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Dokumentenidentifikation DE10101652B4 15.05.2008
Titel Verfahren zur verkehrsstörungsreduzierenden Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen
Anmelder Daimler AG, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Kerner, Boris, Prof., Dr., 70619 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 16.01.2001
DE-Aktenzeichen 10101652
Offenlegungstag 25.07.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2008
IPC-Hauptklasse G08G 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen zwecks Auflösung, Reduzierung und/oder Vermeidung von lokalen Verkehrsstörungstrukturen an effektiven Engstellen und/oder verkehrsgeregelten Netzknoten eines Wegenetzes, wobei anhand von aufgenommenen Verkehrsdaten der aktuelle Verkehrszustand ermittelt und dann festgestellt wird, ob er eine Verkehrsstörungsstruktur beinhaltet und/oder die Entstehung einer Verkehrsstörungsstruktur zu erwarten ist, und bejahendenfalls entgegenwirkende Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt werden.

Derartige Verfahren sind in verschiedenen Ausprägungen von Verkehrsinformationssystemen oder Verkehrsleitsystemen für den Straßenverkehr bekannt. Durch geeignete Verkehrszustandserfassungsmittel, die je nach Anwendungsfall streckenseitige Sensorik z.B. zur Messung von Geschwindigkeit und Anzahl passierender Fahrzeuge, eine Fernüberwachung mittels Flugzeugen oder Satelliten und/oder eine Überwachung der Dichte fahrzeugseitiger Mobiltelefone und/oder sich im Verkehr mitbewegende Messfahrzeuge, sogenannte "Floating Cars", beinhalten, werden Verkehrsdaten aufgenommen, anhand derer dann der aktuelle Verkehrszustand ermittelt wird. Des weiteren kann der zukünftig zu erwartende Verkehrszustand durch geeignete Prognosealgorithmen vorausgeschätzt werden. Auf der Basis des so ermittelten aktuellen und prognostizierten zukünftigen Verkehrszustands kann dann festgestellt werden, ob an gewissen Stellen des betrachteten Wegenetzes Verkehrsstörungsstrukturen vorliegen oder deren Entstehung droht, in welchem Fall geeignete entgegenwirkende Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt werden.

Herkömmlicherweise werden hierbei als Verkehrsstörungsstrukturen vor allem Stauzustände betrachtet, und die erzeugten, entgegenwirkenden Fahrzeugsteuerungsinformationen bestehen aus entsprechenden Staumeldungen bzw. Stauwarnungen, siehe z.B. die Offenlegungsschriften DE 196 47 127 A1 und DE 197 25 556 A1 und die dort zitierte Literatur.

Die gattungsbildende DE 199 14 257 A1 offenbart ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen zwecks Reduzierung von lokalen Verkehrsstörungen an effektiven Engstellen eines Wegenetzes, bei dem fahrzeugindividuelle Ist-Größen wie Fahrdynamik oder Geschwindigkeiten ermittelt und dann durch Vergleich mit entsprechenden Soll-Größen festgestellt wird, ob eine Verkehrsstörung vorliegt, und bejahendenfalls entgegenwirkende Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt werden. In der DE 197 39 713 A1 beinhalten erzeugte Fahrzeugsteuerungsinformationen eine Aufforderung zur Erhöhung des Fahrzeugabflusses aus einem betroffenen Wegenetzbereich. In der DE 195 28 197 A1 beinhalten erzeugte Fahrzeugsteuerungsinformationen eine Aufforderung zur Erhöhung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit. In der DE 197 01 432 A1 beinhalten erzeugte Fahrzeugsteuerungsinformationen eine Verringerung des mittleren Fahrzeugabstands. In der DE 198 41 018 A1 beinhalten erzeugte Fahrzeugsteuerungsinformationen eine fahrzeugartabhängige Fahrspurzuteilung.

Theoretische Überlegungen von B.S. Kerner sowie experimentelle Auswertungen von Verkehrsflussmessungen durch B.S. Kerner und H. Rehborn haben gezeigt, dass neben dem Stauzustand, auch Zustand "sich bewegender breiter Staus" genannt, weitere individualisierbare lokale Verkehrsstörungsobjekte im realen Verkehr auftreten und beobachtet werden können, insbesondere die Zustandsphasen "synchronisierter Verkehr" und "gestauchter synchronisierter Verkehr" (sogenannte "pinch regions") sowie sich aus solchen individualisierbaren Zustandsphasen aufbauende Muster dichten Verkehrs stromaufwärts von sogenannten effektiven Engstellen insbesondere in Schnellstraßennetzen. Analog können Warteschlangen vor verkehrsgeregelten Netzknoten in Ballungsraum-Verkehrsnetzen behandelt werden. Zu diesen Grundlagen sei auf die Zeitschriftenaufsätze B.S. Kerner und H. Rehborn, Experimental properties of complexity in traffic flow, Physical Review E 53, R 4275, 1996 und B.S. Kerner, The physics of traffic, Physics World, August 1999, Seite 25 und die nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldungen DE 199 40 957 A1, DE 199 44 075 A1, und DE 199 44 077 A1 sowie die dort jeweils zitierte Literatur verwiesen.

Als "effektive Engstellen" werden hierbei solche Stellen des Verkehrsnetzes bezeichnet, an denen sich bei entsprechendem Verkehrsaufkommen eine über einen gewissen Zeitraum lokalisiert bleibende Grenze bzw. Flanke zwischen stromabwärtigem freiem Verkehr und stromaufwärtigem synchronisiertem Verkehr bildet. Die Bildung solcher effektiver Engstellen ist häufig, aber nicht ausschließlich durch entsprechende topografische Gegebenheiten des Verkehrsnetzes bedingt, wie durch eine Verringerung der Anzahl nutzbarer Fahrspuren, Baustellen, Fahrspurverengungen, durch eine Kurve, eine Steigung, ein Gefälle, durch einmündende Zufahrtsspuren oder eine Aufteilung einer Fahrbahn in mehrere Fahrbahnen oder durch Ausfahrten sowie durch beliebige Kombinationen hiervon. Effektive Engstellen können aber auch durch temporäre Verkehrsstörungen bedingt sein, wie durch sich im Vergleich zur mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit im freien Verkehr langsam bewegende Baustellenfahrzeuge oder durch Unfallstellen.

In der nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung gemäß Offenlegungsschrift DE 100 38 089 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren der eingangs genannten Art beschrieben, das speziell auf die Erkennung synchronisierten Verkehrs und/oder sich bewegender breiter Staus stromaufwärts vor einer effektiven Engstelle und darauf ausgelegt ist, bei einer erkannten Verkehrsstörungsstruktur dieser Art abstandserhöhende und/oder geschwindigkeitsverringernde Steuerungseingriffe bei wenigstens einem Teil der betroffenen Fahrzeuge vorzunehmen.

In der nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung gemäß Offenlegungsschrift DE 199 54 971 A1 der Anmelderin ist ein weiteres gattungsgemäßen Verfahren beschrieben, bei dem eine Verkehrszentrale erfasste Verkehrsdaten auswertet und daraus die Amplituden von erkannten Verkehrsflussstörungen mindernde Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt, die beschleunigungs-, geschwindigkeits- und/oder abstandsbezogene Daten für die betroffenen Fahrzeuge beinhalten, speziell Daten über einzuhaltende Grenzwerte für die Beschleunigung, die Geschwindigkeit bzw. den Abstand des jeweiligen Fahrzeugs.

Als einspezieller weiterer Typ von Verfahren der eingangs genannten Art sind solche bekannt, die eine Fahrzeugzuflusssteuerung beinhalten, auch Zuflussdosierung genannt, mit welcher der Fahrzeugzufluß an Zufahrten, d.h. Einfahrten, z.B. eines Schnellstraßennetzes abhängig vom erkannten Verkehrszustand geregelt, d.h. erforderlichenfalls begrenzt wird. In der Offenlegungsschrift DE 198 35 979 A1 ist ein derartiges Verfahren beschrieben, bei dem der Fahrzeugzufluß in Abhängigkeit von erkannten Phasenübergängen zwischen freiem Verkehr und synchronisiertem Verkehr gesteuert wird. Auch die WO 98/8207 A1 betrifft eine Zufahrtssteuerung zu einem Schnellstraßennetz.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines neuartigen Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem aktuelle und/oder, drohende lokale Verkehrsstorungsstrukturen an effektiven Engstellen und/oder verkehrsgeregelten Wegenetzknoten erkannt und diesen in vorteilhafter Weise entgegengewirkt werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Verfahren wird der aktuelle Verkehrszustand zumindest hinsichtlich der Zustände freier Verkehr, synchronisierter Verkehr, gestauchter synchronisierter Verkehr und sich bewegende breite Staus bestimmt, Verkehrsstörungsstrukturen umfassen zumindest die Zustände sich bewegende breite Staus, synchronisierter Verkehr, gestauchter synchronisierter Verkehr und Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen, und es werden im Fall einer erkannten aktuellen oder zukünftig zu erwartenden Verkehrsstörungsstruktur zur entgegenwirkenden, kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt, die eine Erhöhung des Fahrzeugabflusses aus dem betroffenen Wegenetzbereich und/oder eine Erhöhung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Verringerung des mittleren Fahrzeugabstands und/oder die Erteilung eines Überholverbots und/oder die Erteilung eines Spurwechselverbots und/oder eine von der Fahrzeugart abhängige Spurzuteilung mit verschiedenen Sollgeschwindigkeiten und Sollabständen für die unterschiedlichen Fahrspuren beinhalten. Die letztgenannte Maßnahme ermöglicht eine Aufteilung verschiedener Arten von Fahrzeugen, wie schnellere PKW, langsamere PKW und LKW, auf verschiedene Spuren einer mehrspurigen Richtungsfahrbahn, wobei für jede Fahrspur und damit die entsprechende Fahrzeugart eine passende Sollgeschwindigkeit und ein passender Sollabstand vorgegeben werden können.

Diese Fahrzeugsteuerungsinformationen können insbesondere orts- und zeitabhängig vorgegebene, verschiedene Kombinationen von zuflussverringernden und abflußvergrößernden Maßnahmen für die erkannte Verkehrsstörungsstruktur umfassen, wie einen sich bewegenden breiten Stau, einen Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs, sich bewegende enge Stauzonen innerhalb eines Bereichs gestauchten synchronisierten Verkehrs und/oder für einen Bereich synchronisierten Verkehrs, wobei die Fahrzeugsteuerungsinformationen so gewählt werden, dass eine maximale Effizienz für die Aufrechterhaltung der Zustandsphase freien Verkehrs erreicht wird.

Es zeigt sich, dass durch diese speziellen Fahrzeugsteuerungsinformationen, mit denen betroffene Fahrzeuge in ihrem Fahrverhalten geeignet aufeinander abgestimmt werden, aktuelle Verkehrsstörungsstrukturen aufgelöst oder jedenfalls reduziert und/oder zukünftige Verkehrsstörungsstrukturen vermieden oder jedenfalls reduziert werden können, die an effektiven Engstellen von Schnellstraßennetzen und/oder verkehrsgeregelten Netzknoten in Ballungsraum-Verkehrsnetzen auftreten.

Ein nach Anspruch 2 weitergebildetes Verfahren ermöglicht eine Unterscheidung erkannter aktueller oder zukünftiger Verkehrsstörungsstrukturen danach, ob ihnen allein durch die im Anspruch 1 erwähnten verkehrsflusssteuernden Fahrzeugsteuerungsinformationen ausreichend entgegengewirkt werden kann oder zusätzliche Umleitungsmaßnahmen zweckmäßig sind. Letztere können insbesondere aus erzeugten Fahrzeugsteuerungsinformationen bestehen, die zum Nichtausfahren, d.h. Vorbeifahren an einer Ausfahrt und/oder zum Nichteinfahren, d.h. Vorbeifahren an einer Zufahrt auffordern.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sieht verschiedene vorteilhafte Möglichkeiten vor, die Fahrzeugsteuerungsinformationen in geeigneter Weise den betroffenen Fahrzeugen zwecks kollektiver Abstimmung ihres Fahrverhaltens zur Verfügung zu stellen.

Ein nach Anspruch 4 weitergebildetes Verfahren beinhaltet speziell geeignete Maßnahmen, einer drohenden Entstehung eines Musters dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle entgegenzuwirken. Dieses könnte ansonsten durch eine stromabwärts der effektiven Engstelle erkannte, stromaufwärts probagierende Verkehrsstörungsstruktur verursacht werden, wenn letztere die effektive Engstelle erreicht. Dies kann eine unterscheidende Erkennung der stromabwärtigen Verkehrsstörungsstruktur danach umfassen, ob sie bei Erreichen der effektiven Engstelle die Entstehung einer zu vermeidenden Verkehrsstörungsstruktur auslösen würde oder nicht.

Ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Verfahren beinhaltet vorteilhafte Maßnahmen, einem erkannten Muster dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle entgegenzuwirken.

Ein nach Anspruch 6 weitergebildetes Verfahren beinhaltet verschiedene vorteilhafte Maßnahmen, um einen sich bewegenden breiten Stau und/oder einen Bereich synchronisierten Verkehrs oder gestauchten synchronisierten Verkehrs aufzulösen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

1 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen zwecks Auflösung, Reduzierung und Vermeidung von lokalen Verkehrsstorungsstrukturen insbesondere an effektiven Engstellen,

2 eine schematische Darstellung einer im Verfahren von 1 verwendbaren Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation,

3 ein schematisches Blockdiagramm über einen typischen Datenaustausch zwischen verfahrensbeteiligten Fahrzeugen,

4 ein schematisches Blockdiagramm über einen abstandsregelnden Teil des Verfahrens von 1,

5A und 5B Diagramme der Flussrate in Abhängigkeit von der Fahrzeugdichte im Fall einer mehrspurigen bzw. einspurigen Fahrbahn,

6 eine schematische Darstellung einer effektiven Engstelle in Form einer Zufahrt,

7 eine schematische Darstellung einer effektiven Engstelle in Form einer Ausfahrt,

8 ein schematisches Blockdiagramm für Fahrzeugsteuerungsmaßnahmen des Verfahrens von 1 mit Umleitungsstrategie,

9 bis 13 Darstellungen experimenteller Beobachtungen an Autobahnabschnitten mit Mustern dichten Verkehrs an effektiven Engstellen zur Erläuterung entsprechender Gegenmaßnahmen,

14 eine schematische Darstellung der Auflösung eines Staus vor Erreichen einer Zufahrt,

15 eine schematische Darstellung der Auflösung synchronisierten Verkehrs vor Erreichen einer Zufahrt,

16 eine schematische Darstellung der Auflösung eines Musters dichten Verkehrs an einer Zufahrt,

17 eine schematische Darstellung der Zone zwischen synchronisierten und freiem Verkehr zur Veranschaulichung der dortigen Steuerungsmaßnahmen im Fall von 16 und

18 eine schematische Darstellung von Detailmaßnahmen zur Auflösung des Musters dichten Verkehrs gemäß 16.

1 veranschaulicht ein Verfahren zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen derart, dass aktuell bestehende, lokale Verkehrsstörungsstrukturen, insbesondere an effektiven Engstellen eines Schnellstraßennetzes, alternativ oder zusätzlich auch an verkehrsgeregelten Netzknoten eines Ballungsraum-Wegenetzes, aufgelöst oder jedenfalls reduziert und die Bildung prognostizierter Verkehrsstörungsstrukturen dieser Art vermieden oder jedenfalls reduziert wird, sowie die dazu verwendeten Mittel. Durch Verkehrszustandserfassungsmittel 1 werden laufend Verkehrsdaten aufgenommen. Die von diesen Mitteln 1 bewirkte Verkehrsmessung kann je nach Bedarf autonom im jeweiligen Fahrzeug unter Zuhilfenahme von Messfahrzeugdaten (Floating Car Data) und/oder durch anderweitige bewegte Detektoren, streckenseitige stationäre Detektoren und/oder Ferndetektoren, wie Flugzeuge oder Satelliten etc., erfolgen, wie dies dem Fachmann bekannt und in verschiedenen älteren Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben ist, worauf verwiesen werden kann, und daher hier keiner näheren Erläuterung bedarf. Bestandteil dieser Messung und Auswertung von Verkehrsdaten ist insbesondere eine Bestimmung des Verkehrszustands hinsichtlich der oben erwähnten, verschiedenen individualisierbaren Verkehrszustandsobjekte, wie der Zustände freien Verkehrs, synchronisierten Verkehrs, gestauchten synchronisierten Verkehrs und sich bewegender breiter Staus.

Durch entsprechende Auswertemittel 2 werden Phasenübergänge zwischen solchen individuellen Verkehrszustandsobjekten und aus diesen gebildeten zeitlich-räumlichen Strukturen, wie insbesondere Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen, erkannt. Des weiteren sind die Auswertemittel 2, die fahrzeugseitig und/oder in einer Verkehrszentrale angeordnet sein können, darauf ausgelegt, den zukünftig zu erwartenden Verkehrszustand zu prognostizieren, insbesondere den zeitlich-räumlichen Verlauf der verschiedenen Verkehrszustandsphasen und der aus ihnen gebildeten Muster. Hierfür geeignete Auswertemittel sind wiederum im Stand der Technik und in älteren Anmeldungen der Anmelderin beschrieben, worauf für weitere Details verwiesen werden kann. Speziell leistet ein entsprechender Systemteil 3 eine Erkennung effektiver Engstellen, an denen ein Muster dichten Verkehrs schon entstanden ist, soeben entsteht oder zukünftig wahrscheinlich entstehen wird.

Ein den vorgenannten Mitteln 1, 2, 3 nachgeschalteter Systemteil 4 leistet anhand der ihm zugeführten Eingangsdaten eine unterscheidende Erkennung, welche der aktuellen Eigenschaften der festgestellten Phasenübergänge und zeitlich-räumlichen Verkehrszustandsstrukturen durch eine Verkehrsflusssteuerung besonders effektiv beeinflusst werden können. Der Aufbau dieses Systemteils 4 wird weiter unten anhand einer ausführlicheren Beschreibung von dessen Funktionsweise deutlich werden. Er liefert dann entsprechende Informationen zur Steuerung des Verkehrsflusses mit dem Ziel, die Bildung von erkannten zukünftigen Verkehrsstörungsstrukturen zu verhindern und bestehende Verkehrsstörungsstrukturen aufzulösen bzw. zu reduzieren, d.h. einzudämmen, so dass eine maximale Aufrechterhaltung der wünschenswerten Zustandsphase freien Verkehrs erzielt wird.

Hierbei handelt es sich insbesondere um Fahrzeugsteuerungsinformationen, mit denen das Fahrverhalten der jeweils betroffenen Fahrzeuge kollektiv verkehrsstörungsmindernd beeinflusst werden kann. Je nach Anwendungsfall kann dies unter Benutzung von verschiedenen Steuerungshilfsmitteln 6 erfolgen, z.B. von dynamischer Fahrzeug-Zielführung, von Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation, von Fahrerassistenzsystemen, von stationären, streckenseitigen Steuerungssystemen, die Fahrzeugen in der Umgebung einer jeweiligen effektiven Engstelle Fahrverhaltensinformationen geben, und/oder von Steuerungssystemen aus dem All, die über optische oder Rundfunkkanäle die betreffenden Steuerungsinformationen an die Fahrzeuge übermitteln.

2 veranschaulicht den Einsatz von Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation in Verbindung mit der verfahrensgemäßen Erzeugung von Fahrzeugsteuerungsinformationen, die Abstandsregelungsinformationen beinhalten. Die verfahrens- bzw. systembeteiligten Fahrzeuge F1, F2, F3, ... stehen über einen Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationskanal 7 miteinander in Datenaustauschverbindung. Ein abstandsregelndes Fahrerassistenzsystem 8 erzeugt geeignete, verkehrsstörungsmindernde Abstandsinformationen 9 über gewünschte Sollabstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen, deren Fahrverhalten abstandsregulierend beeinflusst werden soll, um einer erkannten aktuellen oder zukünftigen Verkehrsstörung entgegenzuwirken.

3 zeigt genauer den Datenaustausch zwischen dem abstandsregelnden Fahrerassistenzsystem 8 im Fahrzeug und den die verkehrsstörungsmindernden Fahrzeugsteuerungsinformationen generierenden Mitteln unter Verwendung des Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationskanals 7. Über letzteren werden Daten über den ermittelten aktuellen und prognostizierten Verkehrszustand und die zu wählende Verkehrssteuerungsstrategie, insbesondere hinsichtlich des örtlichen oder zeitlichen Abstands aufeinanderfolgender Fahrzeuge, an das abstandsregelnde Fahrerassistenzsystem 8 übermittelt, das umgekehrt Informationen über die aktuelle ausgewählte Abstandsregelungsstrategie zurückübermittelt.

4 zeigt detaillierter eine mögliche Einbindung des abstandsregelnden Fahrerassistenzsystems 8 in das verfahrensdurchführende Verkehrsbeeinflussungssystem. Wie in 4 dargestellt, werden die von den Verkehrszustandserfassungsmitteln 1 gewonnenen Verkehrsdaten dem abstandsregelnden Fahrerassistenzsystem 8 und den fahrzeugseitig und/oder zentralenseitig angeordneten Verkehrszustandsprognosemitteln 2 zugeführt. Letztere übermitteln die generierten Prognosedaten dem abstandsregelnden Fahrerassistenzsystem 8 des eigenen Fahrzeugs sowie dem Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikationskanal 7 zwecks Weiterleitung zu anderen Fahrzeugen.

Zum grundsätzlichen Verständnis des Ziels, eine maximale Effizienz der Aufrechterhaltung des Zustands freien Verkehrs zu erreichen, sei die 5A für den Fall einer mehrspurigen Schnellstraße bzw. die 5B für den Fall einer einspurigen Schnellstraße betrachtet. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, endet die Kennlinie F der Flussrate q in Abhängigkeit von der Dichte &rgr; für freien Verkehr bei einem maximalen mittleren Fahrzeugfluß qmax, der im freien Verkehr ohne Verkehrssteuerung erreichbar ist. In diesem Kennlinienpunkt ist die Wahrscheinlichkeit eines Phasenübergangs vom freien zum synchronisierten Verkehr gleich eins. Die schraffierte Fläche entspricht synchronisiertem Verkehr. Die Kennlinie J entspricht der Bewegung der stromabwärtigen Front eines sich bewegenden breiten Staus. Die Steigung der Kennlinie J entspricht somit der mittleren Geschwindigkeit der stromabwärtigen Front des sich bewegenden breiten Staus. Der Fluß qout entspricht dem Fluß aus einem sich bewegenden breiten Stau, wenn keine Steuerung des aus dem Stau abfließenden Verkehrs existiert. Die punktierte Kennlinie vmin repräsentiert die mittlere Mindestgeschwindigkeit von Fahrzeugen in einem Bereich synchronisierten Verkehrs. Der Wert &rgr;max gibt die Fahrzeugdichte innerhalb sich bewegender breiter Staus an.

Durch die aufeinander abgestimmte Steuerung der abstandsregelnden Fahrerassistenzsysteme z.B. über die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation kann die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht und/oder der mittlere örtliche oder zeitliche Abstand zwischen den Fahrzeugen verkürzt werden, ohne dass die Gefahr des Auffahrens besteht, wenn das Fahrverhalten für mehrere Fahrzeuge zwecks Auflösung einer Verkehrsstörungsstruktur kollektiv gesteuert wird. Für die abstandsregelnden Fahrerassistenzsysteme können bekannte Abstandsregeleinrichtungen verwendet werden, z.B. solche mit einem Fuzzy-Regler, dem die Relativgeschwindigkeit zum relevanten Objekt und der Zeitabstand zu diesem Objekt als Eingangsgrößen zugeführt werden und bei dem als Regelgröße die Fahrzeugbeschleunigung benutzt wird. Dabei werden die besagten Eingangsgrößen verkehrszustandsabhängig automatisch gewählt, wobei diese Auswahl z.B. über die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation gesteuert werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, über die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvorgänge des vorausfahrenden Fahrzeugs an nachfolgende Fahrzeuge zu übertragen und dadurch deren Bewegung in Abhängigkeit vom ermittelten Verkehrszustand automatisch zu steuern.

Die 6 und 7 veranschaulichen zwei wichtige Typen effektiver Engstellen. Speziell veranschaulicht 6 eine effektive Engstelle in Form einer Zufahrt oder Einfahrt, an der in Verkehrs- bzw. Fahrtrichtung über eine Zufahrtstelle Fahrzeuge mit einem Fluß qin in eine ein- oder mehrspurige Fahrbahn mit Fahrzeugfluß q1 einfahren, so dass sich stromabwärts ein Gesamtfluß Q = q1 + qin ergibt. Über den entsprechenden Systemteil 4, siehe 1, wird festgestellt, ob der Gesamtfluß Q einen von der Kapazität der Fahrbahn stromabwärts vom Ort der effektiven Engstelle im freien Verkehr abhängig vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder die Wahrscheinlichkeit eines Phasenübergangs zu synchronisiertem Verkehr an der effektiven Engstelle einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Zustand freien Verkehrs an der effektiven Engstelle bei Bedarf noch mittels einer Steuerung des Verkehrsflusses aufrechterhalten werden, die den Fahrzeugen in einer Umgebung der effektiven Engstelle ein zu diesem Zweck anzustrebendes kollektives Fahrverhalten vorgibt.

Analog zeigt 7 den Fall, dass von einer ein- oder mehrspurigen Fahrbahn mit Fluß q1 Fahrzeuge an einer Abfahrtstelle mit einem Fluß qout,a ausfahren, was den verbleibenden Fahrzeugfluß Q = q1 – qout,a entsprechend vermindert. Der erwähnte Systemteil 4 stellt fest, ob der Fluß qout auf der Abfahrt-Fahrbahn einen vorgegebenen Grenzwert, der die Kapazität dieser Abfahrt-Fahrbahn repräsentiert, überschreitet und/oder die Wahrscheinlichkeit eines Phasenübergangs zu synchronisiertem Verkehr an der effektiven Engstelle einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Solange dies nicht der Fall ist, kann der Zustand freien Verkehrs an dieser effektiven Engstelle bei Bedarf noch allein mit einer Steuerung des Verkehrsflusses aufrechterhalten werden, die für die Fahrzeuge in einer Umgebung der effektiven Engstelle ein entsprechendes kollektives Fahrverhalten vorgibt.

Wenn in den Beispielen der 6 und 7 festgestellt wird, dass der Gesamtfluß Q = q1 + qin stromabwärts einer Zufahrt bzw. der ausfahrende Fluß qout,a den jeweils vorgegebenen Grenzwert überschreitet, ist die Bildung einer Verkehrsstörung nicht mehr allein durch ein kollektives Fahrverhalten der beteiligten Fahrzeuge erreichbar. In diesem Fall wird verfahrensgemäß eine Umleitungsstrategie angewandt. Dies ist in 8 veranschaulicht. Wie daraus ersichtlich, werden Parameter 10 aktueller oder prognostizierter Verkehrsmuster bzw. der von einem Muster dichten Verkehrs ausgelösten, sich bewegenden Staus als zeit- und ortsabhängige Funktionen dazu verwendet, davon abhängige Steuerungsmaßnahmen 11 zur möglichst langen Aufrechterhaltung freien Verkehrs durchzuführen, die umgekehrt wieder die zeit- und ortsabhängige Verkehrsmusterparametrisierung 10 beeinflussen. Die Steuerungsmaßnahmen 11 umfassen eine kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge, wobei ihnen die erwähnten Umleitungsstrategien 12, 13 zugeordnet sind, um "überflüssige", d.h. "überschüssige" Fahrzeuge umzuleiten, die eine Ausfahrt passieren bzw. an einer Zufahrt einfahren wollen. Dieses Umleiten beinhaltet das Vorbeileiten der betreffenden Fahrzeuge an der Ausfahrt auf der Fahrbahn, um sie an einer anderen Ausfahrt ausfahren zu lassen, bzw. das Vorbeileiten an der überlasteten Zufahrt, um sie an einer anderen Zufahrt einfahren zu lassen.

Genauer gesagt wird der Verkehrszufluß so gesteuert, dass der maximale Fluß qmax für freien Verkehr gemäß den Diagrammen der 5A und 5B nicht überschritten wird, wobei der maximale Fluß qmax durch verfahrensgemäße Fahrzeugsteuerungsmaßnahmen zur kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens beteiligter Fahrzeuge stark erhöht werden kann. Dazu können auf mehrspurigen Fahrbahnen ein Spurwechselverbot und/oder Fahrerassistenzsysteme zusammen mit Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation eingesetzt werden, um in einer Umgebung einer effektiven Engstelle vergleichsweise kleine Zeitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen zu erlauben, d.h. die beteiligten Fahrzeuge sollten im Pulk mit sehr geringen Zeitabständen fahren. Ein Auffahren wird dadurch ausgeschlossen, dass alle beteiligten Fahrzeuge z.B. über die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation von der kollektiven Fahrzeugsteuerungsmaßnahme informiert werden und die Fahrzeugabstände ebenso wie Verzögerungs- und/oder Beschleunigungsvorgänge durch die abstandsregelnden Fahrerassistenzsysteme geeignet eingestellt werden, die bei Bedarf auch automatisch z.B. über die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation gesteuert werden können. Überschüssige Fahrzeuge, die nicht mehr an diesem kollektiven Fahrverhalten teilnehmen können, werden umgeleitet. Die kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens aufeinanderfolgender Fahrzeuge lässt kurzfristig auch sehr kleine Zeitabstände zu, wodurch hohe Fahrzeugverzögerungen vermieden werden können, die bei Auftreten einer kleinen lokalen Störung zum Aufschaukeln derselben führen könnten.

Soweit das verfahrensdurchführende System erkennt, dass bestehende oder prognostizierte lokale Verkehrsstörungsstrukturen, wie sich bewegende breite Staus, synchronisierter Verkehr, gestauchter synchronisierten Verkehr und Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen, durch eine Steuerung des Verkehrsflusses besonders effektiv beeinflusst werden können, beinhaltet die verfahrensgemäße Verkehrsflusssteuerung die Erzeugung einer Fahrzeugsteuerungsinformation, die das angestrebte kollektive Fahrverhalten der beteiligten Fahrzeuge vorgibt, das zu einer Erhöhung der Abflüsse aus der Verkehrsstörungsstruktur und/oder einer Erhöhung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Verkürzung der mittleren Abstände zwischen den Fahrzeugen führt und/oder die Erteilung eines Überholverbots und/oder eines Spurwechselverbots und/oder eine von der Fahrzeugart abhängige Fahrspurzuteilung für die Fahrzeuge beinhaltet, insbesondere für die Fahrzeuge im Bereich der jeweiligen effektiven Engstelle in einem Schnellstraßennetz oder eines verkehrsgeregelten Netzknotens in einem Ballungsraum-Verkehrsnetz. Solche verkehrsflusssteuernde Fahrzeugsteuerungsinformationen werden zum einen für Fahrzeuge von schon bestehenden, erkannten Verkehrsstörungsstrukturen erzeugt, zum anderen aber auch für Fahrzeuge, die für eine noch nicht bestehende, prognostizierte zukünftige Verkehrsstörungsstruktur relevant sind.

Zweckmäßigerweise werden die entsprechenden Fahrzeugsteuerungsinformationen bezüglich prognostizierter zukünftiger Verkehrsstörungsstrukturen nur dann generiert, wenn deren Prognose schon hinreichend sicher ist, d.h. wenn die durch die Prognose ermittelte Wahrscheinlichkeit der Entstehung der Verkehrsstörungsstruktur, z.B. eines Muster dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle, an der aktuell noch freier Verkehr ist, einen vorgegebenen Wert überschritten hat. Auf diese Weise werden alle interessierenden effektiven Engstellen, an denen aktuelle zeitlich-räumliche Verkehrsstörungsstrukturen erkannt wurden oder an denen zwar aktuell noch freier Verkehr ist, die Verkehrszustandsprognose aber mit hinreichender Wahrscheinlichkeit die Bildung eines Muster dichten Verkehrs vorhergesagt hat, für die verkehrsflusssteuernden Maßnahmen berücksichtigt und qualitativ danach unterschieden, ob der aktuellen oder drohenden Verkehrsstörungsstruktur allein durch ein angestrebtes kollektives Fahrverhalten entgegengewirkt werden kann oder zusätzlich Methoden zur Verkehrsumleitung einzusetzen sind.

Die 9 bis 13 veranschaulichen verschiedene, an Autobahnabschnitten experimentell aufgenommene Beispielsituationen über die Bildung verschiedener Verkehrsstörungsstrukturen an effektiven Engstellen. An diesen Beispielen lassen sich die Kriterien gut veranschaulichen, wann und in welcher Weise der Entstehung von Verkehrsstörungsstrukturen an den effektiven Engstellen effektiv entgegengewirkt werden kann bzw. sollte. Die experimentellen Daten der 9 bis 12 wurden mit in Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden, streckenseitigen Detektoren D1 bis D24 an einem Autobahnabschnitt 11 aufgenommen. Als Messdaten wurden an jedem Detektor D1 bis D24 zeitabhängig die Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Fahrzeugfluß q aufgenommen, wobei in den 9 bis 13 entsprechende Diagramme der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit v und des gemessenen Flusses q orts- und zeitabhängig für einen gewissen Messzeitraum wiedergegeben sind.

9 repräsentiert, wie aus den zugehörigen Diagrammen ersichtlich, eine Beispielsituation, bei der sich ein sich bewegender breiter Stau j1 zunächst stromabwärts einer effektiven Engstelle am Ort des Detektors D16 befindet und stromaufwärts propagiert. Bei Erreichen der effektiven Engstelle löst er dort ein Muster dichten Verkehrs mit einem Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs p1 aus, d.h. es tritt ein durch den sich bewegenden breiten Stau j1 verursachter Phasenübergang FS1 von freiem zu synchronisiertem Verkehr auf. Davon unabhängig tritt an einer stromabwärtigen Stelle ein weiterer Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs p2 auf.

10 zeigt eine Beispielsituation, in der sich vor einer effektiven Engstelle, die im Bereich einer Ausfahrt und einer Zufahrt in der Umgebung des Detektors D6 liegt, ein Muster dichten Verkehrs gebildet hat, innerhalb welchem sich bewegende breite Staus entstehen, die stromaufwärts propagieren.

Im Beispielfall von 11 befindet sich zunächst ein Bereich synchronisierten Verkehrs p3 stromabwärts der zum Ort des Detektors D16 gehörigen effektiven Engstelle. Sobald er durch stromaufwärtige Ausbreitung diese effektive Engstelle erreicht hat, führt er dort zur Auslösung eines Musters dichten Verkehrs mit einem zugehörigen Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs p4 und einem zugehörigen Phasenübergang FS2 von freiem zu synchronisiertem Verkehr. Eine analoge Situation mit einem Phasenübergang FS3 von freiem zu synchronisiertem Verkehr und einem zugehörigen Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs p5 tritt an der zum Detektor D6 gehörigen effektiven Engstelle auf. Des weiteren sind dem Diagramm zwei Bereiche sich bewegender breiter Staus j2 und j3 zu entnehmen.

In der Beispielsituation von 12 tritt an der zum Ort des Detektors D6 gehörigen effektiven Engstelle ein Phasenübergang FS4 von freiem zu synchronisiertem Verkehr auf, der zur stromaufwärtigen Bildung eines Muster dichten Verkehrs führt, das unter anderem einen Bereich gestauchten synchronisierten Verkehrs p6 beinhaltet. Stromaufwärts entsteht dadurch ein typischer Stop&Go-Verkehr SG. Des weiteren sind zwei stromaufwärts propagierende Bereiche sich bewegender breiter Staus j4 und j5 zu erkennen.

13 veranschaulicht eine Beispielsituation an einem anderen Autobahnabschnitt 12, auf dem der Verkehrsstrom wiederum durch in Fahrtrichtung aufeinanderfolgende, streckenseitige Detektoren D1 bis D30 erfaßt wird. Aus dem zugehörigen Messdiagramm für die orts- und zeitabhängige mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit v ist die Bildung eines sogenannten übergreifenden Muster dichten Verkehrs erkennbar, das sich von einer stromabwärtigen effektiven Engstelle E1, die sich am Ort des Detektors D19 befindet und auf eine Steigung mit Kurve zurückgeht, stromaufwärts über eine zweite effektive Engstelle E2 an einer zum Detektor D15 gehörigen Ein-/Ausfahrtstelle und über eine weitere stromaufwärts anschließende effektive Engstelle E3 hinweg erstreckt.

Unter Berücksichtigung dieser verkehrsstörungsdynamischen Gegebenheiten, wie sie oben anhand experimenteller Daten zu den 9 bis 13 an Beispielfällen exemplarisch erläutert wurden, sind verfahrensgemäß die schon oben erläuterten, der Bildung solcher Verkehrsstörungsstrukturen entgegenwirkenden Verkehrsflußsteuerungsmaßnahmen vorgesehen. Auf exemplarische Beispiele wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 14 bis 18 eingegangen.

14 illustriert speziell den Fall, dass sich ein stromaufwärts propagierender Stau ST1 einer effektiven Engstelle nähert, an der aktuell noch freier Verkehr ist, der Stau ST1 dort aber mit entsprechender Wahrscheinlichkeit zur Entstehung eines Musters oder übergreifenden Muster dichten Verkehrs führen würde, wie dies oben zur 9 beschrieben wurde. Um dies zu vermeiden, werden für die betreffenden Fahrzeuge im sich bewegenden breiten Stau ST1 und dessen Umgebung stauauflösende Fahrzeugsteuerungsinformationen generiert, die so gewählt sind, dass der sich bewegende breite Stau ST1 möglichst vor Erreichen der effektiven Engstelle aufgelöst wird.

Dazu sind die Fahrzeugsteuerungsinformationen so gewählt, dass die Geschwindigkeit vg,l, mit der sich die stromabwärtige Staufront stromaufwärts bewegt, um das notwendige Maß über die Geschwindigkeit vg,r angehoben wird, mit der sich die stromaufwärtige Staufront stromaufwärts bewegt. Die Differenz dieser beiden Geschwindigkeitsbeträge vg,l und vg,r ist so groß zu wählen, dass der Stau ST1 ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t3 vollständig aufgelöst wird, zu dem er ohne diese Fahrzeugsteuerungsmaßnahmen die effektive Engstelle erreichen würde. Die drei ortsgleich untereinanderliegenden, schematischen Streckendarstellungen zeigen die durch die geeignet erzeugten Fahrzeugsteuerungsinformationen für die betreffenden Fahrzeuge erreichbare, sukzessive Verringerung der Ausdehnung des Staus stellvertretend anhand einer Momentaufnahme zu einem zukünftigen Zeitpunkt t2 > t1 bis hin zur vollständigen Stauauflösung spätestens zum besagten Zeitpunkt t3 > t2.

Um den Betrag der Geschwindigkeit vg,l der stromabwärtigen Front eines sich bewegenden breiten Staus zu erhöhen, wie im Beispiel von 14 beabsichtigt, wird durch entsprechende kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens der beteiligten Fahrzeuge die Wartezeit tw verkürzt, die ein Fahrzeug, nachdem das vorausfahrende Fahrzeug den Stau verlassen hat, wartet, bis es auch den Stau verlässt. Hierbei gilt die aus der Literatur bekannte Beziehung vg,l = –(&rgr;maxtw)–1 zwischen der Geschwindigkeit Vg,l der stromabwärtigen Staufront, der Wartezeit tw und der maximalen Fahrzeugdichte &rgr;max. Eine derartige Wartezeitverkürzung lässt sich durch Erteilen eines Überhol- und/oder Spurwechselverbotes und/oder durch geeignete Anwendung einer automatischen Abstandsregeleinrichtung und/oder anderer Fahrerassistenzsysteme bzw. anderweitiger Fahrzeugsteuerungssysteme z.B. aus dem All über optische oder Rundfunkkanäle erreichen. Dazu kann für die betroffenen Fahrzeuge ein kollektives Fahrverhalten in Form eines gleichen vorgegebenen Beschleunigungsvorgangs und/oder eines gleichen vorgegebenen zeitabhängigen Verlaufs der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Abstände zwischen den Fahrzeugen vorgesehen werden, speziell für alle Fahrzeuge, die den Stau verlassen, ab dem Zeitpunkt des Verlassens des Staus bis zum Zeitpunkt, zu dem die Fahrzeuge eine gewisse vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle überschritten haben. Bei Bedarf kann vorgesehen sein, im Fall einer mehrspurigen Richtungsfahrbahn für die verschiedenen Fahrspuren unterschiedliche Werte der Wartezeit tw vorzugeben, was mit der Maßnahme verknüpft werden kann, eine fahrzeugartabhängige Spurzuteilung vorzunehmen, d.h. verschiedenen Fahrzeugarten unterschiedliche Fahrspuren zuzuordnen und die Fahrzeuge aufzufordern, sich in die entsprechende Fahrspur einzureihen.

15 veranschaulicht einen zu 14 analogen Beispielfall, bei dem es um die rechtzeitige Auflösung eines zum aktuellen Zeitpunkt t1 stromabwärts einer effektiven Engstelle vorliegenden Bereichs synchronisierten Verkehrs S1 rechtzeitig vor Erreichen der effektiven Engstelle geht, wenn ansonsten die Wahrscheinlichkeit, dass der Bereich synchronisierten Verkehrs S1 an der effektiven Engstelle die Entstehung eines Musters oder übergreifenden Muster dichten Verkehrs auslösen würde, einen vorgegebenen Wert übersteigt. In diesem Fall sind die entgegenwirkenden Fahrzeugsteuerungsinformationen zur kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens der beteiligten Fahrzeuge so gewählt, dass die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit Vveh an der stromabwärtigen Front des Bereichs synchronisierten Verkehrs S1 so stark erhöht und/oder die Abstände zwischen Fahrzeugen so stark verkleinert werden, dass der Bereich synchronisierten Verkehrs S1 bis spätestens zum Zeitpunkt t3, zu dem er ohne Verkehrssteuerungsmaßnahmen die effektive Engstelle erreichen würde, vollständig aufgelöst wird.

16 veranschaulicht, wie verfahrensgemäß ein an einer zufahrtbedingten Engstelle gebildetes Muster dichten Verkehrs M1 aufgelöst wird. Dazu werden entgegenwirkende Fahrzeugsteuerungsinformationen zur kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens der beteiligten Fahrzeuge dahingehend erzeugt, dass der Abfluß aus dem Muster dichten Verkehrs M1 erhöht und/oder die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit Vveh für Fahrzeuge an der stromabwärtigen Front des Musters dichten Verkehrs M1 erhöht und/oder der Abstand zwischen Fahrzeugen im Bereich dieser stromabwärtigen Front des Musters dichten Verkehrs M1 verkleinert werden, und zwar jeweils in ausreichend starkem Maß, um eine stromaufwärtige Bewegung der stromabwärtigen Front des Musters dichten Verkehrs M1 zu erzielen, siehe die Momentaufnahme zum Zeitpunkt t2 im mittleren Diagramm von 16, und schließlich das Muster dichten Verkehrs M1 zu einem späteren Zeitpunkt t3 > t2 vollständig aufzulösen. Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Maßnahmen kann für die betreffenden Fahrzeuge ein Überholverbot und/oder ein Spurwechselverbot erteilt werden, wenn es sich um eine mehrspurige Fahrbahn handelt. Mit analogen Maßnahmen kann die Auflösung eines Bereichs gestauchten synchronisierten Verkehrs erreicht werden.

17 zeigt detaillierter die Umgebung einer effektiven Engstelle, deren effektive Lage punktiert wiedergegeben ist, mit stromabwärts anschließendem freiem Verkehr und stromaufwärts anschließendem synchronisierten Verkehr, wobei das ortsgleich darunterliegende Diagramm den Fahrzeugabfluß qout,b und die gegensätzlichen Verläufe von Fahrzeugdichte &rgr; und Fahrzeuggeschwindigkeit v in dieser Übergangszone illustriert. Das zu 16 erwähnte, angestrebte kollektive Fahrverhalten zur Auflösung eines Musters dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle durch Erhöhung des Fahrzeugabflusses und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Verkürzung der mittleren Fahrzeugabstände und/oder Erteilung eines Überholverbots und/oder eines Spurwechselverbots und/oder eine von der Fahrzeugart abhängige Fahrspurzuteilung erfasst mindestens die Fahrzeuge innerhalb der stromabwärtigen Frontzone des synchronisierten Verkehrs und einer vorgebbaren Umgebung dieser Front. Bei der von der Fahrzeugart abhängigen Fahrspurzuteilung werden die Fahrspuren einer mehrspurigen Richtungsfahrbahn verschiedenen Fahrzeugarten, wie schnelle PKW, langsame PKW und LKW, zugeordnet, und die Fahrzeugsteuerungsinformationen beinhalten eine Information für das jeweilige Fahrzeug, welche Fahrspur es aufgrund seiner Fahrzeugart wählen soll. Für jede Fahrspur wird dann eine geeignete Sollgeschwindigkeit und ein geeigneter Sollabstand vorgegeben, wobei die Sollgeschwindigkeiten bzw. Sollabstände für die unterschiedlichen Fahrspuren verschieden sein können.

18 veranschaulicht ein konkretes Beispiel für derartige geeignete Maßnahmen zur Bewirkung eines kollektiven Fahrverhaltens von Fahrzeugen im Bereich der stromabwärtigen Front synchronisierten Verkehrs, die ohne Verkehrssteuerungsmaßnahmen am Ort einer zufahrtbedingten effektiven Engstelle lokalisiert bleiben würde. Für eine diese Verkehrsstörung auflösende Verkehrsflusssteuerung sind folgende Maßnahmen förderlich.

Erstens sollte ein vorgegebener Teil der Fahrzeuge, die auf der rechten Fahrspur vor der Einfahrt fahren, zur linken Fahrspur der zweispurigen Fahrbahn wechseln, um den Platz für Fahrzeuge frei zu machen, die über die Zufahrt einfahren. Dabei sollten Fahrzeuge auf der Nachbarspur der Einfahrt die einfahrenden Fahrzeuge mit gleicher Fahrzeuggeschwindigkeit einscheren lassen. Zweitens sollten die Abstände zwischen den Fahrzeugen auf der linken Fahrspur in der Umgebung der Zufahrt verkleinert und untereinander annähernd gleich gehalten werden. Drittens sollten die Abstände zwischen den Fahrzeugen auf der Nachbarspur zur Zufahrt, d.h. auf der rechten Fahrspur, in der Umgebung der Zufahrt deutlich größer sein als auf der oder den weiter links liegenden Spuren, beispielsweise etwa doppelt so groß und/oder abhängig von der Art und insbesondere der Länge des bzw. der einscherenden Fahrzeuge so ausreichend groß, dass ein problemloses Einscheren ermöglicht wird. Viertens sollten die Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fahrzeuge auf einer jeweiligen Fahrspur und beim Einscheren annähernd gleich groß sein, wobei im Fall einer von der Fahrzeugart abhängigen Fahrspuraufteilung für verschiedene Fahrspuren unterschiedliche Geschwindigkeiten vorgegeben werden können. Fünftens sollten die Fahrzeuggeschwindigkeiten so groß sein, dass die stromabwärtige Front des synchronisierten Verkehrs stromaufwärts mit einer Geschwindigkeit läuft, deren Betrag größer als ein vorgegebner Schwellwert ist, so dass sich die stromabwärtige Front des Musters dichten Verkehrs vom Ort der effektiven Engstelle stromaufwärts ablöst, wie in 16 veranschaulicht.

Die erwähnten Maßnahmen können je nach Bedarf einzeln oder in beliebiger Kombination angewandt werden. Eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei gleichzeitiger Verkürzung des mittleren Fahrzeugabstands lässt sich z.B. mit Hilfe einer herkömmlichen automatischen Abstandsregeleinrichtung realisieren, wobei den Abstandsreglern der betroffenen Fahrzeuge die entsprechenden, zur Erzielung des gewünschten kollektiven Fahrverhaltens nötigen Fahrzeugsteuerungsinformationen zugeführt werden. Vorzugsweise sind die Abstände zwischen den Fahrzeugen und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht kleiner als ein vorgebbares Maß gewählt, das als zeitabhängige Funktion vorgegeben werden kann.

Im Rahmen der Verfahrensdurchführung kann eine optische und/oder sprachliche Anzeige aller notwendigen Vorgänge, z.B. welche Fahrspur, welcher Funktionsverlauf des Abstands und/oder der Geschwindigkeit, welcher Beschleunigungsvorgang usw. zu wählen ist, individuell für das jeweilige Fahrzeug durchgeführt werden, dessen Fahrverhalten zu steuern ist. Die notwendigen Fahrzeugsteuerungsinformationen werden vorzugsweise automatisch generiert, und die davon beeinflussten Fahrerassistenzsysteme werden automatisch angeschaltet und/oder nach beendigtem Steuerungsvorgang automatisch ausgeschaltet. Alle durch ein jeweiliges Fahrzeug erkannten Verkehrsstörungsstrukturen werden bevorzugt automatisch zu anderen Fahrzeugen und/oder an eine Verkehrszentrale übermittelt, um diese Informationen zur kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens mehrerer, von einer jeweiligen Verkehrsstörungsstruktur betroffener Fahrzeuge nutzen zu können.

Da sich bewegende breite Staus an effektiven Engstellen die Bildung von Mustern dichten Verkehrs auslösen können, wie oben anhand der experimentellen Ergebnisse der 9 bis 13 erläutert wurde, und selbige eine signifikante Verkehrsstörung darstellen, ist es zweckmäßig, der Auflösung bzw. Eindämmung solcher Staus Priorität zu geben, die ansonsten gemäß dem prognostizierten zukünftigen Verkehrszustand sehr wahrscheinlich die Bildung eines Muster dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle auslösen würden. Demgegenüber kann die Auflösung bzw. Eindämmung von Staus, die aller Wahrscheinlichkeit nach kein Muster dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle während des Prognosezeitraums auslösen werden, mit niedrigerer Priorität behandelt werden. Zu diesem Zweck wird verfahrensgemäß für jeden erkannten aktuellen oder prognostizierten, sich bewegenden breiten Stau festgestellt, ob durch ihn während des Prognosezeitraums die Auslösung eines Musters dichten Verkehrs an einer effektiven Engstelle droht oder nicht. So brauchen beispielsweise die sich bewegenden breiten Staus, die sich im Beispiel von 10 innerhalb des Musters dichten Verkehrs bilden und stromaufwärts propagieren, nicht unbedingt aufgelöst bzw. reduziert werden, da dies die Ursache dieser Staus, nämlich das Muster dichten Verkehrs stromaufwärts der effektiven Engstelle am Detektor D6, nicht beseitigt. Primär wird daher in einem solchen Fall zunächst versucht, das Muster dichten Verkehrs an der effektiven Engstelle mit den hierzu oben beschriebenen Methoden aufzulösen. Nur wenn stromaufwärts eine weitere effektive Engstelle vorhanden ist, an der freier Verkehr vorliegt, wird auch gleichzeitig den stromaufwärts propagierenden Staus entgegengewirkt, um diese aufzulösen, bevor sie die stromaufwärtige effektive Engstelle erreichen und dort ein Muster dichten Verkehrs auslösen.

Im Beispiel von 9 stellt der Stau 11 einen solchen primär aufzulösenden Stau dar, da er ein Muster dichten Verkehrs am Ort des Detektors D16 auslöst. Hingegen besteht diese Gefahr bei den beiden Staus j2, j3 in 11 nicht, da diese schon durch existierende Muster dichten Verkehrs p4, p5 hindurchlaufen. Jedoch werden beide Staus j2, j3 spätestens dann bekämpft, wenn Maßnahmen zur Auflösung der Muster dichten Verkehrs p4, p5 erfolgreich eingesetzt wurden. Denn dann könnten die Staus erneut die Auslösung von Mustern dichten Verkehrs verursachen, wenn sie die entsprechende effektive Engstelle erreichen. Analog brauchen die Staus j4 und j5 im Beispiel von 12 nicht primär bekämpft werden, da sie durch ein schon existierendes Muster dichten Verkehrs p6 hindurchlaufen.

Im Beispielfall von 13 ist es weniger zweckmäßig, zu versuchen, die sich bewegenden Staus aufzulösen, die sich innerhalb des übergreifenden Musters dichten Verkehrs gebildet haben, da dies die Ursache dieser Staus, nämlich das Muster stromaufwärts der effektiven Engstelle E1 am Detektor D19, nicht beseitigt. Zunächst wird daher das übergreifende Muster dichten Verkehrs mit den oben beschriebenen Methoden aufgelöst. Nur wenn sich stromaufwärts der Staus eine weitere effektive Engstelle befindet, an der freier Verkehr vorliegt, wird gleichzeitig versucht, die Staus aufzulösen, bevor sie diese effektive Engstelle erreichen und dort ein Muster dichten Verkehrs auslösen können. Im Fall eines übergreifenden Muster dichten Verkehrs, wie im Beispiel von 13, werden die musterauflösenden Fahrzeugsteuerungsmaßnahmen zweckmäßigerweise primär auf die Fahrzeuge in der Umgebung der am weitesten stromabwärtigen effektiven Engstelle E1 angewandt, um die stromabwärtige Front des übergreifenden Muster dichten Verkehrs vom dortigen Engstellenort weg stromaufwärts zu verschieben und so sukzessive das gesamte übergreifende Muster dichten Verkehrs aufzulösen. Demgegenüber würden entsprechende Fahrzeugsteuerungsmaßnahmen nur für die Fahrzeuge im Bereich einer oder mehrerer der stromaufwärtigen Engstellen E2, E3 die Ursache des übergreifenden Musters dichten Verkehrs nicht beseitigen und sind daher allein nicht geeignet, das übergreifende Muster dichten Verkehrs zuverlässig aufzulösen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen zwecks Auflösung, Reduzierung und/oder Vermeidung von lokalen Verkehrsstörungsstrukturen an effektiven Engstellen und/oder verkehrsgeregelten Netzknoten eines Wegenetzes, bei dem

anhand von aufgenommenen Verkehrsdaten der aktuelle Verkehrszustand ermittelt und dann festgestellt wird, ob er eine Verkehrsstörungsstruktur beinhaltet und/oder die Entstehung einer Verkehrsstörungsstruktur zu erwarten ist, und bejahendenfalls entgegenwirkende Fahrzeugsteuerungsinformationen erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

der aktuelle Verkehrszustand zumindest hinsichtlich der Zustände freier Verkehr, synchronisierter Verkehr, gestauchter synchronisierter Verkehr und sich bewegende breite Staus bestimmt wird,

Verkehrsstörungsstrukturen zumindest die Zustände sich bewegende breite Staus, synchronisierter Verkehr, gestauchter synchronisierten Verkehr und Muster dichten Verkehrs an effektiven Engstellen umfassen,

die im Fall einer erkannten aktuellen oder zukünftigen Verkehrsstörungsstruktur erzeugten Fahrzeugsteuerungsinformationen zur entgegenwirkenden, kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge eine Erhöhung des Fahrzeugabflusses aus dem betroffenen Wegenetzbereich und/oder eine Erhöhung der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Verringerung des mittleren Fahrzeugabstands und/oder die Erteilung eines Überholverbots und/oder die Erteilung eines Spurwechselverbots und/oder eine von der Fahrzeugart abhängige Fahrspurzuteilung mit jeweils eigener Sollgeschwindigkeit und eigenem Sollabstand für die unterschiedlichen Fahrspuren beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass festgestellt wird, ob der erkannten aktuellen oder zukünftigen Verkehrsstörungsstruktur durch kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens aller Fahrzeuge der Verkehrsstörungsstruktur entgegengewirkt werden kann oder überzählige Fahrzeuge verbleiben, für die dann Umleitungsmaßnahmen bereitgestellt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge mit Hilfe von dynamischer Fahrzeug-Zielführung und/oder Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation und/oder Fahrerassistenzsystemen und/oder stationären, streckenseitigen Fahrzeugsteuerungssystemen und/oder flugzeug- oder satellitenbasierten Fahrzeugfernbeeinflussungssystemen erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass an einer effektiven Engstelle aktuell freier Verkehr vorliegt, jedoch eine zukünftige Verkehrsstörungsstruktur in Form eines stromabwärtigen Bereichs sich bewegender breiter Staus, synchronisierten Verkehrs und/oder gestauchten synchronisierten Verkehrs prognostiziert wird, der stromaufwärts propagiert, die Fahrzeugsteuerungsinformationen zur entgegenwirkenden, kollektiven Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge dann erzeugt werden, wenn die Prognosewahrscheinlichkeit dafür, dass der betreffende Verkehrsstörungsbereich durch seine stromaufwärtige Bewegung die effektive Engstelle erreicht und dort ein Muster dichten Verkehrs auslöst, einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter

dadurch gekennzeichnet, dass

die kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge, um einer Verkehrsstörungsstruktur an einer einfahrtbedingten effektiven Engstelle entgegenzuwirken, eine oder mehrere der nachstehenden Maßnahmen beinhaltet:

(i) an der Einfahrt in eine mehrspurige Richtungsfahrbahn wird einem vorgegebenen Teil der auf der Richtungsfahrbahn vor der Einfahrtstelle fahrenden Fahrzeugen eine Spurwechselaufforderung zum Wechseln auf eine weiter links liegende Fahrspur erteilt, um Platz für einfahrende Fahrzeuge frei zu machen,

(ii) die Abstände zwischen Fahrzeugen auf einer linken Fahrspur einer mehrspurigen Richtungsfahrbahn werden in der Umgebung der Einfahrt verkleinert und untereinander näherungsweise gleich groß gehalten,

(iii) die Abstände zwischen den Fahrzeugen auf einer Nachbarspur zu der Einfahrt in eine mehrspurige Richtungsfahrbahn werden in der Umgebung der Einfahrt größer eingestellt als auf der oder den weiter links liegenden Fahrspuren,

(iv) die Fahrzeuggeschwindigkeiten werden für die Fahrzeuge auf der der Einfahrt benachbarten Fahrspur der Richtungsfahrbahn und für die an der Einfahrt einscherenden Fahrzeuge annähernd gleich groß eingestellt,

(v) die Fahrzeuggeschwindigkeiten der kollektiv gesteuerten Fahrzeuge werden so groß eingestellt, dass die stromabwärtige Front der an der effektiven Engstelle gebildeten Verkehrsstörungsstruktur mit einer Geschwindigkeit stromaufwärts läuft, deren Betrag einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die kollektive Beeinflussung des Fahrverhaltens betroffener Fahrzeuge zum Auflösen oder Reduzieren eines sich bewegenden breiten Staus eine Verkürzung der Wartezeit beinhaltet, die ein Fahrzeug wartet, bis es den Staubereich verläßt, nachdem das vorausfahrende Fahrzeug den Stau verlassen hat, wobei die Wartezeitverkürzung mit Hilfe eines Überhol- und/oder Spurwechselverbots und/oder einer automatischen Abstandsregelung durchgeführt wird.






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