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Simulation des hochautomatisierten Fahrens auf Autobahnen mit kollektiver Streckenbeeinflussung
BASt-Bericht V 362
Torben Hilgers, Anja Krabbe, Andrea Haug, Heusch/Boesefeldt GmbH, Aachen, Jan Grimm, Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme, Dresden
Steffen Kutter, Conny Tempelhahn, Institut für Automobiltechnik TU Dresden, Christoph Schwietering, Johannes Füg, Schwietering Ingenieure GmbH, Aachen
148 Seiten
Erscheinungsjahr: 2022
Projektnummer: 03.0538
Preis: 0,00 €
Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.
Die meisten Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) in Deutschland basieren auf dem Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 99). Das darin beschriebene Steuerungsmodell wurde für die damaligen Verkehrsverhältnisse, die technischen Möglichkeiten der Sensorik, Aktorik und Übertragungstechniken sowie die damaligen Fahrzeugeigenschaften entwickelt. Der technische Fortschritt mit Fahrerassistenzsystemen und der zunehmenden Fahrzeugautomatisierung bis hin zu hochautomatisierten Fahrzeugen (HAF) werden in den verwendeten Steuerungsverfahren nicht ausreichend berücksichtigt. Es wird erwartet, dass zukünftig hochautomatisierte Fahrzeuge einen signifikanten Einfluss auf den Verkehrsablauf und damit wiederum Auswirkungen auf die Steuerungsalgorithmen und die Wirksamkeit der SBA haben werden.
Dieses Projekt hat zum Ziel, die Auswirkungen von hochautomatisierten Fahrzeugen auf die SBA-Steuerung zu untersuchen und mögliche Anpassungen des Steuerungsmodells zu erarbeiten. Nach einer Literaturrecherche zum Stand der Technik bezüglich Fahrzeugautomatisierung und der Wirkung bestehender Verkehrsbeeinflussungsanlagen werden zwei valide mikroskopische Simulationsmodelle für Strecken in Bayern und NRW erstellt. Anschließend werden die dortigen Unterzentralen softwaretechnisch abgebildet und an die Simulation angebunden. Um die Wirkung und Reaktion der Fahrzeuge auf die SBA in der Simulation abzubilden wird ein Wirkmodell aus Realdaten entwickelt und ebenfalls an die Simulation angeschlossen.
Gemeinsam mit den im Projekt beteiligten Straßenbetreibern werden Anforderungen an das Fahrzeugsteuerungsverhalten von automatisierten Fahrzeugen mit dem Ziel der Verkehrsflussoptimierung aus Betreibersicht definiert und in einem Fahrverhaltensmodell in der Simulation umgesetzt. Zudem werden zwei weitere Fahrzeugsteuerungsverhalten aufgestellt, um die Szenarien von progressivem bis konservativem Verhalten zu erfassen. Die drei Fahrverhaltensmodelle unterscheiden sich im Beschleunigungs- und Abstandsverhalten und werden jeweils mit unterschiedlichen Durchdringungsraten in der Simulation umgesetzt.
Geeignete Kenngrößen werden ausgewählt, um die Wirkungen auf den Verkehrsablauf in der Simulation zu erfassen. Die Auswirkungen werden für die verschiedenen Durchdringungsraten und Fahrverhaltensmodelle mit dem Nullfall (nur menschliche Fahrer) verglichen.
Basierend auf den Auswertungen werden Anforderungen an das Fahrverhalten von HAF sowie Anpassungen und Erweiterungen der SBA Steuerung diskutiert. Es werden Handlungsempfehlungen, die sich aus den einzelnen Maßnahmen für den Betrieb und die Steuerung von SBA und für die automatisierte Fahrzeugsteuerung ergeben, ermittelt und in einen zeitlichen Bezug gebracht.
Simulation of highly automated driving and its effects on collective traffic control on motorways
Most route control systems (SBA) in Germany are based on the Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 99). The control model described therein was developed for the traffic conditions of that time, the technical possibilities of sensor, actuator and transmission technologies, as well as the vehicle characteristics of that time. The technical progress with driver assistance systems and the increasing vehicle automation up to highly automated vehicles (HAF) are not sufficiently considered in the used control procedures. It is expected that in the future highly automated vehicles will have a significant influence on the traffic flow and thus in turn affect the control algorithms and the effectiveness of the SBA.
This project aims to investigate the effects of highly automated vehicles on the SBA control and to develop possible adjustments of the control model. After a literature review of the state of the art regarding vehicle automation and the effect of existing traffic control systems, two valid microscopic simulation models for routes in Bavaria and NRW will be developed. Subsequently, the sub-centres there will be mapped by software and connected to the simulation. In order to map the effect andreaction of the vehicles on the SBA in the simulation, an impact model will be developed from real data and also connected to the simulation.
Together with the road operators involved in the project, requirements for the vehicle control behaviour of automated vehicles are defined from the operator’s point of view with the aim of optimising traffic flow and implemented in a driving behaviour model in the simulation. In addition, two further vehicle control behaviours are set up to cover scenarios from progressive to conservative behaviour. The three driving behaviour models differ in acceleration and distance behaviour and are each implemented with different penetration rates in the simulation.
Suitable parameters are selected to capture the effects on the traffic flow in the simulation. The effects are compared for the different penetration rates and driving behaviour models with the zero case (human drivers only).
Based on the evaluations, requirements for the driving behaviour of HAF as well as adjustments and extensions of the SBA control system are discussed. Recommendations for action, which result from the individual measures for the operation and control of SBA and for the automated vehicle control, are determined and brought into a temporal relation.