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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein System zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Ein autonomes Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das ohne Fahrer auskommt. Das Fahrzeug wird dabei autonom betrieben, indem es beispielsweise den Straßenverlauf, andere Verkehrsteilnehmer oder Hindernisse selbständig erkennt und die entsprechenden Steuerbefehle im Fahrzeug berechnet sowie diese an Aktuatoren im Fahrzeug weiterleitet, wodurch ein Fahrverlauf des Fahrzeugs korrekt beeinflusst wird. Der Fahrer ist bei einem vollautonomen Fahrzeug nicht am Fahrgeschehen beteiligt.
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Gegenwärtig verfügbare Fahrzeuge sind noch nicht in der Lage, autonom zu agieren. Zum einen, weil die entsprechende Technik noch nicht voll ausgereift ist. Zum anderen, weil es heutzutage noch gesetzlich vorgeschrieben ist, dass der Fahrzeugführer jederzeit selbst in das Fahrgeschehen eingreifen können muss. Dies erschwert die Umsetzung von autonomen Fahrzeugen. Jedoch gibt es bereits Systeme verschiedener Hersteller, die ein autonomes oder ein teilautonomes Fahren darstellen. Diese Systeme befinden sich in der intensiven Testphase. Bereits heute ist absehbar, dass in einigen Jahren vollautonome Fahrzeugsysteme auf den Markt kommen werden, sobald die genannten Hindernisse aus dem Weg geräumt wurden.
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Unter Car-to-Car-Kommunikation (Car2Car oder C2C) wird der Austausch von Informationen und Daten zwischen Kraftfahrzeugen verstanden. Ziel dieses Datenaustausches ist es unter anderem, dem Fahrer frühzeitig kritische und gefährliche Situationen zu melden.
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Die betreffenden Fahrzeuge sammeln Daten, wie z.B. ABS-Eingriffe, Lenkwinkel, Position, Richtung, Geschwindigkeit, usw. und senden diese Daten per Funk (z.B. über WLAN, UMTS, usw.) an andere Verkehrsteilnehmer. Dabei soll eine „Sichtweite“ des Fahrers mit elektronischen Mitteln vergrößert werden. Unter Car-to-Infrastructure (C2I) wird ein Austausch von Daten zwischen einem Fahrzeug und der umliegenden Infrastruktur (z.B. Lichtzeichenanlagen) verstanden.
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Die genannten Technologien basieren auf einem Zusammenwirken von Sensoren der verschiedenen Verkehrspartner und verwenden neueste Verfahren der Kommunikationstechnologie zum Austausch dieser Informationen.
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Fahrerassistenzsysteme sind elektronische Zusatzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Unterstützung des Fahrens in bestimmten Fahrsituationen. Hierbei stehen oftmals Sicherheitsaspekte, aber auch Steigerungen des Fahrkomforts im Vordergrund. Ein weiterer Aspekt ist die Verbesserung der Ökonomie. Fahrerassistenzsysteme greifen teilautonom oder autonom in Antrieb, Steuerung (z.B. Gas, Bremse) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeugs ein oder warnen durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen. Derzeit sind die meisten Fahrerassistenzsysteme so konzipiert, dass die Verantwortung beim Fahrer verbleibt und dieser damit nicht entmündigt wird. Für Fahrerassistenzsysteme kommen verschiedene Arten von Umfeldsensorik zum Einsatz, unter anderem z.B.:
- - Ultraschall (Einparkhilfe)
- - Radar (Spurwechselassistent, automatischer Abstandswarner)
- - Lidar (Totwinkel-Überwachung, automatischer Abstandswarner, Abstandsregelung, Pre-Crash und Pre-Brake)
- - Kamera (Spurverlassenswarnung, Verkehrszeichenerkennung, Spurwechselassistent, Totwinkel-Überwachung, Notbremssystem zum Fußgängerschutz)
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Ein globales Navigationssatellitensystem (engl. global navigation satellite system) oder GNSS ist ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang der Signale von Navigationssatelliten.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kraftfahrzeug-Kolonne bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeug-Kolonne, aufweisend die Schritte:
- - Erfassen eines außerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne angeordneten Spurwechselfahrzeugs;
- - Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne an einer für ein Einscherendes Spurwechselfahrzeugs optimierten Position; und
- - Einscheren des Spurwechselfahrzeugs in die automatisierte Fahrzeugkolonne an der optimierten Position.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Einrichtung zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeug-Kolonne, aufweisend:
- - eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines außerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne angeordneten Spurwechselfahrzeugs;
- - eine erste Steuerungseinrichtung zum Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne an einer für ein Einscheren des Spurwechselfahrzeugs optimierten Position; und
- - eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen eines Freigabesignals an das Spurwechselfahrzeug, wobei das Freigabesignal eine Freigabe zum Einscheren an der optimierten Position in die automatisierte Fahrzeugkolonne repräsentiert.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeug-Kolonne, aufweisend:
- - eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines außerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne angeordneten Spurwechselfahrzeugs;
- - eine erste Steuerungseinrichtung zum Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne an einer für ein Einscheren des Spurwechselfahrzeugs optimierten Position;
- - eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen eines Freigabesignals an das Spurwechselfahrzeug, wobei das Freigabesignal eine Freigabe zum Einscheren an der optimierten Position in die automatisierte Fahrzeugkolonne repräsentiert; und
- - eine zweite Steuerungseinrichtung zum Steuern des einscherenden Spurwechselfahrzeugs in die automatisierte Fahrzeugkolonne an der optimierten Position basierend auf dem übertragenen Freigabesignal.
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Unter einem Spurwechselfahrzeug kann ein Fahrzeug verstanden werden, dessen Steuereinrichtung oder dessen Bediener ein Einscheren des Fahrzeugs in eine Fahrzeugkolonne vorsieht oder vorgibt.
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Unter einer optimierten Position kann eine Relativposition innerhalb der Fahrzeug-Kolonne verstanden, die optimal für ein Einscheren eines Spurwechselfahrzeugs ist. Das heißt, mit anderen Worten, dass mittels des Einscherens an der optimalen Position nur geringfügige Geschwindigkeitsänderungen des Spurwechselfahrzeugs und der Fahrzeuge der Fahrzeug-Kolonne notwendig sind. Die optimierte Position kann hierbei relativ zu den Fahrzeugen des Fahrzeugverbunds definiert sein.
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Unter einer Kommunikationseinrichtung kann eine Einrichtung verstanden werden, die ausgebildet ist, Kommunikationssignale, insbesondere drahtlos, zu übertragen. Die Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise eine Mobilfunkeinrichtung sein. Das Freigabesignal kann ein drahtlos übertragenes Kommunikationssignal sein.
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Das Steuern des einscherenden Spurwechselfahrzeugs in die automatisierte Fahrzeugkolonne an der optimierten Position kann nur dann erfolgen, wenn das übertragene Freigabesignal eine Freigabe bzw. eine Erlaubnis zum Einscheren repräsentiert bzw. aufweist.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Einscheren eines Fahrzeugs in eine automatisierte Fahrzeugkolonne besonders sicher erfolgen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die optimierte Position ein Schnittpunkt von voraussichtlichen Trajektorien der automatisierten Fahrzeugkolonne und des Spurwechselfahrzeugs ist. Eine voraussichtliche Trajektorie eines Fahrzeugs kann hierbei basierend auf aktuellen Fahrzeugparametern wie bspw. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Position, Routenplanung ermittelt werden. Trajektorien können zwischen Fahrzeugen mittels geeigneter Kommunikationseinheiten übertragen werden. Denkbar ist auch, dass ein erstes Fahrzeug mittels geeigneter Sensorik wie bspw. Radar-, Lidar-, Ultraschall- und/oder Kameraeinheiten eine Trajektorie eines zweiten Fahrzeugs erfasst. Ausgehend von der erfassten Trajektorie kann eine voraussichtliche Trajektorie ermittelt bzw. extrapoliert werden. Auf diese Weise kann gewissermaßen vorausschauend eine definierte Position des eingescherten Spurwechselfahrzeugs in der automatisierten Fahrzeugkolonne ermittelt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die optimierte Position von einem Führungsfahrzeug der automatisierten Fahrzeugkolonne berechnet wird. Auf diese Weise wird die Berechnung der optimierten Position vom Führungsfahrzeug durchgeführt, welches die automatisierte Fahrzeugkolonne steuert und dadurch einen bestmöglichen Überblick über die Gegebenheiten verfügt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die automatisierte Fahrzeugkolonne zum Zwecke eines Verlassens eines Fahrzeugs temporär aufgelöst wird. Unter einem Auflösen der Fahrzeugkolonne kann ein Vergrößern des Abstands, insbesondere in Fahrtrichtung, zwischen den Fahrzeugen verstanden werden. Auf diese Weise kann das temporäre Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne auch für ausscherende Fahrzeuge bereitgestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die automatisierte Fahrzeugkolonne derart aufgelöst wird, dass ein definierter Sicherheitsabstand vor und hinter der optimierten Position berücksichtigt wird. Auf diese Art und Weise ist ein sicheres, insbesondere kollisionsfreies Einscheren des Spurwechselfahrzeugs in die automatisierte Fahrzeugkolonne unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne unter Begrenzen einer Länge der automatisierten Fahrzeugkolonne durchgeführt wird. Unter einer Länge der Fahrzeugkolonne kann eine Länge in Fahrtrichtung der Fahrzeugkolonne verstanden werden. Denkbar ist, dass die Länge der Fahrzeugkolonne eine Anzahl von Fahrzeugen der Fahrzeugkolonne umfasst. Dadurch wird ein Betrieb der automatisierten Fahrzeugkolonne mit einer optimierten Länge unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass aus die begrenzte Länge überschreitende Fahrzeugen eine neue automatisierte Fahrzeugkolonne gebildet wird. Auf diese Weise können mehrere kürzere automatisierte Fahrzeugkolonnen gebildet werden, welche in der Regel für ein flüssiges Verkehrsgeschehen besser geeignet sind.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Spurwechselfahrzeug Teil einer ersten oder einer zweiten Sub-Fahrzeugkolonne wird. Unter einer Sub-Fahrzeugkolonne kann ein Teil einer Fahrzeug-Kolonne verstanden werden, dessen Fahrzeuge einen Abstand zu den restlichen Fahrzeugen der Fahrzeug-Kolonne aufweisen, der größer ist, als der Abstand zweier hintereinander fahrender Fahrzeuge in der Sub-Fahrzeugkolonne. Dadurch ist vorteilhaft unterstützt, dass mittels mehrerer kurzer Fahrzeugkolonnen ein flüssiges Verkehrsgeschehen ermöglicht wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass aus einer definierten automatisierten Fahrzeugkolonne prädiktiv eine definierte Anzahl an kleineren automatisierten Fahrzeugkolonnen gebildet wird. Beispielsweise kann in Kenntnis der Verkehrsinfrastruktur eine temporäre Auflösung der automatisierten Fahrtkolonne vorausschauend durchgeführt werden und muss nicht kurzfristig anlassbezogen durchgeführt werden. Ein sicherer Fahrbetrieb der automatisierten Fahrzeugkolonnen ist auf diese Weise vorteilhaft unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne in mehrere Unterkolonnen basierend auf einer Verkehrsdichte und/oder einer Geschwindigkeit der automatisierten Fahrzeugkolonne und/oder einem Verkehrsszenario durchgeführt wird. Auf diese Weise wird ein Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonnen in mehrere Sub-Fahrzeugkolonnen basierend auf definierten Kriterien durchgeführt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerung der automatisierten Fahrzeugkolonne wenigstens teilweise aus der Cloud durchgeführt wird. Dadurch kann ein zentrales Steuern der automatisierten Fahrzeugkolonne durchgeführt werden, wobei die Rechenkapazitäten in der Cloud in der Regel wesentlich höher sind als vor Ort in der automatisierten Fahrzeugkolonne.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben.
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In den Figuren zeigt:
- 1 eine prinzipielle Darstellung einer automatisierten Fahrzeugkolonne;
- 2 eine prinzipielle Darstellung einer Funktionsweise einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne;
- 3 eine prinzipielle Darstellung einer Funktionsweise einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne;
- 4 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne; und
- 5 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden wird der Begriff automatisierte Fahrzeugkolonne synonym in den Bedeutungen teilautomatisierte Fahrzeugkolonne, autonome Fahrzeugkolonne und teilautonome Fahrzeugkolonne verwendet.
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Ein Kerngedanke der Erfindung ist es insbesondere, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum optimierten Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne bereitzustellen.
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In einer automatisierten Fahrzeugkolonne werden die Abstände zwischen den Fahrzeugen mithilfe von Umfeldsensordaten von Fahrerassistenzsystemen bzw. autonomen Fahrfunktionen oder aber mithilfe von Positionsdaten (GNSS-Daten über Car-to-X-Kommunikationsverbindung) der Fahrzeuge geregelt. Eine automatisierte Fahrzeugkolonne besteht aus mindestens zwei Fahrzeugen, wobei das führende Fahrzeug Geschwindigkeit und Fahrtrichtung der Fahrzeugkolonne vorgibt. Die nachfolgenden Fahrzeuge folgen dem führenden Fahrzeug in einem relativ geringen Abstand. Auf diese Weise wird vorteilhaft Energie beim Betrieb der Fahrzeuge in der Fahrzeugkolonne eingespart. In der Praxis könnte eine Fahrzeugkolonne, welche beispielsweise aus LKWs besteht, beliebig lang sein. Jedoch hätte dies den Nachteil, dass bei einer zu langen Fahrzeugkolonne weitere Fahrzeuge, die nicht Teil der Kolonne sind, nicht mehr eine Ausfahrt nehmen können oder eine Straße über eine Einfahrt befahren können („Blockade durch die Kolonne“).
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Das im Folgenden näher erläuterte, vorgeschlagene Verfahren behebt unter anderem diesen Nachteil.
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Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Anpassung einer automatisierten Fahrzeugkolonne vor. Dabei ist insbesondere vorgesehen, die automatisierte Fahrzeugkolonne bezüglich deren Länge bzw. Anzahl deren Fahrzeuge dynamisch zu variieren. Eine Anpassung der Länge der automatisierten Fahrzeugkolonne kann unter anderem notwendig sein, wenn:
- a) sich die automatisierte Fahrzeugkolonne gerade an einer Schnellstraßen-Ein- oder Ausfahrt vorbei bewegt und Fahrzeuge die Straße verlassen oder auf die Schnellstraße auffahren wollen
- b) bestimmte Fahrzeuge die automatisierte Fahrzeugkolonne verlassen wollen oder sich der automatisierten Fahrzeugkolonne anschließen möchten
- c) es zu einem Defekt oder Fehler in einem der Fahrzeuge der automatisierten Fahrzeugkolonne kommt.
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1 zeigt schematisch eine automatisierte Fahrzeugkolonne 100 mit insgesamt vier Fahrzeugen 10a... 10d, wobei das Fahrzeug 10a das Führungsfahrzeug darstellt. Die Anzahl vier ist lediglich beispielhaft, wobei es auch denkbar ist, dass die Fahrzeugkolonne 100 mehr oder weniger Fahrzeuge aufweist.
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Die dynamische Anpassung der Länge der automatisierten Fahrzeugkolonne erfolgt mittels eines Datenaustauschs zwischen den Fahrzeugen (z.B. per Car-to-X-Kommunikationsverbindung). Dabei tauschen die Fahrzeuge untereinander unter anderem ihr Fahrtziel, ihre Geschwindigkeit sowie ihre Position aus. Dies erfolgt innerhalb eines Mindestabstands M, der unter anderem von der Signalstärke der Car-to-X-Kommunikationsverbindung abhängig ist und außerdem relevant für die Kolonnenfahrt ist. Fahrzeuge außerhalb dieses Abstands M tauschen innerhalb des Verfahrens keine Daten untereinander aus.
In einer ersten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, deren Funktionsweise prinzipiell in 2 dargestellt ist, wird die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 temporär aufgelöst bzw. aufgesplittet. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Fahrzeuge, die nicht Teil der Fahrzeugkolonne 100 sind, die Spur der Fahrzeugkolonne 100 zeitweise befahren müssen, z.B., um einen Spurwechsel zu vollziehen, eine Straße auf einer weiteren Spur zu befahren, oder aber die Straße über eine Ausfahrt zu verlassen, wobei die Ausfahrt nicht direkt erreichbar ist, da die Fahrzeugkolonne 100 im Weg ist.
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Vorgeschlagen wird, die automatisierte Fahrzeugkolonne kurzzeitig aufzulösen, damit ein einscherwilliges Fahrzeug 20, im Folgenden „Spurwechselfahrzeug“ genannt, welches noch nicht Teil der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ist, den Spurwechsel vollziehen und sich in die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 einfügen kann. Dies ist prinzipiell in 3 dargestellt.
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Zu diesem Zweck übermittelt das Spurwechselfahrzeug 20, welches noch nicht Teil der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ist, Daten an die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 (z.B. mittels Car-to-X-Kommunikationsverbindung), dass es einen Spurwechsel vollziehen möchte und somit in die Fahrzeugkolonne 100 einscheren möchte. Zusätzlich übermittelt das Spurwechselfahrzeug 20 seine Position, Geschwindigkeit, sowie eine geplante Trajektorie, welche beispielsweise einem Befahren der Straße über eine Auffahrt entspricht. Das führende Fahrzeug 10a der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 empfängt diese Daten über eine Car-to-X-Kommunikationsverbindung und wertet diese anschließend mithilfe eines Algorithmus aus. Das führende Fahrzeug 10a kennt seine eigene Position und die Positionen der nachfolgenden Fahrzeuge 10b...10n in der Fahrzeugkolonne 100 sowie die momentane Geschwindigkeit und voraussichtliche Trajektorie der automatisierten Fahrzeugkolonne 100.
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Der Algorithmus ermittelt nunmehr die ideale Position P innerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100, an der die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 aufgelöst werden muss, damit das Spurwechselfahrzeug 20 an der Position P in die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 aufgenommen werden kann. Der Algorithmus bestimmt z.B. die Position der Fahrzeugkolonne 100, an welcher das Spurwechselfahrzeug 20 rechts oder links neben der Fahrzeugkolonne 100 ist und den Spurwechsel vollziehen kann, in dem die geplante Trajektorie T1 des Spurwechselfahrzeugs 20 sowie die Trajektorie T2 der gesamten automatisierten Fahrzeugkolonne 100, bestehend aus kombinierten, geplanten Trajektorien der Fahrzeuge 10a... 10n der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 übereinandergelegt werden.
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Ein Schnittpunkt der geplanten Trajektorie T1 des Spurwechselfahrzeugs 20 mit der kombinierten Trajektorie T2 aller Fahrzeuge 10a... 10n der Fahrzeugkolonne 100 entspricht der Position der Aufsplittung der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 zum Zeitpunkt des Spurwechsels. Die Bestimmung des genannten Schnittpunkts der Trajektorien erfolgt vorzugsweise innerhalb einer Recheneinheit (nicht dargestellt) des führenden Fahrzeugs 10a der automatisierten Fahrzeugkolonne 100, in welcher die geplanten Trajektorien aller Fahrzeuge 10a... 10n der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 selbst sowie die geplante Trajektorie des Spurwechselfahrzeugs 20 über einen Car-to-X-Datenaustausch vorhanden sind.
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Denkbar ist darüber hinaus auch, dass die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 wenigstens teilweise aus der Cloud heraus überwacht bzw. gesteuert wird (Trajektorien, Geschwindigkeiten, Positionen der Fahrzeuge 10a... 10n) sowie die Trajektorie T1 des Spurwechselfahrzeugs 20 ebenfalls in der Cloud über der Zeit vorhanden ist. Die Auswertung des idealen Schnittpunktes kann in der Cloud mithilfe eines intelligenten Algorithmus und dem vorgehend beschriebenen Schnittpunktverfahren durchgeführt werden. Sowohl in der Cloud, als auch auf dem führenden Fahrzeug 10a der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 werden die Fahrzeugmaße des Spurwechselfahrzeugs 20 mittig auf den Schnittpunkt der Trajektorien T1, T2 gelegt.
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Darüber hinaus wird vorzugsweise ein definierter Pufferabstand vor und nach den Abmaßen des Spurwechselfahrzeugs 20 symmetrisch zum Trajektorienschnittpunkt S eingefügt, der vorne und hinten einem Mindestabstand innerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 entsprechen kann, sodass das Spurwechselfahrzeug 20 in die aufgesplittete Fahrzeugkolonne 100 sicher einfahren kann. Der Sicherheitsabstand des Spurwechselfahrzeugs 20 zu den Fahrzeugen 10a... 10n in der Fahrzeugkolonne 100 kann außerdem geschwindigkeitsabhängig eingestellt werden und bei erhöhter Geschwindigkeit höher ausfallen als bei einer niedrigen Geschwindigkeit.
Im nächsten Schritt sendet das führende Fahrzeug 10a einen Befehl an das entsprechende Fahrzeug der automatisierten Fahrzeugkolonne 100, welches nach der Aufsplittung ein führendes Fahrzeug einer zweiten Sub-Fahrzeugkolonne (nicht dargestellt) wird, seine Geschwindigkeit um einen bestimmten Wert zu verringern, oder aber seine Geschwindigkeit zu halten. Das führende Fahrzeug 10a kann die Geschwindigkeit des vorderen Teils der nun aufgelösten Fahrzeugkolonne kurzzeitig erhöhen oder konstant halten, sofern der abgetrennte Teil der Fahrzeugkolonne 100 verlangsamt wird.
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Auf diese Weise ergibt sich eine Lücke in der Fahrzeugkolonne 100, welche idealerweise zugleich oder unmittelbar davor entsteht, wenn das Spurwechselfahrzeug 20 seine Spur wechseln möchte. Die Lücke ist dabei etwas länger als das Spurwechselfahrzeug 20, sodass es zu keiner Kollision mit den Kolonnenfahrzeugen kommt. Das Spurwechselfahrzeug 20 wechselt nun in die Lücke auf der Fahrspur der Fahrzeugkolonne 100. Hinter dem Spurwechselfahrzeug 20 befindet sich der abgetrennte Teil der Fahrzeugkolonne, welcher nun langsamer betrieben wird. Das Spurwechselfahrzeug 20 verbleibt nun eine gewisse Zeit innerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 und wechselt danach auf eine weitere Spur neben der Fahrzeugkolonne 100 (nicht dargestellt).
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In einem weiteren Schritt erkennt das kurzzeitig zweite Führungsfahrzeug des hinteren abgetrennten Teils der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100, dass das Spurwechselfahrzeug 20 die Spur gewechselt hat (Verlassen der Kolonne). Das zweite Führungsfahrzeug meldet dies dem eigentlichen Führungsfahrzeug 10a der Fahrzeugkolonne 100 über eine Car-to-X-Kommunikationsverbindung und sendet eine Anfrage zusammen mit den folgenden Fahrzeugen, wieder ein Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100 zu werden. Das führende Fahrzeug 10a der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100 empfängt diese Daten (z.B. per Car-to-X-Kommunikationsverbindung) und versorgt das zweite Führungsfahrzeug sowie die diesem folgende Fahrzeuge mit Positions-, Geschwindigkeits- und Trajektoriendaten. Die entsprechenden Fahrzeuge passen ihre Geschwindigkeiten und Trajektorien entsprechend an, sodass sie wieder Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100 werden, wodurch die ursprüngliche Fahrzeugkolonne 100 wiederhergestellt ist. Dieser Vorgang erfolgt dynamisch und schnell, sodass der Verkehr um die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 herum nicht ins Stocken gerät.
In einer vorteilhaften Variante des vorgeschlagenen Verfahrens, die die unter b) erwähnten Umstände berücksichtigt, wird eine automatisierte Fahrzeugkolonne 100, die aus mehreren Fahrzeugen besteht, ebenfalls temporär aufgelöst. In diesem Fall möchte ein Fahrzeug, welches Teil der Fahrzeugkolonne 100 ist, die Fahrzeugkolonne 100 verlassen, z. B. weil es sein Fahrtziel auf der Straße erreicht hat. Vorgeschlagen wird zu diesem Zweck, die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 kurzzeitig aufzulösen, damit das jeweilige Fahrzeug, welches nicht mehr Teil der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ist, einen Spurwechsel vollziehen kann.
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Zu diesem Zweck überträgt das genannte Fahrzeug in einem ersten Schritt Daten an die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 (z.B. per Car-to-X-Kommunikationsverbindung), dass es einen Spurwechsel vollziehen möchte und somit die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 verlassen möchte. Darüber hinaus überträgt das Fahrzeug seine Position, Geschwindigkeit, sowie eine geplante Trajektorie. Das führende Fahrzeug 10a der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 empfängt nun diese Daten (z.B. per Car-to-X-Kommunikationsverbindung) und wertet diese anschließend mithilfe eines Algorithmus aus. Das führende Fahrzeug 10a kennt seine eigene Position und die Positionen der nachfolgenden Fahrzeuge innerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100, sowie die momentane Geschwindigkeit und voraussichtliche Trajektorie der Fahrzeugkolonne 100. Der Algorithmus wertet nun die Position P innerhalb der Fahrzeugkolonne 100 aus, an welcher die Fahrzeugkolonne 100 aufgelöst wird, wenn das Fahrzeug die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 verlässt. Anschließend sendet das führende Fahrzeug 10a einen Befehl an das Fahrzeug, welches die Fahrzeugkolonne 100 verlassen möchte, dass es dies nun tun kann, und sendet gleichzeitig einen Befehl an das dem verlassenen Fahrzeug folgende Fahrzeug oder folgende Fahrzeuge, seine/ihre Geschwindigkeit kurzzeitig zu erhöhen.
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Die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 wird auf diese Weise somit kurzzeitig aufgelöst, sobald das eine Fahrzeug die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 verlässt. Diese Lücke wird jedoch unmittelbar durch das nachfolgende Fahrzeug geschlossen. Es ist also nicht notwendig, dass das nachfolgende Fahrzeug zu einem zweiten Führungsfahrzeug wird. Stattdessen werden die dem verlassenen Fahrzeug nachfolgenden Fahrzeuge automatisch wieder Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100. Die entsprechenden Fahrzeuge passen ihre Geschwindigkeiten und Trajektorien entsprechend an, sodass sie wieder Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100 werden. Somit ist die ursprüngliche Fahrzeugkolonne 100 wiederhergestellt. Dieser Vorgang erfolgt dynamisch und schnell, sodass der Verkehr um die Fahrzeugkolonne 100 herum nicht ins Stocken gerät. Zusätzlich oder alternativ kann die neu entstandene Lücke durch ein weiter einscherendes Fahrzeug auf der anderen Seite der Fahrzeugkolonne 100 geschlossen werden, welches nun Teil der neuen Kolonne wird (weiterer Spurwechsel).
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter besonderer Berücksichtigung des oben genannten Aspekts c) wird die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 kurzzeitig aufgelöst, weil z.B. ein Fahrzeug, welches Teil der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ist, defekt ist und somit kurzfristig in einen sicheren Zustand versetzt werden muss. Zu diesem Zweck wird die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 kurzzeitig aufgelöst, damit das defekte Fahrzeug schnell und gegebenenfalls bei sich stark reduzierender Geschwindigkeit (z.B. während eines Bremsvorgangs) aus der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ausscheren kann.
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In einem ersten Schritt überträgt das Fahrzeug, welches defekt ist, Daten an die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 (z.B. per Car-to-X-Kommunikationsverbindung), dass es unmittelbar einen Spurwechsel vollziehen möchte und somit die Fahrzeugkolonne 100 verlassen möchte. Darüber hinaus überträgt das Fahrzeug seine Position, Geschwindigkeit, sowie eine geplante Trajektorie. Das führende Fahrzeug 10a der Fahrzeugkolonne 100 empfängt diese Daten über eine Car-to-X-Kommunikationsverbindung und wertet diese anschließend mithilfe eines Algorithmus aus. Das führende Fahrzeug 10a kennt seine eigene Position sowie die Positionen der nachfolgenden Fahrzeuge in der Fahrzeugkolonne 100 sowie die momentane Geschwindigkeit und voraussichtliche Trajektorie der Fahrzeugkolonne 100. Der Algorithmus wertet nun die Position in der Fahrzeugkolonne 100 aus, an welcher die Fahrzeugkolonne 100 aufgelöst wird, wenn das Fahrzeug die Fahrzeugkolonne 100 verlässt. Wichtig ist, dass nachfolgende Fahrzeuge schnell auf diesen Fehlerfall reagieren und dadurch gegebenenfalls ebenfalls definiert abgebremst werden. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass das defekte Fahrzeug permanent mit dem Führungsfahrzeug 10a oder mit nachfolgenden Fahrzeugen der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 kommuniziert.
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Anschließend sendet das führende Fahrzeug 10a einen Befehl an das Fahrzeug, welches die Fahrzeugkolonne 100 verlassen möchte, dass es dies nun tun kann, und gleichzeitig einen Befehl an das dem verlassenen Fahrzeug folgende Fahrzeug oder Fahrzeuge, seine/ihre Geschwindigkeit kurzzeitig zu erhöhen. Die Fahrzeugkolonne 100 wird auf diese Art und Weise kurzzeitig aufgelöst, sobald das eine Fahrzeug die Fahrzeugkolonne 100 verlässt. Diese Lücke wird jedoch unmittelbar durch das nachfolgende Fahrzeug und gegebenenfalls weiteren nachfolgenden Fahrzeugen geschlossen.
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Es ist somit also nicht erforderlich, dass das nachfolgende Fahrzeug zu einem zweiten Führungsfahrzeug einer zweiten Sub-Fahrzeugkolonne wird. Stattdessen werden die dem verlassenen Fahrzeug nachfolgenden Fahrzeuge automatisch wieder Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100. Die entsprechenden Fahrzeuge passen ihre Geschwindigkeiten und Trajektorien entsprechend an, sodass sie wieder Teil der ursprünglichen Fahrzeugkolonne 100 werden. Somit ist die ursprüngliche Fahrzeugkolonne 100 wiederhergestellt. Dieser Vorgang erfolgt dynamisch und schnell, sodass der Verkehr um die Fahrzeugkolonne 100 herum nicht ins Stocken gerät. Zusätzlich oder alternativ kann die neu entstandene Lücke durch ein weiteres einscherendes Fahrzeug auf der anderen Seite der Fahrzeugkolonne geschlossen werden, welches nun Teil der neuen Fahrzeugkolonne wird (weiterer Spurwechsel).
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In einer weiteren Variante des Verfahrens wird eine automatisierte Fahrzeugkolonne 100 auf eine Maximallänge begrenzt. Dies ist beispielsweise notwendig, um nicht zu lange automatisierte Fahrzeugkolonnen auf einer Straße zu finden, welche kurzzeitig dynamisch immer wieder unterbrochen werden müssen, da sie zu lang sind. Die maximale Länge der automatisierten Fahrzeugkolonne kann beispielsweise auf fünf bis zehn Fahrzeuge begrenzt werden, wobei diese Länge jedoch dynamisch variiert werden kann. Nähert sich zum Beispiel eine automatisierte Fahrzeugkolonne 100, welche aus fünfzehn Fahrzeugen besteht, einer Ein- und/oder Ausfahrt, so kann diese Fahrzeugkolonne vorausschauend in drei kleine Fahrzeugkolonnen mit jeweils fünf Fahrzeugen aufgelöst werden.
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Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass Spurwechsel weiterer Fahrzeuge in der Regel nicht zu einer Aufsplittung der neugebildeten kleineren Fahrzeugkolonnen führen. Nach dem Ein- und/oder Ausfahrtszenario können die kleineren Kolonnen von beispielsweise jeweils fünf Fahrzeugen für die weitere Fahrt auf einem längeren Streckenabschnitt wieder zu einer größeren automatisierten Fahrzeugkolonne vereint werden (mit beispielsweise fünfzehn Fahrzeugen). Darüber hinaus können die Fahrzeuge, welche die Straße neu befahren, sich in kleineren Kolonnen neu anschließen, z.B. durch ein Anfragen an das jeweilige Führungsfahrzeug. Wichtig ist, dass auch die neugebildeten kleineren Kolonnen in ihrer maximalen Länge begrenzt werden. Sofern eine Fahrzeugkolonne die maximale Länge überschreitet, wird die entsprechende Fahrzeugkolonne in kleinere Fahrzeugkolonne aufgesplittet, zum Beispiel halbiert, dreigeteilt, usw.
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Eine Begrenzung auf eine Maximallänge der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 kann vorausschauend erfolgen, z.B. unter Berücksichtigung von Verkehrssituationen, Verkehrsmeldungen, usw.
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Zusammenfassend werden mit der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Anpassung einer autonomen Fahrzeugkolonne vorgeschlagen. Die wesentlichen Vorteile der Erfindung umfassen unter anderem:
- - eine dynamische Anpassung von Längen der Fahrzeugkolonne,
- - dadurch können Fahrzeuge, die gerade einen Spurwechsel vollziehen, eine Spur der automatisierten Fahrzeugkolonne für eine definierte Zeit befahren,
- - darüber hinaus wird die Maximallänge von automatisierten Fahrzeugkolonnen an Ein- und Ausfahrten dynamisch angepasst, sodass Verkehrsflüsse dadurch nicht unterbrochen werden,
- - mittels dadurch ermöglichter sicherer Spurwechsel kann auch bei Kolonnenfahrten die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung 200 zum Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne 100.
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Man erkennt eine Erfassungseinrichtung 210 zum Erfassen eines außerhalb oder innerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 angeordneten Spurwechselfahrzeugs 20. Die Erfassungseinrichtung 210 ist funktional mit einer ersten Steuerungseinrichtung 220 zum Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 an einer für ein Einscheren des Spurwechselfahrzeugs 20 optimierten Position verbunden. Die erste Steuerungseinrichtung 220 ist funktional mit einer zweiten Steuerungseinrichtung 230 zum Steuern des einscherenden Spurwechselfahrzeugs 20 in die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 an der optimierten Position verbunden.
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5 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum optimierten Betreiben einer automatisierten Fahrzeugkolonne 100.
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In einem Schritt 300 wird ein Erfassen eines außerhalb der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 angeordneten Spurwechselfahrzeugs 20 durchgeführt.
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In einem Schritt 310 wird ein Auflösen der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 an einer für ein einscherendes Spurwechselfahrzeugs 20 optimierten Position durchgeführt.
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In einem Schritt 320 wird das Einscheren des Spurwechselfahrzeugs 20 in die automatisierte Fahrzeugkolonne 100 an der optimierten Position durchgeführt.
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Im Ergebnis können mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein Sicherheitsniveau im Straßenverkehr vorteilhaft erhöht und ein homogener Verkehrsfluss bereitgestellt sein.
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Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren als eine Software implementieren, die beispielsweise auf der elektronischen Vorrichtung 200 abläuft. Die elektronische Vorrichtung 200 kann dabei als Steuerungseinheiten der Fahrzeuge 10a... 10n der automatisierten Fahrzeugkolonne 100 ausgebildet sein. Eine einfache Adaptierbarkeit des Verfahrens ist auf diese Weise unterstützt.
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Obwohl vorgehend das vorgeschlagene Verfahren ausschließlich anhand von Rechtsverkehr beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass das vorgeschlagene Verfahren auch bei Linksverkehr verwendbar ist, wobei in diesem Fall vorgehend genannte Richtungs-/Orientierungsangaben entsprechend angepasst werden müssen.
Der Fachmann wird die Merkmale der Erfindung in geeigneter Weise abändern und/oder miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
