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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster.
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Es sind Systeme für Fahrzeuge bekannt, die dafür sorgen, dass ein Fahrzeug einem Vorderfahrzeug folgt. Ein Beispiel dafür ist ein automatisches Fahrzeug-Folge-System, wie es im Patent
US 5,572,449 beschrieben ist. Dabei wird der Trajektorie des Vorderfahrzeugs gefolgt und gleichzeitig der Abstand zwischen dem Fahrzeug und seinem Vorderfahrzeug geregelt.
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Weiterhin gibt es Konzepte, die das Kolonnenfahrzeugmanagement, also das Steuern von Fahrzeugen innerhalb einer Kolonne, betreffen. Dabei wird die Kolonne von Fahrzeugen nach Gesichtspunkten der maximalen Kraftstoffeffizienz gebildet und gesteuert.
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Die oben beschriebenen Konzepte zielen jedoch nicht auf die Reduzierung von Staus ab. Staubildungen nehmen jedoch gerade in Ballungsgebieten immer mehr zu, weil das Straßennetz nicht in dem Maße ausgebaut wird, wie das Verkehrsaufkommen zunimmt. Wünschenswert wäre daher eine effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Verkehrsraumes.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster anzugeben, mit welchem eine effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Verkehrsraumes gewährleistet wird.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster, wobei das Verfahren umfasst:
- - Bestimmen einer Clusterformation in Abhängigkeit von den Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge und der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche;
- - Zuweisen einer Clusterposition für jedes der Cluster-Fahrzeuge entsprechend der bestimmten Clusterformation;
- - Einnehmen der jeweiligen zugewiesenen Clusterposition durch die Cluster-Fahrzeuge, wobei ein Cluster-Fahrzeug oder mehrere Cluster-Fahrzeuge, die sich nicht auf ihrer jeweiligen zugewiesenen Clusterposition befinden, rangieren, um ihre jeweiligen zugewiesenen Clusterpositionen einzunehmen;
- - Bestimmen eines Leitfahrzeuges aus den Cluster-Fahrzeugen; und
- - Manövrieren des Clusters, indem die Cluster-Fahrzeuge sich an dem Leitfahrzeug orientieren;
- - wobei die Clusterformation und/oder die Clusterpositionen in Abhängigkeit der Änderung der Umgebung des Clusters verändert werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster, wobei das System aufweist:
- - eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist,
eine Clusterformation in Abhängigkeit von den Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge und der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche zu bestimmen,
jedem der Cluster-Fahrzeuge eine Clusterposition entsprechend der bestimmten Clusterformation zuzuweisen und
ein Leitfahrzeug aus den Cluster-Fahrzeugen zu bestimmen;
- - eine Positionseinnahmevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Einnahme der jeweiligen zugewiesenen Clusterposition durch die Cluster-Fahrzeuge zu steuern, wobei ein Cluster-Fahrzeug oder mehrere Cluster-Fahrzeuge, die sich nicht auf ihrer jeweiligen zugewiesenen Clusterposition befinden, rangieren, um ihre jeweiligen zugewiesenen Clusterpositionen einzunehmen;
- - Manövriervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Cluster zu manövrieren, indem die Cluster-Fahrzeuge sich an dem Leitfahrzeug orientieren;
- - wobei die Steuervorrichtung und/oder die Positionseinnahmevorrichtung dazu eingerichtet ist bzw. sind, die Clusterformation und/oder die Clusterpositionen in Abhängigkeit der Änderung der Umgebung des Clusters zu verändern.
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Auch wenn im vorliegenden Dokument von „einem Leitfahrzeug“ die Rede ist, so soll dadurch nicht ausgeschlossen werden, dass es sich auch um „mindestens ein Leitfahrzeug“, d.h. also beispielsweise um „mehrere Leitfahrzeuge“, handeln kann.
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Im Rahmen des vorliegenden Dokuments wird unter dem Begriff „Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster“ das Leiten und/oder Steuern und/oder Lenken und/oder Lotsen mehrerer Fahrzeuge in einem Fahrzeugverbund an einen Ort und/oder entlang einer Strecke und/oder entlang einer Route verstanden. Ein Cluster ist also ein Fahrzeugverbund von mindestens zwei Fahrzeugen, die zusammen in einer koordinierten Weise fahren. Im Rahmen des vorliegenden Dokuments werden die Fahrzeuge, die sich in dem Fahrzeugverbund befinden, Cluster-Fahrzeuge genannt. Üblicherweise haben die Cluster-Fahrzeuge dasselbe Ziel bzw. Teilziel und/oder wollen dieselbe Strecke bzw. Teilstrecke zurücklegen. Des Weiteren werden die Fahrzeuge, die bereits als zum Cluster zugehörige Fahrzeuge identifiziert wurden, zum Beispiel weil sie dasselbe Ziel haben, jedoch noch nicht ihre jeweilige Clusterposition eingenommen haben, ebenfalls als Cluster-Fahrzeuge bezeichnet.
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Welche Formation das Cluster annimmt, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Unter einer Clusterformation wird dabei eine spezielle Anordnung von mindestens zwei Cluster-Fahrzeugen verstanden. Die Clusterformation kann die äußere Form, die das Cluster bildet, sowie die Anordnung der einzelnen Cluster-Fahrzeuge zueinander innerhalb des Clusters umfassen.
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Bei der Bestimmung der Clusterformation werden die Fahrzeugabmessungen der einzelnen Cluster-Fahrzeuge und die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche berücksichtigt. Unter Fahrzeugabmessungen sind hier insbesondere die äußeren Abmessungen, wie beispielsweise die Breite, die Länge und die Höhe, gemeint. Die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche umfasst ein oder mehrere Verkehrsbauwerke, auf denen sich Fahrzeuge von einem Ort zu einem anderen bewegen können. Die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche ist insbesondere aus einer oder mehreren Fahrbahnen gebildet. Je nach Ausführungsform kann die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche zusätzlich zu der bzw. den Fahrbahn(en) auch durch mindestens einen der folgenden gebildet sein: einen oder mehrere Randstreifen, einen oder mehrere Seitenstreifen, ein oder mehrere Bankette, einen oder mehrere Radwege, einen oder mehrere Gehwege, eine oder mehrere Parkflächen bzw. Parkplätze, eine oder mehrere Haltestellen, einen oder mehrere Standstreifen und einen oder mehrere verkehrsberuhigte Bereiche. Vorzugsweise weist die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche eine befestigte Oberfläche, wie beispielsweise eine Asphaltbeton-Oberfläche, eine Zementbeton-Oberfläche, eine Pflaster-Oberfläche und/oder eine verdichtete Schotter-Oberfläche, auf.
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Mit anderen Worten werden für die Bestimmung der Clusterformation die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche, also zum Beispiel die Breite und Anzahl der vorhandenen Fahrspuren, sowie die Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge bestimmt und dementsprechend die Anordnung der Cluster-Fahrzeuge festgelegt.
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Die Clusterformation kann in Abhängigkeit der Änderung der Umgebung des Clusters verändert werden. Dies bedeutet also, dass die Clusterformation nicht immer dieselbe bleiben muss, sondern im Verlauf des Manövrierverfahrens an die Umgebung des Clusters angepasst werden kann. Unter dem Begriff „Umgebung“ werden im Rahmen des vorliegenden Dokuments die äußeren Einflüsse, die auf das Cluster wirken, bezeichnet. Dabei umfasst der Begriff „Umgebung“ Situationen, die vom Straßenverkehr herrühren, wie beispielsweise eine Baustelle, ein anstehendes Überholmanöver, eine Ausfahrt, eine Ampel, ein Stau, etc. Der Begriff „Umgebung“ umfasst ebenfalls Situationen, die durch das Wetter, wie beispielsweise Regen oder Nebel, die das Cluster umgebende Landschaft, wie beispielsweise Gebirge oder Wüste, etc. beeinflusst werden. Sobald die Umgebung sich ändert kann eine Änderung der Clusterformation notwendig sein. Die Entscheidung, ob eine Änderung der Clusterformation notwendig ist, wenn die Umgebung sich ändert, wird durch die Steuervorrichtung getroffen. Demnach kann es Situationen geben, die zwar mit einer Änderung der Umgebung einhergehen, jedoch keine Änderung der Clusterformation zur Folge haben.
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Optional wird die Clusterformation zusätzlich in Abhängigkeit von den tatsächlichen Positionen und/oder den Rangierwegen der Cluster-Fahrzeuge bestimmt. Mit anderen Worten werden zunächst die tatsächlichen Positionen der Cluster-Fahrzeuge bestimmt; dies geschieht vorzugsweise bevor die Cluster-Fahrzeuge ihre Clusterposition eingenommen haben. Dies bedeutet also, dass eine tatsächliche Position des Cluster-Fahrzeugs sich außerhalb der Clusterformation befinden kann, weil die Clusterpositionen erst nach Bestimmung der Clusterformation eingenommen werden. Zusätzlich oder alternativ werden die möglicherweise notwendigen Rangierwege der einzelnen Cluster-Fahrzeuge bei der Bestimmung der Clusterformation berücksichtigt. Das kann zum Beispiel heißen, dass mögliche Clusterformationen miteinander unter dem Gesichtspunkt der Minimierung notweniger Rangierwege der Cluster-Fahrzeuge verglichen werden. Vorzugsweise wird dann die Clusterformation gewählt, bei der die wenigsten Rangierwege der Cluster-Fahrzeuge anfallen.
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Die oben beschriebenen Vorgänge zur Bestimmung einer Clusterformation werden von einer Steuervorrichtung ausgeführt. Die Steuervorrichtung kann in bzw. an einem Cluster-Fahrzeug oder fahrzeugextern, zum Beispiel in einer Rechenzentrale, einem Datenverarbeitungszentrum, einer Verkehrsleitzentrale bzw. einem Verkehrsleitsystem, einem Server oder auf einer Cloud, angeordnet sein. Vorzugsweise wird die Bestimmung der Clusterformation in dem Leitfahrzeug durchgeführt.
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Ist eine Clusterformation bestimmt, wird jedem Cluster-Fahrzeug eine entsprechende Clusterposition zugewiesen. Um jedem Cluster-Fahrzeug eine entsprechende Clusterposition zuzuweisen, kann jedes Cluster-Fahrzeug eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die die entsprechende Clusterposition empfängt. Vorzugsweise wird die entsprechende Clusterposition von der oben beschriebenen Steuervorrichtung an die jeweilige Kommunikationsvorrichtung gesendet. Die Kommunikation kann dabei kabelgebunden (z.B. mittels einer USB-Schnittstelle) oder kabellos (z.B. Bluetooth, WLAN, Mobilfunk) erfolgen. Vorzugsweise wird dem jeweiligen Cluster-Fahrzeug die entsprechende Clusterposition durch das Leitfahrzeug bzw. durch die im Leitfahrzeug angeordnete Steuervorrichtung zugewiesen.
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Alternativ oder zusätzlich zur Änderung der Clusterformation können die Clusterpositionen in Abhängigkeit der Änderung der Umgebung des Clusters verändert werden. Dies bedeutet also, dass die Clusterpositionen nicht immer dieselben bleiben müssen, sondern im Verlauf des Manövrierverfahrens an die Umgebung des Clusters angepasst werden können. Sobald die Umgebung sich ändert kann eine Änderung der Clusterpositionen notwendig sein. Die Entscheidung, ob eine Änderung der Clusterpositionen notwendig ist, wenn die Umgebung sich ändert, wird durch die Steuervorrichtung getroffen. Demnach kann es Situationen geben, die zwar mit einer Änderung der Umgebung einhergehen, jedoch keine Änderung der Clusterpositionen zur Folge haben.
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Nach dem Empfang der entsprechenden Clusterposition wird entschieden, ob das jeweilige Cluster-Fahrzeug seine entsprechende Clusterposition bereits besetzt oder ob ein Rangiervorgang nötig ist, um die entsprechende Clusterposition einzunehmen. Diese Entscheidung wird in einer Positionseinnahmevorrichtung getroffen, welche entweder in jedem der Cluster-Fahrzeuge oder in einem der Cluster-Fahrzeuge oder fahrzeugextern durch eine zentrale Vorrichtung, zum Beispiel in einem Rechenzentrum und/oder auf einem Server und/oder in einer Cloud, angeordnet ist. Wurde entschieden, dass das jeweilige Cluster-Fahrzeug auf die ihm zugewiesenen Clusterposition rangieren muss, so wird eine Rangiertrajektorie berechnet. Die Rangiertrajektorie kann durch die Positionseinnahmevorrichtung bestimmt werden. Die Steuerung des Rangiervorgangs des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs kann ebenfalls durch die Positionseinnahmevorrichtung ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung des Rangiervorgangs durch die oben beschriebene Steuervorrichtung ausgeführt werden. Der Zuweisungs-Vorgang wird durch die oben beschriebene Steuervorrichtung ausgeführt. Die benötigten Rangiervorgänge der Cluster-Fahrzeuge können entweder nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden.
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Vorzugsweise werden die Rangiervorgänge unter Zuhilfenahme von in bzw. an den Cluster-Fahrzeugen angeordneten Sensorsystemen durchgeführt.
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Im Rahmen des vorliegenden Dokuments wird unter einem Sensorsystem ein System mit einem oder mehreren Sensoren verstanden, wobei das Sensorsystem mindestens eine der folgenden Einrichtungen umfasst: Ultraschallsensor, Radarsensor, Lidarsensor und/oder Kamera. Die von dem Sensorsystem aufgenommenen Sensordaten können von einer der vorgenannten Einrichtungen oder von einer Kombination mehrerer der vorgenannten Einrichtungen (Sensordatenfusion) stammen. Vorteilhafterweise ist das Sensorsystem in ein Fahrassistenzsystem des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs integriert und kann für die jeweiligen Aktionen des Verfahrens zum Manövrieren mehrerer Fahrzeuge in einem Cluster verwendet werden.
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Die Clusterpositionen innerhalb der Clusterformation können eine Leitfahrzeug-Position und eine oder mehrere Folgefahrzeug-Positionen umfassen. Die Leitfahrzeug-Position wird besetzt, indem aus den Cluster-Fahrzeugen ein Leitfahrzeug bestimmt wird. Das Bestimmen des Leitfahrzeugs kann vor dem Bestimmen einer Clusterformation und/oder vor dem Zuweisen einer Clusterposition und/oder vor dem Einnehmen der jeweiligen zugewiesenen Clusterposition erfolgen.
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Das Cluster wird schließlich manövriert, indem die Cluster-Fahrzeuge sich an dem Leitfahrzeug orientieren. Das Leitfahrzeug kann dabei die Aufgabe übernehmen, eine Route zu definieren, dem die einzelnen Cluster-Fahrzeuge, vorzugsweise die Folgefahrzeuge, folgen. Weiterhin kann das Leitfahrzeug die Aufgabe übernehmen, die einzelnen Cluster-Fahrzeuge entlang der definierten Route zu manövrieren. Vorzugsweise weist das Leitfahrzeug ein Sensorsystem auf, mithilfe derer die Cluster-Fahrzeuge manövriert werden.
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Mit dem Begriff Folgefahrzeug wird in dem vorliegenden Dokument ein Fahrzeug verstanden, welches einem anderen Fahrzeug, vorzugsweise dem Leitfahrzeug, folgt. Dabei soll jedoch der Begriff „Folgen“ nicht als örtliche Anordnung des Folgefahrzeugs in Bezug auf das Leitfahrzeug verstanden werden. Dies heißt insbesondere, dass ein Folgefahrzeug nicht zwangsläufig hinter einem Leitfahrzeug angeordnet sein muss, sondern beispielsweise neben bzw. leicht versetzt bzw. vor dem Leitfahrzeug angeordnet sein kann.
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Eine Folgefahrzeug-Position ist damit nicht zwangsläufig eine Position, die hinter dem Leitfahrzeug liegt, sondern beschreibt vielmehr die Eigenschaft des Folgefahrzeugs, dem Leitfahrzeug zu folgen.
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Beim Manövrieren agiert das Cluster als feste Einheit. Dies bedeutet jedoch nicht, dass immer alle Cluster-Fahrzeuge gemeinsam in dieselbe Richtung oder mit derselben Geschwindigkeit oder entlang derselben Trajektorie fahren. Das Manövrieren kann das Ausführen von Manöverschritten umfassen. Dabei können die Manöverschritte durchgeführt werden, indem ein Cluster-Fahrzeug nach dem anderen die Manöverschritte ausführt oder aber alle Cluster-Fahrzeuge gleichzeitig die jeweiligen Manöverschritte ausführen.
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Zum Manövrieren können die Cluster-Fahrzeuge Manöversignale empfangen, die dann im jeweiligen Cluster-Fahrzeug entsprechend umgesetzt werden. Das Empfangen der Manöversignale kann durch eine, wie oben beschriebene, in oder an dem jeweiligen Cluster-Fahrzeug angeordnete Kommunikationsvorrichtung erfolgen. Vorzugsweise sendet das Leitfahrzeug die Manöversignale an die Cluster-Fahrzeuge, vorzugsweise an die Folgefahrzeuge, bzw. an die Kommunikationsvorrichtung des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs bzw. des jeweiligen Folgefahrzeugs. Die Manöversignale umfassen mindestens eine der folgenden Informationen: Information bezüglich der Cluster-Route, Information bezüglich der Route des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich der Geschwindigkeit des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich des Abstandes zwischen einem Cluster-Fahrzeug und einem oder mehreren benachbarten Cluster-Fahrzeugen, Information bezüglich der Fahrtrichtung des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich der Cluster-Position des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich einer Lenkbewegung des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs etc.
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Vorzugsweise werden die Manövriersignale für ein oder mehrere Cluster-Fahrzeuge aktualisiert, wenn sich eine andere Ausgangssituation ergibt und/oder ein bzw. mehrere Cluster-Fahrzeuge vom vorher gesendeten Manöversignal (Sollsituation) abweichen. Solche Manöversignale, die zum aktualisieren und/oder Korrigieren geeignet sind, umfassen mindestens eine der folgenden Informationen: Information bezüglich eines Beschleunigungsimpulses des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich eines Bremsimpulses des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, Information bezüglich eines Lenkkorrekturwinkels des jeweiligen Cluster-Fahrzeugs, etc.
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Mit anderen Worten werden die Cluster-Fahrzeuge von dem Leitfahrzeug bzw. von den Leitfahrzeugen hinsichtlich ihrer Position, ihrer Fahrtrichtung, ihrer Geschwindigkeits- und Lenkbefehlen gelenkt und korrigiert. Im Ergebnis wird dadurch die Fahrbahnbreite bzw. die vorhandene Fahrbahnfläche besser ausgenutzt, wodurch letztendlich Staubildungen verringert werden.
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Durch das oben beschriebene Verfahren bzw. System zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster kann die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche, insbesondere die Fahrbahnbreite, optimal ausgenutzt werden, wodurch die Flussdichte der Fahrzeuge erhöht werden und letztendlich die Staubildung bzw. die Staulänge reduziert werden kann. Weiterhin können dadurch CO2-Emissionen gesenkt und gleichzeitig der Fahrkomfort gesteigert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Veränderung der Clusterformation und/oder der Clusterpositionen das Kompaktieren des Clusters, wobei das Kompaktieren das Erhöhen der Besetzungsdichte der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche durch die Cluster-Fahrzeuge umfasst.
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Vorteilhafterweise umfasst das Erhöhen der Besetzungsdichte das Erreichen einer maximal dichten Besetzungsdichte der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche durch die Cluster-Fahrzeuge. Eine maximal dichte Besetzung der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche kann erreicht werden, indem die Abstände zwischen den Cluster-Fahrzeugen untereinander auf ein Minimum reduziert werden. Mit Abstand ist hierbei der Abstand zwischen einem Cluster-Fahrzeug und dem vorausfahrenden bzw. nachfolgenden Cluster-Fahrzeug oder der Abstand zwischen zwei nebeneinanderfahrenden Cluster-Fahrzeugen gemeint. Eine maximal dichte Besetzung der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche kann beispielsweise erreicht werden, indem die Cluster-Fahrzeuge sich nicht an die vorgegebenen Fahrspuren halten, sondern unabhängig von den vorhandenen Fahrspuren manövriert werden können. Somit wird eine möglichst kompakte Clusterformation erreicht. Mit kompakter Clusterformation ist eine Clusterformation gemeint, bei der die Abstände zwischen den Cluster-Fahrzeugen möglichst gering gehalten werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Erhöhen der Besetzungsdichte der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche unabhängig von vorgegebenen Fahrspuren und/oder vorgegebenen Mindestabständen zwischen den Cluster-Fahrzeugen durchgeführt.
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Mit anderen Worten können sich die Cluster-Fahrzeuge so über die Fahrspuren verteilt anordnen, dass möglicherweise mehr als ein Fahrzeug eine Fahrspur belegt. Darüber hinaus können die Cluster-Fahrzeuge so angeordnet sein, dass Fahrspurbegrenzungen durch ein oder mehrere Cluster-Fahrzeuge überschritten werden. Mit anderen Worten muss ein Cluster-Fahrzeug nicht innerhalb der durch Fahrspurbegrenzungen vorgegebenen Fahrspur fahren, sondern kann sich beispielsweise so fortbewegen, dass sich eine Fahrspurbegrenzung unterhalb des Fahrzeuges befindet. Dabei können die Cluster-Fahrzeuge sich so anordnen, dass sie dichter nebeneinander und/oder hintereinander fahren als dies bei Einhaltung vorgegebener Mindestabstände der Fall wäre.
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Vorteilhafterweise wird die maximal dichte Besetzung der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche unabhängig von vorgegebenen Fahrspuren und/oder vorgegebenen Mindestabständen zwischen den Cluster-Fahrzeugen durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Besetzungsdichte der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche das Verringern des seitlichen Abstands zwischen einem Cluster-Fahrzeug und seinem benachbarten Cluster-Fahrzeug bzw. seinen benachbarten Cluster-Fahrzeugen. Mit seitlichem Abstand ist hier der in Fahrtrichtung rechts bzw. links vom Fahrzeug befindliche Abstand zwischen einem Cluster-Fahrzeug und seinem benachbarten Cluster-Fahrzeug bzw. seinen benachbarten Cluster-Fahrzeugen gemeint. Dadurch, dass die Cluster-Fahrzeuge auf diese Weise enger nebeneinander fahren können, wird die Besetzungsdichte des Clusters größer und die Fläche, die das Cluster auf der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche benötigt, kleiner.
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Vorzugsweise umfasst das Erhöhen der Besetzungsdichte der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche das Verringern des seitlichen Abstands und/oder des in Fahrtrichtung nach vorne und/oder hinten gerichteten Abstands zwischen einem Cluster-Fahrzeug und seinem benachbarten Cluster-Fahrzeug bzw. seinen benachbarten Cluster-Fahrzeugen. Auf diese Art und Weise kann die Besetzungsdichte des Clusters nochmals vergrößert werden und die Fläche, die das Cluster auf der zum befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche benötigt, noch verkleinert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verringern des seitlichen Abstands zwischen einem Cluster-Fahrzeug und seinem benachbarten Cluster-Fahrzeug bzw. seinen benachbarten Cluster-Fahrzeugen das Einklappen zumindest eines Außenspiegels von mindestens einem der Cluster-Fahrzeuge. Dadurch wird der einzuhaltende Abstand zwischen den einzelnen Cluster-Fahrzeugen weiter reduziert. Daraus resultieren eine kompaktere Clusterformation und eine effiziente Ausnutzung der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Änderung der Umgebung des Clusters mindestens eine der folgenden Situationen auf der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche: Fahrbahnverengung, Baustelle, vorausfahrendes Fahrzeug, Unfall und Hindernis.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Clusterformation so gewählt, dass die Summe der zum Einnehmen der jeweiligen Clusterpositionen benötigten Rangierwege der Cluster-Fahrzeuge minimal ist. Die Clusterformation wird also nicht nur in Abhängigkeit von den Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge und der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche bestimmt, sondern auch in Abhängigkeit der Summe der benötigten Rangierwege der Cluster-Fahrzeuge. Dabei wird versucht, eine Clusterformation zu finden, bei der so viele Cluster-Fahrzeuge wie möglich einen geringen bzw. gar keinen Rangierweg benötigen, um von ihrer tatsächlichen Position auf die jeweilige Clusterposition zu rangieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei Linksverkehr das Cluster-Fahrzeug auf der in Fahrtrichtung linken vordersten Clusterposition als Leitfahrzeug bestimmt und bei Rechtsverkehr das Cluster-Fahrzeug auf der in Fahrtrichtung rechten vordersten Clusterposition als Leitfahrzeug bestimmt. Durch die Auswahl eines der vordersten Cluster-Fahrzeuge als Leitfahrzeug können sich die dahinter folgenden Cluster-Fahrzeuge (Folgefahrzeuge) auf einfache Art und Weise an dem Leitfahrzeug orientieren.
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Vorzugsweise weisen die Cluster-Fahrzeuge am Fahrbahnrand bzw. nur das Leitfahrzeug eine Vorrichtung mit digitalem hochgenauem GPS zur Standortbestimmung und/oder eine hochauflösende Kamera, beispielsweise zur Erkennung der Fahrbahnmarkierung, auf. Mithilfe der beschriebenen Vorrichtung und/oder hochauflösenden Kamera ist es dem/den Cluster-Fahrzeuge(n) am Fahrbahnrand bzw. dem Leitfahrzeug möglich, genau dem Straßenrand zu folgen. Die Folgefahrzeuge können sich dann mithilfe einer Nahbereichssensorik, zum Beispiel Ultraschallsensoren, an dem Leitfahrzeug orientieren. Zum Beispiel können die Folgefahrzeuge zueinander einen minimalen Abstand in der Breite einnehmen. Diese Konstellation stellt einen kostengünstigen Fall dar, da nicht jedes Cluster-Fahrzeug mit einer Vorrichtung mit digitalem hochgenauen GPS und/oder einer hochauflösenden Kamera ausgestattet sein muss, um im Cluster manövriert zu werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Cluster-Fahrzeug, welches den höchsten Automatisierungsgrad aufweist, als Leitfahrzeug bestimmt.
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Unter dem Begriff „Automatisierungsgrad“ ist im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung zu verstehen. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren, wobei hier der Automatisierungsgrad in aufsteigender Reihenfolge genannt ist. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11 /2012). Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade gemäß der Definition der BASt entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) gemäß der BASt dem Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
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Vorteilhafterweise kann das Leitfahrzeug, wenn es beispielsweise eine Änderung der Umgebung erforderlich macht, geändert werden. Zum Beispiel kann dann ein anderes Cluster-Fahrzeug (bzw. ein Folgefahrzeug) als Leitfahrzeug ausgewählt werden und das ursprüngliche Leitfahrzeug wird dann zu einem Cluster-Fahrzeug bzw. einem Folgefahrzeug.
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Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße System zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Systems zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster wird auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:
- 1 a bis 1c zeigen ein System bzw. ein Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster gemäß einer Ausführungsform.
- 2a und 2b zeigen ein System bzw. ein Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster gemäß einer Ausführungsform.
- 3a und 3b zeigen ein System bzw. ein Verfahren zum Manövrieren von mehreren Fahrzeugen in einem Cluster gemäß einer Ausführungsform.
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In 1a sind neun Fahrzeuge F gezeigt, die jeweils für sich auf ihrer jeweiligen Fahrspur in Richtung ihres jeweiligen Zieles fahren. Die Fahrspuren sind durch Fahrspurbegrenzungen 1 voneinander getrennt. In den 1a bis 1c reicht die zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche 5 über die gesamte Breite aller abgebildeten Fahrspuren. In 1b sind die in 1a abgebildeten neun Fahrzeuge F unterteilt in fünf Cluster-Fahrzeuge C und vier Fahrzeuge F. Die Cluster-Fahrzeuge C haben sich untereinander verständigt, beispielsweise über eine gängige Car-to-Car-Kommunikationsmethode (z.B. über WLAN, Mobilfunk o.ä.), dass sie eine bestimmte Teilstrecke zusammen zurücklegen möchten und haben sich deshalb als Cluster zusammengeschlossen. Unter den Cluster-Fahrzeugen C wird dann ein Cluster-Fahrzeug C bestimmt, welches das Leitfahrzeug LF sein soll. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass Linksverkehr herrscht. Daher wird das mit der Ziffer 1 bezeichnete Cluster-Fahrzeug C als Leitfahrzeug LF ausgewählt. Für die Bestimmung einer Clusterformation 2 werden die Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge C bestimmt, indem jedes Cluster-Fahrzeug C seine Fahrzeuglänge L und seine Fahrzeugbreite B, beispielsweise über eine gängige Car-to-Car-Kommunikationsmethode (z.B. über WLAN, Mobilfunk o.ä.), an das Leitfahrzeug LF sendet. In 1b ist dies jedoch nur beispielhaft an dem Cluster-Fahrzeug mit der Nummer 1 dargestellt. Das Leitfahrzeug LF weist eine (nicht abgebildete) Steuervorrichtung auf, die die Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge C empfängt. Weiterhin weist das Leitfahrzeug LF eine (nicht abgebildete) Messvorrichtung, zum Beispiel ein Sensorsystem mit Ultraschallsensoren, auf, mithilfe derer die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche 5 gemessen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche 5 über alle drei abgebildeten Fahrspuren. Die von der Messvorrichtung ermittelten Messdaten im Hinblick auf die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche 5 werden ebenfalls an die Steuervorrichtung des Leitfahrzeugs LF gesendet. Alternativ können die Daten im Hinblick auf die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche 5 aus einer digitalen Karte entnommen werden, die im Leitfahrzeug LF zur Verfügung steht. Die Steuervorrichtung bestimmt mithilfe der Daten bezüglich der Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge C und der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche 5 eine Clusterformation 2 für die Cluster-Fahrzeuge C. In Abhängigkeit der von der Steuervorrichtung bestimmten Clusterformation 2 wird jedem Cluster-Fahrzeug C eine Clusterposition CP (CP1-CP5) zugewiesen. Die einzelnen Cluster-Fahrzeuge C empfangen die jeweilige Clusterposition CP (CP1-CP5) über eine (nicht abgebildete) Kommunikationsvorrichtung. Aufgrund der empfangenen Clusterposition CP (CP1-CP5) wird bestimmt, ob das jeweilige Cluster-Fahrzeug C einen Rangiervorgang vornehmen muss, um auf die jeweilige Clusterposition CP (CP1-CP5) zu gelangen. Muss ein Rangiervorgang vorgenommen werden, so werden die Rangierrichtung 3 und der Rangierweg sowie - optional - die Rangiergeschwindigkeit berechnet. Diese Berechnung wird entweder durch die Kommunikationsvorrichtung des jeweiligen Cluster-Fahrzeuges C oder die Steuervorrichtung des Leitfahrzeugs LF oder eine Positionseinnahmevorrichtung, welche entweder in jedem der Cluster-Fahrzeuge C oder in einem der Cluster-Fahrzeuge C oder fahrzeugextern angeordnet ist, vorgenommen. Schließlich nehmen die Cluster-Fahrzeuge C ihre jeweiligen zugewiesenen Clusterpositionen CP (CP1-CP5) ein und sind schließlich entsprechend der Clusterformation 2 positioniert, wie in 1c gezeigt.
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2a zeigt eine Clusterformation 2 von fünf Cluster-Fahrzeugen C, die ihre jeweiligen Clusterpositionen CP (CP1-CP5) eingenommen haben, wobei eines der Cluster-Fahrzeuge C das Leitfahrzeug LF ist. Wie die in 1c gezeigte Clusterformation, erstreckt sich die in 2a gezeigte Clusterformation 2 über drei Fahrspuren hinweg. In 2a ist ein Hindernis 4 auf der rechten äußeren Fahrspur dargestellt. Das Leitfahrzeug LF kann durch seine (nicht abgebildete) Messvorrichtung, z.B. ein Sensorsystem, oder seine (nicht abgebildete) Kommunikationsvorrichtung das Hindernis 4 erkennen und diese Information an die (nicht abgebildete) Steuervorrichtung weiterleiten. Da sich die Umgebung des Clusters ändert, werden die Clusterformation 2 und/oder die Clusterpositionen CP entsprechend angepasst. Wie zur Ausführungsform von 1a bis 1c beschrieben, wird auch bei der in 2a und 2b abgebildeten Ausführungsform eine Clusterformation 2' für die Cluster-Fahrzeuge C bestimmt. Dabei wird die neue Clusterformation 2' für die Cluster-Fahrzeuge C mithilfe der Daten bezüglich der Fahrzeugabmessungen der Cluster-Fahrzeuge C und der zum Befahren zur Verfügung stehenden Fahrfläche 5 sowie mithilfe der Daten bezüglich der veränderten Umgebung, also bezüglich des Hindernisses 4, bestimmt. Wie in 2b zu sehen ist, ist nicht nur die Clusterformation 2' der veränderten Umgebung angepasst, sondern auch die am Cluster teilnehmenden Fahrzeuge haben sich verändert. Bevor das Cluster das Hindernis 4 erreicht (s. 2a), sind Fahrzeuge 1 bis 5 als Cluster-Fahrzeuge C organisiert und belegen Clusterpositionen CP1-CP5. Für die neue Clusterformation 2' organisieren sich die Fahrzeuge derart um, dass bei Passieren des Hindernisses 4 Fahrzeuge 1,2, 3,4, 5 und 7 nun Cluster-Fahrzeuge C sind, während Fahrzeuge 6, 8 und 9 nicht im Cluster, d.h. als Einzelfahrzeuge, organisiert sind. In Abhängigkeit von der neuen Clusterformation 2' wird jedem (neuen) Cluster-Fahrzeug C eine Clusterposition CP1-CP6 (s. 2b) zugewiesen. Die einzelnen Cluster-Fahrzeuge C empfangen die jeweilige Clusterposition CP über eine (nicht abgebildete) Kommunikationsvorrichtung. Aufgrund der empfangenen Clusterposition CP (CP1-CP6) wird bestimmt, ob das jeweilige Cluster-Fahrzeug C einen Rangiervorgang vornehmen muss, um auf die jeweilige Clusterposition CP (CP1-CP6) zu gelangen. Muss ein Rangiervorgang vorgenommen werden, so werden die Rangierrichtung 3 (s. 2a) und der Rangierweg sowie - optional - die Rangiergeschwindigkeit berechnet. Mit der neuen Clusterformation 2' kann das Cluster um das Hindernis 4 herummanövriert werden. Auch bei dieser Clusterformation 2' werden die sechs Cluster-Fahrzeuge C über zwei Fahrspuren hinweg angeordnet. Dadurch wird die zum Befahren zur Verfügung stehende Fahrfläche 5 optimal durch die Cluster-Fahrzeuge C ausgenutzt.
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In 3a ist eine Clusterformation 2 mit neun Cluster-Fahrzeugen C auf neun Clusterpositionen CP1-CP9 abgebildet. Nähert sich ein Rettungsfahrzeug RF dem Cluster, so muss eine Rettungsgasse (s. 3b) durch die Cluster-Fahrzeuge C gebildet werden. Die Information, dass ein Rettungsfahrzeug RF sich dem Cluster nähert, kann beispielsweise durch das Leitfahrzeug LF empfangen werden. Anschließend wird durch das Leitfahrzeug LF eine neue Clusterformation 2' mit entsprechenden neuen Clusterpositionen CP1-CP6 berechnet. Die Clusterformation 2', die eine Rettungsgasse bildet, umfasst nur noch sechs Cluster-Fahrzeuge C (Fahrzeuge 1, 2,4, 5, 6 und 9), während Fahrzeuge 7,8 und 10 Einzelfahrzeuge darstellen, die nicht zum Cluster gehören. Die einzelnen Cluster-Fahrzeuge C empfangen die jeweilige Clusterposition CP beispielsweise über eine (nicht abgebildete) Kommunikationsvorrichtung. Aufgrund der empfangenen Clusterposition CP (CP1-CP6) wird bestimmt, ob das jeweilige Cluster-Fahrzeug C einen Rangiervorgang vornehmen muss, um auf die jeweilige Clusterposition CP (CP1-CP6) zu gelangen. Muss ein Rangiervorgang vorgenommen werden, so werden die Rangierrichtung 3 (s. 3a) und der Rangierweg sowie - optional - die Rangiergeschwindigkeit berechnet. Diese Berechnungen werden vorzugsweise durch das Leitfahrzeug LF durchgeführt. Wie im Vergleich der Clusterformation 2 in 3a und Clusterformation 2' in 3b zu sehen ist, wurde das über zwei Fahrspuren organisierte Cluster durch Bildung der Rettungsgasse auf drei Fahrspuren ausgedehnt, wobei drei Fahrzeuge (Fahrzeuge 7, 8, und 10) das ursprüngliche Cluster verlassen haben. Durch die Änderung der Clusterformation und der Clusterpositionen ist es möglich, dass das Rettungsfahrzeug RF durch die im Cluster gebildete Rettungsgasse hindurchfahren kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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