TU Braunschweig

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Hübner, M.; Schnieder, E.:
Verkehrsorganisation mittels fahrzeugseitiger Regelbasen – ein kooperativer Ansatz zu verbesserter Verkehrsqualität.
Automatisierungssysteme, Assistenzsysteme und eingebettete Systeme für Transportmittel 2010, Braunschweig, Februar 2010.

Kurzfassung:

Kurzfassung Das individuelle Fahrerverhalten im derzeitigen Straßenverkehr ist sehr heterogen. Die Bandbreite des Verhaltens erstreckt sich von sehr vorsichtigen (defensiven) Fahrzeugführern bis hin zu Fahrzeugführern mit äußerst progressivem (risikobereitem) Fahrverhalten. Modelltechnisch stellt sich der Straßenverkehr daher als ein System dar, dessen Individuen (Fahrer-Fahrzeug-Einheiten) miteinander gemäß den lokalen Regelbasen der Fahrer interagieren. Die Regelbasen unterscheiden sich zum Teil jedoch stark voneinander, weshalb sich das individuelle deterministische Verhalten der Fahrzeuge nicht oder nur schwer prädizieren lässt. Desweiteren besteht das Problem der eingeschränkten Kommunikation zwischen den Fahrer-Fahrzeug-Einheiten: Es kann nur auf Sichtweite aus den Lichtzeichen und Bewegungen der Fahrzeuge auf das Vorhaben dieser geschlossen und entsprechend gehandelt werden. Diese räumlich begrenzten und inhomogen geplanten Interaktionen haben jedoch auch Einfluss auf das globale Verkehrsverhalten, wie es sich in zum Beispiel in Staus äußert. Ein weiterer Ausdruck dieses Systemverhaltens ist z.B. das Fundamentaldiagramm, welches den Zusammenhang zwischen Dichte und Verkehrsfluss darstellt. Eine wesentliche Eigenschaft des Letzteren ist, dass ab einer gewissen Verkehrsdichte der Verkehrsfluss abnimmt, was aus Ingenieurssicht als suboptimal bezeichnet werden kann. Den Problemen der Heterogenität der fahrzeugseitigen Regelbasen und der eingeschränkten Kommunikation zwischen den Fahrzeugen wird hier durch eine kooperative Regelungsstrategie begegnet. Es soll hierbei von vollständig autonom fahrenden Fahrzeugen ausgegangen werden, welche bereits über eine Längs- und Querregelung verfügen. Kooperation bedingt Kommunikation, weshalb vorausgesetzt wird, dass die Fahrzeuge über ein Ad-Hoc-Funknetzwerk Daten austauschen können. Zudem wird eine Fahrzeugortung vorausgesetzt, welche eine hinreichende Genauigkeit und Verfügbarkeit sicherstellt. Der in diesem Beitrag vorgestellte neue Ansatz der fahrzeugbasierten Verkehrsorganisation basiert auf der Homogenisierung der Regelbasen der Fahrzeuge. Dies wird durch die vollständige Automatisierung der Fahrzeuge ermöglicht. Durch den Entwurf einer allen gemeinsamen Regelbasis soll die Organisation des Straßenverkehrs im Hinblick auf Ausnutzung der Straßenkapazität und bezüglich des Verkehrsflusses verbessert werden. Als methodische Ansätze zur Entwicklung der Regelbasis wird auf Distributed Consensus Algorithmen in Kombination mit Petrinetzen zurückgegriffen. Hierdurch wird eine Absprache der Fahrzeuge bezüglich der einzustellenden Sollgrößen über das Kommunikationsnetz ermöglicht. Das fahrzeugseitige Decision-Making der Interaktionen wird mittels räumlicher Diskretisierung aller Fahrstreifen einer Straße in Form von Petrinetzen modelliert. Letzteres ermöglicht die Entwicklung einer lokalen Regelbasis zur Formationsfindung und für automatisierte Überholmanöver. Desweiteren werden hierdurch systeminhärent Kollisionen verhindert. Die Regelbasen können Vorgaben für vorhandene Assistenzsysteme liefern.


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