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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lösen einer Konfliktsituation zwischen mindestens einem Verkehrsteilnehmer und einem Fahrzeug durch mindestens ein Steuergerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Im Straßenverkehr wird das Vorfahrtsrecht von Fahrzeugen durch die jeweils gültigen Verkehrsregeln bestimmt. Hierzu gehören beispielsweise das Verhalten an und das Berücksichtigen von Ampeln, Vorfahrtsregelungen, Rechtsfahrgebote und dergleichen. Bei dem Betrieb von automatisierten Fahrzeugen müssen diese Verkehrsregeln durch die Fahrzeugsteuerungen umgesetzt werden.
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Es können jedoch Verkehrssituationen auftreten, welche allein durch Einhalten von Verkehrsregeln nicht lösbar sind. Zu derartigen Situationen gehört beispielsweise eine gleichzeitige Ausfahrt von Fahrzeugen aus Parklücken oder ein Ignorieren von Vorfahrtrechten durch ein oder mehrere Verkehrsteilnehmer.
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Derartige Konfliktsituationen können bei manuell gesteuerten Fahrzeugen durch menschlichen Eingriff gelöst werden. Bei automatisiert betriebenen Fahrzeugen, sowohl untereinander als auch im Verkehr mit manuell gesteuerten Verkehrsteilnehmern, sind keine Konzepte zum Bewältigen von Konfliktsituationen bekannt.
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In einer Konfliktsituation können ein oder mehrere automatisierte Fahrzeuge potentiell unbegrenzt lange blockiert verbleiben und erst durch externen Eingriff weiterfahren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Auflösen von Pattsituationen mit automatisiert betriebenen Fahrzeugen vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lösen einer Konfliktsituation zwischen mindestens einem Verkehrsteilnehmer und einem Fahrzeug durch mindestens ein Steuergerät bereitgestellt.
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In einem Schritt wird anhand von empfangenen Sensordaten ein Verkehrsteilnehmer ermittelt. Insbesondere wird anhand der Sensordaten ermittelt, dass der Verkehrsteilnehmer einen zu befahrenden Streckenabschnitt beansprucht.
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Wird festgestellt, dass der Verkehrsteilnehmer wartet oder den Streckenabschnitt blockiert, so wird eine Wartezeit des Fahrzeugs bestimmt und dem Verkehrsteilnehmer signalisiert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
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Das Steuergerät kann beispielsweise in dem Fahrzeug verbaut sein und mit mindestens einem Sensor des Fahrzeugs datenleitend verbunden sein. Beispielsweise kann die Umfeldsensorik des Fahrzeugs mit dem Steuergerät gekoppelt sein, sodass die ermittelten Sensormessdaten durch das Steuergerät auswertbar sind.
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Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder ein Steuergerät diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Das Steuergerät kann beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sein. Das Fahrzeug kann hierbei gemäß der BASt Norm assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sein. Im Folgenden werden die gemäß der BASt Norm definierte Fahrzeuge der Einfachheit halber als automatisiert betreibbare Fahrzeuge genannt. Diese können jedoch beliebe Automatisierungsstufen aufweisen.
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Des Weiteren kann das Steuergerät einen Zugriff auf Sensordaten der Umfeldsensoren des Fahrzeugs haben. Die Umfeldsensoren können beispielsweise LIDAR-Sensoren, Radarsensoren, Kamerasensoren und dergleichen umfassen.
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Zum Ermöglichen der Signalisierung der Wartezeit kann eine Ausgabeeinheit oder eine Kommunikationseinheit eingesetzt werden. Dabei kann dem Verkehrsteilnehmer mitgeteilt werden, dass ein Wartevorgang eingeleitet wurde und eine Wartezeit läuft.
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Wird durch Auswerten der empfangenen Sensordaten durch das Steuergerät ermittelt, dass ein gleichberechtigter Verkehrsteilnehmer denselben aktuell freien Verkehrsraum beansprucht bzw. den durch das Fahrzeug zu befahrenden Streckenabschnitt beansprucht, so kann hierdurch eine Konfliktsituation entstehen. Durch das Einleiten des Wartevorgangs wird dem Verkehrsteilnehmer eine Gelegenheit eingeräumt den Streckenabschnitt zu räumen.
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Eine Wartezeit kann beispielsweise mehrere Sekunden, beispielsweise 6 Sekunden, betragen. Diese Wartezeit wird dem mindestens einen Verkehrsteilnehmer mitgeteilt. Der Verkehrsteilnehmer kann diese Wartezeit registrieren und entscheiden ob er in dieser Zeit den Streckenabschnitt passieren bzw. räumen kann.
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Die Konfliktsituation kann hierbei gelöst werden, in dem der Verkehrsteilnehmer den Streckenabschnitt passiert oder den Streckenabschnitt meidet bzw. nicht passiert. In beiden Fällen kann das Fahrzeug nach Ablauf der Wartezeit den freien Streckenabschnitt passieren.
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Der Streckenabschnitt kann hierbei ein beliebiger Bereich oder ein Volumen entlang einer geplanten und befahrenen Trajektorie sein.
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Durch das Verfahren und das Steuergerät können Konfliktsituationen bzw. sogenannte Pattsituationen im Straßenverkehr, an welchen automatisierte Fahrzeuge und/oder menschliche Verkehrsteilnehmer beteiligt sind, aufgelöst werden. Dabei kann eine Verringerung von Sicherheitsreserven der Systemkomponenten des Fahrzeugs vermieden werden. Hierdurch kann eine maschinelle Implementierung eines kooperativen Verhaltens, welches kompatibel zum menschlichen Verhalten im Verkehr ist, bei gleichzeitiger Kompatibilität auch zu anderen automatisierten Fahrzeugen realisiert werden. Das Verfahren ist kompatibel mit beliebig vielen Verkehrsteilnehmern bzw. Partnern.
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Durch das Verfahren können sich auch weitere folgende Vorteile ergeben:
- - Es kann ein unnötiges Defensivverhalten durch lange Wartevorgänge des Fahrzeugs vermieden werden.
- - Die Verkehrssicherheit kann erhöht werden, da eine klare Kommunikation des Wartevorgangs und der wartenden Fahrzeuge erfolgt.
- - Der Verkehrsfluss kann erhöht werden, da eine Restwartezeit des Wartevorgangs bei Entscheidungen der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt werden kann.
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Nach einem Ausführungsbeispiel werden Steuerbefehle zum Anhalten des Fahrzeugs oder zum Verlangsamen des Fahrzeugs durch das Steuergerät erzeugt. Der Wartevorgang durch das Fahrzeug kann somit in einem fahrenden, verlangsamt fahrenden oder stehenden Zustand des Fahrzeugs erfolgen. Dabei kann die Konfliktsituation mit einem minimalen Zeitverlust aufgelöst werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Konfliktsituation durch Anwenden von Verkehrsregeln unlösbar. Somit kann das übliche Befolgen von Verkehrsregeln die Konfliktsituation nicht auflösen, wodurch das über die Verkehrsregeln hinausgehende Verfahren einsetzbar ist. Die Konfliktsituation kann durch das Verfahren ohne Einschränkungen der Verkehrssicherheit aufgelöst werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Wartezeit des Fahrzeugs zufallsgeneriert bestimmt. Dabei kann ein Zufallsgenerator eingesetzt werden. Bevorzugterweise kann ein softwaretechnischer Zufallsgenerator, wie beispielsweise ein arithmetischer Zufallsgenerator, ein Kongruenzgenerator und dergleichen, eingesetzt werden. Insbesondere kann durch das Verfahren ein zum sogenannten ALOHA Verfahren analoges Verfahren eingesetzt werden, wobei das Verfahren für alle Verkehrsteilnehmer einsetzbar ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Wartezeit des Fahrzeugs innerhalb eines definierten Zeitrahmens basierend auf einem Zufallsalgorithmus generiert. Hierdurch kann vorzugsweise eine minimale und eine maximale Wartezeit definiert werden, welche den zufällig generierten Zeitrahmen eingrenzen. Somit können unnötig lange Wartezeiten vermieden werden. Des Weiteren können für Handlungen zu kurze Wartezeiten ebenfalls unterbunden werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Wartevorgang mit der bestimmten Wartezeit dem Verkehrsteilnehmer über eine Kommunikationsverbindung übermittelt. Somit kann eine datenleitende Verbindung zum mindestens einen Verkehrsteilnehmer hergestellt werden, über welche alle relevanten Informationen über den Wartevorgang übermittelt werden. Beispielsweise kann die Kommunikationsverbindung eine Car-to-Car Kommunikationsverbindung sein.
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Darüber hinaus kann Kommunikation der Parameter des Wartevorgangs und deren weitere Behandlung durch das Verfahren derart erfolgen, dass sie im Verkehr sowohl mit konventionellen Teilnehmern, wie beispielsweise Fußgängern oder Fahrradfahrern, als auch mit automatisierten Fahrzeugen einsetzbar ist. Hierzu wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Wartevorgang mit der bestimmten Wartezeit dem Verkehrsteilnehmer optisch und/oder akustisch angezeigt. Beispielsweise kann die Anzeige der Wartezeit visuell derart erfolgen, dass menschliche Verkehrsteilnehmer diese intuitiv erfassen können. Beispielsweise kann eine Sanduhr mit einem Sekundenzähler für den Verkehrsteilnehmer sichtbar eingeblendet werden oder akustisch dem Verkehrsteilnehmer mitgeteilt werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine weitere Wartezeit bestimmt und dem Verkehrsteilnehmer signalisiert, wenn nach Ablauf der Wartezeit die Konfliktsituation zwischen dem Fahrzeug und dem Verkehrsteilnehmer nicht aufgelöst ist. Für den Fall, dass der mindestens eine Verkehrsteilnehmer genauso lange wartet, wie das Fahrzeug oder dass beide Verkehrsteilnehmer gleichzeitig anfahren, kann der Wartevorgang mit der zufällig generierten Wartezeit erneut eingeleitet werden. Dieser Vorgang kann bis zum Auflösen der Konfliktsituation wiederholt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die signalisierte Wartezeit und/oder der Wartezustand durch mindestens einen Sensor ermittelt. Hierdurch kann der mindestens eine Verkehrsteilnehmer den Wartevorgang und die Wartezeit sensorbasiert und ohne eine Kommunikationsverbindung ermitteln. Dabei kann auch das Fahrzeug einen eventuellen Wartevorgang des Verkehrsteilnehmers durch Sensoren, wie beispielsweise Kamerasensoren, ermitteln. Dabei kann beispielsweise die optisch signalisierte Wartezeit durch Bildauswertung festgestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird einem automatisiert betreibbaren Verkehrsteilnehmer eine Wartezeit durch den Verkehrsteilnehmer und dem Fahrzeug durch das Fahrzeug zufällig generiert und dem Verkehrsteilnehmer und dem Fahrzeug gegenseitig signalisiert. Die Wartezeit wird erneut zufällig generiert, wenn das Fahrzeug und der Verkehrsteilnehmer gleiche Wartezeiten aufweisen. Insbesondere kann jeder Verkehrsteilnehmer und jedes Fahrzeug für sich selbst seine Wartezeit generieren und die generierte Wartezeit dem jeweils benachbarten Verkehrsteilnehmer oder Fahrzeug mitteilen. Dabei können die Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer im Bedarfsfall geänderten Parameter des Wartevorgangs miteinander kommunizieren. Beispielsweise kann die Wartezeit als Parameter mehrfach erneut festgelegt oder erneut zufällig generiert werden, bis die Verkehrsteilnehmer abweichende Wartezeiten aufweisen. Hierdurch können die Verkehrsteilnehmer den gleichzeitig beanspruchten Streckenabschnitt nacheinander befahren und die Konfliktsituation vermeiden. Der Wartevorgang kann hierbei auch durch Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen.
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Ein Erkennungsverfahren, ob der Verkehrsteilnehmer ein automatisiert betreibbares Fahrzeug ist, ist für die Durchführung des Verfahrens nicht notwendig. Es kann jedoch vorteilhaft sein, eine Prüfung durchzuführen, ob ein Verkehrsteilnehmer sich destruktiv oder unkooperativ verhält.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die generierte Wartezeit üblicherweise 5 Sekunden betragen. Wahlweise kann eine zeitliche Abweichung von beispielsweise ± 2 Sekunden bei der Generierung der Wartezeit berücksichtigt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Wartezeit bei mindestens zwei sich begegneten automatisiert betreibbaren Fahrzeugen kleiner als oder gleich 1 Sekunde sein. Insbesondere kann eine Wartezeit von weniger als 0,5 Sekunden generiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die generierte Wartezeit, sofern mindestens ein manuell gesteuertes Fahrzeug an der Konfliktsituation beteiligt ist, in einem Bereich von beispielsweise 10 bis 15 Sekunden liegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine alternative Trajektorie durch das Steuergerät berechnet und das Fahrzeug zum Befahren der alternativen Trajektorie gesteuert. Dies kann insbesondere bei einem destruktiv agierenden Verkehrsteilnehmer vorteilhaft sein. Hierbei kann der Partner bzw. der Verkehrsteilnehmer beispielsweise wiederholt im selben Moment wie das Fahrzeug anfahren. In einem derartigen Fall kann eine alternative Fahrstrategie gesucht werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Wartevorgang unterbrochen, sobald der Verkehrsteilnehmer den zu befahrenden Streckenabschnitt freigibt. Hierdurch kann die Konfliktsituation unkompliziert aufgelöst und ein unnötiges Abwarten der Wartezeit vermieden werden.
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Im Folgenden wird anhand von einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Hierbei zeigt die 1 ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens und der Funktionsweise eines Steuergeräts 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Steuergerät 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet. Das Fahrzeug kann bei einem Befahren einer Trajektorie auf andere Verkehrsteilnehmer treffen, welche ebenfalls Fahrzeuge sein können.
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Das Steuergerät 1 weist einen Zugriff auf eine Umfeldsensorik 2 auf. Die Umfeldsensorik 2 kann beispielsweise Kamerasensoren, Radarsensoren, LIDAR-Sensoren und dergleichen aufweisen. Die Sensordaten der Umfeldsensorik 2 werden durch das Steuergerät 1 empfangen 4.
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Durch das Steuergerät 4 wird anhand der empfangenen Sensordaten geprüft, ob ein Streckenabschnitt durch einen anderen Verkehrsteilnehmer gleichermaßen beansprucht wird 6. Insbesondere wird hierdurch eine Konfliktsituation festgestellt.
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Wird eine Konfliktsituation verneint, so werden Steuerbefehle zur Weiterfahrt 8 gemäß den üblichen Verkehrsregeln durch das Steuergerät 1 an eine Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs ausgegeben.
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Wird bei der Abfrage 6 eine Konfliktsituation festgestellt, so werden Steuerbefehle zum Stoppen 10 des Fahrzeugs durch das Steuergerät 1 erzeugt.
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Anschließend wird geprüft 12, ob der die Konfliktsituation verursachende Verkehrsteilnehmer wartet. Wenn der Verkehrsteilnehmer nicht wartet, sondern fährt, so werden Steuerbefehle zum Abwarten 14 durch das Steuergerät 1 erzeugt.
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Der Wartevorgang 14 wird hierbei entsprechend den üblichen Verkehrsregeln durchgeführt. Insbesondere wird das Passieren des Verkehrsteilnehmers durch das Fahrzeug abgewartet.
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Wird bei der Prüfung 12 festgestellt, dass der Verkehrsteilnehmer angehalten hat oder wartet, so wird eine Wartezeit durch einen Zufallsgenerator erzeugt und für die Dauer der Wartezeit 16 der Wartevorgang eingeleitet.
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Anschließend wird der Ablauf der Wartezeit abgewartet 18. Während des Wartevorgangs 18 wird der Verkehrsteilnehmer überwacht 12. Solange der Verkehrsteilnehmer wartet, wird der Wartevorgang 18 mit der Dauer der Wartezeit fortgesetzt.
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Sobald sich der Verkehrsteilnehmer in Bewegung setzt, kann der Wartevorgang 18 mit der Dauer der Wartezeit unterbrochen werden. Nach dem Freigeben des Streckenabschnitts durch den Verkehrsteilnehmer 14 kann das Steuergerät 1 das Fahrzeug zu einer Weiterfahrt ansteuern.
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Nach einem Ablauf der Wartezeit 18 wird das Fahrzeug ebenfalls zum Weiterfahren angesteuert 20.
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Hat sich der Verkehrsteilnehmer, welcher die Konfliktsituation verursacht, nicht bewegt bzw. verharrt dieser an seiner Position kann das Verfahren erneut gestartet werden, wobei das Fahrzeug durch das Steuergerät 1 erneut gestoppt 10 wird.
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Bei einem automatisiert betreibbaren Fahrzeug als Verkehrsteilnehmer, welcher die Konfliktsituation verursacht bzw. mitverursacht, kann die Erfassung der Wartezeit des Verkehrsteilnehmers über eine Auswertung von Sensordaten, wie beispielsweise Kamerasensors, oder über eine Kommunikationsverbindung zwischen den Fahrzeugen umgesetzt werden.
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Hierbei kann anstatt des Erzeugens von Steuerbefehlen zum Stoppen des Fahrzeugs 10 die Wartezeit zwischen den Fahrzeugen und insbesondere zwischen den Steuergeräten 1 der Fahrzeuge, abgestimmt werden. Dies kann durch gegenseitiges Wahrnehmen oder Austauschen der generierten Wartezeiten durchgeführt werden.
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Dieser Schritt kann wiederholt werden, bis unterschiedliche Wartezeiten ausgewürfelt bzw. definiert sind. Weil das Verfahren maschinell durchgeführt wird, können in sehr kurzer Zeit sehr viele Iterationen ausgeführt werden und somit die Reihenfolge der beteiligten Verkehrsteilnehmer zuverlässig ermittelt werden.
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Hierdurch können abhängig von den bestimmten Wartezeiten die jeweiligen Verkehrsteilnehmer den Streckenabschnitt in einer Reihenfolge nacheinander befahren.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise der Stopp 10 eines oder mehrerer beteiligter Verkehrsteilnehmer unterbleiben und somit der Verkehrsfluss erhöht werden. Hierzu kann das Prüfen einer Konfliktsituation 12 bzw. Prüfen ob Verkehrsteilnehmer den Streckenabschnitt beanspruchen und das Einleiten 16 sowie das Abwarten 18 des Wartevorgangs anstelle des Anhaltens 10 durchgeführt werden.
