DE19501950A1

DE19501950A1 - Ein Verfahren zur Automatisierung des Individualverkehrs durch ein zentrales Leitsystem und Sensoren zur Überwachung des Verkehrsraums und des Verkehrswegezustandes

Info

Publication number: DE19501950A1
Application number: DE19501950A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr Ing Kraemer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1995-08-10

Description

1. Einführung

Eine der wesentlichen Grundlagen für die Effektivität einer Volkswirtschaft ist der Indivi dualverkehr mit dem Auto als Transportmöglichkeit für Personen und Güter. Seit seiner Erfindung vor ca. 100 Jahren hat sich das Auto nicht prinzipiell verändert. Seine große Verbreitung führt heute oft zu Verkehrsstaus und belastet die Umwelt. Sein größter Nach teil ist aber nach wie vor die mit seiner Benutzung verbundene Unfallhäufigkeit. Die an der Schwelle des 21. Jahrhunderts zur Verfügung stehenden technischen Einrichtungen ermög lichen jedoch die Konzipierung eines vollautomatisch gesteuerten praktisch unfallfreien In dividualverkehrs, der darüber hinaus durch die Vermeidung von Staus und einen optimierten Verkehrsfluß die Umweltbelastung minimiert.

2. Stand der Technik

Zur Erhöhung der Sicherheit des Autoverkehrs wurden Abstandswarnradare entwickelt, mit deren Hilfe auch automatisch Bremsvorgänge zur Vermeidung eines Auffahrens eingeleitet werden können. Es wurden Fernsehkameras und Bildauswerteverfahren eingesetzt, mit de ren Hilfe unbemannte Fahrzeuge automatisch um Hindernisse herum fahren können. Dar über hinaus wurden verschiedene Navigationssysteme entwickelt, auch unter Benutzung von satellitengestützten Navigationsgeräten (GPS), die dem Fahrer seinen augenblicklichen Standort anzeigen und den weiteren Fahrtweg empfehlen.

3. Bestandteile des zu beschreibenden Verfahrens

Zur Automatisierung des Individualverkehrs genügt nicht die automatische Steuerung von Fahrzeugen auf vorgegebenen Fahrwegen, vielmehr müssen auch nichtkooperative Ver kehrsteilnehmer und zufällig auftretende Hindernisse mit einbezogen werden. In dem zu be schreibenden Verfahren wird dies durch drei Systemkomponenten erreicht:

- Ein Sensorsystem zur Erfassung aller ruhenden und bewegten Objekte innerhalb des Verkehrsraums
- Sensoren zur Erfassung des Verkehrswegezustandes, z. B. Straßenglätte
- Ein Leitsystem zur Einweisung der Fahrzeuge

Das Sensorsystem zur Verkehrsraumüberwachung sowie das zentrale Leitsystem sind voll ständig außerhalb der Fahrzeuge realisiert, beide Systeme sind Bestandteil des Verkehrs wegenetzes. Das Sensorsystem zur Erfassung des Verkehrswegezustandes kann zumindest teilweise innerhalb der Fahrzeuge realisiert sein.

3.1 Sensorsystem zur Verkehrsraumüberwachung

Das Sensorsystem zur Überwachung des Verkehrsraums erfaßt alle ruhenden und bewegten Gegenstände auf der Verkehrsfläche und in einer Umgebung derselben. Es kann realisiert sein durch hochauflösende Kurzbereichsradare, die an Masten oder Traversen so angebracht sind, daß ihre Strahlung in die Richtungen des abfließenden und des ankommenden Ver kehrs gerichtet ist. Die Auflösung quer zur Verkehrsrichtung wird hierbei erreicht durch phasengesteuerte Gruppenantennen entsprechender Ausdehnung, die Auflösung in Entfer nungsrichtung erfolgt durch die Wahl einer geeigneten Signalform. Die Höhenauflösung ergibt sich durch eine interferometrische Anordnung jeweils zweier Gruppenantennen über einander. Die Sensoren erfassen Gegenstände auf der Verkehrsfläche und in deren Um gebung dreidimensional, d. h. durch zwei Koordinaten in der Ebene und eine Höhenkoordi nate. (Dies wäre beispielsweise durch Auswertung eines optischen Bildes von nur einer Ka mera nicht möglich). Darüber hinaus wird die Geschwindigkeit der erfaßten Objekte durch Dopplermessung ermittelt.

Wellenlänge und Auflösungsparameter der Radare erlauben auch die Erfassung von Per sonen und Tieren innerhalb des Überwachungsbereiches. Durch den Einsatz eines Radar systems zur Verkehrsraumüberwachung ist die Allwetterfähigkeit für dieses Sensorsystem sowie seine Benutzbarkeit bei Tag und bei Nacht sichergestellt.

3.2 Sensoren zur Erfassung des Verkehrswegezustandes

Die möglichen Beschleunigungen im straßengebundenen Verkehr und damit der zulässige Kommandobereich für das Leitsystem hängen vom Traktionszustand der Fahrzeuge ab, bis herunter zum völligen Erliegen des Verkehrs bei Glatteis. Der augenblickliche Straßen zustand muß also ebenfalls durch ein Sensorsystem erfaßt und an das Leitsystem weiter gegeben werden. Hierzu dienen einerseits fest installierte Sensoren, welche die Bedeckung der Straßenoberfläche mit Wasser, Schnee und Eis erfassen, und andererseits in den Fahr zeugen installierte Sensoren, die den Traktionszustand durch Messung des Kraftbedarfs zur Fahrzeuglenkung, Schlupfzustände bei den Antriebsrädern usw. messen und an das Leit system melden.

3.3 Zentrales Leitsystem

Das zentrale Leitsystem ist realisiert durch einen Verbund von Rechnern, deren Funktionen im Gesamtsystem hierarchisch gegliedert sind. Die Aufgabe der untersten Ebene ist die Kommunikation mit den kooperativen Verkehrsteilnehmern. Hierbei ist der gesamte Ver kehrsraum in geeignete Bezirke unterteilt, in denen der Verkehrsfluß durch jeweils einen Rechner gesteuert wird. Der in einen Bezirk eintreffende Verkehr wird zusammen mit den jedem Verkehrsteilnehmer zugeordneten Kenndaten wie Fahrziel, Priorität, Fahrzeug parameter (Gewicht, Beschleunigungsvermögen usw.), Fahrtmodus usw. dem Rechner ge meldet und nach Vorgaben aus den übergeordneten Ebenen durchgeschleust. Diesem Rech ner obliegt außerdem die Entgegennahme der Fahrtwünsche neu hinzukommender Ver kehrsteilnehmer in seinem Bezirk. Die übergeordneten Ebenen optimieren und steuern den Gesamtverkehrsfluß.

Im vollautomatischen Verkehrssystem müssen drei Kategorien von Verkehrswegen unter schieden werden:

- Außerstädtische Hochgeschwindigkeitswege:
Hier muß der Verkehrsfluß in Abhängigkeit vom Zustand innerhalb des Verkehrs weges und in Sicherheitszonen auf jeder Seite gesteuert werden. Das Leitsystem muß auch auf das Eindringen von Hindernissen in die Sicherheitszonen reagieren.
- Innerstädtische Hochgeschwindigkeitswege:
Hier muß eine Barriere zwischen den unmittelbar benachbarten Zonen für die Fahr zeuge und für Fußgänger errichtet werden, weil das System ein plötzliches Eindringen von Fußgängern in den Fahrweg nicht voraussehen kann und in diesem Fall nicht schnell genug reagieren könnte.
- Wohnbereiche, Parkplätze usw.:
Hier darf das Leitsystem die Fahrzeuge nur mit sehr niedriger Geschwindigkeit führen, um in jedem Fall den Zusammenstoß mit nicht kooperativen Verkehrsteilnehmern vermeiden zu können. Die Einbeziehung einer optischen oder akustischen Kommuni kation des Systems mit diesen Verkehrsteilnehmern ist möglich.

4. Vorteile bei der Anwendung des Verfahrens

Durch die Vollautomatisierung des Individualverkehrs lassen sich Unfälle vermeiden und der Verkehrsfluß optimieren. Die Fahrtwünsche der einzelnen Verkehrsteilnehmer können in verschiedene Prioritätsklassen fallen, von höchster Priorität (für höchste Benutzungsgebühr) für schnellstmögliche Durchschleusung bis hin zu niedrigster Priorität (für niedrigste Benut zungsgebühr), beispielsweise für unbemannte Fahrzeugrückführungen, Auslieferungsfahrten in verkehrsarmen Zeiten usw. Nach vollständiger Einführung des Verfahrens benötigen Fahrzeuge wegen des Entfallens einer Unfallgefahr keine besonders stabilen Fahrgastzellen mehr, Leitplanken und Markierungen an Verkehrswegen werden überflüssig usw. Die überwiegende Zahl aller Gütertransporte könnte unbemannt durchgeführt werden. Weil alle Fahrten durch das zentrale Leitsystem überwacht werden, ist die mißbräuchliche Verwen dung eines Fahrzeuges leicht zu verhindern.

Die Innenstädte können von parkenden Fahrzeugen frei gehalten werden, da die automa tisch gesteuerten Fahrzeuge ihre Fahrgäste absetzen, alleine auf außerhalb gelegene Park plätze fahren und später auf Abruf ihre Fahrgäste wieder abholen können. Der jederzeitige Einsatz von automatischen Fahrzeugen zur Verkehrswegspflege (Schmutz-, Schnee- und Eisbeseitigung) ist möglich.

Aufbau und Betrieb des Systems ist in Stufen mit verschiedenem Komfort möglich. Das System kann in mehr oder weniger großem Maß Informationen, beispielsweise über das durchfahrene Gebiet, den voraussichtlichen weiteren Verlauf der Fahrt usw. an die Benutzer übermitteln. Das System ist somit im Laufe seiner Betriebszeit ausbaufähig. Die zusätzliche Bereitstellung von Verkehrsspuren für eine dominierende Verkehrsrichtung auf Kosten der Gegenrichtung ist einfach und ungefährlich.

5. Übergangsphase bis zur vollständigen Einführung des Verfahrens

In einer Übergangsphase befinden sich neben den vollständig durch das Leitsystem gesteuerten Fahrzeugen noch manuell gesteuerte Fahrzeuge auf den Straßen. Während dieser Phase können in den manuell gesteuerten Fahrzeugen Sender und Empfänger mitge führt werden, die eine Kommunikation mit dem zentralen Leitsystem erlauben. Auch diese Fahrzeuge erhalten dann Leitinformationen, für deren Umsetzung jedoch der Fahrer ver antwortlich ist.

Claims

Verfahren zur vollautomatischen Führung von Fahrzeugen auf Straßen und Plätzen, gekennzeichnet durch
- - ein Sensorsystem zur Erfassung aller ruhenden und bewegten Objekte innerhalb des Verkehrsraums und seiner unmittelbaren Umgebung nach ihrer Lage und ihrem Bewegungszustand, beispielsweise realisiert durch eine Kette von Radarsensoren
- - ein Sensorsystem zur Erfassung des Verkehrswegezustandes und der Ermittlung der hiervon abhängigen maximalen Führungs-, Traktions- und Bremskräfte, auch realisiert durch Sensoren innerhalb der ge führten Fahrzeuge
- - ein zentrales hierarchisch gegliedertes Leitsystem, das die Fahrtziel-, Fahrtmodus- und Prioritätswünsche der zu führenden Fahrzeuge sowie die Ausgangsdaten der beiden Sensorsysteme entgegennimmt und hier aus, auch unter Berücksichtigung der großräumigen Verkehrslage, Leit kommandos für die Fahrzeuge produziert.