DE10038089A1 - System zur Verkehrsflussbeeinflussung von Fahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Verkehrsflussbeeinflussung von Fahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz mit Mitteln zur Erfassung des Verkehrszustands auf wenigstens einem Teil des Verkehrswegenetzes und Mitteln zur Erzeugung von die Fahrzeuglängsbewegung beeinflussenden Steuerungseingriffen für ein jeweiliges Fahrzeug in Abhängigkeit vom erfassten Verkehrszustand. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Auftreten von synchronisiertem Verkehr und/oder von Bereichen sich bewegender breiter Staus stromaufwärts vor einer jeweiligen effektiven Engstelle erkannt. Für wenigstens einen Teil der Fahrzeuge in solchen Bereichen nehmen die Längsbewegungssteuermittel dann abstandserhöhende und/oder geschwindigkeitsverringernde Steuerungseingriffe vor, um einen Übergang zu freiem bzw. synchronisiertem Verkehr zu erreichen. DOLLAR A Verwendung z. B. für Straßenfahrzeuge auf einem Verkehrsstraßennetz.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Beeinflussung des Verkehrsflusses von Fahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz mit Mitteln zur Erfassung des Verkehrszustands auf wenigstens einem Teil des Verkehrswegenetzes und mit Mitteln zur Erzeugung von die Fahrzeuglängsbewegung beeinflussenden Steuerungseingriffen für ein jeweiliges Fahrzeug in Abhängigkeit vom erfassten Ver­ kehrszustand. Ein solches System eignet sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich für Straßenfahrzeuge auf einem Ver­ kehrsstraßennetz.

Ein System dieser Art ist in der nicht vorveröffentlichten, äl­ teren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 54 971.0 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt hierin in vollem Umfang durch Verweis aufgenommen wird. Das dortige System umfasst eine rechnerge­ stützte Verkehrszentrale, welche die von den Verkehrszustand­ serfassungsmitteln erfassten Verkehrszustandsdaten empfängt und daraus Verkehrsflussbeeinflussungsdaten gewinnt und an Fahrzeu­ ge des Verkehrswegenetzes übermittelt. Die Längsbewegungssteu­ ermittel sind als entsprechende fahrzeugseitige Systemkomponen­ ten in den Fahrzeugen implementiert, empfangen die Verkehrs­ flussbeeinflussungsdaten und nehmen in Abhängigkeit davon die Fahrzeuglängsbewegung beeinflussende Steuerungseingriffe vor, wobei die Längsbewegungssteuermittel z. B. eine Geschwindig­ keits- und/oder eine Abstandsregeleinrichtung und/oder ein elektronisches Fahrpedal und/oder eine Antriebsmotorregelein­ richtung jeweils herkömmlicher Bauart beinhalten können. Die Verkehrsflussbeeinflussungsdaten können speziell solche sein, mit denen die Amplituden erkannter Verkehrsflussstörungen ver­ ringert werden können und die z. B. beschleunigungs-, geschwin­ digkeits- und/oder abstandsbezogene Daten für individuelle Fahrzeuge umfassen. Diese Daten können insbesondere einzuhal­ tende Grenzwerte für die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und/oder den Abstand des jeweiligen Fahrzeugs enthalten.

Theoretische und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich der Verkehr auf einem Verkehrsstraßennetz in ver­ schiedene, individualisierbare Zustandsphasen einteilen lässt, zwischen denen Phasenübergänge beobachtet werden. Typischerwei­ se sind dies grob die drei unterschiedlichen Zustandsphasen "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "Stau", siehe die Zeitschriftenaufsätze B. S. Kerner und H. Rehborn, Experi­ mental properties of complexity in traffic flow, Physical Re­ view E 53, R 4275, 1996 und B. S. Kerner, The physics of traf­ fic, Physics World, August 1999, Seite 25. Als Spezialfälle sind des weiteren Bereiche "gestauchten synchronisierten Ver­ kehrs" (sogenannte "pinch regions") und Bereiche "sich bewegen­ der breiter Staus" bekannt, die zusätzlich zu synchronisiertem Verkehr in sogenannten Mustern dichten Verkehrs stromaufwärts von sogenannten effektiven Engstellen beobachtet werden, wie in der nicht vorveröffentlichten, älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 199 44 075.1 beschrieben, deren Inhalt hierin in vollem Um­ fang durch Verweis aufgenommen wird.

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 effektiven Engstellen ist häufig, aber nicht ausschließlich durch entsprechende topographische Gegeben­ heiten des Verkehrsnetzes bedingt, wie durch eine Verringerung der Anzahl nutzbarer Fahrspuren, durch eine Kurve, eine Stei­ gung, ein Gefälle, durch einmündende Zufahrtsspuren oder eine Aufteilung einer Fahrbahn in mehrere Fahrbahnen oder durch Aus­ fahrten. Effektive Engstellen können aber auch durch temporäre Verkehrsstörungen bedingt sein, wie durch sich im Vergleich zur mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit im freien Verkehr langsam be­ wegende Baustellenfahrzeuge oder durch Unfallstellen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines neuartigen Systems der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem der Verkehrsfluss so beeinflusst werden kann, dass sich Bereiche synchronisierten Verkehrs oder sich bewegender breiter Staus stromaufwärts vor effektiven Engstellen möglichst rasch auflösen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Verkehrsflussbeeinflussungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3. Speziell ermöglich das System nach Anspruch 1 eine Beeinflussung der Längsbewegung von Fahrzeugen, die sich in einem erkannten Bereich synchronisierten Verkehrs stromauf­ wärts vor einer effektiven Engstelle befinden. Die Längsbewe­ gungssteuermittel sorgen in diesem Fall für eine Beeinflussung der Längsbewegung der in diesem Bereich befindlichen Fahrzeuge derart, dass deren Abstand vergrößert und/oder deren mittlere Geschwindigkeit verringert wird, was beides dazu beiträgt, das Maß an Synchronität zu verringern und dadurch den Verkehrsfluss zu verbessern.

In einer Ausgestaltung dieses Systems nach Anspruch 2 erfolgen die abstandsvergrößernden und/oder geschwindigkeitsverringern­ den Steuerungseingriffe über eine vorgebbare Zeitdauer hinweg in einem vorgebbaren Maß derart, dass der Phasenübergang vom synchronisierten zum freien Verkehr an der effektiven Engstelle erzwungen wird.

Das System nach Anspruch 3 nimmt analoge abstandsvergrößernde und/oder geschwindigkeitsverringende Steuerungseingriffe für die Fahrzeuge in einem Bereich sich bewegender breiter Staus vor, um dort die Stauintensität zu reduzieren und möglichst den Phasenübergang zu synchronisiertem Verkehr oder zum freien Ver­ kehr zu erreichen.

In einer Ausgestaltung dieses Systems nach Anspruch 4 erfolgen die abstandsvergrößernden und/oder geschwindigkeitsverringern­ den Steuerungseingriffe über eine vorgebbare Zeitdauer hinweg in einem vorgebbaren Maß so, dass der Verkehrsfluss stromauf­ wärts jedes Staus im Bereich sich bewegender breiter Staus kleiner als der Verkehrsabfluss aus dem Stau wird, um den Pha­ senübergang von der Zustandsphase "Stau" zum freien Verkehr bzw. zum synchronisierten Verkehr zu erzwingen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zur Beeinflussung des Verkehrsflusses von Fahrzeugen auf einem Verkehrswegenetz.

Das schematisch in Blockdiagrammdarstellung gezeigte System eignet sich zur Beeinflussung des Verkehrsflusses z. B. von Straßenfahrzeugen auf einem Verkehrsstraßennetz. Es umfasst Verkehrszustandserfassungsmittel 1 und Längsbewegungssteuermit­ tel 2.

Die Verkehrszustandserfassungsmittel 1 erfassen den Verkehrszu­ stand auf dem gesamten betrachteten Verkehrswegenetz oder al­ ternativ nur auf einem Teil desselben anhand von aufgenommenen, verkehrszustandsindikativen Eingangsdaten 3. Je nach Bedarf und Systemauslegung können die Verkehrszustandserfassungsmittel 1 stationäre Detektoren, eine Fernüberwachungseinrichtung unter Zuhilfenahme von Luftbildern aus Flugzeugen und/oder Bildauf­ nahmen aus dem All z. B. von Satelliten, Stichprobenfahrzeuge, d. h. sogenannte "Floating Cars", Mobiltelephondata, d. h. soge­ nannte "Flowphone data" und/oder andere herkömmliche Verkehrs­ zustandsüberwachungseinheiten umfassen, welche die betreffenden Messdaten 3 aufnehmen. Aus den aufgenommenen Verkehrsmessdaten 3 lassen sich Informationen über den aktuellen Wert eines oder mehrerer, für den Verkehrszustand relevanter Verkehrsparameter, wie über die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit, die Verkehrs­ stärke etc., gewinnen, woraus der Verkehrszustand ermittelt werden kann.

Anhand der aufgenommenen Messdaten 3 stellen die Verkehrszu­ standserfassungsmittel 1 vorliegend insbesondere fest, ob auf dem betrachteten Wegenetzgebiet effektive Engstellen mit einem zugehörigen Bereich synchronisierten Verkehrs und gegebenen­ falls zusätzlich ein Bereich sich bewegender breiter Staus stromaufwärts vor der effektiven Engstelle als jeweilige Be­ standteile eines Musters dichten Verkehrs vorliegen. Diese Feststellung kann z. B. durch das in der oben erwähnten älteren deutschen Patentanmeldung 199 44 075.1 beschriebene Verkehrszu­ standsüberwachungsverfahren getroffen werden, das hierzu in den Verkehrszustandserfassungsmitteln 1 implementiert sein kann. Bei diesem Verfahren wird der Verkehrszustand anhand der Infor­ mationen über die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Verkehrsstärke sowie gegebenenfalls Informationen über weitere Verkehrsparameter in die verschiedenen Zustandsphasen wie "freier Verkehr", "synchronisierter Verkehr" und "Stau" bzw. "sich bewegende breite Staus" klassifiziert und auf das Vorlie­ gen effektiver Engstellen mit zugehörigen Mustern dichten Ver­ kehrs untersucht.

Die Verkehrszustandserfassungsmittel 1 geben dann an die Längs­ bewegungssteuermittel 2 eine Information 4 darüber ab, ob auf dem betrachteten Wegenetzgebiet eine effektive Engstelle mit einem Bereich synchronisierten Verkehrs stromaufwärts vor der­ selben und gegebenenfalls zusätzlich mit einem Bereich sich be­ wegender breiter Staus stromaufwärts vor dem Bereich synchroni­ sierten Verkehrs erkannt wurde. Die Längsbewegungssteuermittel 2 nehmen dann Längsbewegungssteuereingriffe für alle oder we­ nigstens einen Teil der Fahrzeuge vor, die sich im betreffenden Bereich befinden. Dazu generieren die Längsbewegungssteuermit­ tel 2 für das jeweilige Fahrzeug einen dessen Längsbewegung be­ einflussenden Steuerbefehl 5. Dieser Steuerbefehl 5 wird von den Längsbewegungssteuermitteln 2 unter folgenden Gesichtspunk­ ten generiert.

Für Fahrzeuge, die sich in einem Bereich der Zustandsphase syn­ chronisierten Verkehrs stromaufwärts vor einer effektiven Eng­ stelle befinden, generieren die Längsbewegungssteuermittel 2 einen Steuerbefehl 5, durch den der Abstand zwischen aufeinan­ derfolgenden Fahrzeugen während einer vorgebbaren Zeitdauer au­ tomatisch um so viel vergrößert wird, dass der Verkehrsfluss stromaufwärts vor der effektiven Engstelle um ein Maß verrin­ gert wird, das ausreicht, den Phasenübergang vom synchronisier­ ten Verkehr zum freien Verkehr zu erzwingen. Diese Abstandsver­ größerung kann z. B. dadurch bewirkt werden, dass die Relativge­ schwindigkeit eines jeweils nachfolgenden Fahrzeugs verringert wird, wie durch einen Bremseingriff oder einen Eingriff zum "Gaswegnehmen", oder dadurch, dass der Abstandssollwert einer aktivierten Abstandsregeleinrichtung angehoben wird.

Zusätzlich oder alternativ zu dieser abstandsvergrößernden Maß­ nahme kann der generierte Steuerbefehl 5 einen geschwindig­ keitsreduzierenden Befehl beinhalten, mit dem während der vor­ gebbaren Zeitdauer die mittlere Geschwindigkeit des Fahrzeugs in einem Maß verringert wird, das ausreicht, allein oder zusam­ men mit der abstandsvergrößernden Maßnahme den Verkehrsfluss stromaufwärts vor der effektiven Engstelle so stark zu senken, dass der synchronisierte Verkehr in freien Verkehr übergeht.

Analog kann, wenn stromaufwärts vor einer effektiven Engstelle ein Bereich sich bewegender breiter Staus bekannt wird, der von den Längsbewegungssteuermitteln 2 generierte Steuerbefehl 5 ei­ ne abstandsvergrößernde und/oder eine geschwindigkeitsverrin­ gernde Maßnahme beinhalten, mit denen der Abstand zwischen Fahrzeugen in diesem Bereich automatisch vergrößert bzw. deren mittlere Geschwindigkeit verringert wird, und zwar in einem Maß, dass der Verkehrsfluß stromaufwärts jedes Staus des Be­ reichs sich bewegender breiter Staus und damit der Zufluß in den jeweiligen Stau während einer vorgebbaren Zeitdauer kleiner als der Verkehrsabfluß aus dem betreffenden Stau wird. Dadurch kann dann ein Phasenübergang von der Zustandsphase Stau zur Zu­ standsphase freien Verkehrs oder wenigstens zur Zustandsphase synchronisierten Verkehrs erreicht werden.

Zur Erzielung der jeweils gewünschten, oben angegebenen Längs­ bewegungssteuereingriffe wirkt der von den Längsbewegungssteu­ ermitteln 2 geeignet erzeugte Steuerbefehl 5 in passender Weise auf zugehörige, fahrzeugseitige Mittel zur Einstellung der Fahrzeuglängsbewegung, die Teil der Längsbewegungssteuermittel 2 sein können. Zu diesem Zweck können die Längsbewegungssteuer­ mittel bzw. die Längsbewegungsstellmittel z. B. eine Geschwin­ digkeitsregeleinrichtung und/oder eine Abstandsregeleinrichtung und/oder ein ansteuerbares elektronisches Fahrpedal und/oder eine ansteuerbare Einrichtung zur Leistungsregelung eines Fahr­ zeugantriebsmotors jeweils herkömmlicher Bauart enthalten. Sol­ che Systeme werden allgemein auch als Fahrerassistenzsysteme bezeichnet, da sie den Fahrer bei der Längsbewegungssteuerung des Fahrzeugs unterstützen.

Im übrigen können die Längsbewegungssteuermittel 2, insbesonde­ re deren die zugeführte Verkehrszustandsinformation 4 auswer­ tender und davon abhängig den Steuerbefehl 5 generierender Sy­ stemteil je nach Bedarf fahrzeugseitig oder in einer stationä­ ren Verkehrszentrale angeordnet sein, wobei in letzterem Fall die Steuerbefehlsinformationen 5 von der Zentrale an die be­ troffenen Fahrzeuge über eine geeignete, herkömmliche Kommmuni­ kationsverbindung übermittelt werden.

In ähnlicher Weise können die Verkehrszustandserfassungsmittel 1 je nach Bedarf vollständig zentralenseitig, vollständig fahr­ zeugseitig oder teils zentralenseitig und teils fahrzeugseitig angeordnet sein. Bei Anordnung aller Komponenten der Verkehrs­ zustandserfassungsmittel 1 in einer stationären Verkehrszentra­ le wird diese in einer herkömmlichen Weise mit den Verkehrszu­ stands-Meßdaten 3 von stationären Detektoren, Stichprobenfahr­ zeugen, Flugzeugen, Satelliten etc. versorgt, und die zentra­ lenseitig daraus ermittelten Verkehrszustandsinformationen 4 werden an einen zentralenseitigen Teil der Längsbewegungssteu­ ermittel 2 weitergeleitet oder zu fahrzeugseitig implementier­ ten Längsbewegungssteuermitteln 2 übertragen. Eine vollständig fahrzeugseitige Anordnung der Verkehrszustandserfassungsmittel 1 kann z. B. durch Stichprobenfahrzeuge realisiert sein, die ih­ re FCD ("Floating Car Data") fahrzeugseitig auswerten und die entsprechenden Verkehrszustandsinformationen 4 dem eigenen Fahrzeug und über eine entsprechende Fahrzeugkommunikationsver­ bindung bevorzugt auch anderen Fahrzeugen und/oder einer Ver­ kehrszentrale zur Verfügung stellen. Alternativ zu diesen bei­ den Spezialfällen sind verschiedene Mischformen möglich, bei denen ein Teil der Verkehrszustandserfassungsmittel 1 fahrzeug­ seitig und der übrige Teil in einer Verkehrszentrale angeordnet ist.

In allen Fällen ermöglicht das erfindungsgemäße System die Be­ einflussung des Verkehrsflusses speziell in Bereichen synchro­ nisierten Verkehrs und/oder in Bereichen sich bewegender brei­ ter Staus stromaufwärts vor effektiven Engstellen, um dort ei­ nen Übergang zu freiem bzw. synchronisiertem Verkehr zu bewir­ ken. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße System nicht nur für Straßenfahrzeuge, sondern auch für Fahrzeuge eines an­ deren Verkehrswegenetzes, z. B. eines Schienennetzes, anwendbar ist.

Claims (4)

1. System zur Beeinflussung des Verkehrsflusses von Fahrzeu­ gen auf einem Verkehrswegenetz, insbesondere von Straßenfahr­ zeugen, mit
Mitteln (1) zur Erfassung des Verkehrszustands auf wenig­ stens einem Teil des Verkehrswegenetzes und
Mitteln (2) zur Erzeugung von die Fahrzeuglängsbewegung be­ einflussenden Steuerungseingriffen für ein jeweiliges Fahr­ zeug in Abhängigkeit vom erfassten Verkehrszustand,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verkehrszustandserfassungsmittel (1) zur Erkennung der Verkehrszustandsphase synchronisierten Verkehrs stromauf­ wärts vor einer jeweiligen effektiven Engstelle eingerichtet sind und
die Längsbewegungssteuermittel (2) dafür ausgelegt sind, bei erkanntem synchronisiertem Verkehr stromaufwärts vor einer jeweiligen effektiven Engstelle bei wenigstens einem Teil der betroffenen Fahrzeuge abstandserhöhende und/oder ge­ schwindigkeitsverringernde Steuerungseingriffe vorzunehmen.

2. Verkehrsflussbeeinflussungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegungssteuermittel darauf ausgelegt sind, die ab­ standserhöhenden und/oder geschwindigkeitsverringernden Steue­ rungseingriffe über eine vorgebbare Zeitdauer hinweg in einem vorgebbaren Maß derart vorzunehmen, dass ein Phasenübergang von synchronisiertem zu freiem Verkehr auftritt.

3. System zur Beeinflussung des Verkehrsflusses von Fahrzeu­ gen auf einem Verkehrswegenetz, insbesondere nach Anspruch 1, mit
Mitteln (1) zur Erfassung des Verkehrszustands auf wenig­ stens einem Teil des Verkehrswegenetzes und
Mitteln (2) zur Erzeugung von die Fahrzeuglängsbewegung be­ einflussenden Steuerungseingriffen für ein jeweiliges Fahr­ zeug in Abhängigkeit vom erfassten Verkehrszustand,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verkehrszustandserfassungsmittel (1) zur Erkennung eines Bereichs sich bewegender breiter Staus stromaufwärts vor ei­ ner jeweiligen effektiven Engstelle eingerichtet sind und
die Längsbewegungssteuermittel (2) dafür ausgelegt sind, bei erkanntem Bereich sich bewegender breiter Staus stromauf­ wärts vor einer jeweiligen effektiven Engstelle bei wenig­ stens einem Teil der betroffenen Fahrzeuge abstandserhöhende und/oder geschwindigkeitsverringernde Steuerungseingriffe vorzunehmen.

4. Verkehrsflussbeeinflussungssystem nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegungssteuermittel (2) dafür ausgelegt sind, die abstandserhöhenden und/oder geschwindigkeitsverringernden Steuerungseingriffe über eine vorgebbare Zeitdauer hinweg in einem vorgebbaren Maß derart vorzunehmen, dass sich stromauf­ wärts jedes Staus des Bereichs sich bewegender breiter Staus ein Verkehrsfluss ergibt, der kleiner als der Verkehrsabfluss aus dem betreffenden Stau ist.