht betroffenen Spur 12 davon abzuhalten auf die vermeintlich zu gering frequentierte Spur 11 zu wechseln. Dazu erscheint eine einseitige Sperrlinie auf den letzten z.B. 500m vor der Engstelle nötig. Eine derartige Maßnahme ist in der 3 beispielhaft dargestellt.
Auch hierbei können durch das Verfahren manuell gesteuerte Fahrzeuge instruiert und mit automatisierten Hinweisen und Signalen zum optimalen Verhalten bewegt werden. Die 4 bis 20 veranschaulichen hierzu mögliche Assistenzsysteme bzw. Eingriffsmöglichkeiten der Fahrzeuge 2 zum Signalisieren und Kommunizieren mit Fahrern der Fahrzeuge 2M, 3. Die 4 bis 6 und 11 bis 19 veranschaulichen dabei in schematischen Darstellungen ein Fahrzeugcockpit mit Unterstützungsfunktionen zum Anzeigen von Signalen und Informationen des Verfahrens.
Die Fahrempfehlungen durch Fahrassistenzsysteme können vorzugsweise innerhalb eines Fahrzeugs durch optische oder akustische Hinweise bzw. Warnungen oder durch automatisierte Assistenzeingriffe in den Fahrzeugen 2M umgesetzt werden. Des Weiteren können optische Anweisungen für uninformierte Fahrer von Fahrzeugen 3 generiert werden, welche am erfindungsgemäßen Verfahren nicht teilnehmen. Hierdurch können beispielsweise die im Heck eines Fahrzeugs 2 mit erfindungsgemäßer Ausstattung integrierten Leuchten als Nutzermultiplikator eingesetzt werden. Hierdurch können alle Fahrzeuge unabhängig von deren Ausstattung von diesem Fahrsystem profitieren. Des Weiteren können bereits vorhandene Ausstattungsmerkmale der Fahrzeuge zum Erstellen von Anweisungen verwendet werden. Es kann somit ein Bedarf zum Ändern der Karosserie entfallen. Die verwendeten LEDs als Rückleuchten können punktuell oder lokal mit unterschiedlichen Farben ausgestaltet sein und somit zum Generieren von Anweisungen verwendbar sein. Akustische Anweisungen können beispielsweise durch Sprachsequenzen über bereits vorhandene Lautsprecher des Fahrzeugs emittiert werden. Die in den Fahrzeugen eingesetzten pixelbasierten Bildschirme oder Head-up-Displays können zum Darstellen von optischen Hinweisen und Anweisungen verwendet werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zur optischen und akustischen Unterstützung im Cockpit für von Menschen gesteuerte Fahrzeuge 2M mit entsprechender Ausstattung erläutert. Die 4 veranschaulicht eine Aufforderung im Cockpit eines Fahrzeugs 2M zur Geschwindigkeitsanpassung an weit vorausliegende Verkehrsstörungen mit Hilfe eines Freilaufs oder einer Motorbremse. Eine optische Anzeige mit der Zielgeschwindigkeit und einem Pfeil signalisieren hierbei die Notwendigkeit einer langsamen Geschwindigkeitsreduzierung. Bei einem geringen Verzögerungsbedarf kann eine Freilaufverzögerung mit Reserve bereits ausreichen, um das Fahrzeug mit einem Sicherheitsabstand ohne Geschwindigkeitsdifferenz zur Verkehrsstörung zu positionieren. Die Zielgeschwindigkeit kann beispielsweise gelb dargestellt werden. Ein akustischer Warnhinweis „Verkehrsstörung voraus, vom Gas gehen 100km/h anstreben“ kann als eine zusätzliche Hinweiskomponente dem Fahrer übermittelt werden. Das System kann auch dazu genutzt werden den identifizierten, den Engpass verursachenden Fahrer in Fahrzeugen 2M bei freier Fahrt nach vorne mittels optischer Geschwindigkeitsanhebungsempfehlung potenziell sanft zu ermuntern die Geschwindigkeit leicht anzuheben.
In der 5 ist eine Aufforderung zur Geschwindigkeitsanpassung an eine vorausliegende Verkehrsstörung mit geringem Bremsbedarf in einem Fahrzeug 2M gezeigt. Analog zu 4 kann ein Pfeil in Richtung Boden einen Bremsbedarf dem Fahrer signalisieren. Die Zielgeschwindigkeit kann dabei rot als eine höhere Verzögerungsstufe gegenüber einer gelben Farbe angezeigt werden.
Die 6 verdeutlicht eine Aufforderung zu einer sofortigen notwendigen Geschwindigkeitsanpassung an vorausliegende Verkehrsstörung mit erheblichem Bremsbedarf ggfs. Assistenzbremsung in einem Fahrzeug 2M. Die Zielgeschwindigkeit und der Pfeil kann vorzugsweise rot und/oder rot blinkend dargestellt werden, um den akuten Bremsbedarf anzuzeigen. Die Aufforderung kann zusätzlich akustisch dem Fahrer mitgeteilt werden. Je nach Fahrzeugausstattung kann ein Bremseingriff durch Assistenzsysteme veranlasst werden.
In den 7 bis 10 und 20 sind schematische Heckansichten eines Fahrzeugs 2 zum Veranschaulichen von Signalisierungsfunktionen an manuell gesteuerte Fahrzeuge 3 ohne dieses Fahrsystem zur Nutzenmultiplikation dargestellt.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zur optischen Information am Heck von Fahrzeugen 2 mit entsprechender Ausstattung als Nutzenmultiplikator für Fahrer in Fahrzeugen 3 ohne entsprechende Ausstattung erläutert.
Die 7 zeigt eine schematische Heckansicht auf ein Fahrzeug 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Heckleuchte 22 bzw. das obere Bremslicht 22 weist randseitig angeordnete Lampen oder LEDs 20 auf, welche in einer unterschiedlichen Farbe gegenüber der Bremsleuchte 22 angesteuert werden können. Beispielsweise können die Lampen 20 grünes Licht emittieren.
In der 8 ist eine schematische Heckansicht eines Fahrzeugs 2 bei freier Fahrt ohne vorausliegende Verkehrsstörung gezeigt. Die visuellen Kommunikationssignale des Fahrzeugs 2 bleiben dabei deaktiviert.
Die 9a bis 9c zeigen schematische Darstellungen von heckseitigen Leuchtsequenzen an Fahrzeugen 2 bei laufender kooperativer Geschwindigkeitsanpassung an vorausliegende Verkehrsstörung in Abhängigkeit vom Verzögerungsbedarf. Der Bremsbedarf kann durch ein Blinken der grünen Leuchten 20 nachfolgenden Fahrzeugen signalisiert werden. Ein geringer Verzögerungsbedarf ohne eine Betätigung der Bremse kann durch die grünen Leuchten 20 mitgeteilt werden. Durch ein zusätzliches dauerhaftes oder blinkendes Aktivieren der mittleren Bremsleuchte 22 und der unteren Bremsleuchten kann ein stärkerer Bremsbedarf angezeigt werden. Ein Aktivieren aller Leuchtelemente kann einen zunehmend starken Verzögerungsbedarf den nachfolgenden Fahrzeugen 3 mitteilen und diese zur Kooperation auffordern.
Die 10 zeigt eine Darstellung eines Leuchthinweises bei weiter vorliegender Verkehrsstörung bei abgeschlossener Geschwindigkeitsanpassung mit Zielgeschwindigkeit. Nachdem die Geschwindigkeitsanpassung abgeschlossen wurde, können die grünen Leuchten 20 dauerhaft leuchten. Wenn die vorne vorliegende Verkehrsstörung nicht mehr vorliegt, werden die z.B. grünen Lichter deaktiviert.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Realisierung des Fahrspurwechselassistenten erläutert. Optische und akustische Fahrempfehlungen an von Menschen gelenkte Fahrzeuge 2M im Innenraum bei erfindungsgemäß vorgeschlagener Ausstattung können bevorzugterweise eingesetzt werden.
In der 11 ist eine Aufforderung zum Beibehalten einer optimal identifizierten Fahrspur gezeigt. Der Pfeil signalisiert ein Halten der Fahrspur, da kein signifikanter Vorteil für den Fahrzeugführer bei einem Fahrspurwechsel besteht.
Die 12 zeigt eine Aufforderung zum empfohlenen Fahrspurwechsel nach links durch ein Anzeigen eines entsprechenden optischen Signals. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass ein Fahrspurwechsel signifikant vorteilhaft ist und eine ausreichend große Lücke zum gefahrlosen Spurwechsel innerhalb der nächsten beispielsweise 6s erkannt und geprüft wurde. Dabei können auch potenzielle Fahrspurwechsel nach rechts auf diese Fahrspur geprüft und ausgeschlossen werden.
In der 13 ist eine Darstellung von Hinweisen, dass ein Fahrspurwechsel nicht oder nicht mehr möglich ist, veranschaulicht. Neben einer optischen Warnung können dem Fahrer, welcher den Blinker setzt oder Anstalten zum Fahrspurwechsel macht, weitere Signale durch das Fahrzeug generiert werden. Durch das Verfahren kann eine unmittelbare Ansage „Achtung kein Spurwechsel möglich“ als Warnung an den Fahrer erzeugt werden. Zusätzlich kann eine Unterstützung durch Lenkradvibration oder durch einen Lenk- und Bremseingriff erfolgen.
Aus der 14 ist eine Aufforderung zu einem empfohlenen Fahrspurwechsel nach rechts, ersichtlich. Es kann somit ein Rechtsfahrgebot für Fahrzeuglenker ohne jeden Fahrzeitnachteil eingehalten werden. Das System hat hierfür eine ausreichend große Lücke zum gefahrlosen Spurwechsel innerhalb der nächsten z.B. 6 s erkannt und geprüft. Dabei werden auch potenzielle Fahrspurwechsel nach links auf diese Fahrspur geprüft und ausgeschlossen. Die Signalisierung kann auch zur rechtzeitigen Positionierung auf der äußerst rechten Fahrspur zum Verwenden einer Ausfahrt eingesetzt werden. Das ist insbesondere bei vorliegenden Rückstaus auf Abfahrstrecken wichtig um nicht den Durchgangsverkehr zu behindern oder gar zu blockieren.
Die 15 zeigt eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem: Lückenanordung nach vorne zur betroffenen Nachbarspur nach Abschluss mit Zielgeschwindigkeit. Eine Angleichung kann im Gleichklang auf allen betroffenen Fahrspuren erfolgen. Auf der Zielfahrspur können beispielsweise 700m vor der Verengung Lücken zum Einordnen mit einem Zielabstand gebildet werden. Um die relative vorteilhaft identifizierte Zielposition weiter vorne zu erreichen, ist die angezeigte Geschwindigkeit geringfügig höher als die identifizierte Geschwindigkeit auf der Zielfahrspur an der Drosselstelle.
In der 16 ist eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem veranschaulicht. Dabei liegt eine vorteilhaft identifizierte Lückenanordung hinter dem Fahrzeug auf der Nachbarspur nach Erreichen der Zielgeschwindigkeit. Der Fahrer wird dazu aufgefordert z.B. 700m vor der Verengung die Geschwindigkeit zu reduzieren, um Lücken zu bilden und/oder die Fahrzeugposition an Lücken auf der Nachbarspur auszurichten.
Die 17 zeigt eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem. Dabei ist die Zielposition mit der Zielgeschwindigkeit zum Durchführen eines Spurwechsels erreicht. Dies kann optisch und/oder akustisch dem Fahrer signalisiert werden
In der 18 ist eine Darstellung einer Unterstützung für ein Reißverschlusssystem gezeigt. Der Fahrer wird zu einer Umsetzung des Fahrspurwechsels in eine gebildete Lücke mit richtiger Position mit Zielgeschwindigkeit aufgefordert. Voraussetzungen hierfür können ein Erreichen der Lückenposition, eine ausreichend große Lücke, ein ausreichender Abstand zu der Engstelle und kein bzw. ein geringfügiger Geschwindigkeitsunterschied zur Nachbarspur sein.
Die 19 zeigt eine Darstellung einer Aufforderung zum Fördern des Durchsatzes an den Drosselstellen und des Verkehrsabflusses. Nach dem bzw. während dem Passieren der Engstelle wird eine Geschwindigkeitserhöhung gefördert und somit der Verkehrsdurchsatz erhöht. Voraussetzung dazu ist dass der angesprochene Fahrer deutlich unter der sicheren situationsabhängig angemessenen oder zulässigen Geschwindigkeit fährt und eine unnötig große Lücke zum vorausfahrenden Fahrzeug besteht. Aufmunterungen zu höherer Geschwindigkeiten sind abschaltbar.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zur optischen Information am Heck von Fahrzeugen 2 mit entsprechender Ausstattung als Nutzenmultiplikator an Fahrer in Fahrzeugen 3 ohne entsprechende Ausstattung beschrieben.
In der 20 sind Darstellungen von einem Nutzenmultiplikator an uninformierte Fahrzeugführer zur Verbesserung des Reißverschlusssystems und zur Vermeidung von spurwechselbedingten Unfällen gezeigt. Das Fahrspurassistenzsystem zeigt einen notwendigen Fahrspurwechsel mit grünem Blinken 20 zusätzlich zur Blinkleuchte an.
Falls der notwendige Spurwechsel entgegen den gesetzlichen Vorschriften zum Reisverschlussverfahren vom Fahrzeug schräg dahinter blockiert wird, kann eine Kollision vom Assistenzsystem durch folgendes deeskalierendes Vorgehen vermieden werden:
Es erfolgt eine Frequenzerhöhung der Blinkleuchten 20 um auf einen Platzbedarf eindringlich hinzuweisen. Des Weiteren kann ein zusätzliches einseitiges Blinken der Bremsleuchte mit hoher Frequenz in Einordnungsrichtung initiiert werden. Eine Rückkehr zum normalen Blinken kann erfolgen, wenn ein schräg dahinter fahrendes Fahrzeug den nötigen Abstand gebildet hat. Im Fahrzeug kann dabei eine akustische und optische Aufforderung zum Einordnen analog zu 18 erzeugt werden. Bei einer unveränderten Blockierung auch noch z.B. 400m vor der Engstelle kann ein akustischer Warnhinweis im Fahrzeug ausgegeben werden: „Achtung kein Fahrspurwechsel möglich, zur nächsten Lücke zurückfallen lassen“. Dabei kann eine erneute Assistenz des Fahrspurwechsels in die nächste Lücke durchgeführt werden. Zum Vermeiden von Kollisionen kann ein Lenkeingriff eingeleitet oder Lenkradvibrationen generiert werden.
Ein gefahrloser Spurwechsel kann nur dann erfolgen, wenn auch der schräg dahinter Fahrende des manuell gesteuerten Fahrzeugs 3 ohne dieses Fahrsystem z. B. Fahrzeug 3.6 die Reisverschlussvorschriften beachtet und das Fahrzeug 2.1 mit einem Sicherheitsabstand 18 einfädeln lässt. Um die Einordungslücke dazu zu bilden, muss sich das schräg dahinter befindliche Fahrzeug 3.6 leicht zurückfallen lassen. Da Fahrer derartige Situationen übersehen können, kann ein Fahrzeug 2.1 auf den bevorstehenden notwendigen Fahrspurwechsel beispielsweise mittels Blinklicht darauf hinweisen. Zusätzlich kann ein grünes Blinklicht 20 des automatisierten autonomen Fahrzeugs 2 den schräg dahinter Fahrenden vor dem bevorstehenden notwendigen Fahrspurwechsel warnen. Solange der schräg dahinter Fahrende in Fahrzeug 3.6 den Sicherheitsabstand zum Fahrzeug 2.1 versetzt nicht einhält, kann das Beleuchtungsschema der grünen Blinker die zu kleine Einkoppellücke zum Fahrspurwechsel, beispielsweise durch eine verdoppelte Blinkfrequenz oder eine andere darauf aufmerksam machende Blinksequenz sowohl des grünen Blinklichts wie auch der normalen Blinklichter, anzeigen und den schräg dahinter Fahrenden dadurch gezielt auffordern, die Einkoppellücke gesetzeskonform zu vergrößern. Erst bei geeigneter Lücke und ähnlicher Geschwindigkeit des versetzt angeordneten nachfolgenden Fahrzeugs erfolgt ein akustischer Fahrhinweis „Fahrspurwechsel jetzt durchführen“. Blockiert der schräg dahinter fahrende Fahrer in 3.6 entgegen den gesetzlichen Vorschriften zum Reißverschlusssystem weiterhin den Fahrspurwechsel, muss eine potenzielle Kollision trotzdem verhindert werden. Dies kann beispielsweise durch eine akustische Warnansage in Fahrzeug 2.1 „Vorsicht derzeit kein Fahrspurwechsel möglich.“ mit einer aktivierten Warnblinkanlage automatisch umgesetzt werden. Das Lenkrad könnte vibrieren und ggfs. der Bremsassistent aktiviert werden. Wird keine passende Lücke gebildet, wird versucht in eine hinter Fahrzeug 3.6 liegende Lücke einzukoppeln, Letztendlich muss die Geschwindigkeit immer weiter abgesenkt werden, um vor der blockierten Fahrspur 10 am Fahrbahnende ohne Kollision zum Stillstand zu kommen. Der Durchsatz ist zwar erheblich gestört, immerhin kann dadurch ein potenzieller Unfall verhindert werden, der noch zu einer ungleich größeren Verkehrsstörung führen würde. Zusätzlich besteht die Hoffnung, dass im zunehmend eingeschwungenem Zustand immer mehr Selbstfahrer erkennen dass auch sie gravierende Vorteile bei Befolgung der Fahrhinweise und bei gesetzeskonformem Verhalten durch verkürzte Fahrzeiten, weniger Staus, weniger Unfälle weniger Verbrauch usw. nutzen können.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren im Falle eines Staus veranschaulicht. Nachdem sich ein Stau gebildet hat, besteht die höchste Priorität in einer Auflösung des Staus. Dazu muss in einem ersten Schritt zuerst die Geschwindigkeit des abfließenden Verkehrs angehoben werden. Nach dem Passieren der Fahrbahnverengung oder bereits nach der durchgeführten Einfädelung kann eine Förderung des abfließenden Verkehrs durch autonomes Fahren oder durch geeignete aufmunternde Fahrhinweise, vorzugsweise mit einem Sicherheitsabstand zum Vordermann, verwendet werden, um ein weiteres Nadelöhr zu vermeiden. Der vorgeschlagene Algorithmus führt das bei autonom gelenkten Fahrzeugen 2A rasch und präzise um. Voraussetzung zu aufmunternder Fahrweise ist beim angesprochenen von einem Menschen gelenkten Fahrzeug 2M eine deutlich niedrigere Geschwindigkeit als die sichere situationsabhängig angemessene oder zulässige Geschwindigkeit und ein unnötig großer Abstand zum Vorderfahrzeug. Im Gleichklang wird sich bei dieser geförderten Fahrweise auch die mögliche Geschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung 14 und damit die Zielgeschwindigkeit sukzessive erhöhen. Analog zu bereits veranschaulichten Beispielen wird unentwegt die Heranfahrt an die Fahrbahnverengung 14 direkt abhängig von der Zielgeschwindigkeit in Zeitscheiben aktualisiert. Zum Unterstützen von nicht autonom geführten Fahrzeugen 3 oder Fahrzeugen 2M werden die Fahrhinweise an die Fahrer, um diese nicht zu überfordern, außer bei Warnungen nur vergleichsweise langsam verändert. Der Algorithmus bzw. das Verfahren kann unverändert verwendet werden.
Bevor alle Fahrzeuge kooperativ vernetzt sind, kann bereits ab Einführung des Systems 1 ein zunehmender Teilnutzen generiert werden. Neben den C2C- und C2I-Kommunikationsverbindungen können beispielsweise per Funk, telefonische und/oder satellitengestützte Kommunikationsverbindungen verwendbar sein.
Aus dem zeitlichen Verlauf des Abstands zu den identifizierten Fahrzeugen und der Topografie, kann unter dem Wissen der eigenen Fahrparameter zusätzlich deren Geschwindigkeit und deren Verzögerung, auch wenn diese Fahrzeuge nicht entsprechend ausgestattet sind, berechnet werden. Geschwindigkeits- und Durchsatz- verringernde Aufschaukeleffekte sind durch Anwendung des erfindungsgemäßen kooperativ vernetzten Fahrsystems vermeidbar. Schwerwiegende Störungen wie Stillstand und Unfälle können auch über einen erweiterten Beobachtungsraum von z.B. 5 km datenreduziert zum nachfolgenden Verkehr weitergereicht werden, Bei einer entsprechenden Umsetzung können die drei häufigsten Unfallursachen auf kreuzungsfreien Straßen: Auffahrunfall, nicht rechtzeitig angepasste zu hohe Geschwindigkeit und Spurwechselfehler vermieden oder zumindest weitgehend vermindert werden. Schwerste Unfallfolgen durch auffahrende Nutzkraftwagen, auch die die durch Unaufmerksamkeit verursacht werden, können mit großer Vorlaufzeit abgestellt werden. Diese Inputs mit großer Vorlaufzeit können klar von eng lokal verursachten Verletzungen des Sicherheitsabstands durch die LKW schneidende Fahrer separiert werden, ein Abschalten des Sicherheitssystems sollte für die Inputs mit vergleichsweise großer Vorlaufzeit, nicht mehr zulässig sein. Dieses System 1 kann auch eingeschränkt bei einer schlechten Sicht eingesetzt werden. Die Unfallhäufigkeit und deren Schwere, der Energiebedarf, die Abgas- und Lärmemissionen, der Komponentenverschleiß und die Feinstaubbelastung können durch das Verfahren und das System reduziert werden. Die Anzahl und Länge der Staus kann darüber hinaus verringert werden, wodurch die durchschnittlichen Fahrzeiten verkürzt werden.

Claims

Verfahren zum Verbessern eines Verkehrsdurchsatzes von Fahrzeugen (2, 3) auf Fahrspuren, insbesondere bei einem Befahren von Fahrbahnverengungen (14), wobei - Daten über eine Position der Fahrbahnverengung (14) und zumindest Fahrparameter von mindestens zwei zueinander benachbart auf mindestens zwei unterschiedlichen Fahrspuren (10, 11) angeordneten und der Fahrbahnverengung (14) oder einer Beeinträchtigung entgegenfahrenden Fahrzeugen (2, 3) ausgetauscht werden, - Geschwindigkeiten der mindestens zwei Fahrzeuge (2, 3) an eine Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung (14) oder einer Beeinträchtigung koordiniert angepasst werden, - die mindestens zwei Fahrzeuge (2, 3) auf unterschiedlichen Fahrspuren (10, 11) vor einem Fahrspurwechsel versetzt zueinander ausgerichtet werden und - mindestens ein Fahrzeug (2, 3) bei gleichbleibender Geschwindigkeit von einer geschlossenen Fahrspur (10) auf eine freigegebene Fahrspur (11) gesteuert oder zum Steuern veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zielgeschwindigkeit zum Befahren der Fahrbahnverengung (14) oder der Beeinträchtigung abhängig von einem Verkehrsaufkommen fahrzeugintern von einem Steuergerät (4) oder fahrzeugextern von einer Infrastruktureinheit (7) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor einer Fahrbahnverengung (14) oder einer Beeinträchtigung eine Verkehrsdichte auf einer freigegebenen Fahrspur (11, 12) abhängig von einer Verkehrsdichte auf einer endenden Fahrspur (10) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei durch Fahrzeuge (2, 3) auf einer freigegebenen Fahrspur (11) Lücken (16) zum Aufnehmen von mindestens einem Fahrzeug (2, 3) einer endenden Fahrspur (10) gebildet werden, wobei die Lücken (16) mit einer geschwindigkeitsabhängigen Länge und der Berücksichtigung der eigenen Fahrzeuglänge gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine zu lang eingestellte Lücke (16) durch Geschwindigkeitserhöhung von mindestens einem Fahrzeug (2, 3) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei einer geschwindigkeitsabhängigen Länge der mindestens einen Lücke (16) zwischen zwei Fahrzeugen (2, 3) ein Sicherheitsabstand (18) vor einem einfädelnden Fahrzeug (2, 3) und ein Sicherheitsabstand (18) zum einfädelnden Fahrzeug (2, 3) hin im Vorfeld eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei nach einer durchgeführten Einfädelung durch mindestens ein Fahrzeug (2, 3) eine Geschwindigkeit der Fahrzeuge (2, 3) auf der freigegebenen Fahrspur (11, 12) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zueinander benachbart angeordneten, auf eine Fahrbahnverengung (14) zufahrenden Fahrzeuge (2, 3) miteinander kooperativ verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei benachbart zueinander angeordnete Fahrzeuge (2) datenleitend miteinander verbunden werden, wobei mindestens ein manuell gesteuertes Fahrzeug (2M) über mindestens eine Signalisierung (6) mit mindestens einem Fahrzeug (2A oder 2M) kooperativ gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Daten über eine Position der Fahrbahnverengung (14), der Topographie und die Fahrparameter der mindestens zwei zueinander benachbart angeordneten Fahrzeugen (2) in definierten zeitlichen Abständen aktualisiert ausgetauscht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei optische und akustische Fahrempfehlungen an von Menschen gelenkte Fahrzeuge (2M, 3) an die Fahrer übermittelt werden, um ein Verhalten des Fahrers oder einen Eingriff eines Fahrassistenzsystems einzuleiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei nicht mit Umfeldsensoren ausgestattete Fahrzeuge (3) ohne eine Anbindung an das Verfahren durch Sensoren (8) erfasst und mit größeren Sicherheiten berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei durch rückseitige Leuchtsequenzen an Fahrzeugen (2) zur Nutzenmultiplikation Fahrer in Fahrzeugen (3) über zielführende Fahrempfehlungen informiert und zur Mitwirkung animiert werden.
System (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend mindestens zwei miteinander kooperativ gekoppelte Fahrzeuge (2), wobei die Fahrzeuge (2) vor einem Befahren einer Fahrbahnverengung (14) geschwindigkeitsoptimiert in ihrer Positionsausrichtung zueinander anpassbar sind.
System nach Anspruch 14, wobei das System (1) mindestens zwei miteinander kooperativ gekoppelte Fahrzeuge (2) aufweist, bei welchen ein Summenkompromiss errechnet wird, um bei den beteiligten Fahrzeugen (2, 3) in Summe die Fahrzeit unter Berücksichtigung des Bremsbedarfs zu verringern.