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Studienarbeit Nr. 21 - Institut für Straßen

1. 86 zoze 2 89 E80T E6 oT6 vT E6 ZSL oot Txoot Txoor joosz Annw ogies 00T oz e E 8T Z90T 94 ET SS LT vs vos 00r I oot 00r oosz Anauyo zes 00T 7 E 08 6sor r9 26 T8 vT 60 oeg 69 Ey 9T ET ETS 64 oot 1952 oosz Anauyo gz les 66 977 E EES90T t er zer 6 06 528 05 BSZTT zT eo Es8 85 oot os oosz Anauyo zz es 66 26 7T z Zr ezor 0E av sst 9 z8 206 6 E9 LET 6 ST LL8 9 oot sz 0057 Anauyo gz les 86 86 T7 z 6r gsor r9 32 6 98262 49 Lv Sv OT 92 062 64 oot 1952 oosz Annw szea 86 28772 z Zwzsor ASE 068 S iv zes r EIy72 4 Zvzis 85 oot xos foosz awf vz les 86 82 pra T6 980T 9 zu szt 0 Tz 828 zz z8 sot E 86 978 9 oot sz oosz Anmw ezea 66 er E v 990T z8 EL S E TY Z90T zS 08 601 TT 82 858 85 9r v6 ET Ls zeg ASL SL SL oosz Anauyo zz es 66 oz 6 z S8 z90T L9 ozot r Tr tzor ASE Erot L os veg vv 6o zzt OT 96 298 rs HSL os foosz Anauyo Tz es 66 89T pra 92 zzor ES Zo st z Yv SLOT WTZ TE 6LT r 00 826 EE B0 TST 8 zo t68 HEE SL HSZ oosz Anzuyol ozea 46 so z z E2 680T LE 80 87 z 68 880T 98 67 6 00 662 0L sr Tr OT 22 ss2 SL SL SL oosz Anmw rules L6 vz sz 2 206801 ASE otez z SZ T6OT r8 56 r 86 Er8 vv ZS 9L L orztg rs SL os loosz Annw gries L6 Erze T so vsor Lz zerze T OT v60T TS ZET ATH 29 188 97 So T
2. Abstand_Pkw_Kolonne Wert aus Folgeabstandsuntersuchung f r 80 km h L nge Lkw 15 a L ngen zwischen 10 und 18 75m Tendenz zu langen Lkw im Fernverkehr Abstand _Lkw_frei Sicherheitsabstand Lkw ber 50 km h Abstand_Lkw_Kolonne Wert aus Folgeabstandsuntersuchung f r 80 km h Gesamtzahl Fahrzeuge 2500 Fz h 5 Gesamtzahl der Fahrzeuge frei gew hlt um Aufstelll nge der Pkw_Anzahl 2125 BE Fahrzeuge berechnen zu k nnen kein Einfluss auf Endergebnis Lkw_Anzahi i z Kolonnen mit 3 5 7 9 11 Fahrzeugen und einer Verteilung von Pkw_Mittlere_Kolonnenl nge 40 25 20 10 5 a Kolonnen mit 2 bis 7 Fahrzeugen und einer Verteilung von Lkw_Mittlere_Kolonnenl nge 30 25 20 10 10 5 VuV 2013 222 Anlagen Anlage 4 Randbedingungen Verkehrsflusssimulationen Anmerkung hier nicht aufgef hrte Parameter entsprechen den VISSIM Standardeinstellungen Fahrzeugtypen e Pkw und Pkw Kolonnen VISSIM Standardeinstellungen 1 f r Maximal und Wunschbeschleunigung sowie Maximal und Wunschverz gerung f r Pkw e Lkw und Lkw Kolonnen VISSIM Standardeinstellungen 2 f r Maximal und Wunschbeschleunigung sowie Maximal und Wunschverz gerung f r Lkw Fahrzeugmodellverteilung e Angaben Anteil Fahrzeuganzahl e Lkw Kolonnen 0 300 2 0 250 3 0 200 4 0 100 5 0 100 6 0 050 7 e Pkw Kolonnen 0 400 3 0 250 5 0 200 7 0 100 9 0 050 11 Geschwindigkeitsverteilungen e Angaben Geschwindigkeit km h Summenh ufigkeit
3. Abbildung 63 Mittlere Reisegeschwindigkeit und Verlustzeit f r Pkw bei verschiedenen Kolonnenanwendungsraten nach Szenario 2 mit Lkw berholverbot Werden nun f r ausgew hlte Simulationsf lle bei bestehendem berholverbot f r Lkw die Anzahl der Bremsvorg nge und der Beschleunigungseffektivwert betrachtet so ist sowohl bei Pkw als auch bei Lkw eine nachvollziehbare Korrelation zwischen den bei den Kenngr en vorhanden je gr er der Beschleunigungseffektivwert ist desto gr er ist auch die Anzahl der Bremsvorg nge Bei Pkw Abbildung 64 oben zeigt sich dass der Kolonnenanteil 0 50 keine direkten Auswirkungen auf die Anzahl der Bremsman ver hat Sobald jedoch auch 25 der Pkw in Kolonne fahren sinkt die An zahl der Bremsman ver bereits merklich ab sowohl f r die frei fahrenden Pkw als auch f r die Pkw Kolonnen Der R ckgang kann durch die Verwendung von ACC so wie durch die geringere Interaktionswahrscheinlichkeit zwischen den Fahrzeugen er kl rt werden Dass mit sinkender Anzahl an Bremsvorg ngen eine Steigerung der mitt leren Pkw Reisegeschwindigkeit einhergeht zeigt dass durch die Bildung von Kolon nen wenn auch erst bei entsprechenden Anwendungsraten der Verkehrsfluss VuV 2013 178 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt merklich verbessert wird Bei Lkw sind hnliche Ergebnisse zu erkennen wenn auch die Auswirkungen durch das berholverbot und die geringeren Geschwindigkeitsun
4. In Abbildung 59 sind die berechneten Ergebnisse f r Szenario 1 dargestellt Ausge hend von einem Zustand ohne Fahrzeugkolonnen ist die Kapazit t eines 2 streifigen Autobahnabschnitts durch den Einsatz von Lkw Kolonnen theoretisch um bis zu 11 2 zu steigern E Kapazit t 2 streifige Autobahn bei 80 km h 11 2 r 76 8 8 10 0 3 1 4 2 r d Kapazit t Fz h 4 T T T T T T T T T T 1 0 o 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen Abbildung 59 Kapazit ts nderung durch Lkw Kolonnen Szenario 1 19 Beispiel 25 75 bedeutet dass 25 aller Pkw und 75 aller Lkw in Kolonnen fahren VuV 2013 171 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Bei einer realistischeren Annahme bei der etwa 30 bis 50 aller Lkw die Kolonnen teilnahme nutzen so sind Kapazit tssteigerungen von 3 bis 5 m glich Trotz des im Vergleich zu Pkw geringen Lkw Anteils sind positive Auswirkungen auf die Kapazit t eines Stra enquerschnitts vorhanden und bei einer entsprechenden Ausstattungsquo te auch messbar Deutlich gr ere Kapazit tssteigerungen werden jedoch m glich wenn gleichzeitig auch Pkw die M glichkeit zur Kolonnenteilnahme nutzen k nnen Sie stellen einerseits einen gr eren Anteil am Gesamtverkehr dar und anderseits ist es ihnen aufgrund der geringeren Fahrzeugabmessungen erlaubt mehr Kolonnenteilneh
5. 9 1 5 Aufl sen einer Kolonne Gem der Definition aus Kapitel 7 1 bezeichnet man eine Kolonne als aufgel st wenn das F hrungsfahrzeug die Kolonnenf hrung beendet oder das letzte verbleiben de Folgefahrzeug die Kolonne verl sst Meldet sich das letzte verbleibende Folgefahrzeug von der Kolonnenteilnahme ab ist dieselbe Handlungsstrategie anzuwenden wie wenn das hinterste Kolonnenfahrzeug die Kolonne verl sst siehe Kapitel 9 1 4 Variante 1 Es ist dem Fahrer des F hrungs fahrzeugs freigestellt ob er weiterhin in seinem Fahrmodus verbleiben m chte sodass sich andere potentielle Folgefahrzeuge anschlie en k nnen siehe Kapitel 9 1 1 oder ob er die Bereitschaft zur Kolonnenf hrung zur ckzieht Daraufhin wird das Senden von Meldungen zum Kolonnenbeitritt an potentielle Folgefahrzeuge eingestellt Die Kolonne ist somit vollst ndig aufgel st Sofern das F hrungsfahrzeug im Kolonnenbetrieb die Bereitschaft zur F hrung abmel det beispielsweise weil es die Autobahn an der n chsten Ausfahrt verlassen m chte VuV 2013 157 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt muss eine Handlungsstrategie greifen die die Aufl sung der Kolonne regelt Die Be endigung der Kolonnenf hrung kann ber das HMI entweder aktiv vom Fahrer veran lasst werden oder er wird aufgrund seiner gew hlten Route rechtzeitig darauf hinge wiesen die Aufl sung der Kolonne anzusto en Der Kolonnenregler sendet daraufhin einen Hin
6. wie in Abbildung 18 darge stellt definiert Abbildung 18 Einteilung der durch die Umfeldsensorik zu erfassende Bereiche Reif 2010b S 130 Die einzelnen Bereiche und die verwendbare Umfeldsensorik sind in Tabelle 1 auf Sei te 53 zusammengefasst Bereichsdefinitionen vgl Reif 2010b F r die Kolonnenfahrt sind insbesondere f r die L ngsf hrung die Radar und LIDAR Technologien relevant f r die Querf hrung spielen vor allem bildverarbeitende Syste me eine wichtige Rolle w hrend die Umfelderfassung insgesamt durch die Fusion ver schiedener Sensordaten verbessert werden kann Diese Punkte werden in den folgen den Abschnitten betrachtet VuV 2013 52 jyeu lss un Yeu lss r upsq 0 Pu blss leyoseyn Sn Bunyequeisapiigpun ospi gA u yuy L 44 Jo sw punjoseyuj H Bul ueipue uompsjsq 3487 YyaIT Jepey sBuey noys NMS Jepey sBuey Bu0o YY7 53 Sensorik f r die Umfelderfassung swes szusjsisseyled IV swejs ssnsylsysigs n bunypemusgnwneJusuu Bunpegosgisuye w G p gt ya s sqyeueuyn wneJusuuisnsziyeZ zusjsi sses unznaly Bunuusyals ue un BunuussyususyslszsiysyuaA Swers s ydIs yseN SYVMQ1 sva97 99V w oz gt ya s sqyen w08 gt ya s squsgny msn Bunuusyusls ue gn yu awajs sjypIsjyseN ma sva91 D0y e syao 20y gt l ds qsunpu muy yuosu spj JuN Japuamuaa ypIz
7. Fall 13 7m Fall 0 11 1m EEEE m 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Folgeabstand Fahrzeug 2 Lkw m Abbildung 44 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Lkw Kolonne Kolonnenl nge Bei der in Kapitel 8 2 2 festgelegten maximalen Kolonnenl nge von 170 m bei einem Folgeabstand von im Mittel ca 10 m bei 80 km h k nnte eine Kolonne aus sechs Sat telz gen mit einer L nge von jeweils 18 75 m bestehen Je nach Fahrzeugkombinatio nen sind auch mehr Fahrzeuge m glich VuV 2013 124 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Weitere Aspekte Bei reinen Lkw Kolonnen sollten berholvorg nge aufgrund der geringen Geschwin digkeitsdifferenzen vermieden werden Zudem w re ein berholvorgang der gesamten Kolonne bei mehr als zwei Lkw in den seltensten F llen m glich ohne die Kolonne aufzul sen Weitere Situationen wie z B Fahrten in Steigungen werden in Abschnitt 9 1 3 betrachtet 8 2 4 2 Reisebus Kolonnen Der Bedarf an reinen Reisebus Kolonnen d rfte sicherlich deutlich kleiner ausfallen als bei Nutzfahrzeugen im Fernverkehr Sie bieten sich jedoch bei gr eren Ausfahrten eines Reiseveranstalters an bei denen oftmals mehr als zwei Busse zur gleichen Zeit abfahren und ein identisches Reiseziel haben F r den Reiseunternehmer k nnten die Energiekosten durch einen geringeren Verbrauch reduziert werden Zudem k nnten sich Vorteile durch Anpassungen der zugelassenen
8. ig l ngere Strecken im Freizeitverkehr zur cklegen Auch f r Dienst bzw Firmenfahrzeuge z B von Vertretern k nnte das System wirtschaftlich interessant sein da die Zeit w hrend der Fahrt anderweitig genutzt werden k nnte Wie bei Lkw Kolonnen w re ein Verg tungssystem sinnvoll Geschwindigkeitswahl und Folgeabstand Mit Ausnahme von Deutschland liegen die Geschwindigkeitsbeschr nkungen f r Pkw auf europ ischen Autobahnen und Schnellstra en i d R bei 100 bis 130 km h In VuV 2013 126 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Deutschland ist auf Autobahnen ohne ausgewiesene Geschwindigkeitsbeschr nkung eine Richtgeschwindigkeit von 130 km h vorgegeben Im Gegensatz zur Situation bei Lkw und Bussen w re in diesem Fall eine Begrenzung der Geschwindigkeit f r Pkw Kolonnen auf 130 km h sinnvoll Ansonsten werden die geltenden Regelungen ber ck sichtigt Aufgrund der geringeren Schwelldauer im Vergleich zu pneumatischen Brems systemen bei Lkw ergeben sich f r Pkw geringere Folgeabst nde bei gleicher Ge schwindigkeit Bei maximal 130 km h in der Ebene liegen diese f r die betrachteten Fahrzeuge aus Kapitel 8 2 1 im Bereich von 9 1 bis 12 3 m siehe Abbildung 46 Folgeabstand bei v 130 km h 0 u 0 8 und d_S 1 5 m T Fall 9 1m Fall 11 Fall 0 10 4m Fall 9 6m Fall Fall 0 10 9m 3 a aD 5 D N bu IL Fall 9 4m Fall
9. Das Beschleunigungsverm gen spielt vor allem f r die Konstantfahrt in Steigungen eine gro e Rolle Daraus kann z B auch abgelesen werden ob das Fahrzeug die Steigung mit der aktuellen Geschwindigkeit befahren kann oder ob es langsamer wird da die Fahrwiderstandsleistung gr er als die abgegebene Motorleistung ist Das m gliche Verhalten von Kolonnen in Steigungen wird in Abschnitt 9 1 3 1 betrachtet Bei der Beschleunigungsf higkeit zeigen sich aufgrund der verschiedenen Fahrzeug massen deutliche Unterschiede zwischen Pkw Lkw und Bussen Bei Kolonnen die aus den Typen Pkw Lkw und Bus bestehen muss dies bei Beschleunigungsvorg n gen vom Kolonnenregler entsprechend ber cksichtigt werden 8 2 3 2 Verz gerungsf higkeit Die Verz gerungsf higkeit der verschiedenen Fahrzeugtypen spielt f r die Sicherheit einer Kolonne eine wichtige Rolle da sich aus ihr der umsetzbare Mindestfolgeabstand ergibt Als Gr e f r die Verz gerungsf higkeit wird der Anhalteweg bei einer Gefah renbremsung betrachtet der sich aus zwei wesentlichen Anteilen zusammensetzt dem Reaktionsweg So und dem eigentlichen Bremsweg Ss An dieser Stelle wird eben falls auf die Herleitung verzichtet und auf die aufgef hrte Literatur Haken 2008 ver wiesen Der Reaktionsweg ist abh ngig von der Ausgangsgeschwindigkeit und der Zeit bis das Bremsmoment an den R dern umgesetzt wird Es wird davon ausgegangen dass das Fahrzeug w hrend der Reaktionsz
10. Die Basis f r die Kommunikation bildet der normierte Standard IEEE 802 11 Institute of Electrical and Electronics Engineers f r drahtlose Netzwerke bzw f r Wireless Lo cal Area Networks WLAN Speziell f r den Einsatz in Fahrzeugen wurde im Juli 2010 die Erweiterung IEEE 802 11p geschaffen vgl IEEE 2010 Sie soll als Schnittstelle f r Anwendungen in der Fahrzeugkommunikation dienen Die Nachrichten werden da bei in einem festgelegten Frequenzband im Bereich von 5 9 GHz bermittelt Innerhalb des Frequenzbandes stehen je nach Verwendungszweck verschiedene Frequenzbe reiche zur Verf gung beispielsweise f r die Netzwerkkontrolle und Sicherheitsanwen dungen wie auch f r unkritische Sicherheitsanwendungen und Verkehrsoptimierung vgl C2CCC 2007 F r die Nachrichten bermittlung werden zwischen den Fahrzeu gen sogenannte Ad Hoc Netzwerke siehe Kapitel 5 5 2 aufgebaut die im Weiteren auch als VANETs Vehicular Ad Hoc Networks bezeichnet werden Dabei kann auf vorinstallierte Netzwerkinfrastruktur am Stra enrand verzichtet werden Die Daten transferrate betr gt bis zu 27 Mbit s vgl Kosch 2004 Wie in Heimnetzwerken erfolgt die Daten bertragung zwischen Router und Empf nger kostenfrei vgl C2CCC 2007 Mit der Festlegung auf einen gemeinsamen bertragungsstandard wurde das haupt s chliche Ziel einen hersteller bergreifenden und europaweiten m glicherweise weltweiten Standard zu schaffen erf llt Er gibt den Fahr
11. Eine Br cke von der Str mungsmechanik zur Fahrzeugtechnik 3 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg IEEE 2010 Official IEEE 802 11 Working Group Project Timelines online verf gbar bei der IEEE Standards Association unter http grouper ieee org groups 802 11 Reports 802 11_Timelines htm heruntergeladen am 14 05 2013 VuV 2013 214 Verzeichnisse IKA 2005 KONVOI Entwicklung und Untersuchung des Einsatzes von elektrisch gekoppelten Lkw Konvois auf Autobahnen online verf gbar beim Institut f r Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen University unter http www ika rwth aachen de pdf_eb gb6 24_konvoi pdf heruntergeladen am 17 05 2013 IRT 2013 TPEG Verkehrs und Reiseinformationen Institut f r Rundfunktechnik M nchen online verf gbar bei der IRT GmbH unter http www irt de de themen gebiete digitaler hoerfunk tpeg verkehrs und reiseinformationen html herunter geladen am 14 05 2013 Kalra N Anderson J Wachs M 2009 Liability and Regulation of Autonomous Ve hicle Technologies online verf gbar bei der Universit t Berkeley unter http www its berkeley edu publications UCB 2009 PRR UCB ITS PRR 2009 28 pdf heruntergeladen am 11 05 2013 Knake Langhorst S L per C Schebitz N K ster F 2013 Fahrerunterst tzung beim Ein und Ausf deln ATZ Automobiltechnische Zeitschrift Heft 04 April 2013 115 Jahrgang S 344 350 Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Kosch
12. Pkw 25 50 Pkw e 25 50 Pkw Kolonne Lkw berholverbot 100 100 Pkw Kolonne mittlerer Energiebedarf Einzelfahrzeuge MJ 100 105 110 115 120 mittlere Reisegeschwindigkeit km h m u oO Einzelfahrzeug v konst A un 0 0 Lkw m 0 50 Lkw 0 50 Lkw Kolonne e 25 50 Lkw t 25 50 Lkw Kolonne 100 100 Lkw Kolonne Angabe Kolonnenrate Pkw Lkw 80 81 82 83 84 mittlere Reisegeschwindigkeit km h Lkw berholverbot mittlerer Energiebedarf Einzelfahrzeuge MJ Abbildung 75 Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf den Energiebedarf von Pkw oben und Lkw unten f r einen 25 km langen Autobahnabschnitt Bei Pkw zeigt sich dass der ermittelte Energiebedarf auch in Pkw Kolonnen ausge nommen 100 100 nicht erreicht werden kann da die Fahrzeuge f r die betrachte ten Anwendungsraten nach wie vor zu oft in Interaktionen mit anderen Verkehrsteil nehmern verwickelt sind Dadurch erh ht sich der Anteil des Beschleunigungswider standes am Energiebedarf Des Weiteren wird deutlich dass bei 50 Lkw Kolonnenanteil und bestehendem Lkw berholverbot keine nennenswerten Auswir kungen auf den Energiebedarf der Pkw feststellbar ist Befinden sich jedoch nun zu VuV 2013 197 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt s tzlich 25 der Pkw in Kolonnen so kann f r die frei fahrenden Pkw trotz h herer Reisegeschwindigkeiten der Energiebedarf im Mittel
13. bezeichnet sowie Full Speed Range ACC bzw FSR ACC die im Folgenden betrachtet werden stehen die Normen ISO 15622 Transport information and control systems Adaptve Cruise Con trol systems Performance requirements and test procedures 2002 sowie ISO 22179 Intelligent transport systems Full speed range adaptive cruise control FSRA sys tems Performance requirements and test procedures 2008 zur Verf gung Winner et al 2012 Wie bei Winner et al 2012 zusammengefasst wird ergeben sich nach ISO 15622 Anforderungen an ACC bzgl Freifahrt Folgefahrt und Ann herung Die Freifahrt deckt die Regelung auf eine konstante Geschwindigkeit ab sowie eine Ge schwindigkeitsregelung mit Bremseingriff z B bei verringerter Sollgeschwindigkeit oder bei Gef llfahrt Die Anforderungen an die Folgefahrt sind deutlich umfangreicher Die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs muss aus Komfortgr nden schwingungsged mpft bernommen werden au erdem soll die eingestellte Sollzeitl cke siehe Kapitel 2 1 1 2 eingehalten werden Wird der Abstand durch z B ein einscherendes Fahrzeug deutlich verk rzt muss das System wie ein Fahrer reagieren und den Sollabstand durch Zur ckfallenlassen wieder herstellen Des Weiteren muss das System in der VuV 2013 18 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Lage sein f r ein z giges Aufschlie en bzw Mitschwimmen im Verkehr hinreichend stark zu beschleunigen
14. lonne bis zum Erreichen des gef hrlichen Streckenabschnitts auf Vorgabe des Kolon nenreglers standardm ig aufzul sen siehe auch Kapitel 9 1 5 Hierzu werden die Fahrzeugfolgeabst nde kontinuierlich vergr ert die Geschwindigkeit den zu erwar tenden Verh ltnissen angepasst und die Steuerung der Fahrzeuge an die Fahrer ber geben F r diese drastische Ma nahme sind mehrere Gr nde verantwortlich Zum ei nen ist die autonome Querregelung der Fahrzeuge nicht mehr m glich wenn Fahrstrei fenmarkierungen aufgrund von Schnee nicht mehr erkannt werden zum anderen k n nen sich Fahrzeuge auf eisiger Fahrbahn sehr unterschiedlich verhalten so dass es der Sicherheit dienlich ist wenn gr ere Folgeabst nde zwischen den Fahrzeugen vorliegen und die Steuerung des Fahrzeugs in solchen Situationen an den Fahrer zu r ckgegeben wird Erfolgt keine Vorabinformation zu Schnee und Eisgl tte so dass das F hrungsfahr zeug das erste Fahrzeug ist das die Gefahrenstelle erkennt ist die Kolonne unverz g lich aufzul sen Aufgrund der oben genannten Gr nde ist eine sichere Kolonnenfahrt nicht mehr gegeben Mit Erkennen der Gefahrenstelle m ssen die Fahrer der Folge fahrzeuge zur bernahme der Fahrzeugsteuerung unmittelbar aber auch sanft akti viert werden um eine schreckhafte bernahmereaktion zu vermeiden Direkt nach Erkennen der Gefahrenstelle unterst tzt der Kolonnenregler weiterhin die Folgefahr zeuge um die Geschwindigke
15. ren daher wie die elektromechanischen Lenksysteme f r die im Folgenden beschrie benen Assistenzsysteme zur Querf hrung bis hin zur vollautomatisierten Querf hrung bestens geeignet Bisher gibt es noch keine reinen Steer by Wire Systeme in Serie Systeme mit mechanischer oder hydraulischer R ckfallebene stehen jedoch kurz vor der Markteinf hrung 2 2 2 Spurf hrungssysteme Bei den Fahrerassistenzsystemen zur Spurf hrung gibt es sowohl passive i d R war nende bzw Aufmerksamkeit erregende Systeme als auch aktive Systeme die den Fahrer durch aktive Eingriffe bei der Querf hrung unterst tzen Sie sollen grunds tzlich verhindern dass ein Fahrzeug unbeabsichtigt vom Fahrstreifen abkommt Winner et al 2012 S 548 Die passiven Systeme haben den Zweck der Fahrerinformation und werden dem Bereich der passiven Sicherheitssysteme zugeordnet Aktive Systeme VuV 2013 38 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik lassen sich sowohl der Fahrzeugf hrung als auch in gewisser Weise der aktiven Si cherheit zuordnen vgl Abbildung 1 auf Seite 16 Die passiven Systeme werden unter dem Begriff Spurhaltewarnsysteme bzw LDW engl Lane Departure Warning zusammengefasst Bei den aktiven Spurhaltesyste men spricht man von LKS engl Lane Keeping Support oder auch von LDP Systemen engl Lane Departure Prevention Die beiden Systemtypen sowie ihre ver schiedenen Auspr gungen und Entwicklungsstufen werden im Folgenden vo
16. 2013a Der Notbrems Assistent in Lkw und Bus Active Brake Assist online verf gbar bei der Daimler AG unter http www daimler com dcecom 0 5 1210220 49 1521413 1 0 0 1210338 0 0 135 0 0 0 0 0 0 0 O html herunterge laden am 02 05 2013 Daimler AG 2013b Intelligent Drive Vernetzt mit allen Sinnen online verf gbar bei der Daimler AG unter http www daimler com dccom 0 5 1597521 49 1597533 1 0 0 1597522 0 0 135 0 0 0 0 0 0 0 O html heruntergeladen am 15 05 2013 Deppe P 2013 Ausblick in die Zukunft Testfahrt im E Klasse Entwicklungsfahrzeug mit innovativen Autobahnpilot online verf gbar bei MB PassionBlog unter http blog mercedes benz passion com 20 13 02 ausblick in die zukunft testfahrt im e klasse entwicklungs fahrzeug mit innovativem autobahnpilot heruntergela den am 19 05 2013 DLR 2008 Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug DLR nimmt Versuchsfunk netz in Betrieb online verf gbar bei DLR unter http www dir de desktop default aspx tabid 79 7421_read 12172 heruntergeladen am 13 05 2013 EG Verordnung Nr 661 2009 Verordnung EG Nr 661 2009 des Europ ischen Par laments und des Rates vom 13 Juli 2009 ber die Typgenehmigung von Kraft fahrzeugen Kraftfahrzeuganh ngern und von Systemen Bauteilen und selb st ndigen technischen Einheiten f r diese Fahrzeuge hinsichtlich ihrer allgemei nen Sicherheit online verf gbar bei EUR Lex unter http eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri OJ L 2009
17. 4 2 Informationserfassung Bei der Car to X Communication sollen f r den Empf nger relevante Informationen bermittelt werden Vorab m ssen diese jedoch erfasst und analysiert werden Da es sich speziell bei der Car to Car Communication um ein aktuelles Entwicklungsthema der Automobilindustrie handelt siehe Kapitel 5 5 ist ber den Inhalt der zu bermit telnden Informationen noch wenig bekannt Daher werden in diesem Kapitel auch ei gene berlegungen ausgef hrt welche Informationen bei der Fahrzeugkommunikation z B in Bezug auf eine Steigerung der Verkehrssicherheit wichtig erscheinen 4 2 1 Informationserfassung mittels Fahrzeugsensorik In heutigen Fahrzeugen wird mithilfe von Sensoren verschiedenster Bauart eine Viel zahl an Informationen ermittelt die in Steuerger ten verarbeitet und zwischen diesen mittels eines Steuerger tenetzwerks z B CAN Bus bertragen werden Im Steuerge r t des Fahrdynamikreglers ESC wird der fahrdynamische Zustand des Fahrzeugs ermittelt und dieser stabil eingeregelt Hierf r kommen f nf verschiedene Sensortypen zum Einsatz e Raddrehzahlsensoren an allen R dern e Lenkradwinkelsensor zur Erfassung des Fahrerwunsches e Gierratensensor zur Erfassung der Drehbewegung des Fahrzeugs um dessen Hochachse e Beschleunigungssensoren f r die L ngs und Querrichtung e Bremsdrucksensoren zur Ermittlung des radindividuellen Bremsdrucks VuV 2013 60 Informationserfassung f r die Fahrzeu
18. Kapazit ts nderung durch Pkw und Lkw Kolonnen Szenario 2 172 VuV 2013 209 Verzeichnisse Abbildung 61 Kapazit ts nderungen durch verschiedene Anteile von Pkw und Lkw Kolonnen Szenario 3 ee energie 173 Abbildung 62 Summenh ufigkeit der Verlustzeiten f r Pkw f r verschiedene Kolonnenanwendungsraten nach Szenario 2 ohne Lkw berholverbot 177 Abbildung 63 Mittlere Reisegeschwindigkeit und Verlustzeit f r Pkw bei verschiedenen Kolonnenanwendungsraten nach Szenario 2 mit Lkw berholverbot 178 Abbildung 64 Mittlere Anzahl der Bremsman ver f r Pkw oben sowie Mittelwert des Beschleunigungseffektivwerts f r Lkw unten bei bestehendem Lkw berholverbot und verschiedenen Kolonnenanteilen u22222424444440000RRRnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennn 179 Abbildung 65 Mittlere Reisegeschwindigkeiten f r Pkw oben und Lkw unten f r steigende Verkehrsst rken und verschiedene Kolonnenanteile mit Lkw BSTHOIWEIDE Dr en ea ne Ra aa RE en eye en st dee 180 Abbildung 66 Ermittlung des Kapazit tsmaximums bei vollst ndiger Kolonnennutzung auf einer 2 streifigen Autobahrn 444444444B0nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 182 Abbildung 67 Reisezeit bei verschiedenen Verkehrsst rken auf dem Einf delstreifen Be en a E A E O E A RA 185 Abbildung 68 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Fahrzeuge Szenario 1 ae
19. R ckschl sse auf den ak tuellen Verkehrszustand zu ziehen und diesen an die Verkehrszentrale oder Navigati onssysteme anderer Fahrzeuge zu melden Des Weiteren erlaubt die berwachung VuV 2013 61 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation und Analyse des Verkehrsraums vor dem Fahrzeug fr hzeitig Unregelm igkeiten o der Ver nderungen im Verkehrsablauf zu erkennen und an andere Verkehrsteilnehmer zu melden die diese Stelle erst kurz darauf erreichen werden So kann beispielsweise vorab auf Geschwindigkeitsbegrenzungen hingewiesen werden sodass nachfolgende informierte Fahrzeuge ihre Geschwindigkeit energieeffizient mittels Schubabschaltung reduzieren k nnen 4 2 2 Informationserfassung mittels Fahrzeugnavigation Navigationsger te fanden in den vergangenen Jahren eine immer gr ere Verbreitung Bei Pkw Neufahrzeugen betr gt die Ausstattungsquote mit festeingebauten Navigati onssystemen etwa 45 Hinzu kommt eine Vielzahl portabler Navigationsger te wo bei sich hier speziell Smartphones einer immer gr eren Beliebtheit erfreuen Durch einen eingebauten GPS Empf nger Global Positioning System und entsprechende Softwarel sungen erf llen sie ebenfalls die Aufgaben eines Navigationssystems Alle angesprochenen Systeme erf llen die Funktionen Ortung Zielauswahl Routenberech nung und Zielf hrung vgl Bosch 2007 EBERTSTRASSE 40 m SCHEIDEMANNSTRASSE E Optionen EBEEK 4P NAVIGON Abb
20. Sichtweite und Helligkeit Niederschlagsart und intensit t Schneeh he Eisdicke oder auch der Restsalzgehalt Je nach Einsatzzweck und rtlichen Gegebenheiten ist nur ein Teil der Umfelddaten zu ermitteln F r die autonome Kolonnenfahrt hilft die Kenntnis der Witterung um beispielsweise die Abst nde zwischen den Fahrzeugen anzupassen So ist es denkbar bei starker N sse die Abst nde zu vergr ern um im Falle einer Gefahrenbremsung Auffahrunf lle zu verhindern Gerade in Bereichen niedriger Fahrbahngriffigkeit spielt die Qualit t der Reifen eine wichtige Rolle und es muss sichergestellt sein dass Kollisionen aufgrund unterschiedlich langer Bremswege vermieden werden Im Falle st rkerer Beeintr chti gungen wie sie durch Schnee und Gl tte auftreten k nnen kann eine Kolonnenaufl sung rechtzeitig eingeleitet werden Nachteilig ist dass die ermittelten Daten nur station r f r den Ort der Messung gelten Speziell bei lokal auftretenden Nebelfeldern kann es hier zu Diskrepanzen kommen Anfang und Ende eines Streckenabschnitts mit erh htem Gefahrenpotential lassen sich nicht so exakt bestimmen wie dies bei der Auswertung von Fahrzeugdaten denk bar ist 4 2 3 2 Verkehrsdaten Daten zum aktuellen Verkehrszustand k nnen auf verschiedene Arten ermittelt und generiert werden In diesem Kapitel sollen einige M glichkeiten kurz vorgestellt wer den die es erlauben R ckschl sse auf den Verkehrszustand auf einem Streckenab s
21. Spanien Institut f r Kraftfahrwesen ika Aachen Deutschland VuV 2013 99 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt und Querf hrung verwendet wird zum Einsatz Ferner m ssen die Voraussetzungen in den Fahrzeugen vorhanden sein um selbstst ndig bremsen beschleunigen und len ken zu k nnen vgl Kapitel 2 und 8 1 Da diese Funktionsumf nge ebenfalls heute in Serie erh ltlich sind konnte darauf verzichtet werden im Rahmen des Projekts teure Zusatzkomponenten zu entwickeln Die Versuchsfahrzeuge unterscheiden sich von modernen Serienfahrzeugen lediglich durch eine angepasste Software und durch die M glichkeit Nachrichten in Echtzeit ber eine drahtlose Netzwerkverbindung WLAN nach 802 11p Standard siehe auch Kapitel 5 5 austauschen zu k nnen Hier werden beispielsweise die Geschwindigkeit des F hrungsfahrzeugs aber auch die Vorgaben f r die Abst nde zwischen den Fahrzeugen bermittelt Nach der Konzeption des Projekts wird das F hrungsfahrzeug konventionell von einem Fahrer gesteuert der jedoch von Fahrerassistenzsystemen unterst tzt wird Im Ge gensatz dazu sollen sich die Folgefahrzeuge v llig autonom bewegen sodass deren Fahrer andere T tigkeiten durchf hren k nnen Beispiele wie lesen telefonieren am Laptop arbeiten essen oder entspannen und Musik h ren zeigt Abbildung 38 Abbildung 38 Alternativt tigkeiten in einer Fahrzeugkolonne Larburu et al 2010
22. Speziell bei Fahrzeugkolonnen spielt eine fr hzeitige Informationen eine wichtige Rolle um die Fahrzeugf hrung des hochautomatisierten Systems im Notfall rechtzeitig an den Fahrer zur ckgeben zu k nnen W hrend beim bermitteln von Verkehrsmeldungen und Notrufen die Informationen weitgehend nur in eine Richtung bertragen werden wird im nachfolgenden Kapitel auf eine M glichkeit der Fahrzeugkommunikation eingegangen bei der ein Fahrzeug so wohl Sender als auch Empf nger von Informationen ist 5 5 Car to X Communication Aus der Forderung nach einer erh hten Verkehrssicherheit und einer effizienteren Nut zung der vorhandenen Stra enkapazit t ergibt sich der Bedarf Nachrichten sowohl zwischen Fahrzeugen als auch zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur auszutau schen vgl Pl l 2008 Ferner k nnte sich das Fahren umweltfreundlicher und kom fortabler gestalten lassen Im Jahr 2012 haben sich hierf r mehrere Fahrzeughersteller und Zulieferer auf einen gemeinsamen Kommunikationsstandard festgelegt vgl Pu denz 2012b In diesem Kapitel soll dieses Kommunikationsverfahren vorgestellt wer den das die Kommunikation zwischen Fahrzeugen als auch zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur in Echtzeit erm glicht Dabei werden die Art des Netzwerks sowie die Anforderungen an ein solches System genannt der Systemaufbau und die Funktions weise beschrieben und auf die Anforderungen bei der Datensicherheit eingegangen Das Kapitel s
23. am Fahrbahnrand stehende Fahrzeuge in uner w nschter Weise mit einer Verz gerung reagieren k nnte Bereits erfasste Fahrzeuge die bei der Objektverfolgung verz gern und zum Stehen kommen k nnen jedoch zu verl ssig erfasst und ber cksichtigt werden Mit den Weiterentwicklungen der Umfeld sensorik z B auch durch Datenfusion und der damit einhergehenden Verbesserung in der Objekterkennung wird es zuk nftig auch m glich sein zuverl ssig auf stehende Objekte zu reagieren vgl Abschnitt 2 1 2 bzw Kapitel 3 5 VuV 2013 23 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Die Methoden zur Zielauswahl haben laut Winner et al 2012 ein sehr hohes Quali t tsniveau erreicht sto en jedoch in verschiedenen Situationen an ihre Grenzen Ein Beispiel ist das bei Winner et al 2012 beschriebene berholdilemma bei dem man sich deutlich langsamer vorausfahrenden Fahrzeugen n hert Da eine Abbremsung komfortabel ausfallen sollte m sste bereits fr h mit der Verz gerung begonnen wer den Andererseits ist es wahrscheinlich dass bei gro en Differenzgeschwindigkeiten das langsamere Fahrzeug berholt werden soll Es besteht also ein Konflikt zwischen einer zu fr hen Systemreaktion wenn das langsamere Fahrzeug berholt werden soll und einer zu sp ten Reaktion wenn ein berholvorgang nicht gewollt oder nicht m g lich ist Eine weitere Schwierigkeit stellen Ein Ausschervorg nge dar Durch Interpre tation z B des Fah
24. das sich mit der Entwicklung von Konzepten und Technologien zum hoch automatisierten Fahren befasst HUD engl Head up Display Blickfeldanzeige Projektion wichtiger Informationen auf die Windschutzscheibe in den direkten Sichtbereich des Fahrers HMI engl Human Machine Interface Mensch Maschine Schnittstelle IEEE engl Institute of Electrical and Electronics Engineers bezeichnet einen Stan VuV 2013 10 Glossar 802 11 HPS Kolonne KONVOI LCDAS LDW LIDAR LKS Lkw LSF ACC Pkw Radar RDS SIM Karte TD sim SARTRE Spur dard f r drahtlose Netzwerke WLAN engl Hydraulic Power Steering hydraulische Lenkkraftunterst tzung In der vorliegenden Arbeit verwendete Kurzform f r die betrachtete autonome Kolonne Definitionen siehe Kapitel 7 1 Projekt zur Entwicklung und Untersuchung des Einsatzes von elektronisch ge koppelten Lkw Konvois gef rdert vom Bundesministerium f r Wirtschaft und Technologie BMWi engl Lane Change Decision Aid System Fahrstreifenwechsel entscheidungsunterst tzungssystem umgangssprachlich auch Spurwechselun terst tzung engl Lane Departure Warning Fahrstreifenverlasswarnung engl Light Detection and Ranging auf Laserpulsen basierendes Messprinzip hnlich Radar engl Lane Keeping Support aktive Spurhalteassistenz Lastkraftwagen Nutzfahrzeug hier auch einschlie lich Reisebusse etc engl Low Speed Following ACC Erw
25. deaktiviert und der Fahrer informiert werden Die Spurhaltesysteme sind f r die automatische Querf hrung in der Kolonne notwen dig Zus tzlich zur Fahrstreifenerkennung kann jedoch auch das vorausfahrende Fahr zeug als Referenz dienen was eine robustere Regelung erm glichen w rde 2 2 2 2 Systemkomponenten und Systemaufbau Sowohl LDW als auch LKS Systeme verwenden bildverarbeitende Systeme siehe auch Kapitel 3 4 um die Fahrstreifenmarkierungen zu erkennen und daraus den be fahrenen Fahrstreifen zu bestimmen Die Fahrstreifenerkennungssysteme beinhalten VuV 2013 40 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik des Weiteren einen Algorithmus zur Auswertung und eine Entscheidungseinheit die letztendlich die Warnung ausgibt bzw den Eingriff auf das Fahrzeug einleitet Da es sich bei der Fahrstreifenerkennung um ein Bildverarbeitungssystem handelt ist die erste Voraussetzung eine erkennbare Fahrstreifenmarkierung Diese darf nicht zu stark verwittert oder z B mit Schnee bedeckt sein Abbildung 12 rechts Hinzu kom men l nderspezifische Unterschiede bei der Art der Fahrstreifenmarkierungen Die Lichtverh ltnisse spielen ebenfalls eine wichtige Rolle z B bei tiefstenender Sonne Abbildung 12 links oder nassen Fahrbahnen im Dunkeln Zwei der erw hnten Bei spiele sind in Abbildung 12 dargestellt Im linken Bild steht die Sonne sehr tief die dunkel reflektierten Fahrbahnmarkierungen werden nicht erkannt stattdessen
26. die h chste Verkehrsst rke erzielt Diese homogene Geschwindigkeit f r Lkw und Pkw ist beispielsweise durch tempor re Tempolimits bei Verkehrsbeeinflussungsanlagen zu erreichen VuV 2013 170 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt m glich Zudem befindet man sich bei derart hohen Verkehrsst rken deutlich im ber gangsgebiet zwischen einem stabilen und einem instabilen Verkehrsfluss vgl Wu 2000 Durch die Kolonnennutzung soll der stabile Bereich erweitert werden F r die Auswertung wird der Schwerverkehrsanteil von 15 stets beibehalten und der Anteil der Fahrzeugkolonnen am Gesamtverkehr variiert Die Kolonnenl nge f r Lkw und Pkw Kolonnen wird in der Berechnung jeweils durch eine mittlere Kolonnenl nge repr sentiert Hierf r werden die Kolonnen unterschiedlicher L nge mit relativen H u figkeiten versehen so dass kurze Kolonnen im Vergleich zu langen Kolonnen tenden ziell h ufiger auftreten siehe auch Anlage 3 F r die Untersuchung werden drei ver schiedene Szenarien definiert e Szenario 1 nur Lkw Kolonnen mit verschiedenen Anwendungsraten e Szenario 2 Pkw und Lkw Kolonnen mit jeweils gleichen Anwendungsraten e Szenario 3 Pkw und Lkw Kolonnen mit unterschiedlichen Anwendungsraten Die Anwendungsrate wird im Folgenden durch eine Zahlenkombination dargestellt Die erste Zahl gibt die Anwendungsrate bei Pkw Anteil Pkw Kolonnen an die zweite Zahl die Anwendungsrate bei Lkw Anteil Lkw Kolonnen
27. glicht ihnen personalisierte Angebote anbieten zu k nnen Zudem m chten sie ausschlie en dass sie von Nutzern betrogen werden Die Exekutive kann bei der Fahrzeugkommunikation bermittelte Informationen bei spielsweise als Kontrolle f r die Einhaltung von Geschwindigkeitsbegrenzungen ver wenden und somit Gesetzes bertretungen verfolgen vgl Pl l 2008 5 5 6 _Forschungsprojekt sim Im Rahmen der Arbeit des Car to Car Communication Consortium wurden in den letz ten Jahren mehrere Forschungsprojekte initiiert Bis Juni 2013 wurde die Car to X Communication im Forschungsprojekt sim erstmals unter Realbedingungen in einem einj hrigen Praxisversuch verifiziert sim steht dabei f r Sichere intelligente Mobilit t Testfeld Deutschland und ist einer der weltweit gr ten Feldversuche Partner von sim sind verschiedene Automobilhersteller Zulieferer Forschungsinstitute sowie f VuV 2013 89 Fahrzeugkommunikation fentliche Einrichtungen Wie auch bei anderen vergleichbaren Projekten steht die Er h hung der Verkehrssicherheit und Steigerung der Leistungsf higkeit des bestehenden Verkehrsnetzes durch Nutzung der Fahrzeugkommunikation im Vordergrund Ein wei teres Hauptziel stellt die Verkn pfung von Car to X Funktionen aus den Bereichen Verkehrseffizienz Fahren und Sicherheit sowie weiteren Diensten dar Insgesamt wird anhand einer Versuchsflotte von 120 Pkw sowie drei Motorr dern die Funktional
28. immer dass das Fahrzeug den Mangel selbst erkennen kann und auch die anderen Kolonnenteilnehmer dar ber informiert werden e Fallbeispiel 1 Ausfall eines Sensors zur Umfeld berwachung e Fallbeispiel 2 Sensordaten liefern falsche Signale e Fallbeispiel 3 Ausfall der C2CC Zun chst sollen Handlungsstrategien betrachtet werden bei denen eines der Folge fahrzeuge von einem Defekt betroffen ist Der Ausfall eines Sensors zur Umfeld ber wachung wie er in Fallbeispiel 1 erw hnt wird kann je nach Sensor zur Folge haben dass beispielsweise der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug nicht mehr korrekt eingeregelt werden kann Fahrstreifenwechsel nicht mehr m glich sind oder die Spur f hrung versagt Bei Erkennen des Fehlers ist unverz glich der Fahrer darauf aufmerk sam zu machen und auf die Fahrzeug bernahme vorzubereiten Gleichzeitig wird eine Meldung ber den bevorstehenden Kolonnenaustritt an den Kolonnenregler im F h rungsfahrzeug gesendet sodass dieser wiederum die Folgefahrzeuge hinter dem be troffenen Fahrzeug informieren kann Um die bergabe der Fahrzeugsteuerung des VuV 2013 152 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt betroffenen Fahrzeugs an den Fahrer zu erleichtern wird der Fahrzeugfolgeabstand vor dem Fahrzeug vergr ert so dass er schlie lich ausscheren kann und die Kolonne verl sst Bei Ausfall eines Sensors zur L ngsregelung kann f r die Zeitdauer in der die Folgeabst nde vergr
29. oder aber um bidirektionale Kommunikation vgl German 2007 Bei der klassischen Kommunikation ist das Fahrzeug beispielsweise Empf nger von GPS Signalen oder von mit dem Radiosignal ausgestrahlten Verkehrsmeldungen Die bidi rektionale Kommunikation ergibt sich aus der Weiterentwicklung der Fahrerassistenz systeme mit dem Ziel des autonomen Fahrens und dem Wunsch Daten mit anderen Fahrzeugen oder der Infrastruktur zu teilen vgl Reif 2010b Die Inter Fahrzeugkommunikation umfasst somit die Car to Car Communication C2CC als auch die Car to Infrastructure Communication C2IC Zusammenfassend wird auch die Bezeichnung Car to X Communication C2XC verwendet vgl Reif 2010b F r die Kommunikation zwischen Fahrzeug und station ren Infrastruktureinrichtungen in Stra enn he wird zum Teil auch der Begriff Car to Roadside verwendet Bei den vor gestellten Begriffen wird meist nicht unterschieden ob das Fahrzeug eine Nachricht an die Infrastruktur sendet oder ob die Infrastruktur Informationen an das Fahrzeug ber mittelt vgl Pl l 2008 Im Rahmen dieser Ausarbeitung werden einige Auspr gungen der Inter Fahrzeugkommunikation vorgestellt Ist dabei von Fahrzeugkommunikation die Rede so ist darunter stets die Inter Fahrzeugkommunikation zu verstehen VuV 2013 70 Fahrzeugkommunikation 5 2 Anwendungsm glichkeiten Aus der Kommunikation zwischen Fahrzeugen beziehungsweise zwischen Fahrzeugen und der Infrastru
30. ol z Siml al 3 2 E el a wel x ge P _ n lt EAMES E 2 lt 8 amp 2 5l O fai D 7 N 7 c 9 lt 7 7 5 ge 2 D D 7 N c 2 3 ec ge a c ce f T o E S E 5 v O 28 D oy D 2 DO 9 D a ol 2 D D 2 D z 2 3 D x O O N c E z Z N ala ee el el leere ul 5 Mi a lt a l z IL z 0 65 0 35 1 40 0 06 0 01 0 09 0 30 0 1 2 25 0 87 Pkw 75 0 40 1 25 0 04 0 009 0 07 0 25 0 1 2 00 0 90 55 0 30 1 70 0 10 0 012 0 12 0 35 0 1 2 50 0 85 0 300 0 35 40 00 1 10 0 009 0 09 0 60 0 0 10 00 0 87 Lkw 350 0 40 36 00 1 00 0 007 0 07 0 50 0 0 9 00 0 90 250 0 30 40 00 1 20 0 012 0 12 0 80 0 0 11 00 0 85 0 300 0 35 18 00 1 10 0 009 0 09 0 45 0 0 10 00 0 87 Bus 350 0 40 22 00 1 00 0 007 0 07 0 40 0 0 9 00 0 90 250 0 30 26 00 1 20 0 012 0 12 0 55 0 0 11 00 0 85 0 Nullfall Oberer Grenzfall Unterer Grenzfall Getroffene Annahmen zur Ermittlung Beschleunigungsverm gen Vernachl ssigung des Reifen Fahrbahn Kraftschlusses Vernachl ssigung dynamischer Achslasten Vernachl ssigung aerodynamischer Effekte Annahme dass durch Automatikgetriebe die bersetzung so gew hlt werden kann dass stets die maximale Motorleistung zur Verf gung steht Annahme dass der
31. r Abst nde und Fahr zeugabmessungen zu verifizieren wird zun chst eine Berechnung mit Pkw und Lkw Einzelfahrzeugen vorgenommen und anschlie end das Ergebnis mit den Werten aus dem Handbuch f r die Bemessung von Stra enverkehrsanlagen HBS verglichen Die Berechnung ergibt f r einen 2 streifigen Autobahnabschnitt eine Kapazit t von 3818 Fz h bei einem angenommen Schwerverkehrsanteil von 15 das HBS sieht hierf r eine Kapazit t von 3800 Fz h vor Die Abweichung der beiden Werte betr gt etwa 0 5 so dass das beschriebene Vorgehen f r weitere theoretische Betrachtungen heran gezogen werden kann Die Eingangsgr en der Berechnung sowie Erl uterungen hierzu sind in Anlage 3 einzusehen Die Kapazit t von 3818 Fz h bildet die Grundlage f r die Darstellung der Kapazit ts nderungen infolge der Kolonnennutzung Es sei je doch darauf hingewiesen dass dieser Wert lediglich einen theoretischen Vergleichs wert darstellt Untersuchungen auf 2 streifigen Autobahnabschnitten haben gezeigt dass vereinzelt Verkehrsst rken zwischen 4000 und 4500 Fz h erreichbar sind Dies ist jedoch nur mit einem h ufigen Unterschreiten des geforderten Sicherheitsabstands 17 Bei einem Zeitbedarfswert von 1 8 bis 2 s pro Fahrzeug ist eine Kapazit t 1800 bis 2000 Ein zel Fz h erreichbar beziehungsweise 3600 bis 4000 Einzel Fz h auf einem 2 streifigen Stre ckenabschnitt 18 Bei einer Geschwindigkeit von 80 km h f r Lkw und Pkw wird gem HBS 2005
32. r die Fahrzeugkommunikation Fahrzeugkommunikation Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt VuV 2013 15 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 2 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Fahrerassistenzsysteme FAS engl ADAS Advanced Driver Assistance Systems haben die Aufgabe den Fahrer bei der Fahrzeugf hrung zu unterst tzen bzw zu ent lasten Reif 2010b Die Definition beinhaltet sowohl einfachere Systeme zur Informa tionsbereitstellung und Komfortsteigerung wie beispielsweise den Tachometer die au tomatische Blinkerr ckstellung oder den elektrischen Anlasser als auch deutlich kom plexere Systeme wie Fahrdynamikregelungen und adaptive Geschwindigkeitsregelun gen Winner et al 2012 Heute werden unter Fahrerassistenzsystemen vor allem Sicherheitssysteme zur Un fallvermeidung sowie Systeme zur Komfortsteigerung verstanden beide mit dem Fern ziel des autonomen Fahrens Weiter wird zwischen aktiven Systemen mit Eingriffen in die Fahrzeugdynamik und passiven d h den Fahrer informierende Systeme unter schieden Bosch 2007 Die Einteilung von auf der elektronischen Fahrzeugrund umsicht basierenden Fahrerassistenzsystemen nach Bosch 2007 bzw Reif 2010b zeigt Abbildung 1 Assistenzsysteme k nnen etwas allgemeiner auch in die Funktions bereiche Stabilisierung Bahnf hrung und Navigation eingeordnet werden vgl Winner et al 2012 Im Hinblick auf die auto
33. sowie f r die meisten Folgefahrten im flie enden Verkehr aus reichend stark zu verz gern Bei schneller Ann herung an ein vorausfahrendes Fahr zeug muss au erdem ein vorhersehbarer Verz gerungsaufbau erreicht werden damit der Fahrer besser einsch tzen kann ob wegen einer nicht ausreichenden ACC Verz gerung eingegriffen werden muss Auch die Funktionsgrenzen sind in ISO 15622 definiert Die minimale Sollgeschwindig keit liegt oberhalb 7 m s bzw 30 km h Tachogeschwindigkeit bei sehr niedrigen Ge schwindigkeiten kleiner 5 m s muss der Fahrer die L ngsf hrung wieder bernehmen Au erdem sind Grenzwerte f r die Mindestzeitl cke sowie das Beschleunigungs bzw Verz gerungsverm gen vorgegeben Des Weiteren hat ein Fahrereingriff stets die oberste Priorit t Zus tzlich zu den genannten Anforderungen stellt die Norm ISO 22179 f r das FSR ACC Full Speed Range ACC weitere Anforderungen an die Folgefahrt und den An halte bzw Haltevorgang vgl ebenfalls Winner et al 2012 Gegen ber dem Stan dard ACC muss das FSR ACC im gesamten Geschwindigkeitsbereich regeln k nnen d h ab bzw bis 0 m s Hierbei ergeben sich vor allem an die Fahrt im Kriechbereich erh hte Anforderungen an die Koordination von Antrieb und Bremse Beim Anhalten muss ein sinnvoller Abstand eingehalten werden und ein sicheres Halten im Stand mit der entsprechenden Betriebsbremse m glich sein Des Weiteren werden Komfort Anforderungen an das Beschleunigung
34. vgl Kapitel 7 2 erst dann eingreifen wenn ein Ausweichman ver nicht mehr erwartet werden kann Die Systeme haben dabei entweder einen schwach oder stark ausgepr gten Bremseingriff mit 30 40 der maximalen Verz gerung Speed Reduction Braking SRB bzw gt 50 der maximalen Verz gerung Die genannten Systeme arbeiten dabei i d R in Verbindung mit der passiven Sicher heitssystemen und techniken zusammen und bereiten die Insassenschutzsysteme auf einen m glichen Unfall vor z B reversible Gurtstraffung f r eine optimale Insassen r ckhaltung Als Beispiel kann hier auf das Pre Safe System von Mercedes Benz verwiesen werden VuV 2013 28 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Notbremssysteme f r Nutzfahrzeuge Die Bremsassistenzsysteme f r Nutzfahrzeuge funktionieren grunds tzlich nach den gleichen Prinzipien wie die bereits beschriebenen Systeme Lediglich die technische Umsetzung des selbstst ndigen Bremskraftaufbaus kann bei Nutzfahrzeugen unter schiedlich ausfallen hydraulisch vs pneumatisch An dieser Stelle sei jedoch noch mals erw hnt dass f r Nutzfahrzeuge in der EU ab November 2013 die Ausstattungs pflicht mit Notbremssystemen beginnt Ein hierf r bereits verf gbares System ist z B der Active Brake Assist 3 von Mercedes Benz der bei Geschwindigkeiten bis 60 km h selbstst ndige Vollbremsungen auch bei stehenden Objekten einleiten kann Daimler AG 2013a 2 1 2 2 Systemkompone
35. 0 7 0m 3 Er Fall 61m 2 Fall Fall 8 im E CURA Gi amp Fall 6 1m Fall 0 Fall 8 0m Fall 0 7 0m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 w 2 13 14 15 16 17 18 19 20 Folgeabstand Fahrzeug 2 Pkws m Folgeabstand Lkw Pkw Folgeabstand bei v 80 km h s 0 p 0 8 und d_S 1 5 m Fall 6 1m Fall EEE A Fall 0 7 1m v 53 es Fall 61m Fall Fall 8 1m D z Fall 0 7 1m lt u Fall 62m Fall 0 Fall 8 im Fall 0 7 1m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 w 2 3 14 15 16 17 18 19 20 Folgeabstand Fahrzeug 2 Pkw m Folgeabstand Bus Pkw VuV 2013 221 Anlagen Anlage 3 Theoretische Kapazit tsanalyse Annahmen und Berechnungsvorgaben Bemerkungen Maximale Verkehrsst rke bei 80 kmh Max Verkehrsst rke bei 60 90 km h vgl Zumwinkel 2004 Schwerverkehranteil auf deutschen Autobahnen zwischen 10 und 15 gew hlt 15 Lkw Kolonnen st rker repr sentieren L nge_Pkw gemittelte L nge von Kompakt und Mittelklasse Fahrzeugen 1 5 s Abstand gew hlt dieser Wert ist zwar kleiner als der Wert f r den halben Tacho 40 m entspricht bei hohen Verkehrsst rken jedoch eher der Praxis Mehrere Gerichte haben in der Vergangenheit Abstand Eku ei 93 93 m einen Sicherheitsabstand der einer in 1 5 s durchfahrenen Strecke entspricht als ausreichend betrachtet u a BayObLG VRS 62 380 OLG K ln VRS 67 286 OLG D sseldorf DAR 78 188
36. 121 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt So 2 Sg 2 A Abbildung 43 Ermittlung des Folgeabstands in Abh ngigkeit von den fahrzeugindivi duellen Reaktions und Bremswegen Daraus ergibt sich die Gleichung f r den Folgeabstand zu S tdr So2 t Sg2 ds bzw dp So2 Sg 2 ds Sg1 mit d Folgeabstand von Fahrzeug 2 zu Fahrzeug 1 Netto Abstand Sgi Bremsweg von Fahrzeug i i 1 2 So2 Reaktionsweg von Fahrzeug 2 ds gew nschter Netto Abstand am Ende der Vollbremsung Damit kann f r jede Fahrzeugkombination der einzuhaltende Folgeabstand ermittelt werden Einfluss auf den Folgeabstand haben haupts chlich die fahrzeugspezifischen Faktoren vgl Abschnitt 8 2 3 2 die Geschwindigkeit sowie der gew hlte Netto Abstand am Ende der Vollbremsung Der zu w hlende Folgeabstand wird jeweils in den Kapiteln 8 2 4 und 8 2 5 betrachtet Wird eine Abbremsung z B durch das Erkennen eines Stauendes oder eines Pannen fahrzeugs rechtzeitig eingeleitet egal ob vom Fahrer oder von Assistenzsystemen so k nnte durch den Not Bremsassistenten eine Abbremsung mit konstanter und einheitlicher Verz gerung durchgef hrt werden da der Abstand zum Hindernis durch die vorhandene Umfeldsensorik erfasst und ausgewertet wurde Ist der verbleibende Weg zum Hindernis nicht mehr ausreichend um vor diesem zum Stehen zu kommen so sollte stets die maximale Verz gerung der Kolonnenfahrzeuge eingestellt werden
37. 200 0001 0001 DE PDF herunter geladen am 28 04 2013 EG Verordnung Nr 347 2012 Verordnung EU Nr 347 2012 der Kommission vom 16 April 2012 zur Durchf hrung der Verordnung EG Nr 661 2009 des Europ i schen Parlaments und des Rates ber die Typgenehmigung von Notbremsassis tenzsystemen f r bestimmte Kraftfahrzeugklassen online verf gbar bei EUR Lex unter http eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri OJ L 2012 109 0001 0017 DE PDF heruntergeladen am 02 05 2013 EG Verordnung Nr 351 2012 Verordnung EU Nr 347 2012 der Kommission vom 23 April 2012 zur Durchf hrung der Verordnung EG Nr 661 2009 des Europ i schen Parlaments und des Rates hinsichtlich der Anforderungen an die Typge nehmigung von Spurhaltewarnsystemen in Kraftfahrzeugen online verf gbar bei EUR Lex unter http eur lex europa eu LexUriServ LexUriServ do uri OJ L 2012 110 0018 0030 de PDF heruntergeladen am 02 05 2013 Euro NCAP 2010 Auszeichnung 2010 BMW Assist Advanced eCall online verf g bar bei Euro NCAP unter http de euroncap com de rewards bmw_assist_adv anced_ecall aspx heruntergeladen am 14 05 2013 Europ ische Kommission 2011 Lebensrettende Notrufsysteme in Pkw bis 2015 onli ne verf gbar bei der Europ ischen Kommission unter http ec europa eu deutschland press pr_releases 10171_de htm heruntergela den am 14 05 2013 Freymann R 2011 BMW Forschungsprojekt Entspannung durch Chauffeur Computer online verf gbar
38. 3 2 Systemkomponenten und Systemaufbau Wichtigster Bestandteil der g ngigen Fahrstreifenwechselassistenten ist die Umfeld sensorik Bei den Serienfahrzeugen kommen entweder Digitalkameras also bildverar beitende Systeme vgl Kapitel 3 4 oder Nahbereichs Radarsensoren vgl Kapitel 3 2 zum Einsatz F r Systeme vom Typ II und Ill kommen lediglich die Radarsensoren in Frage Die Anforderungen an die Umfeldsensorik ergeben sich aus dem gew nsch ten Systemumfang Bei Systemen vom Typ II und Ill muss die Erfassung der sich von hinten ann hernden Fahrzeuge auch deren Fahrstreifen sowie deren Relativgeschwin digkeit ermitteln k nnen da z B Warnungen ber gleichschnelle Fahrzeuge hinter dem eigenen Fahrzeuge nicht zur Fahrerakzeptanz des Systems beitragen 2 2 3 3 Ausblick Verbesserungen bei dem vorgestellten Fahrstreifenwechselassistent sind abh ngig von der Umfeldsensorik Au erdem sind Systeme in der Entwicklung die den Fahrer beim eigentlichen Spurwechselvorgang z T aktiv unterst tzen sollen Die ersten Weiterentwicklungen der LCDA Systeme stellen dabei sogenannte man verbasierte Assistenzsysteme dar die den Fahrer bei entsprechenden Fahrman vern durch Handlungsempfehlungen unterst tzen Habenicht 2012 siehe auch Kapitel 2 3 Das von der TU Darmstadt sowie der Continental AG entwickelte Antikollisionssystem PRORETA geh rt ebenfalls zur Kategorie der man verbasierten Assistenzsysteme das den Fahrer bei berholvorg
39. 4 3000 4 2500 E a 0 3 m s 2000 4 E a 1 0 m s 1500 0 ki 7 g 1000 500 6 7 8 9 Anzahl der Kolonnenteilnehmer Abbildung 56 Zur ckgelegte Wegstrecke bei 120 km h w hrend der Aufl sung einer Pkw Kolonne in Abh ngigkeit der Anzahl der Kolonnenteilnehmer Die Ergebnisse in Abbildung 56 zeigen dass mit den f r die Berechnung getroffenen Annahmen die Kolonne innerhalb akzeptabler Wegstrecken aufgel st werden kann Die zur ckgelegten Wegstrecken bewegen sich dabei von ca 1250 m bis zu 3600 m bei einer schwachen bzw bis zu 3200 m bei einer verst rkten Verz gerung Die st r 1 Es wird dabei vernachl ssigt dass f r die Folgefahrzeuge aufgrund ihrer geringeren Ge schwindigkeit w hrend des Man vers ein geringerer gesetzlich vorgeschriebener Mindestab stand ausreicht Da bei der Berechnung des hier betrachteten Man vers jedoch das erste Fol gefahrzeug hinter dem F hrungsfahrzeug f r die Maximaldauer verantwortlich ist und die Ge schwindigkeit dieses Folgefahrzeugs nur geringf gig von der Kolonnengeschwindigkeit ab weicht entstehen nur kleine Fehler VuV 2013 160 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt kere Verz gerung der Folgefahrzeuge f hrt dazu dass die Folgefahrzeuge ihre Zielge schwindigkeit f r die Man veraufl sung schneller erreichen Zu gro e Verz gerungen k nnen jedoch in einem Zielkonflikt mit Komfort Aspekten resultieren Die Zei
40. 50 Abbildung 50 Seitliche Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne In Anlehnung an Ricardo 2009 VuV 2013 138 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Hierzu kann der Fahrer des orangen Fahrzeugs auf den linken Fahrstreifen wechseln und sich dort zur ckfallen lassen Um diesen Fahrstreifen m glichst schnell wieder freigeben zu k nnen wird der Abstand zwischen dem F hrungsfahrzeug und dem ers ten Folgefahrzeug vergr ert so dass dort der neue Kolonnenteilnehmer platziert wer den kann Im Vergleich zur ersten Handlungsstrategie Abbildung 49 f r die Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers weist die zweite Strategie jedoch einige Nachteile auf So muss das orange Fahrzeug mit verringerter Geschwindigkeit auf den linken Fahrstrei fen wechseln und blockiert dort gegebenenfalls andere Verkehrsteilnehmer solange bis die Integration abgeschlossen ist Der berholvorgang bei der ersten Handlungs strategie kann schneller durchgef hrt werden da das F hrungsfahrzeug weiterhin mit seiner festgelegten Kolonnengeschwindigkeit unterwegs ist Zudem ist das F hrungs fahrzeug bei dieser zweiten vorgestellten Variante dazu gezwungen das Rechts ber holverbot zu missachten Aufgrund der angesprochenen Nachteile wird diese zweite Handlungsstrategie aus Abbildung 50 nicht tiefergehend erl utert Eingangs des Kapitels wurde als Variante 3 f r die Integration eines Pkw in eine reine Pkw Kol
41. Anlehnung an Ricardo 2009 re a ee ges 137 Abbildung 50 Seitliche Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne In Anlehnung an Ricardo 2009 ar Ja Reis 138 Abbildung 51 Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne bei einem weiteren Lkw hinter dem F hrungsfahrzeug In Anlehnung an Ricardo 2009 141 Abbildung 52 Integration eines Lkw in eine gemischte Fahrzeugkolonne In Anlehnung an Ricardo 2009 u a 142 Abbildung 53 Anzeigefeld zur Unterst tzung des Fahrers eines Folgefahrzeugs bei der Entscheidung ber Verbleib oder Austritt aus der Kolonne In Anlehnung an BMW DO TOD N a a E AE a An 145 Abbildung 54 Verlassen einer Fahrzeugkolonne aus dem Inneren der Kolonne In Anlehnung an Ricardo 2009 Sarnen een ei esse hengehehe 156 Abbildung 55 Aufl sen einer Kolonne bei Beendigung der Kolonnenfahrt durch das F hrungsfahrzeug In Anlehnung an Ricardo 2009 444444ssnnnn nn 159 Abbildung 56 Zur ckgelegte Wegstrecke bei 120 km h w hrend der Aufl sung einer Pkw Kolonne in Abh ngigkeit der Anzahl der Kolonnenteilnehmer 160 Abbildung 57 Ausgangszustand vor berholman ver In Anlehnung an Ricardo DIDI ee gehe Bee 163 Abbildung 58 Vergleich zweier Vorgehensweisen beim Fahrstreifenwechsel In Anlehnung an Ricardo 2009 2 20H een 164 Abbildung 59 Kapazit ts nderung durch Lkw Kolonnen Szenario 1 171 Abbildung 60
42. Arbeitszylinder mit seinen zwei Arbeitskammern im Bild rot bzw gelb darge stellt entsprechend gef llt Durch eine unterschiedliche Druckbeaufschlagung resultiert eine Kraft auf den Servokolben der mit der Zahnstange verbunden ist Hierdurch wird zus tzlich zur Bet tigungskraft am Lenkrad eine Kraft auf die Zahnstange ausge bt Eine Weiterentwicklung der HPS stellt die parametrierbare von der Fahrzeugge VuV 2013 35 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik schwindigkeit abh ngige Servolenkung dar Hierdurch werden sowohl Komfort als auch Sicherheit gesteigert Bei der HPS wird die Lenkhelfpumpe wie bereits erw hnt st ndig vom Verbren nungsmotor angetrieben Dadurch ergeben sich vor allem bei Autobahnfahrten hohe Verluste da in diesem Fall kaum Lenkkraftunterst tzung ben tigt wird Abhilfe schafft eine elektrisch angetriebene und damit ansteuerbare Lenkhelfpumpe Diese Systeme sind auch unter der Abk rzung EHPS Electro Hydraulic Power Steering bekannt und haben durch die Ansteuerm glichkeit einen geringeren Energiebedarf als HPS Systeme Bei Nutzfahrzeugen kommen nach wie vor HPS Systeme zum Einsatz wobei auch hier seit 2013 das erste EHPS System im Mercedes Benz Arocs eingesetzt wird zus tzlich zur vorhandenen hydraulischen Lenkkraftunterst tzung Dadurch k nnen aus dem Pkw bekannte Assistenzfunktionen wie eine aktive Lenkr ckstellung sowie eine ge schwindigkeitsabh ngige Lenkkraftunterst tzung u
43. Das F hrungsfahrzeug kann entweder durch ausgebilde F F te Fahrer mit der Unterst tzung von Assistenzsystemen wie ACC und LKS assistiert oder teilautomatisiert gesteuert werden vgl Bergenhem et al 2010 und BMWI 2009 oder in Zukunft ebenfalls selbst ndig hoch oder vollautomatisiert fahren eine genaue Festlegung ist f r die vorliegende Arbeit nicht notwendig Bei Bergenhem et al 2010 werden nur Lkw als F hrungsfahrzeug be trachtet da die Fahrzeugf hrer speziell ausgebildet werden sollen In dieser Arbeit werden jedoch auch Busse und Pkw als m gliche F h rungsfahrzeuge betrachtet siehe Abschnitt 8 2 Folgefahrzeug FoF Ein Fahrzeug hinter dem F hrungsfahrzeug das durch dieses gef hrt wird Das Folgefahrzeug verf gt ber die notwendige Technik und Um feldsensorik die eine hochautomatisierte L ngs und Querf hrung er m glichen Sonstiges Fahrzeug SF Ein Fahrzeug Lkw Bus oder Pkw das momentan nicht Bestandteil einer Kolonne ist im Folgenden auch als nicht gekoppelter Verkehr be zeichnet Bei entsprechender Ausstattung kann das sonstige Fahrzeug ggf einer Kolonne als Folgefahrzeug beitreten oder als F hrungsfahr zeug eine neue Kolonne bilden Folgeabstand Der Abstand zwischen den Fahrzeugen einer Kolonne Netto Abstand von der hinteren Sto stange des vorausfahrenden Fahrzeugs zur vorde ren Sto stange des hinterherfahrenden Fahrzeugs Im Gegensatz zum ACC wird dieser
44. Ein Auffahren der Folgefahrzeuge wenn auch mit geringen Geschwindigkeitsunter schieden w re dann allerdings nicht mehr auszuschlie en Um dies zu verhindern besteht ggf noch die M glichkeit eines autonom durchgef hrten Ausweichman vers beginnend bei den f hrenden Fahrzeugen der Kolonne Dabei muss durch die Umfeldsensorik und C2C Communication eine Kollision mit anderen Fahrzeugen aus geschlossen werden Durch das Ausweichman ver der vorderen Fahrzeuge haben VuV 2013 122 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt dann wiederum auch die folgenden Fahrzeuge einen l ngeren Bremsweg zur Verf gung um Kollisionen zu vermeiden Zu ber cksichtigen sind auch noch Aspekte wie z B ein sich ndernder Kraftschluss beiwert entlang des Bremsweges bedingt durch z B berfrierende N sse oder Aqua planing auf die aber in dieser Arbeit nicht weiter eingegangen wird 8 2 4 Betrachtung homogener Kolonnen Wie zu Beginn von Kapitel 8 2 erw hnt wird im Folgenden zuerst eine homogene Ko Ionnenzusammensetzung betrachtet Es wird jeweils auf die maximale Fahrzeuganzahl und die fahrdynamischen Grenzen also Folgeabstand und zul ssige Beschleuni gungswerte eingegangen Zudem werden f r jeden Kolonnentyp kurz m gliche Kon zepte vorgestellt 8 2 4 1 Lkw Kolonnen In Verbindung mit der Ausstattungspflicht von ACC Notbrems und Spurhalteassisten ten w re der technische Weg zur K
45. Einf delstreifens und der nied rigsten Wunschgeschwindigkeit des jeweiligen Fahrzeugtyps dar VuV 2013 185 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt In der nachfolgenden Abbildung 68 sind die Ergebnisse f r die Auswertung von Szena rio 1 dargestellt Dabei wird der Anteil der Lkw Kolonnen auf der Hauptfahrbahn vari iert Pkw Kolonnen sind nicht vorgesehen Das obere Diagramm zeigt die mittleren Reisezeiten einfahrender Pkw und Lkw w hrend im unteren Diagramm der Anteil der blockierten Fahrzeuge dargestellt ist E Reisezeit einfahrender Pkw E Reisezeit einfahrender Lkw mittlere Reisezeit s 0 25 0 50 0 75 Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen m Anteil blockierter Pkw E Anteil blockierter Lkw N Ka Anteil blockierter Fahrzeuge 8 8 0 25 0 50 0 75 Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen Abbildung 68 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Fahrzeuge Szenario 1 Die Auswertung f r Szenario 1 zeigt eine ansteigende Tendenz der Reisezeiten bei einer Steigerung des Anteils der Lkw Kolonnen Dies trifft f r Lkw und Pkw zu Lkw weisen aufgrund ihrer im Mittel geringeren Wunschgeschwindigkeit und des geringeren Beschleunigungsverm gens generell h here Reisezeiten auf Mit einem wachsenden Anteil an Lkw Kolonnen nimmt der Platzbedarf von Lkw auf dem rechten Fahrstreifen VuV 2013 186 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt ab Die entst
46. Fahrstreifen nicht unn tig zu blockieren sollte das Fahrzeug das die Kolonne ver l sst die anderen Kolonnenteilnehmer berholen Bei einem Lkw Austritt ist aufgrund der geringen Geschwindigkeitsdifferenzen zu ande ren Lkw ein kooperatives Verhalten der Kolonne notwendig d h dass die Kolonnen geschwindigkeit auf Vorgabe des Kolonnenreglers kurzzeitig reduziert wird So k nnen VuV 2013 155 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt die sogenannten Elefantenrennen vermieden werden Das selbige Vorgehen ist auch n tig wenn eine Kolonne bereits mit der zul ssigen H chstgeschwindigkeit auf dem befahrenen Streckenabschnitt unterwegs ist Es muss dem ehemaligen Kolonnenteil nehmer erm glicht werden den berholvorgang ohne berschreitung des Tempolimits in einem sinnvollen zeitlichen Rahmen abzuschlie en Abbildung 54 Verlassen einer Fahrzeugkolonne aus dem Inneren der Kolonne In Anlehnung an Ricardo 2009 VuV 2013 156 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Theoretisch ist es bei Variante 2 auch denkbar dass ein Folgefahrzeug die Kolonne ohne vorherige Vergr erung des Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug verl sst Der Fahrer muss dabei die Querregelung beziehungsweise den Fahrstreifenwechsel des Fahrzeugs bernehmen w hrend die L ngsregelung noch aktiv bleibt Dies ist deshalb notwendig da in den hier betrachteten Handlungsstrategien die L ngsrege lun
47. Flugzeugen ggf sinnvoll Wie anhand der in diesem Abschnitt kurz dargestellten Aspekte deutlich wird besteht bei den gesetzlichen Regelungen bez glich hoch und vollautomatisierten Fahrzeuge ein dringender Kl rungsbedarf Hier sollten Gesetzgebung sowie Industrie und For schung noch st rker kooperieren Jedoch nicht nur im Hinblick auf die rechtlichen Rahmenbedingungen sondern auch im Hinblick auf Themen wie die Standardisierung von kooperierenden Fahrerassistenzsystemen gibt es noch Handlungsbedarf wie im folgenden Abschnitt dargestellt wird 7 3 Technische Aspekte f r die autonome Kolonnenfahrt Neben den bereits aufgef hrten rechtlichen Randbedingungen sind auch zahlreiche technische Aspekte zu ber cksichtigen um eine autonome Kolonnenfahrt auf Auto bahnen zu erm glichen Eine erste Anforderung sollte sein dass die Kolonnen keine nderungen an der Stra eninfrastruktur erfordern z B Sonderfahrstreifen da diese einer Einf hrung des Systems aus wirtschaftlichen Gr nden entgegenst nden Hieraus ergibt sich wiederum dass die Kolonnen mit dem nicht gekoppelten Verkehr interagie ren k nnen m ssen siehe Abschnitt 9 2 F r eine Zulassung gilt dass das Risiko f r alle Verkehrsteilnehmer durch die autono men Systeme nicht h her sein darf als ohne diese Systeme Die Absicherung dieser Vorgabe ist wahrscheinlich die gr te Herausforderung f r die Zulassung autonomer Systeme da die bisher bekannten Testman ver keine w
48. In Anlehnung an Habenicht 2012 S 7 und 8 Ein Beispiel f r Assistenzsysteme auf der Perzeptionsebene ist die Spurverlasswar nung LDW Assistenzsysteme die die Perzeptions und Kognitionsebenen abdecken unterst tzen den Fahrer durch Handlungsempfehlungen und werden z B bei Habe nicht 2012 und Winner et al 2012 als man verbasierte Assistenzsysteme bezeich VuV 2013 46 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik net siehe Abschnitt 2 3 1 Assistenzsysteme die alle drei Ebenen abdecken k nnen Man ver z B nach Beauftragung durch den Fahrer autonom durchf hren kooperative Fahrzeugf hrung oder es handelt sich bereits um vollautomatisiert fahrende Fahrzeu ge siehe Abschnitt 2 3 2 2 3 1 Man verbasierte Fahrerassistenzsysteme Man verbasierte Assistenzsysteme unterst tzen den Fahrer bei der Bahnf hrung des Fahrzeugs also sowohl bei der L ngs als auch bei der Querf hrung durch Hand lungsempfehlungen Habenicht 2012 Hierzu z hlen z B die in Kapitel 2 2 3 3 vorge stellten Fahrstreifenwechselassistenzsysteme aber auch Systeme zur Parkf hrung usw Bei diesen Systemen spielt die Mensch Maschine Schnittstelle HMI eine be deutende Rolle da der vom Fahrer zu verarbeitende Informationsfluss stetig gr er wird Die Interaktion kann ber den visuellen den akustischen und den haptischen Kanal erfolgen vgl Reif 2010b F r die autonome Kolonnenfahrt k nnen die man verbasierten Fahrerassisten
49. Nutzfahrzeuge ab dem Jahr 2013 bzw 2015 mit Spurhaltewarnsystemen ausgestatten werden m ssen Auf die verschiedenen Systeme und Systemauspr gungen wird in den Abschnitten 2 2 2 und 2 2 3 eingegan gen VuV 2013 34 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 2 2 1 Lenksysteme In Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen kommen zwei wesentliche Arten der Hilfskraftlenkungen zum Einsatz die hydraulische sowie die elektromechanische Lenkkraftunterst tzungen Bei mittel Jschweren Nutzfahrzeugen kommen aufgrund der hohen Lenkkr fte i d R nur voll hydraulische Lenkungen zum Einsatz Bei Pkw hat sich die Zahnstangenlenkung durchgesetzt bei Nfz werden dagegen vor allem Kuge lumlauflenkungen verwendet Auf eine Beschreibung der konstruktiven Details wird an dieser Stelle jedoch verzichtet 2 2 1 1 Hydraulische Hilfskraftlenkungen Hydraulische Hilfskraftlenkungen HPS engl Hydraulic Power Steering sind wie eingangs erw hnt sehr weit verbreitet Die einzelnen Komponenten einer hydrauli schen Zahnstangenservolenkung sind in Abbildung 9 zu sehen lbeh lter Lenkhelfpumpe Lenkventil Arbeitszylinder Servokolben Lenkritzel g Zahnstange Abbildung 9 Konzept einer hydraulischen Zahnstangenservolenkung Winner et al 2012 S 288 Bei den HPS wird die Lenkhelfpumpe st ndig vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben Durch die Drehung des Lenkrads werden die Lenkventile angesteuert und somit der
50. Querf hrung wird auf die beschriebenen Systeme in Kapitel 2 sowie auf diverse Projekte wie KONVOI und SARTRE verwiesen 8 1 2 Wirkkreis der Kolonnenfahrt Die im vorhergehenden Abschnitt vorgestellten Module k nnten wie in Abbildung 40 dargestellt zu einem Wirk bzw Regelkreis des Gesamtsystems aufgebaut werden Die Informations bertragung zwischen den Fahrzeugen und ggf zwischen den Fahrzeu gen und der Infrastruktur erfolgt dabei stets ber C2C bzw C2l Communication vgl Kapitel 5 5 ber das HMI kann vom Fahrer des F hrungsfahrzeugs die Sollgeschwindigkeit in einem gewissen Rahmen vgl Abschnitt 8 2 vorgegeben werden Eine weitere M g lichkeit ist das Verwalten der Kolonne wenn sonstige Fahrzeuge sich der Kolonne an schlie en oder Folgefahrzeuge diese verlassen wollen F hrt das F hrungsfahrzeug nicht autonom bzw wird es von einem Fahrer gesteuert so k nnten ber das HMI auch Umfeld Informationen dargestellt werden die den Fahrer z B ber die M glich keit eines Fahrstreifenwechsels informieren wobei hierzu die Informationen von der Umfeldsensorik aller Fahrzeuge der Kolonne gesammelt und ausgewertet werden k nnten Des Weiteren k nnten die Fahrer der F hrungsfahrzeuge sich z B ber das VuV 2013 112 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt HMI abmelden und den Entkoppelungsvorgang einleiten Je nach System k nnte hier zu ein man verbasiertes Assistenzsystem oder ein
51. Schadensvermeidung un bedingt eine maximale Geschwindigkeitsreduktion anzustreben Um jedoch eine Ab stimmung der Kolonnenteilnehmer bez glich ihrer L ngsregelung auch w hrend der Bremsung zu erm glichen bleiben sie bis zum Ende des Fahrman vers miteinander verbunden Es ist zudem denkbar dass Fahrzeuge selbst ndig ein Ausweichman ver durchf hren sofern der Fahrer noch nicht reagiert hat und eine Kollision unausweich lich erscheint Sollte dabei die Einheit der Kolonne getrennt werden so ist die Kolon nenfahrt f r die zur ckgebliebenen Fahrzeuge beendet 9 2 3 Interaktion an Ein und Ausfahrten Ein reibungsloser Ablauf der Kolonnenfahrt in Verbindung mit der Interaktion mit ande ren Verkehrsteilnehmern an Ein und Ausfahrten stellt eine gro e Herausforderung dar Je nach L nge der Fahrzeugkolonne kann diese beispielsweise fast den gesamten Einf delbereich blockieren und somit einfahrende Fahrzeuge zum Abbremsen zwin gen Bei Einsatz eines kooperativen Systems m ssten Geschwindigkeitsdifferenzen ausgeglichen werden falls ein Lkw einf deln m chte der sich neben einer Pkw Kolonne befindet Eine weitere Herausforderung ist insbesondere die Interaktion mit Fahrzeugen die ber keine Kommunikationsm glichkeit verf gen Ohne geeignete regelungstechnische Ma nahmen kann es daher im Bereich von Ein und Ausfahrten zu kritischen Fahrman vern kommen die es auch aus Gr nden der allgemeinen Ak zeptanz f r Fahrzeugkolonnen
52. Schlupfwerte bei Temperaturen ber dem Gefrierpunkt in Verbindung mit dem Signal des Scheibenwi schers oder eines Regensensors lassen R ckschl sse auf Aquaplaning zu Ferner k nnen eingeschaltete Nebelscheinwerfer und Nebelschlussleuchten Informationen zu aktuellen Sichtbedingungen geben Je nach Art der erfassten Information muss festgelegt sein wann eine Nachricht an die anderen Verkehrsteilnehmer gesendet wird So ist beispielsweise ein einzelnes lang sames Fahrzeug mit eingeschalteten Nebelscheinwerfern kein eindeutiges Indiz auf schlechte Sichtverh ltnisse auf einem bestimmten Streckenabschnitt w hrenddessen eine Benachrichtigung ber eine Notbremsung eines einzelnen vorausfahrenden Fahr zeugs bereits sinnvoll sein kann Die im vorangehenden Abschnitt erw hnten Gr en zur Informationsgewinnung liegen in heutigen Fahrzeugen als Signale im CAN Bus und in den entsprechenden Steuerge r ten vor Sie m ssen dort abgegriffen werden so dass je nach Relevanz Meldungen f r andere Verkehrsteilnehmer oder die Infrastruktur generiert werden k nnen Dar ber hinaus verf gen Fahrzeuge die mit verschiedenen Fahrerassistenzsystemen zur L ngs und Querf hrung ausgestattet sind ber weitere M glichkeiten Informatio nen zu erfassen Die Sensorik erlaubt eine berwachung des Fahrzeugumfelds wo raus Abst nde und Relativgeschwindigkeiten zu anderen Verkehrsteilnehmern ermittelt werden siehe auch Kapitel 2 und 3 Hierbei ist es denkbar
53. Umgebung die Bildquelle auf einem Bildsensor engl Imager Bildwandler abgebildet Auf diesem wird das Licht in elektrische Ladung ge wandelt und kann dann elektronisch weiterverarbeitet werden Bei Fahrerassistenzsys temen geht es entweder darum Bilder z B f r Nachtsichtsysteme m glichst kontrast reich darzustellen oder Informationen aus der Bildverarbeitung zu gewinnen bei spielsweise f r eine Verkehrszeichenerkennung oder einen Spurhalteassistenten Reif 2010b Die M glichkeiten der Bildverarbeitung sind in Abbildung 19 zusammengefasst F r die autonome Kolonnenfahrt d rften in erster Linie die Stufen der Detektion Erkennung und Messung relevant sein F r die Verkehrszeichen und Spurerkennung sind Monokameras ausreichend Bei der Spurerkennung werden die Kontrastunterschiede zwischen Stra enbelag und Spur markierung ausgewertet vgl Reif 2010b Stereokameras liefern gegen ber Mono kameras auch die Tiefeninformationen zum aufgenommenen Bild Winner et al 2012 Durch Kamerasysteme k nnen andere Umfeldsensoren sinnvoll erg nzt werden Vor allem die Objektdetektion erm glicht es die Gr e von den z B durch das Radar er fassten Objekten besser abzusch tzen Auf die Datenfusion verschiedener Umfeld sensoren wird in Abschnitt 3 5 kurz eingegangen VuV 2013 55 Sensorik f r die Umfelderfassung i i Szenen Interpretation a Verkehrsteilnehmer interpretation Objekt Klassifikation Pkw Nkw Fu
54. Winner et al 2012 Diese sind i d R l nderspezifisch gere gelt basieren in ihrer Grundform jedoch h ufig auf dem Wiener bereinkommen ber VuV 2013 105 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt den Stra enverkehr W StV von 1968 Entsprechend dem damaligen Stand der Technik konnten die heute verwendeten und die hier betrachteten Fahrerassistenzsys teme nicht ber cksichtigt werden Im Hinblick auf Fahrerassistenzsysteme im Allgemeinen sowie auf autonome Fahrzeu ge im Speziellen sind vier Vorschriften des W StV siehe W StV 1968 besonders relevant wie sie auch bei Winner et al 2012 aufgef hrt werden e Artikel 1 lit v W StV F hrer ist jede Person die ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug Fahrr der eingeschlossen lenkt e Artikel 8 Abs 1 W StV Jedes Fahrzeug und miteinander verbundene Fahr zeuge m ssen wenn sie in Bewegung sind einen F hrer haben e Artikel 8 Abs 5 W StV Jeder F hrer muss dauernd sein Fahrzeug beherr schen oder seine Tiere f hren k nnen e Artikel 13 Abs 1 W StV Jeder Fahrzeugf hrer muss unter allen Umst nden sein Fahrzeug beherrschen um den Sorgfaltspflichten gen gen zu k nnen und um st ndig in der Lage zu sein alle ihm obliegenden Fahrbewegungen auszu f hren Bis auf wenige Ausnahmen wird die Ansicht vertreten dass nach dem Wiener ber einkommen autonom fahrende Fahrzeuge nicht zul ssig s
55. an die f r die Abstandsregelung ben tigte Umfeldsensorik d rften geringer sein als f r ein Standard FSR ACC da f r die Kolonnenfahrt nur der Nahbe reich und der Au enbereich nach den Definitionen in Tabelle 1 Seite 53 relevant ist F r die Querf hrung innerhalb der Kolonne kommen verschiedene Ans tze in Betracht Eine erste M glichkeit w re dass die Lenkwinkel des F hrungsfahrzeugs mit einem geschwindigkeits und abstandsabh ngigen Zeitverzug vom Folgefahrzeug umgesetzt werden Dies h tte den Vorteil dass theoretisch keine Umfeldsensorik zur Erfassung des Fahrstreifens notwendig w re Kritisch sind jedoch unter anderem das Zeitverhal ten bei der Informationsverarbeitung sowie die fahrzeugindividuelle Umsetzung des Lenkwinkels Hinzu kommt dass die exakte Position hinter dem F hrungsfahrzeug bekannt sein muss Diese Variante der Querf hrung ist daher eher ungeeignet f r die Kolonnenfahrt Eine weitaus n herliegende Variante w re die Verwendung der in Kapi tel 2 2 2 vorgestellten Spurf hrungssysteme die auf der videobasierten Fahrstreifener kennung aufbauen Nachteilig sind jedoch die bekannten Schwierigkeiten bei der Fahr VuV 2013 111 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt streifenerkennung die einen Eingriff des Fahrers in die Querf hrung notwendig ma chen k nnte Abhilfe k nnte eine Erfassung und Verfolgung des vorausfahrenden Fahrzeugs z B mittels Stereokamera schaffe
56. auch eine Reduzierung des Spritver brauchs ein Am Projektende war die Entwicklung so weit vorangeschritten dass meh rere Pkw an einer Fahrzeugkolonne teilnehmen und ber eine Strecke von etwa 200 km zuverl ssig einem Lkw folgen konnten Das entwickelte Konzept zur Kolonnenfahrt sieht vor dass ein Fahrzeug mit einem ausgebildeten Fahrer als Kolonnenf hrung fungiert und sich andere Fahrzeuge dahin ter elektronisch ankoppeln Hierzu positioniert der Fahrer sein Fahrzeug hinter einer Kolonne und teilt seinem Fahrzeug mit dass er der Kolonne beitreten m chte Darauf hin bernimmt das Fahrzeug die L ngs und Querf hrung Als F hrungsfahrzeuge sind im Rahmen des Projekts Lastkraftwagen vorgesehen siehe Abbildung 37 da man professionellen Lkw Fahrern am ehesten die bernahme der Verantwortung f r die Kolonne zutraut Abbildung 37 Road Train bestehend aus Lkw und Pkw SARTRE 2013 Um Fahrfehler dennoch zu vermeiden muss auf geeignete Sensorik und Fahrerassis tenzsysteme zur ckgegriffen werden die beispielsweise ein Abkommen des F hrungs fahrzeugs von der Fahrbahn inklusive der Folgefahrzeuge verhindern F r die Kopp lung der Fahrzeuge kommt heutige Sensortechnik Kameras Radarsysteme und La sersensoren wie sie auch im Zusammenhang mit den Assistenzsystemen zur L ngs Kooperationspartner SARTRE Ricardo Gro britannien Volvo Car Corporation and Volvo Technology Schweden Applus Idiada und Tecnalia
57. bei BASt de unter http www BASt de nn_42254 DE Publikationen Regelwerkeitls tls 2012 html heruntergeladen am 14 05 2013 TomTom 2013a Navigation app f r Android online verf gbar bei TomTom unter http www tomtom com de_de products car navigation tomtom navigation for android index jsp heruntergeladen am 08 05 2013 TomTom 2013b TomTom HD Traffic Vorteile online verf gbar bei TomTom unter http www tomtom com de_de services live hd traffic tab tab2 heruntergeladen am 14 05 2013 Treiber M Kesting A 2010 Verkehrsdynamik und simulation Daten Modelle und Anwendungen der Verkehrsflussdynamik Vieweg Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH VDE com 2013 Funktionale Sicherheit Was ist funktionale Sicherheit online ver f gbar bei VDE com unter http www vde com de technik fs seiten fs aspx her untergeladen am 19 05 2013 Viehmann S 2010 Happy Birthday Cruise Control 50 Jahre Tempomat online verf gbar bei S ddeutsche de unter http sz de 1 293867 heruntergeladen am 24 04 2013 Vogt W 2012 Wirkungsanalysen f r Anlagen des Stra enverkehrs Skript der Uni versit t Stuttgart Institut f r Stra en und Verkehrswesen Lehrstuhl f r Stra en planung und Stra enbau Wintersemester 2012 2013 Seite 3 10 Wiehen C 2013 Technik ist schneller als die Gesetze ATZ Automobiltechnische Zeitschrift Heft 05 Mai 2013 115 Jahrgang S 372 374 Springer Vieweg Springer
58. bei SPIEGEL ONLINE unter http www spiegel de auto aktuell ipmw forschungsprojekt entspannung durch chauffeur computer a 783577 html heruntergeladen am 19 05 2013 VuV 2013 213 Verzeichnisse Gajek H 2011 Wenn Fahrzeuge direkt miteinander sprechen online verf gbar bei Communicar unter http www communicar de magazin news wenn_fahrzeuge _ direkt_miteinander_sprechen html heruntergeladen am 14 05 2013 Gasser T M 2012 Rechtliche Bez ge intelligenter Fahrzeugsysteme Braun schweiger Verkehrskolloguium 02 Februar 2012 online verf gbar bei DLR unter http www sachverstaendigentag21 de svt2008 downloads 2 _Vertrag_ _Prof _ Kempen _ _Praesentation pdf heruntergeladen am 10 05 2013 German R 2007 Fahrzeugkommunikation berblick Intra Inter Fahrzeug Kommunikation online verf gbar bei der Universit t Erlangen N rnberg unter http www informatik uni erlangen de ksjh teaching 07S fk f pdf FK Intro pdf heruntergeladen am 14 05 2013 Goppelt G 2012 Road Train Im Konvoi ber die Autobahn online verf gbar bei Heise unter http www heise de autos artikel Road Train im Konvoi ueber die Autobahn 1586799 html heruntergeladen am 19 05 2013 Habenicht S 2012 Entwicklung und Evaluation eines man verbasierten Fahrstrei fenwechselassistenten Dissertation an der Technischen Universit t Darmstadt Fachbereich Maschinenbau Darmstadt Haken K L 2008 Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik
59. bei den Projekten KONVOI siehe z B BMWI 2009 SARTRE vgl Bergenhem et al 2010 usw zu finden Unter einer autonomen Kolonne wird in dieser Arbeit eine Gruppe von zwei oder mehr Fahrzeugen verstanden die durch elektronische Systeme miteinander verbun den sind bzw in Kommunikation stehen Die L ngs und Querf hrung der Kolonne soll mindestens bei den Folgefahrzeugen hochautomatisiert durchgef hrt werden wodurch die Folgefahrzeuge dem F hrungsfahrzeug in geringerem Abstand als dem aktuell vorgeschriebenen Sicherheitsabstand Halber Tacho Regel folgen k nnen Verein facht wird in dieser Arbeit auch nur der Begriff Kolonne verwendet Des Weiteren werden grundlegende Fahrman ver definiert die die autonome Kolon nenfahrt betreffen Die Beschreibungen hierzu sind in dieser oder hnlicher Form ebenfalls bei Bergenhem et al 2010 zu finden Tabelle 3 auf Seite 105 Die Man ver werden zum Teil in den folgenden Abschnitten betrachtet VuV 2013 103 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt Begrifflichkeit Erkl rung Kolonne Eine autonome Kolonne besteht aus einem F hrungsfahrzeug und einem oder mehreren Folgefahrzeugen Die Fahrzeuge sind elektronisch ber C2CC verbunden und verf gen f r die Kolonnenfahrt ber die not wendige Umfeldsensorik vgl Bergenhem et al 2010 F hrungs Fahrzeug in Front der Kolonne das f r die F hrung der Kolonne ver fahrzeug antwortlich ist
60. den Nachteil auf dass sich von hinten n hernde Fahrzeuge w hrend des Fahrstreifen wechselvorgangs neben der Kolonne platzieren k nnten wodurch der geplante Fahr streifenwechsel einiger Folgefahrzeuge verhindert wird Bei Fahrzeugen mit Kommuni kationsm glichkeit k nnen die Fahrer auf die Fahrzeugkolonne aufmerksam gemacht werden so dass sie sich kooperativ verhalten k nnen Aufgrund der geringen Fahr zeugfolgeabst nde ist die Kolonne zwar auch f r Fahrer sonstiger Fahrzeuge ohne Kommunikationsm glichkeit erkennbar aber es ist nicht davon auszugehen dass jeder Fahrer darauf reagiert und hinter dem letzten Folgefahrzeug zur ckbleibt Um Kollisio VuV 2013 163 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt nen zu vermeiden ist das Fahrzeugumfeld der Folgefahrzeuge st ndig durch die Sen sorik zu berwachen und bei Bedarf der Fahrstreifenwechsel zu unterbinden Durch die Regelung des ACC und des Spurhalteassistenten bleiben die Fahrzeuge weiterhin sicher gef hrt Da in der betrachteten Systemkonfiguration jedoch kein vollautomati siertes Fahren inklusive vollautomatisierter Fahrstreifenwechsel m glich ist muss die Kolonnenteilnahme in dieser Situation beendet und die Fahrzeugsteuerung an den Fahrer zur ckgegeben werden Abbildung 58 Vergleich zweier Vorgehensweisen beim Fahrstreifenwechsel In An lehnung an Ricardo 2009 Um derartige Komplikationen zu vermeiden ist deshalb eine Handlungsst
61. den Automobilbereich vor allem die ISO Norm 26262 Road vehicles Functional safety relevant ist Ein weiterer Aspekt der ebenfalls in das Gebiet der Sicherheit f llt ist die Bedienung des Systems durch den Menschen Dabei stellen sich einerseits die Frage nach der Steuerung bzw berwachung des F hrungsfahrzeugs und andererseits die Frage nach den Folgen durch Fahrereingriffe in den Folgefahrzeugen w hrend der Kolonnen fahrt Das F hrungsfahrzeug wird in der ersten Entwicklungsstufe i d R manuell durch einen Fahrer gef hrt werden der durch Assistenzsysteme wie ACC und LKS unter st tzt wird wie auch z B bei den Projekten KONVOI und SARTRE Um die Sicherheit der Kolonne und der anderen Verkehrsteilnehmer sicherzustellen sollten die Fahrer von F hrungsfahrzeugen geschult werden Des Weiteren m ssen Situationen betrach tet werden die durch Fehler beim F hrungsfahrzeug bzw dessen Fahrer entstehen z B wenn dieses von der Stra e abkommt siehe Abschnitt 9 Sehr komplex gestaltet sich auch das Verhalten der Kolonne bei Fahrereingriffen in die Fahrzeugf hrung der Folgefahrzeuge wobei die anderen Folgefahrzeuge entspre chend auf die Situation reagieren m ssten z B durch Vergr ern des Folgeabstan des Bei SARTRE wird um ein bewusstes Fehlverhalten der Fahrer zu vermeiden ein finanzielles Strafsystem vorgeschlagen vgl Robinson et al 2010 Aufgrund der Komplexit t und dem Umfang der Sicherheitsthematik kann
62. der Radbremsen ist damit rein elektrisch umgesetzt Dies hat den gro en Vorteil dass Fahrerassistenzsysteme deutlich einfacher umgesetzt werden k nnen Durch die feh lende mechanische hydraulische Kopplung ist das EMB im Crashfall sicherer und kann au erdem ergonomischer gestaltet werden Zudem wird keine Bremsfl ssigkeit mehr ben tigt und das EMB kommt durch die energetische Entkopplung des Fahrers vom Bremskreis ohne Bremskraftverst rker aus was f r den Fahrzeughersteller Vorteile bei der Handhabung in der Montage sowie im Fahrzeug Packaging bringt Durch den fehlenden mechanischen hydraulischen Durchgriff vom Bremspedal zur Radbremse m sste das System aus Gr nden der aktuellen Gesetzgebung vollst ndig VuV 2013 32 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik zweikreisig aufgebaut werden also inklusiver zweiter Bordnetzversorgung und zwei ter bertragungseinrichtung Solche Systeme sind daher noch nicht im Serieneinsatz Bremssysteme bei Nutzfahrzeugen Elektro Hydraulische Bremsanlagen werden i d R nur bei Pkw und leichten Nutzfahr zeugen verwendet Bei mittel schweren Nutzfahrzeugen kommen vorwiegend Druck luft Fremdkraftbremsanlagen zum Einsatz da die Pedalkr fte des Fahrers allein nicht ausreichen w rden Auf eine genauere Beschreibung wird an dieser Stelle verzichtet 2 1 2 3 Ausblick Wie gezeigt wurde sind die technischen Systeme zur automatischen Fahrzeugverz gerung bereits in Serie vorhande
63. der Teilnehmer ist abh ngig von den Fahrzeugen und deren Folgeabst n de Angenommen wird z B eine Kolonne bestehend aus zwei Lkw mit jeweils 18 35 m und einem mittleren Folgeabstand von 10 m sowie einem folgenden Reisebus mit ei ner Fahrzeugl nge von 13 m und einem Folgeabstand zum zweiten Lkw von ca 10 5 m In diesem Fall k nnten weitere sechs bis sieben Pkw mit einer mittleren Fahrzeug l nge von 5 m und einem mittleren Folgeabstand von ca 7 m an der Kolonne teilneh men VuV 2013 128 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Weitere Aspekte berholvorg nge sollten bei innomogenen Kolonnen mit Lkw vermieden werden ana log zu den Lkw Kolonnen Bei innomogenen Kolonnen die aus Bussen und Pkw be stehen w ren berholvorg nge von Lkw m glich jedoch wie bei den bisherigen Aus f hrungen mit steigender Kolonnenl nge ohne eine Aufteilung der Kolonne ebenfalls unwahrscheinlich Weitere Situationen wie z B Fahrten in Steigungen werden in Ab schnitt 9 1 3 betrachtet 8 2 6 Zusammenfassung zur Kolonnenzusammensetzung F r die Kolonnenzusammensetzung kann zusammengefasst werden e Kolonnenteilnehmer Es k nnen sowohl homogene als auch nicht homogene Kolonnen gebildet werden bei nicht homogenen Kolonnen ist aus Sicher heitsgr nden stets die Reihenfolge Lkw Bus Pkw einzuhalten e Kolonnenl nge Erste Studien zeigen dass eine maximale Kolonnenl nge von ca 170 m noch
64. der Verkehrsteilnehmer untereinander und mit der Infrastruktur relevant sein k nnen Mit dem Ziel den Verkehrsfluss und damit verbunden den Fahrkomfort und die Verkehrssicherheit zu steigern ergibt sich der Bedarf diese Informationen zu teilen Speziell vor dem Hintergrund des autonomen Fahrens und der autonomen Kolonnen fahrt m ssen st ndig und m glichst fr hzeitig Informationen an andere Fahrzeuge bermittelt werden In diesem Kapitel sollen daher verschiedene bertragungswege f r Informationen aus dem Fahrzeug heraus und in das Fahrzeug hinein vorgestellt wer den Dabei handelt es sich sowohl um heute in Serie befindliche Systeme z B ber tragung von Verkehrsmeldungen als auch um Systeme zur Car to X Communication wie sie aktuell entwickelt werden 5 1 Definition Fahrzeugkommunikation Nach German 2007 lassen sich bei der Fahrzeugkommunikation zwei Bereiche un terscheiden die Intra Fahrzeugkommunikation und die Inter Fahrzeugkommunikation Die Intra Fahrzeugkommunikation bezieht sich dabei auf den Austausch von Daten innerhalb des Fahrzeugs Kommunikationsbussysteme geh ren in heutigen Fahrzeu gen zum Standard und erm glichen die bermittlung von Signalen zwischen Steuerge r ten Sensoren und Aktuatoren vgl Reif 2010b Die Inter Fahrzeugkommunikation bezeichnet die Kommunikation des Fahrzeugs mit der Umwelt Dabei kann es sich einerseits um klassische Kommunikation handeln bei der Fahrzeuge Nachrichten empfangen
65. dieses in der vorliegenden Arbeit nicht detaillierter betrachtet werden In den folgenden Abschnitten werden jedoch immer wieder zu ber cksichtigende sicherheitskritische Aspekte aufge zeigt F r die Kolonne und sonstige Fahrzeuge kritische Man ver die durch das Sys tem beherrscht werden m ssen werden in Kapitel 9 betrachtet 12 Definition nach DIN EN 61508 4 2011 VDE 0803 4 Teil der Gesamtsicherheit bezogen auf die EUC Equipment under Control und das EUC Leit oder Steuersystem der von der korrek ten Funktion des E E PE elektrisch elektronisch programmierbar elektronisch sicherheits bezogenen Systems und anderer risikomindernder Ma nahmen abh ngt VDE com 2013 13 Bei rein elektrischen Systemen also Steer by Wire sowie Brake by Wire w re es rein theore tisch m glich Eingriffe am Lenkrad oder an der Bremse w hrend der Kolonnenfahrt einfach nicht umzusetzen wobei auch sichergestellt werden m sste dass keine Notsituation vorliegt VuV 2013 114 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt 8 2 Zusammensetzung autonomer Fahrzeugkolonnen Eine Kolonne kann aus verschiedenen Fahrzeugtypen bestehen wobei verschiedene Aspekte bez glich der Sicherheit und der Fahrleistung betrachtet werden m ssen F r die Sicherheit spielt einerseits die Verz gerungsf higkeit der verschiedenen Fahrzeuge eine wichtige Rolle andererseits m ssen auch die unterschiedlichen Massen von Pkw und
66. einer reinen Lkw Kolonne oder einer Kolonne mit Lkw und Reisebussen kann sich der hinzukommende Reisebus an das hintere Folge fahrzeug koppeln Falls der Reisebus allerdings vor einer der genannten Kolonnen f hrt so muss er von den Lkw berholt werden um sich an deren Ende anzuschlie en Bei gemischten Fahrzeugkolonnen bestehend aus Lkw Reisebus und Pkw ist f r die Integration stets ein berholman ver in analoger Art und Weise zu Abbildung 51 und Abbildung 52 notwendig 9 1 2 3 Beitritt in eine Kolonne mit Reisebus F hrungsfahrzeug Eine Fahrzeugkolonne mit einem Reisebus als F hrungsfahrzeug erlaubt die Aufnah me eines Pkw oder eines anderen Reisebusses als neuen Kolonnenteilnehmer Die Handlungsstrategien f r einen Beitritt in eine Reisebus gef hrte Kolonne werden be reits in den vorangehenden Abschnitten des Kapitels 9 1 2 erl utert An dieser Stelle soll daher nur das grundlegende Vorgehen angesprochen werden Der Beitritt eines Reisebusses erfolgt bei einer reinen Bus Kolonne entweder dadurch dass sich der neue Kolonnenteilnehmer hinter dem letzten Folgefahrzeug platziert sofern er sich zuvor hinter der Kolonne befindet oder dass er sich vom F hrungsfahr zeug berholen l sst wenn er sich vor der Bus Kolonne befindet analog Abbildung 49 auf Seite 137 F r den Fall dass sich ein beitretender Reisebus hinter einer inhomo genen Fahrzeugkolonne aus Pkw und Reisebussen befindet muss er f r den Kolon nenbeitritt alle Pk
67. ermittelten Daten soll zeigen wie sich das Verhalten von Fahrzeugen ndert die mit einer Kommunikationstechnolo gie ausgestattet sind Hierbei wird speziell der Einfluss auf die Verkehrseffizienz und die Verkehrssicherheit betrachtet Parallel zu den Versuchsfahrten fanden Fahrversu che im Simulator statt um die Auswirkungen der Kommunikationsm glichkeiten auf die Fahrsicherheit unter stets gleichen Rahmenbedingungen pr fen zu k nnen Laut den Ergebnissen der Auswertung erh hen die sim Funktionen signifikant die Sicherheit w hrend der Fahrt Des Weiteren ergeben sich u a durch die Vermeidung von Unf llen volkswirtschaftliche Kostenvorteile siehe Kapitel 10 4 Die C2XC auf WLAN Basis konnte ihre Tauglichkeit im Praxiseinsatz zeigen W hrend die C2CC in einem Ad hoc Netzwerk Vorteile in kritischen Fahrsituationen bietet beispielweise bei einem abrupten Bremsman ver eines vorausfahrenden Fahrzeugs eignet sich die Nachrichten ber 5 Fahrzeughersteller Audi BMW Group Daimler Opel Volkswagen Ford Zulieferer Bosch Continental Netzbetreiber Deutsche Telekom weitere Informationen zu Forschungsinstituten ffentlichen Einrichtungen und F rderern unter http www simtd de index dhtmi 2651940c343aec52762k deDE CS Konsortium Loesungspartner Stand 07 2013 VuV 2013 90 Fahrzeugkommunikation mittlung via Mobilfunk f r nicht sicherheitskritische Situationen Die Ergebnisse des Projekts zeigen zudem dass be
68. g nger klassifikation Messung Fahrzeuge Hindernisse Obiektdetektion e Kurvenradien N Verkehrszeichen E erkennung F Spurerkennung A N r Erkennung Verkehrszeichen C w E 2 ES fe 7 C 02 m fo ke D lt Detektion Fahrspur Verkehrszeichen Sehen Nachtsicht Komplexit t e Abbildung 19 Stufen der Bilderkennung Reif 2010b S 205 Zur Vervollst ndigung sind an dieser Stelle noch die Techniken Range Imager bzw Time of Flight sowie das sogenannte 6D Vision zu nennen mit denen dreidimensiona le Bilder der Fahrzeugumgebung erstellt werden k nnen Bei 6D Vision ist es zus tz lich m glich bewegte Objekte zu erfassen und deren Bewegungsrichtung abzusch t zen Details zu diesen Systemen sind in der aufgef hrten Literatur zu finden In der Kolonnenfahrt k nnen diese Systeme erg nzend zur Fahrstreifenerkennung verwendet werden um eine robustere Querf hrung durch Verfolgung des vorausfahrenden Fahrzeugs zu erreichen 3 5 Datenfusion verschiedener Sensoren Einzelne Sensortechnologien haben jeweils spezifische Vor und Nachteile So eignet sich das Radar besonders gut f r die Ermittlung von Positionen und Geschwindigkeit von Objekten die Objekte selbst k nnen jedoch bisher nicht Klassifiziert werden Hierin haben wiederum die LIDAR Technologie und die Techniken des Maschinellen Sehens ihre St rken Im Gegensatz zum Radar sind diese jedoch empfindlicher bei
69. hat jede Nutzergruppe unterschiedliche Informations und Schutz interessen Daher ergeben sich bei Betrachtung der Interessen und Bed rfnisse aller Gruppen Schutzkonflikte f r die ein f r alle Teilnehmer tragbarer Kompromiss gefun den werden muss vgl Pl l 2008 Gleichzeitig gilt es einen europaweiten Standard zu schaffen der die Anforderungen an Anonymit t und Sicherheit in ganz Europa si cherstellt Der Fahrzeugf hrer hat ein Interesse daran anonym unterwegs zu sein Er m chte die Fahrzeugkommunikation zu seinem Vorteil nutzen und muss sich daher auf die zur Verf gung gestellten Informationen verlassen k nnen Ein technischer Ansatz f r die Sicherstellung der Anonymit t sind sich zeitlich ndernde Fahrzeugidentifikationsnum mern vgl C2CCC 2007 Die Fahrzeughalter k nnen dagegen u a daran interessiert sein wo sich ihr Fahrzeug befindet und wie es bewegt wird Die Fahrzeughersteller befinden sich selbst in einem Zielkonflikt Auf der einen Seite m chten sie viele Infor mationen zum Zustand eines Fahrzeugs bermittelt bekommen um sich ank ndigende Sch den vermeiden oder bei M ngeln den Eigent mer benachrichtigen zu k nnen Auf der anderen Seite besteht ein Interesse daran m glichst wenige Informationen preis zugeben um die eigene Wettbewerbsposition nicht zu schw chen F r die Verbesse rung ihrer Dienste sind Netz oder Dienstbetreiber an m glichst vielen Informationen ber ihre Nutzer interessiert Dies erm
70. hier nicht ber eine Zeitl cke vgl Kapitel 2 1 1 2 son dern ber eine Wegl cke definiert regelungstechnisch vorteilhaft und anschaulicher da die Reaktionszeit des Fahrers bei der Kolonnenfahrt nicht betrachtet werden muss Kolonnen geschwindigkeit Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Kolonne die vom F hrungsfahr zeug vorgegeben wird Tabelle 2 Definitionen f r die autonome Kolonnenfahrt VuV 2013 104 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt Begrifflichkeit Erkl rung Kolonne bilden Ein F hrungs und mindestens ein Folgefahrzeug bilden eine neue Kolon ne Kolonne bei Ein Fahrzeug tritt einer bestehenden Kolonne bei und wird damit zu einem treten Folgefahrzeug Kolonne an Alle Man ver bzw Aktionen die die Positionen der Kolonnenteilnehmer passen sowie die Kolonnengeschwindigkeit betreffen ausgel st z B durch sonstige Fahrzeuge oder bevorstehende Man ver wie z B Kolonne verlassen oder aufl sen Kolonne ver Ein Folgefahrzeug verl sst die Kolonne Verl sst das letzte verbleibende lassen Folgefahrzeug die Kolonne so entspricht dies dem Fall Kolonne aufl sen Kolonne aufl Die Kolonne wird durch das F hrungsfahrzeug aufgel st da dieses z B die sen n chste Ausfahrt verwenden m chte oder wenn das letzte verbleibende Folgefahrzeug die Kolonne verl sst Tabelle 3 Definition von m glichen Aktionen mit
71. hlten Fahrtrouten der Verkehrsteilnehmer kann f r die Fahrzeugkommunikation genutzt werden Ist der Zielort eines jeden Fahrzeugs be kannt l sst sich daraus ableiten wann ein Fahrzeug einen bestimmten Streckenab schnitt passiert und R ckschl sse auf die voraussichtliche Verkehrsqualit t ziehen Bei Staugefahr k nnen einige Verkehrsteilnehmer auf Alternativrouten umgeleitet werden noch bevor der Stau entsteht Auch wenn keine Kenntnis ber den Zielort besteht weil der Fahrer z B auf einer bekannten Strecke unterwegs ist sind Algorithmen denkbar die diesen aus Erfahrungswerten z B sich t glich wiederholender Weg zur Arbeit ermitteln Vorteilhaft ist bei Kenntnis der Fahrtrouten vor allem dass Kapazit tsengp sse bereits vorab erkannt werden k nnen und die M glichkeit besteht Verkehrsbehinderungen zu vermeiden ehe diese entstehen Heute reagieren Navigationssysteme auf bermittelte Verkehrsmeldungen und berechnen unter Umst nden eine neue Route allerdings erst nachdem eine Verkehrsst rung entstanden ist Zudem werden die Verkehrsbedingun gen auf der alternativen Route oft nicht ber cksichtigt vgl Pudenz 2011a Informati onen ber voraussichtliche Verkehrsst rken erm glichen es auch einer Verkehrszent rale Streckenbeeinflussungsanlagen oder Wechselwegweisungen rechtzeitig zu schal ten Bez glich der autonomen Kolonnenfahrt kann die Kenntnis ber die Fahrtroute anderer Fahrzeuge f r die Suche passender Partner g
72. i d R entweder Verkehrsteil nehmer im sogenannten Toten Winkel bersehen oder die Geschwindigkeit von hin ten herannahender berholender Fahrzeuge wird falsch eingesch tzt Winner et al 2012 Letzteres kommt besonders h ufig auf Autobahnen bzw autobahn hnlichen Stra en vor Bisher verf gbare Systeme in Serienfahrzeugen greifen genau diese bei den Punkte auf und warnen den Fahrer vor Fahrzeugen im Toten Winkel und vor Fahr zeugen die sich schnell von hinten ann hern VuV 2013 42 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Die Systemauspr gungen werden allgemein in der ISO Norm 17387 Lane Change Decision Aid System engl LCDAS Fahrstreifenwechsel entscheidungsunterst tzungssystem beschrieben vgl Winner et al 2012 Auf diese wird im Abschnitt 2 2 3 1 und 2 2 3 2 eingegangen Systeme die den Fahrer aktiv beim Fahrstreifenwechsel oder bei Einf delvorg ngen z B an Autobahneinfahrten unterst t zen sind in Entwicklung jedoch noch nicht serienreif Diese werden daher kurz in Ab schnitt 2 2 3 3 beschrieben 2 2 3 1 Funktionen und Entwicklungsstufen Die ISO Norm 17387 unterscheidet bei den LCDA Systemen nach deren durch Um feldsensoren berwachten Bereiche wobei insgesamt drei Typen unterschieden wer den Systeme vom Typ I berwachen nur den Bereich links und rechts vom Fahrzeug Systeme vom Typ Il berwachen nur den Bereich hinter dem Fahrzeug also Fahrzeu ge die sich von hinten ann
73. in der Simulation homogene Ge schwindigkeitsverteilung Geschwindigkeitsbereich von 80 km h bis 90 km h f r Pkw und Lkw Kolonnen Die Differenzen zwischen Soll Verkehrsst rke und erreichter Verkehrsst rke entstehen dadurch dass bei hohen Verkehrsst rken nicht alle Fahrzeuge am Streckenanfang eingesetzt werden k nnen Die Fahrzeuge die sich jedoch auf der Strecke befinden passieren diese ohne dass dabei ein Stau entsteht beziehungsweise die Reisege schwindigkeit unter 80 km h f llt Verantwortlich hierf r sind die gew hlten Fahrverhal tensparameter f r Fahrzeuge mit ACC m Soll Verkehrsst rke Verkehrsst rke Fz h E Simulation Verkehrsst rke inhomogene Geschwindigkeit E Simulation Verkehrsst rke homogene Geschwindigkeit 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 a H 2500 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 Soll Verkehrsst rke Fz h Abbildung 66 Ermittlung des Kapazit tsmaximums bei vollst ndiger Kolonnennutzung auf einer 2 streifigen Autobahn VuV 2013 182 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Bei einer innomogenen Geschwindigkeitsverteilung rote Balken ergibt sich eine ma ximal m gliche Verkehrsst rke von 7463 Fz h wobei sich hier die mittlere Pkw Geschwindigkeit von 118 km h bei einer Soll Verkehrsst rke von 3000 Fz h auf 103 km h bei einer Soll Verkehrsst rke von 8000 Fz h reduziert Bei einer homogenen Ge schwind
74. ist das von Bosch entwickelte elektrohydrau lische Bremssystem SBC Sensotronic Brake Control Abbildung 8 Bei den EHB han delt es sich um sogenannte Brake by Wire Systeme die jedoch eine hydraulische R ckfallebene haben Dies ist an den Trennventilen in der Abbildung ersichtlich Dabei entspricht der Ausfall der EHB einem Ausfall des zweiten hinteren Bremskreises die vom Fahrer aufgebrachte Bremskraft wirkt damit nur noch an den Vorderr dern Brake by Wire bedeutet dass die vom Fahrer aufgebrachte Bremskraft elektrisch an die ECU Electronic Control Unit bertragen wird Im Bild entspricht dies den beiden Bl cken Bremsfunktionen und Intelligentes Interface Eine Fremdkraft z B eine elektrische Hydraulikpumpe in Verbindung mit einem Hochdruckspeicher erzeugt die notwendige hydraulische Energie Die ECU verteilt diese dann durch die Ansteuerung der entsprechenden Ventile im Modulator Raddruckmodulator an die jeweiligen Rad bremsen Das Bremspedal ist bei voller Funktionsf higkeit des EHB von den Radbremsen ent koppelt Am Bremspedal kann ein vom Fahrzeughersteller gew nschtes Pedalgef hl eingestellt werden z B k rzere notwendige Pedalwege bei gleichzeitig geringen Bet tigungskr ften Durch die Entkopplung vom Hydraulikkreis sp rt der Fahrer auch keine irritierenden Pedalvibrationen wie z B bei Regeleingriffen durch das ABS oder den Fahrdynamikregler vgl Winner et al 2012 die von unerfahrenen oder nicht t
75. pro Jahr EU weit gerettet werden k nnen Zudem erm glicht eine schnelle Alarmierung der Rettungskr fte eine fr hzeitigere R umung der Unfallstelle was wie derum zu verk rzten Staus und einer verringerten Gefahr von Folgeunf llen f hrt Letztendlich ergeben sich durch verk rzte Stauzeiten und somit verringerten Kraftstoff bedarf sowie eine geringere Belastung des Gesundheitssystems auch volkswirtschaft liche Vorteile VuV 2013 78 Fahrzeugkommunikation Die Kosten eines eCall Systems werden auf weniger als 100 Euro pro Neuwagen ge sch tzt Mobilfunkbetreiber m ssen eCall Anrufe vorrangig weiterleiten und d rfen kei ne Geb hren hierf r erheben Das eCall System ist gem den nationalen Daten schutzbeauftragten der EU Gruppe datenschutzrechtlich unbedenklich da ein Notruf entweder manuell oder erst im Falle eines Unfalls automatisch eingeleitet wird Es ist daher nicht m glich den Weg eines Fahrzeugs nachzuverfolgen vgl Haub 2012 und Europ ische Kommission 2011 Um einen automatischen Notruf absetzen zu k nnen m ssen verschiedene technische Voraussetzungen im Fahrzeug gegeben sein vgl ADAC 2013 F r die Ermittlung der Fahrzeugposition ist ein GPS Empf nger unumg nglich Zudem werden eine Mobil funkeinheit und eine dazugeh rige Antenne zum Senden der Daten ben tigt F r den Aufbau einer Sprachverbindung m ssen ein Mikrofon und Lautsprecher verbaut sein Zudem ben tigt es eine Taste f r das manu
76. sicher auch von der Verbreitung des Systems abh ngig So fern eine ausreichend gro e Anzahl an Lkw ber die M glichkeiten zur elektronischen Kopplung von Fahrzeugen verf gt und die Wahrscheinlichkeit somit gro ist andere Kolonnen oder potentielle F hrungsfahrzeuge anzutreffen bietet sich der Anschluss an eine andere Kolonne an VuV 2013 140 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Abbildung 51 Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne bei einem wei teren Lkw hinter dem F hrungsfahrzeug In Anlehnung an Ricardo 2009 F r den Beitritt eines Lkw zu einer Lkw gef hrten Kolonne bestehen ebenfalls die M g lichkeiten diesen von vorne oder von hinten zu integrieren Befindet sich der Lkw vor der Kolonne zu der er beitreten m chte so muss er vom F hrungsfahrzeug analog zu Abbildung 49 auf Seite 137 berholt werden Schlie t er von hinten auf eine Kolonne auf sind verschiedene Handlungsstrategien je nach Kolonnenzusammensetzung zu VuV 2013 141 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt unterscheiden Handelt es sich bei der Kolonne um eine reine Lkw Kolonne kann sich der neue Kolonnenteilnehmer direkt hinter dem letzten Folgefahrzeug positionieren Befinden sich jedoch auch Reisebusse oder Pkw in der Kolonne so m ssen diese zu n chst berholt werden ehe sich der neue Kolonnenteilnehmer hinter dem letzten Lkw in einer L cke positioniert In Abbildung 52
77. sqyy9sH w yone 66 wogL gt yols sqyen We4 u002 gt yoIslsquus s1amysdlay Tabelle 1 Bereiche der Umfelderfassung Umfeldsensorik und Anwendungsbeispiele VuV 2013 Sensorik f r die Umfelderfassung 3 2 Radar Sensorik Die Radartechnik wird zur Ortung bzw Erkennung Entfernungsmessung und Messung von Relativgeschwindigkeiten verwendet Der Begriff Radar steht entsprechend f r Radio Detection and Ranging also Erkennung und Entfernungsmessung mit Funk wellen vgl Reif 2010b Das Radar sendet elektromagnetische Wellen Funkwellen aus die an der Oberfl che von Metallen oder anderen reflektierenden Materialien zur ckgeworfen und vom Emp fangsteil wieder aufgefangen werden Zur Ortung und Verfolgung von anderen Fahr zeugen werden Informationen ber deren longitudinalen und lateralen Abstand sowie deren Relativgeschwindigkeit ben tigt Der longitudinale Abstand l sst sich aus der Laufzeit zwischen Aussenden der Wellen und Empfang der reflektierten Welle bestim men Die Relativgeschwindigkeit kann mit Hilfe des Dopplereffekts siehe auch Kapitel 4 2 2 1 ermittelt werden Der laterale Versatz wiederum ergibt sich entweder durch das Schwenken eines einzelnen Strahls Scannen oder aus mindestens zwei parallel ausgesendeten und ausgewerteten Radarsignalen vgl Reif 2010b Aus diesen Gr Ben k nnen wiederum aus der zeitlichen Ableitung weitere Relativgeschwindigkeiten bzw Relativbesch
78. ssige Umfelderfassung nicht mehr m glich ist Fahrzeuge in einem vollau tomatisierten Fahrmodus sind darauf angewiesen dass alle Sinne zur Umfelderfas sung genutzt und die erfassten Daten sinnvoll miteinander verkn pft werden siehe Kapitel 6 Nur so kann ein umfassendes Verst ndnis f r die Fahrsituation geschaffen werden Dieses Verst ndnis ist jedoch bei verschneiten Fahrbahnen starker Gischt oder bei blendender Sonne auf nasser Fahrbahn nicht mehr gegeben sodass eine bergabe an den Fahrer in diesen Situationen der Aufrechterhaltung der Verkehrssi cherheit dient 9 1 3 3 Interaktion bei wechselnden Verkehrszust nden Die Geschwindigkeit einer Fahrzeugkolonne wird prinzipiell vom F hrungsfahrzeug bei Kolonnenbildung festgelegt An Steigungen bei schlechter Witterung oder einer Be grenzung der zul ssigen H chstgeschwindigkeit muss diese Geschwindigkeit gegebe nenfalls angepasst werden Einen weiteren Grund f r eine notwendige Geschwindig keitsanpassung stellt die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern dar In diesem Kapitel soll das m gliche Kolonnenverhalten bei wechselnden Verkehrszust nden wie freiem teilgebundenem und gebundenem Verkehr angesprochen werden W hrend bei freiem Verkehrsfluss keine Beeintr chtigung f r die Fahrzeugkolonne zu erwarten ist und auch berholman ver durchf hrbar sind muss im teilgebundenen Verkehr die Geschwindigkeit h ufiger an vorausfahrende Fahrzeuge angepasst wer den be
79. stufige Verteilung um vor allem bei Lkw sehr kleine Geschwindigkeitsdifferenzen zu vermeiden e Pkw_Kolonne_130 f r Pkw Kolonnen 110 00 0 000 110 00 0 049 115 01 0 049 115 01 0 146 119 97 0 146 120 03 0 799 1249 99 0 799 125 04 0 951 130 00 0 951 130 00 1 000 e Lkw_Kolonne_80 f r Lkw und Lkw Kolonnen 80 00 0 000 80 00 0 201 82 51 0 201 82 51 0 399 85 01 0 399 85 01 0 597 87 49 0 597 87 49 0 799 90 00 0 799 90 00 1 000 e Pkw _Standard f r frei fahrende Pkw 90 00 0 000 90 00 0 045 100 00 0 045 100 00 0 146 110 00 0 146 110 00 0 299 120 00 0 299 120 00 0 500 130 00 0 500 130 18 0 753 140 00 0 754 140 00 0 903 150 00 0 955 160 00 0 955 160 00 1 000 e Lkw und Lkw Kolonnen VISSIM Standardeinstellungen 2 f r Maximal und Wunschbeschleunigung sowie Maximal und Wunschverz gerung f r Lkw VuV 2013 223 Anlagen Anlage 5 Parameter f r Fahrzeugfolgemodell nach Wiedemann Fahrzeugfolgemodell nach Wiedemann e Frei Fahrend Rechtsfahrgebot motorisiert f r frei fahrende Pkw und Lkw VISSIM Standardeinstellungen e Kolonne f r in Kolonne fahrende Pkw und Lkw unter Verwendung von ACC Modell N 1 Frei Einfahrende para Beschreibung Einheit F hrend Kolonne Hirte meter cco Stillstandsabstand m 1 50 1 50 1 50 CC1 Folgeabstand s 0 90 1 50 0 60 CC2 L ngs Oszillation m 4 00 4 00 4 00 Wahrnehmungs CC3 schwelle
80. um ca 5 reduziert werden Dies ist auf den im Mittel 15 geringeren Effektivwert der Beschleunigung gegen ber dem Standardfall 0 0 zur ckzuf hren vgl Ergebnisse in Kapitel 10 1 2 2 Die Redukti on des Energiebedarfs f r die in Kolonnen befindlichen Pkw f llt ebenfalls deutlich auf Sie profitieren durch die Kolonnenfahrt um einen im Mittel 16 4 geringeren Energie bedarf bei gleichbleibender mittlerer Reisegeschwindigkeit Dies ist analog zu den frei fahrenden Pkw auf den geringeren Beschleunigungsanteil zur ckzuf hren durch die verbesserte Aerodynamik kann der Energiebedarf jedoch deutlich st rker verringert werden Im Gegensatz zu den Ergebnissen bei Pkw zeigt sich bei Lkw dass f r die betrachte ten Randbedingungen der Energiebedarf im Verkehrsfluss dem minimalen Energiebe darf sehr nahe kommt Mit steigendem Kolonnenanteil 0 50 bzw 25 50 steigt zwar der Energiebedarf an dies ergibt sich jedoch zwangsl ufig durch die h here Rei segeschwindigkeiten F r die Lkw in Kolonnen ergibt sich trotz h heren mittleren Rei segeschwindigkeiten sowohl f r 0 50 als auch f r 25 50 eine Reduktion des Energiebedarfs von ca 11 gegen ber dem Standardfall Den gr ten Anteil tragen hier die aerodynamischen Effekte bei Durch entsprechende Kolonnen Anwendungsraten kann der Energiebedarf also deut lich reduziert werden Dies d rfte die Kolonnenfahrt vor allem f r Speditionen attraktiv machen da bei den vorliegenden hoh
81. wachsender H ufigkeit eingesetzt werden Daran schlie en sich Simulati onen an die zus tzlich auch den Einsatz von Pkw Kolonnen in unterschiedlicher H u figkeit vorsehen Untersucht werden diese Simulationsf lle jeweils mit und ohne Lkw berholverbot F r jeden definierten Fall werden jeweils vier Simulationsl ufe durchge f hrt um auch Schwankungen besser ber cksichtigen zu k nnen Jeder Durchlauf mit unterschiedlichen Start Zufallszahlen weist eine Simulationsdauer von 4800 s auf wo bei in den ersten 3600 s die festgelegte Verkehrsst rke vorliegt und die verbleibenden 2 Durchschnittliches Fahrzeugalter zum 01 Januar 2013 in Deutschland 8 7 Jahre Quelle KBA Kraftfahrbundesamt Deutschland online verf gbar unter http www kba de cin_032 nn_125398 DE Statistik Fahrzeuge Bestand Kurzbericht 2013__b__pdf templateld raw propert y publicationFile pdf 2013_b_pdf pdf heruntergeladen am 16 06 2013 VuV 2013 174 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt 1200 s so gew hlt sind dass alle eingesetzten Fahrzeuge die Strecke innerhalb der Simulationszeit zur cklegen k nnen 10 1 2 2 Ergebnisse f r die freie Strecke Zum Vergleich des Standardfalls mit den F llen verschiedener Anwendungsraten der Kolonnenfahrten werden drei verschiedene verkehrliche Kenngr en betrachtet Als weitere Kenngr en zur Bewertung der Gleichm igkeit der Fahrweisen werden der Effektivwert der Beschleunigung ams ber cksichtigt sowie
82. zu vermeiden gilt Nach Paragraph 18 Absatz 3 der StVO hat der Verkehr auf der durchgehenden Fahr bahn Vorfahrt so dass aus rechtlicher Sicht kein Bedarf besteht eine kooperative Ko Ionnensteuerung zu entwerfen Da es bisher jedoch lediglich Einzelfahrzeuge und kei ne Fahrzeugkolonnen gibt ist davon auszugehen dass mit der Einf hrung von Fahr zeugkolonnen Gesetzesanpassungen stattfinden werden Daher sollen in diesem Kapi tel verschiedene M glichkeiten angesprochen werden wie die Interaktion zwischen einer Fahrzeugkolonnen und Einzelfahrzeugen an Autobahneinfahrten ablaufen kann Ein Fahrstreifenwechsel der gesamten Fahrzeugkolonne nach links lehnt sich an das heute oft praktizierte Vorgehen von Einzelfahrzeugen an um Fahrzeugen auf dem Ein f delstreifen den Wechsel auf die durchgehende Fahrbahn zu erm glichen Inwiefern ein solcher Fahrstreifenwechsel mit der gesamten Kolonne m glich ist h ngt haupt s chlich vom Verkehrsaufkommen hinter und neben der Kolonne als auch in entschei VuV 2013 166 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt dendem Ma e von der Kolonnenl nge ab Die Wahrscheinlichkeit einen Fahrstreifen wechsel durchf hren zu k nnen steigt wenn Fahrzeuge mit Kommunikationsm glich keit bereits vorab einen Hinweis bereitstellen wann sie sich auf dem Einf delstreifen befinden werden Der Kolonnenregler kann diese Meldungen auswerten und dem Fah rer des F hrungsfahrzeugs daraufhin wahlwei
83. 0 10 7m 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Folgeabstand Fahrzeug 2 Pkw m Abbildung 46 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Pkw Kolonne Kolonnenl nge Bei einem Folgeabstand von im Mittel ca 11 m bei 130 km h und einer mittleren Pkw L nge von 5 m k nnten eine Pkw Kolonne aus 11 Fahrzeugen bestehen bei ent sprechenden Fahrzeugkombinationen auch mehr Weitere Aspekte Im Gegensatz zu Lkw und Bus Kolonnen sind berholvorg nge bei Pkw Kolonnen wahrscheinlicher Hier sinkt zwar ebenfalls die berholm glichkeit mit steigender Fahr zeuganzahl jedoch k nnen berholvorg nge aufgrund der h heren Beschleunigungs f higkeit und der h heren Ausgangsgeschwindigkeit einfacher und z giger erfolgen Weitere Situationen wie z B Fahrten in Steigungen werden in Abschnitt 9 1 3 betrach tet VuV 2013 127 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt 8 2 5 Betrachtung inhomogener Kolonnen Bei innomogenen Kolonnen kommt es aus Sicherheitsgr nden nicht in Frage dass die Reihenfolge innerhalb einer Kolonne beliebig gew hlt werden kann Ein Pkw sollte in der Kolonne nicht vor oder zwischen Lkw angeordnet werden da bei einem Unfall durch die Crash inkompatiblen Massen das Risiko f r den Pkw deutlich zu hoch w re z B h heres Verletzungsrisiko Personenanzahl in den Fahrzeugen h her Gleiches gilt f r einen Reisebus vor oder zwischen Lkw Hauptursache hierf r sind die gro en Massenunt
84. 1 Auflage Carl Hanser Verlag M nchen Haub T 2012 eCall Funktionen und Stand der Umsetzung online verf gbar bei der Europ ischen Kommission unter http ec europa eu information_society activit ies esafety doc ecall 20120417_ecall_deutsch pdf heruntergeladen am 14 05 2013 HAVEIt 2009 The future of driving online verf gbar bei HAVEIt unter http haveit eu org LH2Uploads ItemsContent 26 PPT_3 3 3 HAVEIt pdf heruntergeladen am 16 05 2013 HAVEIt 2011 Highly Automated Vehicles for Intelligent Transport the future of driv ing online verf gbar bei HAVEIt unter http www haveit eu org LH2Uploads ItemsContent 121 HAVEIit_Continental_PM_ArchitectureMigrationDemonstrator _ D_final_20110621 pdf heruntergeladen am 16 05 2013 HBS 2005 Handbuch f r die Bemessung von Stra enverkehrsanlagen Ausgabe 2001 Fassung 2005 Forschungsgesellschaft f r Stra en und Verkehrswesen FGSV Herrtwich R 2013 Autonomes Fahren Die Perspektiven f r einen Premiumherstel ler online verf gbar bei der Automobilwoche unter http automobilwoche konferenz de rueckblick2013 beitrag_herrtwich html heruntergeladen am 31 05 2013 Hoepke E Hrsg Breuer S Hrsg Appel W Br hler H Dahlhaus U Esch T Kopp S Rhein B 2013 Nutzfahrzeugtechnik Grundlagen Systeme Kom ponenten 7 Auflage Vieweg Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesba den Hucho W H Hrsg 1999 Aerodynamik des Automobils
85. 1 Im Fall einer Geschwindigkeitsabnahme in der Fahrzeugkolonne kann zwischen drei F llen unterschieden werden e Variante 1 Das F hrungsfahrzeug kann die Geschwindigkeit nicht halten e Variante 2 Das letzte Folgefahrzeug kann die Geschwindigkeit nicht halten e Variante 3 Eines der Folgefahrzeuge im Inneren der Kolonne kann die die Ge schwindigkeit nicht halten Bei Variante 1 verlangsamt sich die gesamte Kolonne aufgrund nicht ausreichender Motorleistung des F hrungsfahrzeugs Variante 2 h tte zur Folge dass das letzte Fol gefahrzeug den Kontakt zur Fahrzeugkolonne verliert und der Fahrer die Fahrzeug steuerung wieder bernehmen muss Variante 3 f hrt zu einem Bruch innerhalb der Kolonne so dass mehrere Fahrzeuge aus der Kolonne ausscheiden Kooperative Kolonnenregelung Um ein Aufziehen der Kolonne sowie ungewollte Kolonnenaustritte zu verhindern ist es an Steigungsstrecken bei Unterschreiten der Kolonnengeschwindigkeit erforderlich die Geschwindigkeit des schw chsten Kolonnenteilnehmers als Kolonnengeschwin digkeit zu bernehmen Der st ndige Echtzeit Datenaustausch der Kolonnenteilnehmer VuV 2013 144 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt erlaubt es eine Geschwindigkeitsreduktion eines einzelnen Fahrzeugs sofort zu er kennen und diese Information innerhalb der Kolonne zu teilen Da die Geschwindig keitsreduzierung zu verk rzten Reaktionswegen f hrt kann der Kolonnenregler im F hru
86. 1 Entspricht eigentlich der Fahrzeit in der verwendeten Simulations Software VISSIM wird jedoch der Begriff Reisezeit verwendet diese Nomenklatur wird entsprechend bernommen Der Effektivwert der Beschleunigung und die Anzahl der Bremsvorg nge werden aufgrund des aufw ndigen Auswerteverfahrens f r f nf ausgew hlte F lle betrachtet VuV 2013 175 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Je geringer dieser ist desto weniger Beschleunigungsvorg nge werden durchgef hrt Dies hat direkte Auswirkungen auf den Energiebedarf der Fahrzeuge siehe auch Kapi tel 10 2 2 beeinflusst aber auch den Verkehrsfluss wie im Folgenden gezeigt wird Analog zum Vorgehen bei der theoretischen Kapazit tsanalyse in Abschnitt 10 1 1 werden die drei dort definierten Szenarien betrachtet jeweils ohne und mit berholver bot f r Lkw Die Anwendungsrate wird ebenfalls durch die in Abschnitt 10 1 1 einge f hrte Zahlenkombination dargestellt Wie bereits erw hnt besteht die Verkehrszu sammensetzung f r alle betrachteten F lle insgesamt zu 85 aus Pkw und zu 15 aus Lkw Die im Folgenden aufgef hrten Werte sind jeweils die gewichteten arithmeti schen Mittelwerte aller vier Simulationsdurchl ufe Die ermittelten Werte f r Reise und Verlustzeiten sowie deren prozentuale nderung gegen ber dem entsprechenden Standardfall sind auch f r alle durchgef hrten F lle in Anlage 6 zu finden Tats chlich d rften die ermittelten We
87. 10 VuV 2013 101 Teil 2 Umsetzung und Auswirkung der autonomen Kolonnenfahrt auf Autobahnen Anforderungen System bersicht und Zusammensetzung Handlungsstrategien Auswirkungen VuV 2013 102 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt 7 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt In Teil 1 dieser Ausarbeitung wurde auf den aktuellen Stand der Technik eingegangen Im Hinblick auf die autonome Kolonnenfahrt wurden die relevanten Fahrerassistenz systeme und deren Sensorik wie auch die M glichkeiten zur Informationserfassung und zur Fahrzeugkommunikation vorgestellt F r eine Markteinf hrung von Assistenzsystemen zur autonomen Kolonnenfahrt m ssen noch zahlreiche rechtliche und technische Aspekte ber cksichtigt werden Bei den gesetzlichen Randbedingungen reichen die Fragestellungen von der Zulassung bis hin zur Haftung bei Unf llen Bei den technischen Randbedingungen m ssen f r eine erfolgreiche Einf hrung Standards geschaffen werden Die genannten Punkte sollen im Folgenden betrachtet werden F r eine bessere Verst ndlichkeit und um Verwechslun gen vorzubeugen werden jedoch zun chst einige Definitionen f r die autonome Ko Ionnenfahrt getroffen wie sie in dieser Arbeit weiter verwendet werden 7 1 Definitionen Im Folgenden werden f r ein besseres Verst ndnis der nun betrachteten autonomen Kolonnenfahrt verschiedene Begriffe definiert siehe Tabelle 2 auf Seite 104 Diese sind teilweise auch
88. 2 VuV 2013 47 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 2 3 2 1 Kooperative Automation Bei der kooperativen Fahrzeugf hrung erfolgt die Zusammenarbeit entweder in Form einer Delegation von Teilaufgaben oder in Form einer Unterst tzung bei der Ausf h rung einer Teilaufgabe Die Kooperationskonzepte werden anhand der Anordnung und der zeitlichen Wirkreihenfolge von Fahrer und Assistenzsystem im Wirkkreis Fahrer Assistenzsystem Fahrzeug klassifiziert Bei der Anordnung wird zwischen paralleler und serieller Assistenz unterschieden bei der zeitlichen Reihenfolge zwischen simul taner und sequenzieller Assistenz Bei der parallelen Assistenz wirkt der Fahrer ber die Mensch Maschinen Schnittstelle MMS bzw HMI direkt auf das Fahrzeug das Fahrerassistenzsystem FAS liegt pa rallel dazu Bei der parallel simultanen Assistenz erh lt das FAS die Informationen aus der MMS und kann diese additiv erg nzen Abbildung 16 oben Seite 49 Auf das Fahrzeug wirken damit sowohl das FAS als auch der Fahrer Als Beispiel k nnen Spurhaltesysteme LKS genannt werden bei denen der Fahrer das Lenkrad bet tigt und das LKS System abh ngig vom Fahrzustand und der Fahrzeugposition im Fahr streifen ein Zusatzmoment berlagert Bei der parallel sequenziellen Assistenz Abbil dung 16 mittig wirkt entweder der Fahrer ber die MMS auf das Fahrzeug oder das FAS allein Dies ist in der Abbildung durch den logischen Scha
89. 2012 S 647 Im Tight Rein Modus entspricht der Wirkkreis einer parallel simultaner Kooperation da die einzelnen Fahrzeugbewegungen sehr genau vom Fahrer vorgegeben werden In Bezug auf die Pferde Metapher wird das Pferd in diesem Fall durch straffe Z gel ge f hrt Der Loose Rein Modus entspricht dem hochautomatisierten Fahren in Form der seriell sequenziellen Kooperation bzw bei Verwendung der Metapher wird dem Pferd mehr Freiraum gegeben Bei dem kontinuierlichen bergang vom Tight Rein zum Loose Rein Modus wird die Fahrereingabe ber das MMS immer weniger gewichtet Laut Winner et al 2012 erm glicht der H Mode f r den Fahrer eine intuitive Bedie nung eines hochautomatisierten Fahrzeugs Das DLR und die TU M nchen verwenden den H Mode zur Gestaltung der kooperativen Zusammenarbeit zwischen Fahrer und hochautomatisiertem Fahrzeug VuV 2013 50 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 2 4 Ausblick Die in diesem Kapitel vorgestellten Fahrerassistenzsysteme und Konzepte entstanden etwa in den letzten 20 Jahren wobei die Innovationszyklen st ndig k rzer werden vgl Winner et al 2012 Die Marktdurchdringung der auf der Umfelderfassung basieren den Assistenzsysteme ist jedoch eher m ig da die Systeme noch verh ltnism ig teuer sind Dabei tragen die Systeme einen wesentlichen Anteil an der Reduktion der Unfallzahlen bzw bei der Verringerung der Unfallschwere bei Gesetzliche Ma nah men wie sie z B von
90. 2013 Burkert A 2013 sim Praxistest bestanden Erfolg schon bei geringer Ausstattungs rate online verf gbar bei Springer f r Professionals unter http www springerprofessional de simtd praxistest bestanden erfolg schon bei geringer ausstattungsrate 4517296 html jsessionid DD7199633A4958E24D 847927F830814F sprprofltc0203 heruntergeladen am 26 06 2013 CB 2009 Medion GoPal P4635 online verf gbar bei Computerbild unter http www computerbild de fotos Medion GoPal P4635 4080105 html 6 herun tergeladen am 03 05 2013 C2CCC 2007 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto Overview of the C2C CC System online verf gbar bei C2C CC unter http www car to car org index php id 31 amp L jqn heruntergeladen am 14 05 2013 Connect 2008 Gro er Stauangriff HD Traffic Wie TomTom und Vodafone Staus umfahren online verf gbar bei Connect unter http www connect de ratgeber hd traffic wie tomtom und vodafone staus umfahren 374422 html heruntergeladen am 14 05 2013 Connect 2009 Navigation Alles ber TMC Pro online verf gbar bei Connect unter http www connect de ratgeber neue ziele 374916 html heruntergeladen am 14 05 2013 VuV 2013 212 Verzeichnisse Cramer R 2013 Das automatisierte Fahren ist eher eine Evolution online verf gbar bei INGENIEUR de unter http www ingenieur de Themen Verkehr Continental Pilotiertes Fahren im Stau kommt 2016 Markt heruntergeladen am 14 05 2013 Daimler AG
91. 5 9 2 3 Interaktion an Ein und Ausfahrten 166 10 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt 169 10 1 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Verkehrsfluss 169 10 1 1 Theoretische Kapazit tsanalyse 169 10 1 2 Verkehrsfluss auf der freien Strecke 173 10 1 3 _ Verkehrsfluss im Bereich von Autobahneinfahrten 183 10 2 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Energiebedarf 190 VuV 2013 7 Glossar 10 2 1 Berechnung des Energiebedarfs 190 10 2 2 Auswertung des Energiebedarfs bei Kolonnenfahrt 196 10 3 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf die Verkehrssicherheit 198 10 4 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf die Wirtschaftlichkeit 199 10 5 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Fahrkomfort 201 Teil 3 Zusammenfassung und Anlagen 203 11 Zusammenfassung und Ausblick 204 12 Verzeichnisse 207 12 1 Abbildungsverzeichnis 207 12 2 Tabellenverzeichnis 211 12 3 Literaturverzeichnis 211 13 Anlagen 219 VuV 2013 8 Glossar Glossar ABS ACC ADAS Ad Hoc Netzwerk AFS autonomes Fahren ASR BAS C2CC C2IC C2XC Anti Blockier System f r bessere Fahrstabilit t bei Bremsman vern engl Adaptive Cruise Control adaptive Geschwindigkeitsregelanlage zur L ngsf hrung von Fahrzeugen in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich Komfortsystem auch als Standard ACC bezeichnet engl Advanced Driver Assistance Systems moderne komplexe Fahrerassis tenzsysteme mit Umfelderfassung Bezeichnung f r ein unabh ngige
92. 5 kW Bei der Fahrzeugl nge wer den f r Pkw 5 m angesetzt Aufgrund der vielf ltigen Fahrzeugklassen bei den Nutzfahrzeugen Lkw wird f r die autonome Kolonnenfahrt die Annahme getroffen dass vor allem Lastkraftwagen und Sattelzugmaschinen bis 40 Tonnen Gesamtgewicht f r den Einsatz im Fernverkehr und in Fahrzeugkolonnen in Frage kommen Bei diesen Fahrzeugen kann von einem Leistungsgewicht von 6 bis 9 kW pro Tonne ausgegangen werden wobei die 9 kWit vor allem f r Gegenden mit bergigen Autobahnen und windreiche Strecken gew hlt werden vgl Hoepke et al 2013 F r die Fahrzeugl ngen der hier betrachteten Lkw werden die in der EU maximal zul ssigen 18 75 m angesetzt Repr sentiert wird die festgelegte Fahrzeugklasse der Lkw z B durch die verschiedenen verf gbaren Versio nen des Mercedes Benz Actros f r den Fernverkehr Bei der Gruppe der Reisebusse gibt es wie bei den Pkw und Lkw ebenfalls zahlreiche Fahrzeugversionen Reisebusse im Folgenden oft auch nur als Bus bezeichnet werden hier separat betrachtet da diese oft eine h here zul ssige Geschwindigkeit als Lkw haben z B 100 km h im Vergleich zu 80 km h Reisebusse haben i d R ein zu l ssiges Gesamtgewicht von 18 bis 26 t bei hnlichen Motorleistungen wie die festge legten Lkw Varianten Bei der Fahrzeugl nge werden f r Busse 13 m angesetzt Als Fahrzeugbeispiele kann z B auf die Reisebusse der Firma Neoplan verwiesen werden z B Starliner Tourliner Jetli
93. AS aufgebauten Bremsdruck Der Bremsdruck wird durch den BAS so lange aufrechterhalten wie der Fahrer das Bremspedal bet tigt Sobald dieser das Brems VuV 2013 26 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik pedal zur cknimmt schaltet auch der BAS wieder ab Auf die technische Umsetzung des BAS wird in Kapitel 2 1 2 2 eingegangen l ngerer Bremsweg ohne Bremsassistent k rzester Bremsweg mit Bremsassistent Abbildung 5 Bremsungen mit und ohne Bremsassistent BA Reif 2012 S 78 Bei vorhandener Umfeldsensorik bzw Situationserkennung kann der Unterst tzungs grad des BAS vom noch verf gbaren Abstand zum erkannten Hindernis ausgelegt werden wie bei Winner et al 2012 beschrieben wird Dabei wird abh ngig von der Ausgangsdifferenzgeschwindigkeit und dem Abstand zum Zielobjekt die notwendige Verz gerung ermittelt und eingestellt um gleichm ig zu verz gern Dies ist dann hilf reich wenn der Fahrer die Situation unkritischer einsch tzt als sie tats chlich ist so wie unangemessen gering bremst und somit wiederum die Reserve f r den rechtzeiti gen Geschwindigkeitsabbau verkleinert Winner et al 2012 S 527 Der BAS kann jedoch nur wirken wenn der Fahrer in einer kritischen Situation auch das Bremspedal bet tigt andernfalls ist der BAS wirkungslos Auf diesen Aspekt wird im Folgenden bei den Frontalkollisionsschutzsystemen nochmals eingegangen Frontalkollisionsschutzsysteme Die
94. C 2007 In Bezug auf die Ser viceanwendungen sind auch automatische Bezahlsysteme f r Parkst nde und Maut strecken denkbar vgl Pl l 2008 Die Car to Car Communication baut auf einer festgelegten Datenstruktur auf Speziell f r die Sicherheits und Verkehrsanwendungen muss dabei eine Mindestmenge an Informationsdaten im Fahrzeug vorliegen Hierzu geh ren Positionsdaten die Fahr zeuggeschwindigkeit und die Fahrtrichtung Dar ber hinaus k nnen Warnmeldungen spezifiziert werden wenn Informationen zur St rke der Abbremsung Informationen aus den ABS und ESP Steuerungen sowie Informationen vom Scheibenwischer oder vom Regensensor vorliegen vgl C2CCC 2007 F r das Senden von Nachrichten gibt es laut Pl l 2008 zwei M glichkeiten Ein pas sives Telematiksystem sendet Nachrichten in regelm igen Abst nden w hrend ein aktives Telematiksystem nur dann Meldungen versendet wenn ein Problem erkannt wurde Bei der Car to X Communication sollen beide Systeme zum Einsatz kommen Bei passiven Systemen senden die Fahrzeuge in regelm igen Abst nden Informatio nen zur aktuellen Position und Fahrtrichtung zur Geschwindigkeit und zur Beschleuni gung sowie zur Sendezeit und zu ihrer Identit t Dieses Informationspaket wird mit al len in Reichweite befindlichen Netzteilnehmern geteilt und nicht weitergeleitet Single Hop Mit diesen Informationen ist beispielweise eine Communication based Adaptive Cruise Control realisie
95. Die Ver antwortung nachfolgende Verkehrsteilnehmer nicht unangemessen lange zu behin dern obliegt dem Fahrer des F hrungsfahrzeugs der die Entscheidung zur Durchf h rung eines berholman vers trifft Schwankungen in der Fahrgeschwindigkeit des zu berholenden Fahrzeugs k nnen ebenfalls f r einen unn tig langen berholvorgang sorgen Daher k nnen zu berholende Fahrzeuge mit Kommunikationsm glichkeit auf den berholvorgang hingewiesen werden damit diese die Differenzgeschwindigkeit bis zum Abschluss des berholvorgangs nicht verkleinern 9 2 2 Interaktion bei Hindernissen auf der Fahrbahn In diesem Kapitel soll der Umgang einer Fahrzeugkolonne mit Hindernissen auf der Fahrbahn in Form von Gegenst nden oder liegengebliebenen Fahrzeugen aufgezeigt werden Liegengebliebene Fahrzeuge k nnen dabei selbst mittels Positionsbestimmung siehe Kapitel 4 2 2 1 via C2CC ihren Standort mitteilen Falls das Fahrzeug zudem weitere Sensorik zur Umfelderfassung besitzt ist auch eine Information zum betroffenen Fahr streifen generierbar Alternativ falls das liegengebliebene Fahrzeug ber keine M g lichkeit zur Kommunikationsteilnahme verf gt sind Erkennung und Positionsermittlung durch die Sensorik und Umfeld berwachung anderer Fahrzeuge m glich Selbiges gilt wenn sich Gegenst nde auf der Fahrbahn befinden Die heranfahrende Fahrzeugko Ionne kann so falls n tig fr hzeitig den Fahrstreifen wechseln und gegebenenfalls die
96. Drehmassenzuschlag in den hohen G ngen hnlich ist bliche Vernachl ssigungen Annahmen zur Berechnung der Fahrwiderst nde VuV 2013 219 Anlagen Fahrzeugtyp Fall Reaktions Umsetzzeit Ansprechzeit Schwellzeit zeit ta S tu S ta sl ts s 0 0 13 0 00 0 05 0 15 Pkw 0 13 0 00 0 03 0 10 0 13 0 00 0 07 0 20 0 0 13 0 00 0 05 0 50 Lkw 0 13 0 00 0 03 0 20 0 13 0 00 0 07 0 70 0 0 13 0 00 0 05 0 50 Reisebus 0 13 0 00 0 03 0 20 0 13 0 00 0 07 0 70 0 Nullfall Oberer Grenzfall Unterer Grenzfall Getroffene Annahmen zur Ermittlung des Verz gerungsverm gens e Vernachl ssigung des L ngsschlupfs e Annahme einer idealen Bremskraftverteilung e Annahme einer maximalen Kraftschlussbeanspruchung e Annahme dass R der nicht blockieren e Verz gerung w hrend der ersten H lfte der Schwelldauer null in der zweiten H lfte maximal VuV 2013 220 Anlagen Anlage 2 Folgeabst nde Folgeabstand bei v 80 km h s 0 u 0 8 und d_S 1 5 m EUER A Fall ZIERERW Fall 0 11 0m Fall 7 3m Fall Fall 0 11 0m Fahrzeug 1 Lkw Fall 7 3m Fall 0 Fall 0 11 0m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Folgeabstand Fahrzeug 2 Bus m Folgeabstand Lkw Bus Folgeabstand bei v 80 km h s 0 u 0 8 und d_S 1 5 m Fall 6 1m Fall Fall 8 0m Fall
97. Fachmedien Wiesbaden GmbH VuV 2013 217 Verzeichnisse Winner H Hakuli S Wolf G Hrsg 2012 Handbuch Fahrerassistenzsysteme Grundlagen Komponenten und Systeme f r aktive Sicherheit und Komfort 2 Auflage Vieweg Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Winterhagen J 2013 Vernetzte Autos sparen 11 Mrd VDI Nachrichten Ausgabe 26 2013 Seite 1 VDI Verlag GmbH D sseldorf Wu N 2000 Verkehr auf Schnellstra en im Fundamentaldiagramm Stra enver kehrstechnik Heft 8 S 378 388 Kirschbaum Verlag GmbH Bonn W StV 1968 Gesetz zu den bereinkommen vom 8 November 1968 ber den Stra enverkehr und ber Stra enverkehrszeichen zu den Europ ischen Zusatz bereinkommen vom 1 Mai 1971 zu diesen bereinkommen sowie zum Proto koll vom 1 M rz 1973 ber Stra enmarkierungen im Bundesgesetzblatt Teil Il vom 21 September 1977 S 809 927 online verf gbar beim Bundesanzeiger Verlag GmbH unter http www bgbl de Xaver start xav startok Bundesanzeiger__ BGBl amp jumpTo bgbI277039 pdf heruntergeladen am 10 05 2013 Zumkeller D 2004 Grundlage Geschwindigkeit online verf gbar bei Risikoma nagement Bruno Hersche unter http www hersche at uploads uni_karlsruhe__ planungsmethodik_verkehr pdf heruntergeladen am 17 06 2013 VuV 2013 218 Anlagen 13 Anlagen Anlage 1 Verwendete Fahrzeugdaten D T u S g
98. Fahrgeschwindigkeit reduzieren Sofern ein liegengebliebenes Fahrzeug oder ein Gegenstand auf dem eigenen Fahrstreifen erstmals vom F hrungsfahrzeug der Kolon ne detektiert wird und somit keine vorherige Meldung erfolgte kann ein kurzfristiger Fahrstreifenwechsel f r die gesamte Kolonne unter Umst nden nicht mehr m glich sein Der Kolonnenregler gibt daraufhin ein Zielbremsman ver vor sodass die Kolonne vor dem Hindernis zum Stehen kommt Dabei sind wenn es die Entfernung zum Hin dernis zul sst die Abst nde zwischen den Fahrzeugen zu vergr ern um eine m gli che bernahme der Fahrzeugsteuerung f r den Fahrer zu erleichtern Ist ein anschlie Bendes Umfahren des Hindernisses nicht f r die gesamte Kolonne m glich so ist die Kolonne vom Fahrer des F hrungsfahrzeugs aufzul sen und die Steuerung der Folge VuV 2013 165 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt fahrzeuge an deren Fahrer zu bergeben Sollte das System erkennen dass ein recht zeitiges Anhalten vor einem Hindernis nicht mehr m glich ist wird eine Gefahrenbrem sung eingeleitet Der Fahrer des F hrungsfahrzeugs wird wahrscheinlich wie auch die Fahrer der Folgefahrzeuge durch die Gefahrenbremsung automatisch auf die Notsituation aufmerksam gemacht so dass er nach eigenem Ermessen die Quer und L ngsf hrung des Fahrzeugs bernehmen kann Da Notsituationen h ufig sehr schnell und auch undefiniert ablaufen k nnen ist zur Unfalls oder
99. Fahrzeug zu vergr ern Eine gesonderte berpr fung der Aufmerksamkeit des Fahrers ist nicht mehr n tig da dieser das Verlassen der Kolonne kurz zuvor aktiv angesto en hat Sobald der gesetzlich vorgeschriebene Mindestabstand zum voraus fahrenden Fahrzeug erreicht ist erfolgt die bergabe der Fahrzeugsteuerung an den Fahrer Dieser kann zwar weiterhin seine Fahrerassistenzsysteme zur L ngs und Qu erregelung nutzen muss diese von nun an aber auch wieder berwachen Der Ablauf zur Abmeldung der Kolonnenteilnanme bei Variante 2 verl uft zun chst analog zu Variante 1 Da es sich hier jedoch um ein Fahrzeug im Inneren der Fahr zeugkolonne handelt sind auch alle Kolonnenteilnehmer hinter diesem Fahrzeug auf das bevorstehende Fahrman ver vorzubereiten Nachdem der Kolonnenregler den Wunsch zum Kolonnenaustritt registriert und die R ckantwort mit Informationen zum Ablauf des Man vers an die entsprechenden Fahrzeuge gesendet hat beginnen diese mit der Reduzierung ihrer Fahrgeschwindigkeit siehe Abbildung 54 Der Abstand vor dem Kolonnenteilnehmer der die Kolonne verl sst wird dadurch bis zum gesetzlich vorgeschriebenen Mindestabstand vergr ert Daraufhin muss der Fahrer die Fahr zeugsteuerung bernehmen und sofern der linke Fahrstreifen frei ist die Kolonne ver lassen Die Folgefahrzeuge dahinter verbleiben auf ihrem Fahrstreifen und schlie en wieder zu den anderen Kolonnenteilnehmern auf sobald dies m glich ist Um den lin ken
100. Falle einer Ge fahrensituation wird der Fahrer entweder gewarnt z B Ultraschall Einparkhilfen oder das Fahrzeugverhalten wird durch einen direkten Eingriff des Assistenzsystems beein flusst z B ACC Technische Hintergr nde und Funktionsweisen verschiedener Fah rerassistenzsysteme werden in Kapitel 2 beschrieben VuV 2013 59 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation Die vorgestellten Kommunikationspfade Navigation Mobilfunk C2XC und Fahr zeugsensorik auf denen Informationen von der Au enwelt in das Fahrzeug und letzt endlich zum Fahrer gelangen f rdern mithilfe der technischen Unterst tzung das vo rausschauende Fahren und steigern somit den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit siehe auch Kapitel 2 1 3 W hrend Navigationssysteme bereits heute sehr verbreitet sind und die in Kapitel 2 vorgestellten Fahrerassistenzsysteme in immer mehr Fahr zeugen angeboten werden befindet sich die Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation derzeit noch in der Entwicklung Um zuk nftig autonomes Fahren beziehungsweise eine autonome Kolonnenfahrt zu erm glichen ist die Kommunikation eines Fahrzeugs mit seinem Umfeld jedoch unum g nglich Solche Systeme sind zun chst darauf angewiesen dass Informationen aus verschiedensten Quellen zur Verf gung gestellt werden vgl Cramer 2013 Welche Informationen f r die Fahrzeugkommunikation sinnvoll erscheinen und wie diese ermit telt werden wird im nachfolgenden Kapitel beschrieben
101. Frontalkollisionsschutzsysteme z B FCW engl Forward Collision Warning sind sogenannte pr diktive d h vorausschauende Systeme und stellen einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum Fernziel der aktiven Unfallvermeidung dar Wie bereits mehr fach erw hnt geht vielen Unf llen Unaufmerksamkeit voraus es wird zu sp t nicht mit der notwendigen Konsequenz und oder falsch reagiert Auf diesen Punkten bauen die pr diktiven Assistenzsysteme auf Reif 2010b Bei Winner et al 2012 wird eine drei stufige Strategie aufgef hrt pr ventive Assistenz Reaktionsunterst tzung sowie Not VuV 2013 27 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik man ver Eine hnliche Einteilung ist bei Reif 2010b zu finden nachfolgende Be schreibungen beziehen sich jedoch auf die Einteilung bei Winner et al 2012 falls nicht anderweitig vermerkt Durch die pr ventive Assistenz kann die Verfassung des Fahrers durch Komfortsyste me wie z B ACC verbessert werden Dies ist vor allem auf physiologische als auch psychologische Wirkungen zur ckzuf hren Wie bereits erw hnt wird durch ACC auch oft eine gr ere Zeitl cke eingehalten Es ist jedoch nach wie vor nicht nachgewiesen ob das Vertrauen auf ACC zu einer l ngeren Reaktionszeit des Fahrers f hrt oder ob durch die fr he Verz gerung durch das ACC System die Aufmerksamkeit erh ht wird Beim zweiten Bestandteil der Strategie der Reaktionsunterst tzung soll bei entspre chend erfas
102. Fz h jedoch deutlich ab Sobald jedoch auch Pkw in Kolonnen fahren 25 50 kann die mittlere Reisegeschwindigkeit auch bei h heren Verkehrsst rken besser gehalten werden Die Verschlechterungen mit h heren Verkehrsst rken sind allgemein auf die gr ere Anzahl an Interaktionen zwischen den Fahrzeugen zur ck zuf hren Zur Betrachtung der Auswirkung von Kolonnen auf den Verkehrsfluss kann also fest gehalten werden dass hohe Lkw Kolonnenanteile nur bei Strecken ohne Lkw berholverbot Verbesserungen f r Pkw bewirken Deutliche Auswirkungen auf den Verkehrsfluss ergeben sich erst mit steigendem Anteil an Pkw Kolonnen da hierdurch mehr Fahrzeuge beeinflusst werden k nnen bzw die Zahl der Interaktionen zwischen den Fahrzeugen bei konstanter Verkehrsst rke zur ckgeht 10 1 2 3 Kapazit tsanalyse Die theoretische Kapazit tsanalyse in Kapitel 10 1 1 zeigt bei vollst ndiger Nutzung des Systems zur autonomen Kolonnenfahrt durch alle Verkehrsteilnehmer ein sehr gro es Potential zur Kapazit tssteigerung siehe Abbildung 60 auf Seite 172 Inwie weit eine theoretische Kapazit t von ber 8000 Fz h auf einem 2 streifigen Strecken abschnitt erreichbar ist soll durch eine Simulation verifiziert werden Hierf r wird auf einen 25 km langen Autobahnabschnitt mit zwei Fahrstreifen zur ck gegriffen sowie die Fahrzeugzusammensetzung entsprechend gew hlt dass alle Fahr zeuge Teilnehmer einer Kolonne sind F r alle Fahrzeuge wird ein ACC S
103. Human 20Factors 20aspects CityMobil pdf heruntergeladen am 13 05 2013 Mercedes Benz Notrufsystem 2012 Mercedes Benz Notrufsystem online verf gbar bei der Mercedes Benz Niederlassung N rnberg unter http www nuernberg mercedes benz de content germany retailer 9 niederlassun g_nuernberg de home passengercars home news_events news rep_MBNotrufsy stem html heruntergeladen am 03 05 2013 M bius K 2013 TPEG Zuverl ssiger Staumelder und mehr online verf gbar bei MDR unter http www mdr de mar info Dab verkehri100 html heruntergeladen am 14 05 2013 Navigon 2013 NAVIGON 92 Premium Die ansprechendste Art zu navigieren onli ne verf gbar bei NAVIGON unter http www navigon com portal de produkte navi gationssysteme navigon 92 premium navi vom testsieger html heruntergeladen am 08 05 2013 VuV 2013 215 Verzeichnisse Pfeffer P Harrer M Hrsg 2011 Lenkungshandbuch Lenksysteme Lenkgef hl Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen 1 Auflage Vieweg Teubner Verlag Sprin ger Fachmedien Wiesbaden GmbH PI l K 2008 Mehrseitig sichere Ad hoc Vernetzung von Fahrzeugen 1 Auflage Gabler GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden 2009 Popp K Schiehlen W 2010 Ground Vehicle Dynamics Springer Verlag Berlin Hei delberg Pudenz K 2011a Verkehrslage in Echtzeit Neues Navigationssystem von BMW online verf gbar bei Springer Professional unter http www springerprofessional de verkehrslage in ec
104. Kolonnenanteil insgesamt ebenfalls steigt In diesem Szenario wird auch der wenn auch unwahrscheinliche Fall betrachtet dass alle Fahrzeuge in Kolonnen fahren 100 100 Bei 2500 Fz h ohne Lkw berholverbot steigt die mittlere Pkw Reisegeschwindigkeit bei einer An wendungsrate von 25 25 bereits von 93 1 km h um ca 5 auf 97 4 km h an Im Idealfall 100 100 ist bei Pkw eine mittlere Reisegeschwindigkeit von 112 km h ermittelt worden Wie bei Szenario 1 ergibt sich bei Lkw aufgrund der Geschwindig keitsbeschr nkung auf 80 km h nur eine geringf gige Ver nderung der mittleren Rei segeschwindigkeit Lediglich bei 100 100 Anwendungsrate steigt sie merklich um 3 auf 84 7 km h an Entsprechend der h heren Reisegeschwindigkeiten ergeben sich auch geringere Verlustzeiten VuV 2013 176 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt In Abbildung 62 ist die ermittelte Summenh ufigkeit der Verlustzeiten von Pkw f r ver schiedene Anwendungsraten nach Szenario 2 dargestellt Mit steigender Anwendungs rate ist eine deutliche Verringerung der Verlustzeiten festzustellen Kolonnenanteile Ss Ss 2 PR ET 5 0 c z E 5 72 Reisezeit Pkw 690 s 130 km h 250 300 350 400 Verlustzeit Pkw s 0 0 25 50 25 75 25 100 Abbildung 62 Summenh ufigkeit der Verlustzeiten f r Pkw f r verschiedene Kolon nenanwendungsraten nach Szenario 2 ohne Lkw berholverbot Die gleic
105. Kombinationsm glichkei ten nur bei ausgew hlten F llen exemplarisch betrachtet Abbildung 65 p N mittlere Reisegeschwindigkeit km h je oO 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 Verkehrsst rke Fz h 0 0 Pkw 0 25 Pkw 0 50 Pkw 25 50 Pkw 25 50 Pkw Kolonne 100 100 Pkw Kolonne mittlere Reisegeschwindigkeit km h 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Verkehrsst rke Fz h 0 0 Lkw 0 25 Lkw 0 50 Lkw 25 50 Lkw 0 25 Lkw Kolonne 0 0 50 Lkw Kolonne 25 50 Lkw Kolonne 100 100 Lkw Kolonne Abbildung 65 Mittlere Reisegeschwindigkeiten f r Pkw oben und Lkw unten f r steigende Verkehrsst rken und verschiedene Kolonnenanteile mit Lkw berholverbot VuV 2013 180 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt In allen F llen abgesehen vom Idealfall 100 100 sinkt die mittlere Pkw Reisegeschwindigkeit erkennbar ab Abbildung 65 oben F r moderate Erh hungen der Verkehrsst rke ergeben sich f r die betrachteten F lle hnliche Verbesserungspo tentiale wie bisher beschrieben Bei Lkw Abbildung 65 unten verringert sich bei be stehendem berholverbot bei einer Erh hung der Verkehrsst rken von 2500 auf 3000 Fz h die mittlere Reisegeschwindigkeit nur geringf gig f llt bei einer weiteren Erh hung auf 3500
106. Lenkzeiten ergeben Wie bei den Lkw Kolonnen k nnten die Berufskraftfahrer entsprechend geschult werden Da bei dieser Betrachtung lediglich Fahrzeuge eines Unternehmers eingesetzt werden w re hierf r kein Verg tungssystem notwendig Geschwindigkeitswahl und Folgeabstand F r Busse liegt die Geschwindigkeitsbegrenzung i d R bei 80 bis 100 km h BFM 2005 Wie bei Lkw Kolonnen orientiert sich die Geschwindigkeitswahl also an den geltenden Begrenzungen Bei der Betrachtung der Beschleunigungsf higkeit gelten die Aussagen f r Lkw Kolonnen aus dem vorhergehenden Abschnitt 8 2 4 1 Hier ist ledig lich noch anzumerken dass Reisebusse aufgrund eines g nstigeren Leistungsge wichts i d R eine h here Beschleunigungsf higkeit haben bzw auch gr ere Steigun gen ohne Geschwindigkeitsverlust bew ltigen k nnen Aufgrund der h heren Ge schwindigkeit ergibt sich unter sonst gleichen Bedingungen ein geringf gig h herer Folgeabstand als bei Lkw Abbildung 45 Der Folgeabstand f r Reisebusse liegt je nach Fahrzeugkombination bei 100 km h in der Ebene im besten Fall bei 8 7 m bei einer ung nstigen Kombination bei 16 8 m Kolonnenl nge Bei einem Folgeabstand von im Mittel ca 12 m bei 100 km h k nnte eine Kolonne aus sieben Reisebussen mit einer mittleren L nge von ca 13 m bestehen Je nach Fahr zeugkombinationen sind auch mehr Fahrzeuge m glich Weitere Aspekte Im Gegensatz zu Lkw Kolonnen k nnen Bus Kolonnen aufgrund der h her
107. Lkw betrachtet werden Die Fahrzeugmasse hat neben der verf gbaren Antriebs leistung auch f r die Beschleunigungsf higkeit eine besondere Bedeutung Da das Verz gerungsverm gen von Fahrzeugen von zahlreichen Faktoren abh ngig ist besteht nicht der Anspruch eine exakte Ermittlung des Mindestfolgeabstands durchzuf hren Vielmehr sollen anhand einer berschl gigen Berechnung die relevan ten Zusammenh nge aufgezeigt werden Auf die getroffenen Annahmen und die ver nachl ssigten Faktoren wird in den jeweiligen Kapiteln eingegangen F r die Berechnungen werden exemplarisch drei Fahrzeugtypen festgelegt siehe Ka pitel 8 2 1 Aus der zul ssigen Kolonnenl nge kann abgeleitet werden wie viele Fahr zeuge in Kolonne fahren k nnen Anschlie end wird auf die theoretische Beschleuni gungs und Verz gerungsf higkeit der verschiedenen Fahrzeugtypen eingegangen Mit diesen Grundlagen wird dann f r die verschiedenen m glichen Kolonnenzusammen setzungen jeweils der sicherheitsbedingte Mindestfolgeabstand ermittelt Hierzu wer den zuerst homogene Kolonnen die jeweils nur aus einem der drei Fahrzeugtypen bestehen betrachtet bevor ein Blick auf inhomogene Kolonnen geworfen wird Des Weiteren werden jeweils verschiedene zu ber cksichtigende Aspekte bez glich der Kolonnenzusammensetzung aufgezeigt 8 2 1 Definition der betrachteten Fahrzeugtypen F r die Ermittlung der Beschleunigungs und Verz gerungsf higkeit m ssen verschie de
108. PS ist nicht nur der Fahr streifen auf dem sich das Fahrzeug aktuell befindet sondern auch die exakte Position innerhalb des Fahrstreifens bestimmbar Zudem m ssen in der Umgebung befindliche Objekte mit sehr gro er Robustheit erkannt werden um die aktuelle Situation im Um feld vollst ndig zu erfassen Dies ist die Grundlage f r das Erstellen verschiedener Handlungsstrategien die beispielsweise einen Fahrstreifenwechsel erm glichen VuV 2013 95 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt Mit den n chsten Entwicklungsschritten soll der Umgang mit Autobahnkreuzen erm g licht und automatisiertes Fahren in Baustellen realisiert werden Besonders Baustellen stellen hohe Anforderungen an das System da sie in vielf ltiger Form auftreten k nnen vgl Pudenz 2011b 6 1 3 Nothalteassistent Im Rahmen des vom Bundesministerium f r Bildung und Forschung initiierten Projekts SmartSenior Intelligente Dienstleistungen f r Senioren entwickelte BMW als Partner einen sogenannten Nothalteassistenten der im medizinischen Notfall f r mehr Sicher heit im Stra enverkehr sorgen kann Dabei sollte eine Assistenzfunktion entworfen werden die beim Erkennen einer gesundheitlichen Notfallsituation des Fahrers selbst st ndig das Fahrzeug bernimmt und ein sicheres Nothalteman ver bis zum Stillstand auf dem Standstreifen durchf hrt siehe Abbildung 35 Abbildung 35 Funktionsprinzip Nothalt
109. Regel kann der Fahrer den zeitlichen Folgeabstand zwi schen einer und zwei Sekunden variieren siehe auch Kapitel 2 1 1 3 Der r umliche Folgeabstand der dem Fahrer angezeigt wird ergibt sich dann aus der gew hlten Zeit l cke und der aktuellen Geschwindigkeit F r die Folgeregelung m ssen sowohl die Fahrzeugtrajektorien des ACC Fahrzeugs sowie die des zu folgenden Fahrzeugs erfasst werden Die Bewegung des ACC Fahrzeugs wird ber die bereits vorhandene Sensorik des Fahrdynamikreglers ermit telt Hierzu geh ren Raddrehzahlsensoren zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Querbeschleunigungs Gierraten und Lenkradwinkelsensoren zur Ermittlung des querdynamischen Fahrzeugzustands z B bei Kurvenfahrt Andere Fahrzeuge im f r den ACC relevanten Bereich vor dem Fahrzeug werden ber die Umfeldsensorik erfasst Bei der Regelung f r die Kurvenfahrt wird wie bei der Folgeregelung grund s tzlich die Zeitl cke zum vorausfahrenden Fahrzeug geregelt Zus tzlich werden noch die in Abschnitt 2 1 1 1 vorgestellten Funktionen bei Kurvenfahrt umgesetzt VuV 2013 21 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Umfelderfassung Objektauswahl und Tracking Wie bei den bisherigen Beschreibungen deutlich wird stellen die Umfeldsensorik und die dazugeh rige Regelungen den Kern des ACC Systems dar Die Umfeldsensorik und die integrierte Elektronik muss Objekte vor dem Fahrzeug erkennen und einem Fahrstreifen zuordnen k nnen Bosc
110. S 2 Die Fahrzeuge in der Kolonne folgen einander mit einem Abstand von etwa sechs Me ter bei einer Geschwindigkeit von bis zu 85 km h Linda Wahlstr m Projektmanagerin bei Volvo beschreibt dass dies zun chst ein unheimliches Gef hl sei Die Versuche h tten jedoch gezeigt dass sich die Fahrer relativ schnell daran gew hnen Der gerin ge Fahrzeugfolgeabstand resultiert aus dem Wunsch nach einer Senkung des Sprit verbrauchs Es wird erwartet dass der Gesamtverbrauch der Kolonne aufgrund der Windschatteneffekte um 10 bis 20 Prozent niedriger ausf llt Da es u a Ziel des Projekts war ein neues Mobilit tssystem zu schaffen soll auch dieser Aspekt kurz beleuchtet werden Der Fahrer eines Fahrzeugs das sich einer Fahrzeugkolonne anschlie t genie t mehrere Vorteile Zum einen muss er sich nicht mehr auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren zum anderen kann er die Zeit nutzen um beispielsweise Emails zu schreiben Somit besteht hnlichkeit zu einer Zugfahrt VuV 2013 100 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt jedoch mit dem Unterschied dass man sich nicht um Abfahrtszeiten k mmern muss Dies setzt aber auch voraus dass eine ausreichende Anzahl an F hrungsfahrzeugen vorhanden ist um f r eine hohe Wahrscheinlichkeit zu sorgen stets eine Kolonne anzu treffen Um garantiert eine Fahrzeugkolonne anzutreffen besteht parallel die M glich keit sich via Internet von zuhause oder un
111. Studienarbeit Nr 21 Autonome Kolonnenfahrt auf Autobahnen Stand der Technik Umsetzung Auswirkungen auf den Verkehrsfluss Bearbeiter B Eng Stefan Klau ner B Eng Philipp Irtenkauf Betreuer Dipl Ing Jochen Lohmiller Pr fer Prof Dr Ing Markus Friedrich Juli 2013 ss Universit t Stuttgart 08 x 5 u BETTER Institut f r Stra en und Verkehrswesen maaana Lehrstuhl f r Verkehrsplanung und Verkehrsleittechnik Zusammenfassung Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit besch ftigt sich mit einem System zur autonomen Kolonnen fahrt auf Autobahnen Darunter wird eine Kolonne aus einem F hrungsfahrzeug und einem oder mehreren Folgefahrzeugen verstanden die sich elektronisch durch Fahr zeugkommunikation sowie Fahrerassistenzsysteme koppeln und einander mit gerin gem Abstand folgen Die Folgefahrzeuge befinden sich dabei in einem hoch oder voll automatisierten Fahrmodus der den Fahrern die Aus bung fahrfremder T tigkeiten erlaubt Wie die durchgef hrten Berechnungen und Simulationen zeigen kann die autonome Kolonnenfahrt zu einer Verbesserung des Verkehrsablaufs durch h here Kapazit ten der Autobahnen sowie durch eine gleichm igere Fahrweise f hren Letzteres f hrt auch in Verbindung mit einem verringerten Luftwiderstand zur Reduktion des Energie bedarfs Dadurch ergeben sich auch Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit den Fahrkomfort und schlussendlich auf die Volkswirt
112. System aktiv Fahrstreifen wurde erkannt etc als sehr wichtig betrachtet Spurhaltesysteme Im Gegensatz zu den Spurhaltewarnsystemen greifen die Spurhaltesysteme aktiv in das Lenksystem ein um das Fahrzeug auf dem Fahrstreifen zu halten Einsatzgebiete sind autobahn hnliche Stra en mit langen Geraden und lang gezogenen Kurven Die Systeme sind aktuell jedoch so ausgelegt dass sie den Fahrer unterst tzen nicht aber ersetzen sollen Sie sind daher so eingestellt dass der Fahrer stets die H nde am Lenkrad haben muss sogenannte Hands on Erkennung um anderweitige l ngere Ablenkungen oder gar freih ndiges Fahren Hands off zu vermeiden Schlie lich muss der Fahrer stets die Kontrolle ber das Fahrzeug behalten Bei Systemen mit berla gerungslenkung ist es m glich dass der Lenkeingriff durch das LKS System f r den Fahrer nicht sp rbar ist Damit dieser jedoch eine wahrnehmbare R ckmeldung ber die Unterst tzung bekommt werden i d R Lenkmomente aufgebracht vgl Abschnitt 2 2 2 2 Die Grenzen der aktuell verf gbaren Systeme sind eng gesteckt Einerseits wird durch einen festgelegten Geschwindigkeitsbereich sichergestellt dass die Systeme bei spielsweise nicht Innerorts eingesetzt werden Andererseits sind Fehlinterpretationen bei der Fahrstreifenerkennung m glich vor allem z B in Baustellenbereichen bei nas ser oder stark reflektierender Fahrbahn Diese Situationen m ssen erkannt und die Eingriffe in diesen F llen z B
113. T 2004 Den Horizont der Fahrerassistenz erweitern Vorausschauende Sys teme durch Ad Hoc Vernetzung BMW Group Forschung und Technik online ver f gbar bei der TU M nchen unter http www ftm mw tum de uploads media 18_kosch pdf heruntergeladen am 14 05 2013 Krust M 2012 Car to Car Kommunikation kommt ab 2015 online verf gbar bei der Automobilwoche unter http www automobilwoche de article 20121015 NACH RICHTEN 121019971 1273 car to car kommunikation kommt ab 2015 UZKeiO r2DWA4 heruntergeladen am 14 05 2013 Larburu M Sanchez J Rodriguez D J 2010 SARTRE Human factors aspects in dual mode transport systems online verf gbar auf der SARTRE Projekthomepage unter http www sartre project eu en publications Documents T_EU00337 pdf heruntergeladen am 11 05 2013 Listl G 2003 Anwendung neuer Technologien zur Erfassung des Verkehrsablaufs Schriftenreihe Verkehr Heft 14 Fachgebiet Verkehrssysteme und Verkehrspla nung Fachgebiet Verkehrstechnik Universit t Kassel online verf gbar unter http www uni kassel de hrz db4 extern dbupress publik abstract php 978 3 89958 025 9 heruntergeladen am 14 05 2013 Martens Pauwelussen Schieben Flemisch Merat Jamson Caci 2007 CityMobil Human Factors aspects in automated and semiautomatic transport systems Sta te of the art online verf gbar auf der CityMobil Projekthomepage unter http www citymobil project eu downloadables Deliverables D3 2 1 PU
114. af tungsrechtlich nicht kritisch ist BASt F83 2012 Zu hnlichen Ergebnissen bez glich der Produkthaftung kommt auch ein Bericht der Universit t Berkeley Kalra et al 2009 wobei diese den rechtlichen Hintergrund in den USA betrachten Laut Kalra et al 2009 k nnten die Fahrzeughersteller bei Unf l len Sch den mit hoch und vollautomatisierten Fahrzeugen haftbar sein weshalb Pro duktwarnungen und Fahrerschulungen eine enorm wichtige Rolle beim Einsatz dieser Systeme spielen werden VuV 2013 107 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt Im Hinblick auf die autonome Kolonnenfahrt wie sie hier betrachtet wird bedeuten die aufgezeigten Punkte dass das System nicht zwingend das Fehlverhalten der anderen Verkehrsteilnehmern ber cksichtigen m sste zudem dies auch kaum vollst ndig ab zusichern sein wird Ein m glichst sicheres System in allen Situationen muss dennoch das oberste Ziel sein Bei Winner et al 2012 wird bei der Produkthaftung autonomer Fahrzeuge auch auf die Hersteller bzw Betreiberhaftung in der Luftfahrt als m glicher Ansatz verwiesen Montrealer bereinkommen f r die Luftfahrt Auch w rde nach wie vor der Fahrzeug halter bzw Fahrzeugf hrer haften wenn dieser z B trotz winterlichen Stra enverh lt nissen mit Sommerreifen unterwegs ist Um rechtliche Anspr che nach Unf llen besser kl ren zu k nnen w ren eine zeitlich begrenzte Datenaufzeichnung hnlich der Black Box in
115. ahme auftritt Das entsprechende Fahrzeug muss daraufhin zuverl ssig und ohne Gef hrdung anderer Verkehrsteilnehmer die Kolonne verlassen Dabei muss ge nerell zwischen den Folgefahrzeugen und dem F hrungsfahrzeug unterschieden wer den Die Folgefahrzeuge befinden sich w hrend der Kolonnenfahrt in einem hochau tomatisierten Fahrmodus in dem es den Fahrern erlaubt ist Nebent tigkeiten auszu f hren Im Notfall kann daher f r eine gewisse Zeit nicht auf den Fahrer als R ckfall ebene zur ckgegriffen werden Das F hrungsfahrzeug wie es im Rahmen dieser Aus arbeitung betrachtet wird befindet sich w hrend der Kolonnenfahrt in einem assistier ten oder teilautomatisierten Fahrmodus Dabei m ssen die Assistenzsysteme vom Fahrer berwacht werden Im Gegenzug muss das Fahrzeug sicherstellen dass der Fahrer seiner berwachungspflicht nachkommt Der Fahrer ist jedoch in den Regel kreis des Systems eingebunden w hrend er sich beim hochautomatisierten Fahren au erhalb des Regelkreises befindet und im Falle einer St rung zun chst auf die bernahme des Fahrzeugs aufmerksam gemacht werden muss vgl Herrtwich 2013 Da an jeder Komponente des Systems verschiedenste Ausf lle und St rungen denk bar sind k nnen diese nicht alle erw hnt werden Nachfolgend werden einige hiervon exemplarisch angesprochen um Handlungsstrategien aufzuzeigen die ein sicheres Verlassen des betroffenen Fahrzeugs aus der Kolonne gew hrleisten Wichtig ist dabei
116. aktives Telematiksystem das nur dann Nachrichten sendet wenn eine bestimmte Gefahrensituation erkannt wird ist darauf angewiesen Probleme mit hoher G te zu erkennen W hrend ein passives System nur Informationen sendet die der Empf nger anschlie end auswerten muss sendet ein aktives System sofort eine konkrete War nung Potentielle Gefahrenstellen werden entweder von der fahrzeugseitigen Sensorik erkannt oder die Aggregation der Positions und Geschwindigkeitsdaten aus dem Fahrzeugumfeld deutet auf eine Gefahrenstelle hin Da Warnmeldungen im Vergleich zu den regelm ig gemeldeten Informationen sehr selten auftreten belasten sie die bertragungskapazit t in einem VANET kaum Aufgrund ihrer Wichtigkeit sind sie je doch zu priorisieren Warnungen vor Gefahrenstellen werden in der Regel per Multi Hop auch an weiter entfernte Verkehrsteilnehmer gesendet um diese rechtzeitig zu informieren Die Gr e des Bereichs in dem andere Fahrzeuge benachrichtigt werden h ngt von der Art des Ereignisses ab vgl Pl l 2008 Zur Weiterentwicklung der beschriebenen Kommunikationstechnologie wurden in den vergangenen Jahren mehrere Forschungsprojekte initiiert Im Kapitel 5 5 6 wird das Forschungsprojekt sim vorgestellt in dessen Rahmen die Car to X Communication unter Realbedingungen verifiziert wurde 5 5 5 bertragungssicherheit und Datenschutz Reif 2010b sieht bei der Datensicherheit im Zusammenhang mit der Car to X Communication
117. akzeptabel ist Die Akzeptanz der Kolonnen durch die nicht ge koppelten Verkehrsteilnehmer ist sicherlich von den Interaktionsm glichkeiten mit der Kolonne abh ngig vgl Kapitel 9 und muss noch weiter untersucht werden Die maximale Anzahl an Folgefahrzeugen ist vom jeweiligen Folgeab stand und den jeweiligen Fahrzeugl ngen abh ngig e Verg tungssystem Da die Teilnehmer unterschiedlich stark von der Kolonnen fahrt profitieren erscheint ein Verg tungssystem sinnvoll e Fahrdynamische Grenzen Die Geschwindigkeitswahl ist abh ngig von den g l tigen Gesetzgebungen auf nicht beschr nkten Autobahnen in Deutschland sind 130 km h f r Pkw Kolonnen denkbar Die Beschleunigungsgrenzen richten sich nach dem schw chsten Kolonnenteilnehmer bzw nach Komfortaspekten wie sie bei ACC Systemen bereits betrachtet werden e Folgeabstand Der Folgeabstand kann f r die Kolonnenteilnehmer individuell ermittelt und eingeregelt werden Es wurden n herungsweise g ltige Mindest abst nde inklusive Sicherheitspuffer ermittelt Das energetische Optimum wird in Kapitel 10 2 betrachtet VuV 2013 129 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt 9 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt F r die Umsetzung der autonomen Kolonnenfahrt m ssen wie auch beim teil hoch oder vollautomatisierten Fahren Handlungsstrategien erarbeitet werden vgl Pudenz 2011b Diese Handlungsstrategien werden vom Fahrzeug in Abh ngig
118. ald im hochautomatisierten Fahrmodus ein Bremsman ver erfolgt VuV 2013 201 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Die Nutzung von Fahrerassistenzsystemen steigert bereits heute den Fahrkomfort da der Fahrer auf Wunsch Fahraufgaben an ein teilautomatisiertes System bergeben kann Durch diese Entlastung kann der Fahrer sein Fahrziel entspannter und stress freier erreichen Voraussetzung hierf r ist jedoch dass Vertrauen in die Technik des Fahrzeugs besteht und dass der Fahrer dennoch wei wie in Notsituationen bei spielsweise bei einem Systemausfall oder einem pl tzlichen Ausweichman ver bei dem die autonome Kolonnenfahrt ihre Grenzen erreicht zu reagieren ist Fahrer von Folgefahrzeugen die sich in einer autonomen Fahrzeugkolonne aufgrund des geringen Folgeabstandes unsicher f hlen werden vermutlichen keinen gesteigerten Fahrkomfort feststellen k nnen Untersuchungen im Projekt SARTRE siehe auch Kapitel 6 2 2 haben jedoch ergeben dass dieses ungute Gef hl lediglich vor bergehend ist und dass sich Fahrer schnell an die geringen Abst nde gew hnen vgl Goppelt 2012 Die autonome Kolonnenfahrt eignet sich nicht nur f r Fahrer die w hrend der Fahrt einer fahrfremden T tigkeit nachgehen oder Windschatteneffekte zum Spritsparen ausnutzen m chten sondern sie kann beispielsweise auch die Mobilit t im Alter stei gern Wenn sich ltere Fahrer lange Autobahnetappen nicht mehr zutrauen oder sich auf Autobah
119. and und Relativgeschwindigkeit des Objekts bestimmt werden Beim sogenannten Tracking siehe auch Abbildung 3 Seite 20 wird ein erfasstes Ziel objekt weiter verfolgt Dies wird einerseits durchgef hrt um Informationen ber die Bewegung des verfolgten Objekts zu erhalten andererseits um Auswirkungen zuf lli ger Messfehler verringern zu k nnen Winner et al 2012 Dabei werden die aktuellen Messdaten des detektierten Objekts mit denen der vorherigen Messung verglichen Anhand des Abstands und der Relativgeschwindigkeit der letzten Messung wird der erwartete Abstand zum Zeitpunkt der n chsten Messung berechnet Da das zu verfol gende Objekt ebenfalls beschleunigen oder verz gern kann wird ein Unsicherheitsbe reich zum prognostizierten Abstand betrachtet in dem das Objekt zum n chsten Messzeitpunkt erwartet wird Die einzelnen Schritte zur Ziel bzw Objektauswahl sind in Abbildung 4 dargestellt Die Zielauswahl ist f r die Qualit t des ACCs von gro er Bedeutung da nicht erfasste oder falsch ausgew hlte Objekte einen Eingriff des Fahrers notwendig machen Winner et al 2012 Im ersten Schritt wird die laterale Lage Abbildung 4 rechts Gr e yu des potentiellen Zielfahrzeugs zum berechneten Kurs des eigenen Fahrzeugs bestimmt Gr e y Der eigene Kurs wird ber einen quadratischen Ansatz als Kreisbogenn herung bestimmt Die Gr e K beschreibt die Kr mmung der Richtungs nderung des VuV 2013 22 Fahrerassiste
120. ass einfahrende Lkw im Vergleich zu einfahrenden Pkw bei einer Steigerung der Lkw Kolonnen berproportional blockiert werden W hrend der Anteil blockierter Pkw um maximal etwa 6 zunimmt nimmt der Anteil blockierter Lkw um maximal 12 ZU In Abbildung 69 werden die Ergebnisse f r Szenario 2 in analoger Form dargestellt Da in diesem Szenario Lkw und Pkw Kolonnen mit denselben Anwendungsraten voraus gesetzt werden ist die Zahl der Kolonnen auf der durchgehenden Hauptfahrbahn be reits deutlich gr er Die Auswertung f r Szenario 2 zeigt bei den mittleren Reisezeiten f r Pkw in der Tendenz eine positive Entwicklung so dass die Reisezeiten stets unter dem Niveau der Ausgangssituation 0 0 verbleiben Auch bei den Reisezeiten ein fahrender Lkw ist dieser Trend erkennbar Die Analyse des Anteils blockierter Pkw ergibt einen analogen Verlauf zu den Reisezei ten Die fallende Tendenz f r den Anteil blockierter Lkw ist erst ab einem Kolonnenan teil von 50 erkennbar Bei niedrigeren Kolonnenanteilen zeichnet sich zun chst kei ne eindeutige Entwicklung ab Dieser Effekt kann jedoch auch der nat rlichen Streuung unterworfen sein Im Gegensatz zu Szenario 1 zeigt sich bei Szenario 2 f r steigende Kolonnenanteile eine positive Entwicklung durch die Kolonnennutzung Dies ist dadurch zu erkl ren dass nun der Effekt der geringeren Raumbeanspruchung ver st rkt hervortritt Sobald sehr viele Verkehrsteilnehmer die M glichkeit zur Kolonnen
121. ationsstruktur Mobilfunknetze die in den vorangehenden Kapiteln die Basis f r die Fahrzeugkommunikation bildeten besitzen einen zellul ren Aufbau Jeder Mobilfunkteilnehmer ist dabei in der Regel seiner n chstgelegenen Basisstation zugeordnet ber welche die gesamte Kommunikation abl uft Die Struktur der Ad Hoc Netzwerke ergibt sich dagegen lediglich aus der aktuellen Position eines Teilnehmers und der bertragungsreichweite Es k nnen nur Nachrichten zwischen Teilnehmern bermittelt werden die geographisch nah beieinander liegen vgl Kosch 2004 Dar aus abgeleitet ergibt sich der gro e Vorteil von Ad Hoc Netzwerken hochaktuell un mittelbar und auf die eigene Situation bezogenen Kosch 2004 S 2 zu informieren Abbildung 32 zeigt hierzu ein Fahrzeug in einer Autobahnausfahrt das eine Gefahren stelle z B lspur erkannt hat Diese Meldung wird daraufhin unmittelbar an die ande ren Verkehrsteilnehmer zum Teil per Multi Hop weitergeleitet Fahrzeuge die eben falls diese Autobahnausfahrt nutzen m chten erhalten eine situationsbezogene Warnmeldung Abbildung 32 Unmittelbare und situationsgerechte Nachrichten bermittlung Kosch 2004 VuV 2013 83 Fahrzeugkommunikation 5 5 3 Herausforderungen f r die Car to X Communication 5 5 3 1 Technische Herausforderungen Obwohl drahtlose Netzwerkverbindungen im Heim und B rogebrauch l ngst zum Standard geh ren und weit entwickelt sind m ssen f r
122. auch Busse als Folgefahrzeuge hinter einem Lkw eignen erfolgt keine weitere Einschr nkung des Empf ngerkreises Nachdem eine Meldung bei einem potentiellen Kolonnenteilnehmer eingegangen ist kann dieser dem System mitteilen ob er sich dem F hrungsfahrzeug anschlie en m chte oder nicht siehe Abbildung 47 Diese Entscheidung wird vermutlich in Abh n gigkeit der vorgeschlagen Geschwindigkeit aber auch in Abh ngigkeit aktueller Be d rfnisse nach Entspannung oder Alternativt tigkeiten getroffen werden Entscheidet er sich f r einen Beitritt ist ein Platz in der Kolonne f r ihn reserviert und das System kann weitere Informationen beispielweise zu Fahrzeugtyp und Farbe sowie zur genau en Entfernung zum F hrungsfahrzeug geben Dies unterst tzt den Fahrer beim Auffin den des F hrungsfahrzeugs Eine M glichkeit zur Aufbereitung dieser Informationen zeigt Abbildung 48 10 41 Hinweis Bitte Position direkt hinter VW Golf rot VAs i 340m voraus f Ar Sratelter FIR einnehmen Gesetzlichen tee NED Mindestabstand beachten A 2 a re Abbildung 48 Anzeigefeld zur Unterst tzung eines potentiellen Folgefahrzeugs beim Auffinden des F hrungsfahrzeugs In Anlehnung an BMW 2013b VuV 2013 133 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Das System fordert den Fahrer des Folgefahrzeugs auf sich hinter dem F hrungsfahr zeug zu platzieren Da zu diesem Zeitpunkt das Fahrzeug von einem Fahrer ges
123. bahnabschnitt mit zwei Fahrstreifen auf der Hauptfahrbahn und einem 200 m langen Einf delstreifen Analog zu Kapitel 10 1 2 werden f r die durchgehende Hauptfahrbahn die vier Fahr zeugtypen Pkw Pkw Kolonne Lkw und Lkw Kolonne sowie ihre Wunschgeschwindig keiten definiert siehe auch Anlage 4 Auf dem Einf delstreifen und dessen Zufahrt sind lediglich Pkw und Lkw als einzelne Fahrzeuge gestattet F r Fahrzeuge in der Zufahrt zum Einf delstreifen gilt eine H chstgeschwindigkeit von 60 km h Mit Beginn des Ein f delstreifens d rfen die Fahrzeuge auf ihre Wunschgeschwindigkeit beschleunigen und auf den rechten Fahrstreifen der Hauptfahrbahn wechseln Die Parameter f r ein fahrende Lkw und Pkw sind in Bezug auf das Beschleunigungs und das Spurwechsel verhalten angepasst da davon ausgegangen wird dass die Fahrer dieser Fahrzeuge das Beschleunigungspotential ihres Fahrzeugs besser ausnutzen und tendenziell klei nere L cken beim Spurwechsel nutzen Die Parameter hierzu sind in Anlage 5 einzu VuV 2013 183 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt sehen Auf der Hauptfahrbahn sollen sich Einzelfahrzeuge und auch Fahrzeugkolon nen kooperativ verhalten und wenn m glich auf den linken Fahrstreifen wechseln um einfahrenden Fahrzeugen den Fahrstreifenwechsel auf die Hauptfahrbahn zu erleich tern F r die Auswertung werden in der Simulation verschiedene Fahrzeugzusammen setzungen ber cksichtigt Dabei werden analog zu den vorange
124. begrenzung erreichen k nnen Da Busse und Lkw als Folgefahrzeuge hinter einem Pkw ausgeschlossen sind erhalten diese keine Nachricht auch wenn die Wunschgeschwindigkeit des Pkw im zul ssigen Ge schwindigkeitsbereich von Bussen und Lkw liegt VuV 2013 132 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt e Bus meldet sich als F hrungsfahrzeug Der Fahrer bermittelt zudem seine Wunschgeschwindigkeit die sich in der Regel an der zul ssigen H chstge schwindigkeit f r Busse orientieren wird Empf nger der Nachricht sind andere C2XC f hige Pkw und Busse die ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne verf gen und das F hrungsfahrzeug oh ne berschreiten der geltenden Geschwindigkeitsbegrenzung erreichen k n nen Da Lkw als Folgefahrzeuge hinter einem Bus ausgeschlossen sind erhal ten diese keine Nachricht auch wenn die Wunschgeschwindigkeit des Busses im zul ssigen Geschwindigkeitsbereich des Lkw liegt e Lkw meldet sich als F hrungsfahrzeug Der Fahrer bermittelt zudem seine Wunschgeschwindigkeit die sich in der Regel an der zul ssigen H chstge schwindigkeit f r Lkw orientieren wird Empf nger der Nachricht sind andere C2XC f hige Lkw Pkw und Busse die ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne verf gen und das F hrungsfahrzeug ohne berschreiten der geltenden Geschwindigkeitsbegrenzung erreichen k n nen Da sich sowohl Lkw Pkw als
125. bildung 10 Prinzipieller Systemaufbau einer achsparallelen elektromechanischen Servolenkung Pfeffer amp Harrer 2011 S 157 sssesssssssssssrrnenssssrerrrrnrnrsserrrrrrnnresne 37 Abbildung 11 Schnittbild der BMW ZF Lenksysteme Aktivlenkung Pfeffer amp Harrer 2011 S44 ER EEE a EEE TEE RELN 38 Abbildung 12 Extrembeispiele der Fahrstreifenerkennung reflektierende Bitumenfugen links mit Schnee bedeckte Fahrbahn rechts Winner et al 2012 S 547 41 Abbildung 13 Eingepr gtes Spurhaltehilfsmoment in Abh ngigkeit der Spurabweichung von der Fahrstreifenmitte Winner et al 2012 S 555 42 Abbildung 14 Beispiel f r einen Fahrstreifenwechselassistenten Winner et al 2012 Abbildung 15 Klassifizierung von Assistenzsystemen in Abh ngigkeit der menschlichen Informationsverarbeitung In Anlehnung an Habenicht 2012 S 7 und 8 VuV 2013 207 Verzeichnisse Abbildung 16 Parallel simultane oben parallel sequenzielle mittig und serielle unten Assistenzkonzepte Winner et al 2012 S 642 644 22usssssnnnnsnnennnnnn 49 Abbildung 17 H Mode Metapher Winner et al 2012 S 647 222222444snnennnnn nn 50 Abbildung 18 Einteilung der durch die Umfeldsensorik zu erfassende Bereiche Reif 20 106 98 130 ei a a N a R ea a ad 52 Abbildung 19 Stufen der Bilderkennung Reif 2010b S 205 sssssssesseeesesssssrrrrene 56 Abbildung 20 Wirkungsberei
126. bsetzen von Notrufen m glich VuV 2013 58 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation Im Kommunikationsbereich findet die Kommunikation zwischen Fahrzeugen Car to Car Communication kurz C2CC aber auch zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur einrichtungen Car to Infrastructure Communication kurz C2IC statt Allgemein wird die Kommunikation eines Fahrzeugs mit seinem Umfeld auch als Car to X Communication kurz C2XC bezeichnet Die gro e Verbreitung und st ndige Weiter entwicklung der Funksysteme f r den Heim und B robereich Wireless Local Area Network kurz WLAN macht diese auch f r den Einsatz in Fahrzeugen interessant Die Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern und der Verkehrsinfrastruktur bie tet eine Vielzahl an M glichkeiten zur Steigerung der Verkehrssicherheit Eine situati onsgerechte bermittlung von Informationen beispielsweise zu Unf llen einem pl tzli chen Stauende oder zu vereister Fahrbahn erm glicht es den Verkehrsteilnehmern das Fahrverhalten rechtzeitig an die neue Situation anzupassen f E N Voraus schau bereich Kommu nikations bereich Fahrzeug Abbildung 20 Wirkungsbereiche der Informationssysteme Reif 2010b S 107 Im sensierbaren Bereich arbeitet die Fahrzeugsensorik die im Zusammenhang mit den Fahrerassistenzsystemen zur L ngs und Querf hrung im Fahrzeug verbaut ist Hier bei wird das Umfeld um das Fahrzeug beobachtet und ausgewertet Im
127. bzw in einer autonomen Kolonne 7 2 Gesetzliche Aspekte f r die autonome Kolonnenfahrt In den EG Typgenehmigungen gibt es keine direkten Bauvorschriften f r Fahrerassis tenzsysteme sie m ssen jedoch in anderen Bereichen wie der elektromagnetischen Vertr glichkeit EMV und der Zuverl ssigkeit bzw Ausfallsicherheit ber cksichtigt werden vgl Winner et al 2012 Beispiel Steer by Wire Systeme Kapitel 2 2 1 Die f r die autonome Kolonnenfahrt ben tigten technischen Systeme sind in ihrer Grund form in Serienfahrzeugen bereits vorhanden und d rften deshalb keine besonderen Probleme bei der Zulassung haben Eine Ausnahme stellt die ECE Regelung Nr 79 zur Typzulassung der Lenkanlage dar nach der automatisierte Lenkfunktionen nur bis maximalen 12 km h zul ssig sind z B bei einem Einparkassistent dar ber hinaus sind automatisierte Steuerungen nicht zul ssig F r h here Geschwindigkeiten wie sie bei der Autobahnfahrt vorkommen bedarf es also einer Anpassung dieser Regelung vgl BASt F83 2012 Im Gegensatz zur Typgenehmigung gestaltet sich die rechtliche Lage in Bezug auf den Stra enverkehr jedoch weitaus schwieriger Grunds tzlich haben die hier betrachteten und f r die autonome Kolonnenfahrt ben tigten Fahrerassistenzsysteme einen meist direkten Zusammenhang zur Fahraufgabe weshalb verhaltensrechtliche Anforderun gen aus den Stra enverkehrsordnungen bzw aus dem Stra enverkehrsrecht ber ck sichtigt werden m ssen
128. c Netzwerk f r die Nachrichten ber mittlung zwischen Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturein richtungen WLAN engl Wireless Local Area Network drahtloses lokales Netzwerk Ww StV Wiener bereinkommen ber den Stra enverkehr VuV 2013 12 Einleitung 1 Einleitung Die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen nimmt im Automobilsektor einen immer gr eren Stellenwert ein Fahrerassistenzsysteme sollen den Fahrer bei seiner Fahr aufgabe unterst tzen und damit je nach Entwicklungsziel den Komfort steigern die Sicherheit erh hen oder auch den Kraftstoffverbrauch reduzieren Mit fortschreitender Entwicklung werden diese Systeme mehr und mehr zu einem zusammenwirkenden komplexen Gesamtsystem mit dem Fernziel des autonomen Fahrzeugs vernetzt Da bei wird zwischen verschiedenen Funktionsstufen unterschieden wobei diese von teil ber hoch bis vollautomatisiert reichen siehe auch autonomes Fahren im Glossar Die Begriffe autonomes Fahren und automatisiertes Fahren werden in dieser Aus arbeitung gleichbedeutend verwendet wobei hierunter in der Regel das hoch bzw vollautomatisierte Fahren zu verstehen ist Die vorliegende Arbeit besch ftigt sich mit einem System zur autonomen Kolonnen fahrt auf Autobahnen bei dem Fahrzeuge elektronisch gekoppelt werden und mit m glichst kurzen Abst nden einander folgen k nnen Dabei sollen die Folgefahrzeuge mindestens das ho
129. ch die Verwendung von ACC im F hrungsfahrzeug die Anzahl starker Bremsvorg nge deutlich abnimmt vgl Benmimoun et al 2013 Dadurch wird insge samt ein gleichm igeres Fahrverhalten mit weniger Beschleunigungsanteilen erreicht wodurch auch wiederum der Energiebedarf gesenkt werden kann In der von Ben mimoun et al 2013 untersuchten Feldstudie wurde allein durch die Verwendung von ACC eine Reduktion des durchschnittlichen Kraftstoffverbrauchs auf Autobahnen um 2 77 erreicht Wie auch in Kapitel 10 1 2 bei der Betrachtung des Verkehrsflusses auf freier Strecke gezeigt wurde kann durch die Kolonnenfahrt die Anzahl an Interaktionen zwischen den Verkehrsteilnehmern reduziert werden Dadurch reduziert sich wiederum auch die An zahl der Bremsman ver bzw der Beschleunigungseffektivwert und damit auch der Energiebedarf der Fahrzeuge wie im folgenden Abschnitt gezeigt wird Eine weitere M glichkeit zur Reduktion von Beschleunigungs und Bremsvorg ngen bietet die in Kapitel 5 5 4 beschriebene C2C Communication durch die fr here Reakti onen auf Geschwindigkeits nderungen m glich sind und der Verkehrsfluss dadurch harmonisiert werden kann siehe auch PI l 2008 10 2 2 Auswertung des Energiebedarfs bei Kolonnenfahrt In diesem Abschnitt sollen die Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf den Energiebedarf basierend auf der vorgestellten Gleichung auf Seite 190 anhand der in Kapitel 10 1 2 vorgestellten Simulationen quantifiziert wer
130. ch f r Lkw qualitativ hnliche Verl ufe F r eine brei tere Datenbasis werden zudem die Ergebnisse aus Szenario 3 bei dem Lkw und Pkw VuV 2013 188 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Kolonnen in verschiedenen Anteilen vorkommen erg nzt Im oberen Diagramm sind die Kolonnenzusammensetzungen des jeweiligen Messpunktes angegeben 25 100 bedeutet hierbei dass 25 aller Pkw und 100 aller Lkw an einer Kolonne teilneh men 32 0 E Lkw Kolonnen Szenario 1 31 0 4 Lkw und Pkw Kolonnen Szenario 2 3 30 0 0 0 re S 25 50 25 100 29 0 Tg E 50 50 50 100 25 25 25 75 0 25 o Fan 50 75 100 100 75 75 amp 200 300 400 500 600 Anzahl der Fahrzeugkolonnen auf der Hauptfahrbahn mittlere Reisezeit Pkw s N N o Anteil blockierter P 200 300 400 500 600 Anzahl der Fahrzeugkolonnen auf der Hauptfahrbahn Abbildung 70 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Pkw Betrachtet man in Abbildung 70 zun chst jeweils die f nf roten Messpunkte 0 Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen variabel so ist nochmals analog zu Szenario 1 in Abbildung 68 auf Seite 186 zu erkennen dass Reisezeiten einfahrender Pkw und der Anteil blo ckierter Pkw mit wachsender Anzahl Lkw Kolonnen zunehmen Die blauen Messpunkte mit einem Pkw Kolonnenanteil von 25 25 25 25 50 25 75 25 100 zeigen bei Zu nahme der Lkw Kolonnen ei
131. ch hier ist die H he der Kolonnenanwendungsraten bei Pkw ausschlaggebend Im Bereich von Autobahneinfahrten ist mit steigendem An teil der Lkw Kolonnen mit negativen Auswirkungen f r einfahrende Fahrzeuge zu rech nen Sofern gleichzeitig jedoch ein hoher Anteil an Pkw Kolonnen vorliegt werden die Nachteile der Lkw Kolonnen berkompensiert Neben den Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf den Verkehrsfluss wurden auch die Auswirkungen auf den Energiebedarf untersucht Hierzu wurde auf Basis der mikro skopischen Verkehrsflusssimulationen der Energiebedarf der Fahrzeuge ermittelt Die Reduktion des Energiebedarfs bei Pkw ist neben einem verringerten Luftwiderstand auch auf einen verbesserten und homogeneren Verkehrsfluss zur ckzuf hren Bei Lkw hingegen ist die Energieeinsparung aufgrund ihrer ohnehin weitgehend konstanten Geschwindigkeit im Bereich von 80 km h haupts chlich auf den verringerten Luftwider stand zur ckzuf hren Die Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf die Verkehrssicherheit sind nicht direkt zu bestimmen Die Verwendung der vorgestellten Fahrerassistenzsysteme die bei der Kolonnenfahrt zum Einsatz kommen weist jedoch positive Auswirkungen auf die Ver kehrssicherheit auf wie bereits durch mehrere Studien belegt wird Die genannten Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt auf Verkehrsfluss Ener giebedarf und Verkehrssicherheit beeinflussen schlie lich auch die Volkswirtschaft Zum einen wird die Wirtschaftlichkeit der Fahrzeug
132. chautomatisierte Fahren beherrschen w hrend beim F hrungsfahr zeug mindestens das assistierte besser das teilautomatisierte Fahren m glich sein muss Ziel eines solchen Systems ist einerseits die Komfortsteigerung bei oft eint ni gen Fahraufgaben andererseits wird eine Steigerung der Verkehrssicherheit ange strebt Durch die geringen Folgeabst nde sowie ein m glichst konstantes Fahrverhal ten sollen des Weiteren sowohl der Energiebedarf reduziert als auch der Verkehrsfluss verbessert werden Im ersten Teil dieser Ausarbeitung werden zun chst die Grundlagen in Form eines berblicks zum Stand der Technik betrachtet Dabei werden sowohl Fahrerassistenzsysteme zur L ngs und Querf hrung von Fahrzeugen als auch die u a f r die Kopplung der Fahrzeuge wichtige Fahrzeugkommunikation behandelt Der erste Abschnitt endet mit einer kurzen Vorstellung verschiedener Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur automatisierten Kolonnenfahrt Der zweite Abschnitt der Arbeit beginnt mit der Betrachtung der Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt bevor ein berblick ber einen m glichen Systemaufbau gegeben wird Des Weiteren werden verschiedene die Kolonnenzusammensetzung betreffende Aspekte betrachtet Anschlie end werden f r die Kolonnenfahrt relevante Handlungsstrategien vorgestellt Dabei wird einerseits die Interaktionen zwischen den Kolonnenteilnehmern anderseits aber auch die Interaktionen zwischen den Kolonnenteiln
133. che der Informationssysteme Reif 2010b S 107 59 Abbildung 21 Festeinbaunavigation BMW 2013a Smartphone mit Navigationssoftware TomTom 2013a portables Navigationsger t Navigon 2013 62 Abbildung 22 Satellitenortungssystem GPS Reif 2010b S 193 63 Abbildung 23 Positionsbestimmung mithilfe von GPS Reif 2010b S 194 64 Abbildung 24 Dopplereffekt Reif 2010b S 195 uu444444444RRRRnnnnnnnnnnnnnnnne 64 Abbildung 25 Komponenten eines Navigationssystems Reif 2010b S 191 65 Abbildung 26 Daten bermittlung und Datenauswertung mit RDS TMC Reif 2010b S Abbildung 28 Optische Darstellung der Verkehrslage bei Echtzeitsystemen BMW LO 0 EEA SPRNESERE RER OERSENTES E E E EE SER BELNEHFE 76 Abbildung 29 Darstellung von Umleitungsempfehlungen bei Echtzeitsystemen BMW BON SD a ee ee ee 77 Abbildung 30 Automatisches Notrufsystems Mercedes Benz Notrufsystem 2012 S Abbildung 33 Wirkspektrum der verwendeten Technologien HAVEIt 2009 S 5 93 Abbildung 34 Selbstst ndiges Durchf hren eines berholvorgangs BMW 2013c 95 Abbildung 35 Funktionsprinzip Nothalteassistent AMS 2010 44444 gt 96 Abbildung 36 Lkw Kolonne im Rahmen des KONVOI Projekts BMWi 2009 S 17 98 Abbildung 37 Road Train bestehend aus Lkw und Pkw SARTRE 2013 99 Abbildung 38 Alternativt
134. chlagsfaktor f r alle rotierenden Fahrzeugkomponenten a Fahrzeugl ngsbeschleunigung v Fahrzeuggeschwindigkeit p Luftdichte 1 23 kg m cw Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeugs A Stirnfl che des Fahrzeugs Pm abgegebene Motorleistung VuV 2013 117 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Na Wirkungsgrad des Antriebsstrangs Aa Antriebsschlupf der angetriebenen R der Wird die Gleichung nach der Beschleunigung a aufgel st so kann die resultierende Beschleunigung z B in Abh ngigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Steigung a berechnet werden Abbildung 41 Bei gro en Geschwindigkeiten und Steigungen kann die Motorleistung nicht ausreichend sein weshalb sich hier keine bzw eine nega tive Beschleunigung einstellen wird im gew hlten Wertebereich nicht mehr sichtbar Mit der Fahrwiderstandsgleichung kann f r jede gew hlte Fahrzeuggruppe und die verschiedenen Grenzf lle die resultierende Beschleunigung ermittelt werden e u u Fan 5 un m E 5 wo c aD c 2 10 s3 N w v z S To O E Ausgangsgeschwindigkeit km h Pkw Lkw Bus Abbildung 41 Beschleunigungsf higkeit in der Ebene jeweils Fahrzeug Nullfall Die ermittelten Beschleunigungen k nnen jedoch nur als Anhaltswerte betrachtet wer den da zahlreiche Annahmen und Vereinfachungen getroffen werden m ssen Es wird durch die konstant gew hlte maximale Motorleistun
135. chlaich J 2005 Nutzungsm glichkeiten von Floating Phone Data online verf gbar bei der Universit t Stuttgart unter http www isv uni stuttgart de vuv publication downloads_fachkolloquium Schlaich pdf heruntergeladen am 14 05 2013 Schr der C 2009 BMW entwickelt Nothalteassistenten Auto steuert bei Fahrer ausfall autonom Nothalt an online verf gbar bei Springer Professional unter http www springerprofessional de bmw entwickelt nothalteassistenten auto steuert bei fahrerausfall autonom nothalt an 9837 3945630 html heruntergela den am 14 05 2013 SimTD 2012 Projektbrosch re zum Feldversuch online verf gbar bei SimTD unter http www simtd de index dhtml 2651940c343aec52762k deDE CS backup_publications Informationsmaterial heruntergeladen am 15 05 2013 SimTD 2013 Feldversuch im Rahmen des Forschungsprojektes sim belegt Car to X Kommunikation ist reif f r den Alltagseinsatz Pressemitteilung simTD vom 20 06 2013 online verf gbar unter _ http www simtd de index dhtml 2251cb2eac7354655 18V object media deDE 8033 CS news Presse simTD Pressemitteilung_2013_DE pdf heruntergeladen am 26 06 2013 StVO 2013 Stra enverkehrs Ordnung Stand 01 April 2013 online verf gbar bei Gesetze im Internet unter http www gesetze im internet de bundesrecht stvo_2013 gesamt pdf heruntergeladen am 22 05 2013 TLS 2012 Technische Lieferbedingungen f r Streckenstationen Ausgabe 2012 onli ne verf gbar
136. chleunigungs und Verz gerungsf higkeit Unter der Beschleunigungsf higkeit kann auch die negative Beschleunigung verstan den werden zur besseren Verst ndlichkeit wird hier unter der Beschleunigungsf hig keit die positive und unter der Verz gerungsf higkeit die negative Beschleunigung betrachtet 8 2 3 1 Beschleunigungsf higkeit Die Beschleunigung einer Kolonne sollte sich nach der des schw chsten Fahrzeugs richten um ein Aufziehen der Kolonne zu verhindern Weitere Aspekte bei der Wahl des Beschleunigungsbereichs f r die jeweilige Kolonne sind Energieverbrauch und Komfort siehe auch Kapitel 10 2 und 10 5 Die Beschleunigungsf higkeit ergibt sich aus der noch verf gbaren Motorleistung bei der aktuell zu berwindenden Fahrwider standsleistung Der Fahrwiderstand linke Seite der Gleichung in Form der Fahrwider standsleistung setzt sich aus dem Rollwiderstand der Hangabtriebskraft sowie dem Luft und Beschleunigungswiderstand zusammen Auf eine Herleitung der Gleichung wird an dieser Stelle verzichtet es wird auf die aufgef hrte Literatur verwiesen z B Haken 2008 und Hoebke 2013 Bei gegebener Motorleistung rechte Seite der Gleichung ergibt sich die Gleichung a m g fr cos a sin a 1 5 v 5 cw A v Pusnarli A mit m Fahrzeugmasse g Ortsfaktor der Gewichtskraft 9 81 m s fR Rollwiderstandsbeiwert durch Reifen Fahrbahn Kontakt a Steigungswinkel der Strecke Drehmassenzus
137. chlie t mit der Vorstellung eines Forschungsprojektes zur Fahrzeugkom munikation ab das bis Juni 2013 in Deutschland durchgef hrt wurde Das in diesem Kapitel vorgestellte Kommunikationsverfahren ist beispielsweise auch Grundlage aktu eller Forschungsprojekte zur autonomen Kolonnenfahrt und wird daher ausf hrlicher vorgestellt 5 5 1 Beschluss des Car to Car Communication Consortium Die Teilnehmer des Car to Car Communication Consortium C2CCC haben sich 2012 auf einen gemeinsamen bertragungsstandard f r die Fahrzeugkommunikation geei nigt Mitglieder des Konsortiums sind sowohl Fahrzeughersteller als auch Zulieferer VuV 2013 80 Fahrzeugkommunikation und IT Firmen vgl Pudenz 2012b und Krust 2012 Die unterzeichnete Absichtser kl rung sieht vor ab 2015 kooperative und intelligente Transportsysteme sowie dazu geh rige Dienstleistungen auf den Markt zu bringen Dies wird als ein entscheidender Schritt zur fl chendeckenden Einf hrung der Car to X Communication angesehen Nachrichten sollen direkt zwischen Fahrzeugen aber auch zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur in einem Nahbereich von mehreren hundert Metern ausgetauscht werden Die Reichweite der Umfelderfassung die im Zusammenhang mit Fahrerassis tenzsystemen zur L ngs und Querf hrung im Fahrzeug stattfindet wird durch den Datenaustausch deutlich erweitert wodurch sich neue Sicherheitsfunktionen in das Fahrzeug integrieren lassen vgl Krust 2012
138. chnitt zu ziehen Die Erfassung von Verkehrsdaten dient unter anderem der kurzfristi gen Verkehrsbeeinflussung der Steuerung von Wechselwegweisungsanalgen und der Stra enzustandsinformation die ber verschiedene Medien verbreitet wird vgl Listl 2003 Fahrzeuge die autonomes Fahren oder die Teilnahme an der autonomen Ko Ionnenfahrt erlauben k nnen sich bei entsprechender Kenntnis rechtzeitig auf den neuen Verkehrszustand einstellen und abrupte Fahrman ver vermeiden Fahrzeuge die ber die M glichkeit zur Kolonnenteilnahme verf gen diese aber bisher nicht nut zen k nnen zu einem Kolonnenbeitritt aufgefordert werden Die aus der Kolonnenfahrt resultierenden Kapazit tssteigerungen k nnen die Staubildung verz gern oder gege benenfalls ganz vermeiden siehe Kapitel 10 1 Liegen die Informationen zum aktuellen Verkehrszustand vor ist es auch m glich durch individuelle Nachrichten bermittlung einzelne Fahrzeuge umzuleiten um staugef hrdete Bereiche zu entlasten VuV 2013 67 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation Eine konventionelle Methode zur Erhebung von Verkehrsdaten stellt die Verwendung ortsfester Messstellen dar Nach Ausf hrungen von Listl 2003 werden dabei meist Induktionsschleifendetektoren verwendet Da an einem bestimmten Querschnitt ber eine gewisse Zeitdauer gemessen wird spricht man von einer lokalen Messung Bei berfahrt des Detektors wird jedes Fahrzeug erfasst woraus sich die Verk
139. chwindigkeitsschwankungen eines vorausfahrenden Fahrzeugs ausgleichen zu k nnen ist ein ausreichender Sicherheitsabstand vor dem F hrungsfahrzeug notwen dig Je kleiner die Kolonnengeschwindigkeit ist desto kleiner d rfen die Abst nde in nerhalb der Kolonne eingeregelt werden Die Abst nde werden dabei im Stau und bei sehr langsamen Geschwindigkeiten auf ein Minimum reduziert vgl Robinson et al 2010 Die M glichkeit viele Fahrzeuge auf einer kurzen Streckenl nge zu platzieren l st einen Stau zwar nicht schneller auf kann jedoch daf r sorgen dass beispielsweise zur ckliegende Ausfahrten nicht berstaut werden Eine intelligente Kolonnenregelung kann somit mit Ausnahme des freien Verkehrsflusses positive Impulse f r einen besseren Verkehrsfluss geben Im vorangegangenen Abschnitt wurde ein kontinuierlicher bergang vom freien Ver kehrsfluss bis hin zum Stau betrachtet Die Kolonne wird dabei durch das steigende Verkehrsaufkommen und die damit verbundene Geschwindigkeitsreduktion verlang samt Es ist jedoch auch m glich dass ein Stauende pl tzlich und unvorhersehbar auftritt Um hierbei kritische oder gef hrliche Fahrman ver zu vermeiden ist es wiede rum notwendig rechtzeitig informiert zu sein um die Geschwindigkeit fr hzeitig redu zieren zu k nnen Die exakte Position des Stauendes kann dabei entweder mittels C2CC oder alternativ ber Echtzeit Verkehrsmeldungen bermittelt werden 9 1 3 4 Interaktion bei S
140. ckgegriffen wird zeigt das Projekt dass hochautomatisiertes Fahren mit vergleichsweise kosteng nstiger und verf gbarer Technik realisierbar ist Die Vor gabe eine m glichst seriennahe Umsetzung des hochautomatisierten Fahrens zu ent wickeln wurde somit erf llt Das Co Piloten System erlaubt verschiedene Betriebsmodi von der einfachen Fahrer unterst tzung ber das teilautomatisierte Fahren bei dem beispielsweise ein Abstand regeltempomat im Einsatz ist bis hin zum hochautomatisierten Fahren bei dem das Fahrzeug zus tzlich die Lenkfunktion und die Spurhaltung bernimmt Abbildung 33 zeigt hierzu das Spektrum innerhalb dessen das vorgestellte Fahrzeug arbeitet Automation Abbildung 33 Wirkspektrum der verwendeten Technologien HAVEIt 2009 S 5 i Fahrzeughersteller Volvo Technology AB Volkswagen AG Automobilzulieferer Continental EFKON AG Sick AG Haldex Brake Products AB Knowllence Explinovo GmbH weitere Infor mationen zu den teilnehmenden Forschungseinrichtungen unter http www haveit eu org LH2Uploads ItemsContent 121 HAVEIt_Continental_PM_ArchitectureMigrationDemonstr Arch_D_final_20110621 pdf Stand 18 05 2013 VuV 2013 93 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt Da das System kein vollautomatisiertes Fahren unterst tzt verbleibt die Verantwortung beim Fahrer der die Systeme stets zu berwachen hat Der Fahrer bleibt somit neben dem Fahrzeug und der Umw
141. d somit Verletzten besser und fr her helfen zu k nnen Da das System automatisch Nachrichten generiert und diese an die Infrastruktur sendet soll es an dieser Stelle kurz vorgestellt werden Sobald die Fahrzeugsensorik einen schweren Unfall feststellt wird eCall automatisch aktiviert und erm glicht es die Rettungskr fte auch dann zu informieren wenn die Fahrzeuginsassen nicht mehr in der Lage sind einen Notruf abzusetzen siehe Abbil dung 30 Ein manuelles Ausl sen des eCalls durch Dr cken einer Notruftaste ist je doch auch m glich Das System w hlt dann die Nummer der Notrufzentrale 112 Dabei wird zun chst versucht eine Sprachverbindung zu den Fahrzeuginsassen herzustel len Gleichzeitig wird der Notrufzentrale ein Datensatz mit Minimalinformationen zu Unfallzeitpunkt Unfallkoordinaten Fahrtrichtung wichtig bei Autobahnen Fahrzeu gidentifikation und zu einigen weiteren Aspekten bermittelt Weiterleitung der Meldung Notrufzentrale Gezielte und schnellere Hilfe am Unfallort R_ NOTRUF 7 gt amp Abbildung 30 Automatisches Notrufsystems Mercedes Benz Notrufsystem 2012 S 78 In Stadtgebieten soll die Zeitspanne bis zum Eintreffen der Helfer mithilfe von eCall um bis zu 40 und in l ndlichen Gebieten um bis zu 50 reduziert werden k nnen Es wird davon ausgegangen dass durch rechtzeitige Hilfeleistungen die Verletzungs schwere von Zehntausenden pro Jahr reduziert werden kann und mehrere hundert Leben
142. das Ger uschniveau die Sitze oder die M glichkeit bestimmte Fahrert tigkeiten an Fahrerassistenzsysteme zu bergeben Generell kann ein komfortables Fahrzeug das Wohlbefinden des Fahrers positiv beeinflussen Wenngleich die oben beschriebene Definition aus der Fahrwerktechnik die Vertikalbe schleunigung als Gr e f r den Fahrkomfort meint so l sst sich die Aussage auch auf L ngs und Querbeschleunigungen bertragen Querbeschleunigungen lassen sich durch den Einsatz von Spurf hrungssystemen reduzieren da das Fahrzeug in der La ge ist seine Position ohne sp rbare Pendelbewegungen an der Fahrstreifenmitte aus zurichten Ein deutlich gr erer Einfluss auf den Fahrkomfort ist von der L ngsbe schleunigung zu erwarten Gem der Analyse aus Kapitel 10 1 2 2 sorgen autonome Fahrzeugkolonnen f r einen besseren Verkehrsfluss in Form einer h heren Reisege schwindigkeit und einer gleichzeitig reduzierten Anzahl an Bremsman vern F r diesen Effekt sind haupts chlich Pkw Kolonnen verantwortlich da Lkw sowohl in Kolonne als auch als Einzelfahrzeuge bereits mit einer weitgehend harmonisierten Geschwindigkeit fahren Ein harmonisierter Verkehrsfluss ohne h ufige Beschleunigungs und Brems vorg nge erlaubt es den Fahrern von Folgefahrzeugen vermutlich auch die gew hlte fahrfremde T tigkeit besser aus ben zu k nnen Es ist jedoch denkbar dass ein Fah rer intuitiv aufschreckt und unter Umst nden in die Systemsteuerung eingreift sob
143. de ren ist das Notrufsystem wie es derzeit von den Herstellern angeboten wird an das Vorhandensein von Navigationssystemen und Freisprecheinrichtungen gekoppelt Im Unterschied zum Notrufsystem eCall das stets eine Verbindung zur Notrufzentrale 112 herstellt werden bei den bisher erh ltlichen Systemen Verbindungen zu herstel lereigenen Call Centern aufgebaut die die bermittelten Informationen anschlie end an die Rettungsdienste weiterleiten vgl Euro NCAP 2010 Der Aufbau des beschriebenen eCall Systems eignet sich theoretisch auch f r die Nut zung weiterer Dienste Statt einer weitestgehend auf der Auswertung der Crash Sensoren basierenden Nachricht ist es vorstellbar ebenfalls andere von der Fahr VuV 2013 79 Fahrzeugkommunikation zeugsensorik erkannte Ereignisse situationsbezogen zu bermitteln Beispielsweise k nnen Gl tte Aquaplaning oder aber mit modernen Systemen liegengebliebene Fahrzeuge oder Fu g nger im Bereich der Fahrbahn erkannt werden Erkennt die Fahrzeugsensorik einen solchen Fall kann dieser analog zum eCall an eine Zentrale bermittelt werden welche die Informationen wiederum anderen Verkehrsteilnehmern zur Verf gung stellt Eine autonome Fahrzeugkolonne profitiert wie alle mit diesem System ausgestattete Fahrzeuge von diesen Meldungen da sie ihr erlauben sich rechtzeitig an gewisse Situationen anzupassen z B Geschwindigkeit verringern Fahr zeugfolgeabst nde vergr ern
144. den Wie bereits in Abschnitt 10 1 2 2 bei der Betrachtung des Verkehrsablaufs werden vier ausgew hlte F lle mit der Aus gangssituation verglichen wobei sich angef hrte Prozentwerte auf den Standardfall 0 0 beziehen Es werden die in Kapitel 8 2 1 definierten Fahrzeuge Nullfall auf dem in Kapitel 10 1 definierten 25 km langen Autobahnabschnitt ohne Steigungen be trachtet F r Lkw besteht ein berholverbot Da alle ben tigten Fahrzeugdaten angenommen und vor allem die aerodynamischen Effekte nur stark vereinfacht betrachtet werden k nnen siehe Abschnitt 10 2 1 1 k n nen Ergebnisse nur als erste Anhaltswerte angesehen werden Zudem gelten die f r die Energiegleichung genannten Einschr nkungen Des Weiteren wird bei den Berech nungen der Masseverlust durch den Kraftstoffverbrauch vernachl ssigt bzw eine kon stante Fahrzeugmasse angenommen Wie bei den Verkehrsflusssimulationen wird vereinfachend ein konstanter Folgeabstand angenommen In Abbildung 75 sind die Ergebnisse f r den Energiebedarf von Pkw oben und Lkw unten dargestellt Es wurde jeweils der arithmetische Mittelwert f r alle Fahrzeuge in jedem Simulations VuV 2013 196 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt durchgang ermittelt und ber der mittleren Reisegeschwindigkeit aufgetragen Die Er gebnisse werden im Folgenden kurz vorgestellt N un Angabe Kolonnenrate Pkw Lkw N o Einzelfahrzeug v konst 0 0 Pkw m 0 50
145. den Einsatz im automotiven Massenmarkt verschiedene Herausforderungen gel st werden ehe erste Dienste f r die Fahrzeugkommunikation zur Verf gung gestellt werden Winner et al 2012 nennt f r ein Fahrzeugkommunikationssystem folgende Anforderungen e Es muss ein gemeinsamer Standard eingef hrt werden der die Kommunikation zwischen Fahrzeugen verschiedener Hersteller und verschiedener Generation erm glicht e Die Verbindungsreichweite soll etwa 1000 m nach vorne und hinten betragen Zu den Seiten gen gen etwa 250 m e Die Sendeleistung muss skalierbar sein da die Anzahl der Teilnehmer im Netz gro en Schwankungen unterworfen ist e Fahrzeuge bewegen sich zum Teil mit hohen Geschwindigkeiten und sehr ho hen Relativgeschwindigkeiten Der Dopplereffekt muss ausgeglichen werden Zudem stehen zum Teil nur kurze Zeitspannen f r die Daten bertragung zur Verf gung e Abschattungen und Reflexionen bzw Mehrwegeausbreitung im innerst dti schen Verkehr sind zu beachten e Bei der Fahrzeugkommunikation werden oft sicherheitsrelevante Meldungen bertragen Diese m ssen unterbrechungsfrei und st rsicher bertragen wer den k nnen Zudem ist eine minimale Verz gerungszeit sicherzustellen Wichti ge Nachrichten sind zu priorisieren e Um Informationen zielgerichtet bermitteln zu k nnen m ssen geeignete Rou tingverfahren implementiert werden Warnmeldungen sollen beispielweise nicht an alle erreichbaren Teilnehmer gesendet werd
146. denk bar um Fahrzeugen auf dem Einf delstreifen einen Wechsel auf die durchgehende Fahrbahn zu erm glichen Beispielsweise kann der Kolonnenregler im Bereich von Autobahneinfahrten sofern die Kolonne eine gewisse L nge bersteigt an einer oder mehreren Stellen eine Vergr erung des Fahrzeugfolgeabstand vorgeben Gleichzeitig k nnen Fahrzeuge auf dem Einf delstreifen durch neue Assistenzsysteme wie dem Einf delassistenten unterst tzt werden siehe auch Kapitel 2 2 3 3 Dieser detektiert einerseits vorhandene L cken auf dem Zielfahrstreifen und betrachtet ande rerseits den l ngsdynamischen Aktionsraum des Fahrzeugs Durch Verkn pfung der ermittelten Informationen kann eine Erreichbarkeitsanalyse f r verschiedene L cken durchgef hrt werden Daraufhin werden dem Fahrer l ngsdynamische Fahrempfehlun gen mitgeteilt oder die l ngsdynamische Regelung zum Erreichen der vorgesehenen L cke erfolgt automatisiert durch das Fahrzeug vgl Knake Langhorst et al 2013 Ein derartiges System k nnte in Verbindung mit der Kolonnenfahrt und der C2CC hel fen Fahrzeuge gegebenenfalls auch in kleinen L cken zu positionieren und so die Ak zeptanz von Fahrzeugkolonnen zu erh hen Es ist jedoch zu kl ren wie sich eine Fahrzeugkolonne verh lt wenn sich Nicht Kolonnenteilnehmer zwischen Folgefahr zeugen befinden sollten Im SARTRE Projekt ist f r diesen Fall vorgesehen dass die Kolonne dies kurzzeitig tolerieren kann anschlie end
147. der EU durchgef hrt werden k nnen die Entwicklung und Markt durchdringung von Assistenzsystemen f rdern Wie bei Winner et al 2012 aufgef hrt wird ergeben sich f r die nahe Zukunft vor allem Herausforderungen bei der Umsetzung integrierter Bedienungskonzepte die nach M glichkeit eine Hersteller bergreifende intuitive Bedienung von Fahrerassis tenzsystemen zulassen Au erdem wird im Hinblick auf die Umweltbilanz von Assis tenzsystemen darauf hingewiesen dass diese zwar durch ihr zus tzliches Gewicht und den zus tzlichen Leistungsbedarf zu einem Mehrverbrauch f hren dieser jedoch z B durch die Auswirkungen der assistierten L ngsf hrung berkompensiert werden kann Im Hinblick auf die Kolonnenfahrt sind ebenfalls noch viele technische und rechtliche H rden zu meistern siehe Kapitel 7 Die vorgestellten Systeme m ssen intelligent zu einem Gesamtkonzept vernetzt werden Neben einer gr eren Marktdurchdringung der vorgestellten Systeme ist vor allem auch eine Kommunikation zwischen den Fahrzeu gen einer Kolonne notwendig siehe hierzu Kapitel 5 F r die allgemeine Verkehrssicherheit spielen die vorgestellten Assistenzsysteme auf grund ihrer geringen Marktdurchdringung momentan noch eine eher untergeordnete Rolle Ihre Wirksamkeit wird jedoch in zahlreichen Studien best tigt Eine weitere Sen kung bei der Anzahl der Unf lle und eine Verringerung der Unfallschwere kann nur durch aktive Assistenzsysteme in Verbindung mi
148. die Anzahl durchgef hrter Bremsman ver ermittelt e Reisezeif ben tigte Zeit um den definierten Streckenabschnitt zu durchfah ren e Reisegeschwindigkeit zur ckgelegte Strecke in Bezug auf die Reisezeit e Verlustzeit Zeitverlust gegen ber der theoretisch unbeeinflussten Fahrt e Bremsman veranzahf Anzahl der Bremsman ver bei denen eine Fahr zeugl ngsbeschleunigung kleiner 2 m s erreicht wird e Beschleunigungseffektivwert quadratischer Mittelwert der Fahrzeugl ngsbe schleunigung mit Zeitmittelung ber die Reisezeit Reisezeit und Reisegeschwindigkeit haben die gleiche Aussagef higkeit da in allen F llen eine identische Strecke vorliegt Idealerweise ben tigt ein Pkw f r eine Strecke von 25 km bei einer Geschwindigkeit von 130 km h ca 690 s 11 Minuten und 30 Se kunden w hrend ein Lkw bei 80 km h f r die gleiche Strecke 1125 s 18 Minuten und 45 Sekunden ben tigt Die Anzahl der Bremsvorg nge stellt ein Ma f r die Gleich m igkeit des Verkehrsflusses dar je weniger Bremsman ver durchgef hrt werden m ssen desto konstanter kann die jeweilige Wunschgeschwindigkeit gehalten werden Die Gleichm igkeit des Verkehrsflusses kann auch durch den Effektivwert der Fahr zeugl ngsbeschleunigung verdeutlicht werden der sich wie folgt berechnet T arns eoat 0 mit ams Effektiverwert der L ngsbeschleunigung in m s alt Beschleunigung zum Zeitpunkt t in m s T Reisezeit in s 2
149. duziert Auch eine niedrigere zeitliche Frequenz von starken Bremsvorg ngen konnte ermittelt werden was auch Auswirkungen auf den Verkehrsfluss haben wird Au erdem wurde durch den ACC Einsatz eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs von 2 77 bei Autobahnfahrten ermit telt VuV 2013 33 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Verschiedene von Winner et al 2012 aufgef hrte Studien kommen zu den Ergebnis sen dass das Fahren mit aktivem ACC System von den Fahrern als deutlich sicherer entspannter und weniger belastend als manuelles Fahren empfunden wird Des Weite ren sollen 71 der Auffahrunf lle von Nutzfahrzeugen auf Autobahnen durch ACC Systeme vermieden werden k nnen Es wird jedoch auch kritisch darauf hingewiesen dass sich die Nutzer bei parallelen Nebent tigkeiten st rker ablenken lassen was in deutlich l ngeren Blickabwendungen resultiert So sei ein Sicherheitsgewinn erst dann wirklich zu erwarten wenn sicherheitskritische Situationen noch besser behandelt wer den k nnen Mehrheitlich wird dem ACC dennoch eine positive Auswirkung beschei nigt die zuk nftigen Entwicklungen beim ACC m ssen jedoch st rker auch die sicher heitskritischen Gew hnungseffekte ber cksichtigen Auch die Bremsassistenzfunktionen die zum Teil aus den ACC Systemen hervorge gangen sind und mit diesen interagieren haben eine positive Auswirkung auf die Ver kehrssicherheit Wie bei Reif 2010b aufgef hrt wird k nnen 88 d
150. e L nge und Breite drei Satellitensignale ben tigt werden Die Genauigkeit betr gt hierbei etwa 3 bis 5 m Werden vier Satellitensignale empfangen ist die dreidimensionale Positi onsbestimmung m glich Die Genauigkeit bei der H henbestimmung bewegt sich im Bereich von 10 bis 20 m VuV 2013 63 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation Abbildung 23 Positionsbestimmung mithilfe von GPS Reif 2010b S 194 Enge T ler H userschluchten oder Tunnel f hren zu einer negativen Beeinflussung der Empfangsqualit t W hrend portable Navigationssysteme ausschlie lich auf das GPS Signal angewiesen sind erlauben fest verbaute Navigationssysteme eine Koppe lortung bei der zus tzlich die Fahrzeugsensorik zur Positionsbestimmung herangezo gen wird Mithilfe des Geschwindigkeitssignals und den Daten aus dem Drehraten sensor der Richtungs nderungen erfasst l sst sich die Fahrzeugbewegung auch bei eingeschr nkter GPS Verf gbarkeit berechnen Die absolute Fahrtrichtung muss je doch zuvor einmal aus den GPS Signalen bestimmt worden sein Ein Start der Naviga tion in einem Tunnel ist folglich nicht m glich Die Fahrtrichtung kann aus dem Vergleich zweier aufeinanderfolgender Positionsdaten ermittelt werden Bei kleinen Geschwindigkeiten f hrt diese Methode aufgrund der Un genauigkeit in der Positionsbestimmung rasch zu inakzeptablen Fehlern Bereits ab Geschwindigkeiten von 30 km h liefert eine weitere Methode di
151. e R a r N e A A E A Ra 186 Abbildung 69 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Fahrzeuge Szenario 2 E AEE ee ee E en ernennt 188 Abbildung 70 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Pkw 189 Abbildung 71 Einfluss des Folgeabstands auf den cw Wert von Pkw in Abh ngigkeit vom Folgeabstand oben und der Fahrzeuganzahl unten Hucho 1999 S 192 und Abbildung 72 Mittlere Verringerung des cw Werts f r homogene Lkw Bus und Pkw Kolonnen In Anlehnung an Hucho 1999 S 193 399 44444nnnnnnnnnnnnnnnnn nenn 193 Abbildung 73 Energiebedarf homogener Lkw bzw Bus Kolonnen im Vergleich zur gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen 2444 4uonunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnnnnnnnnnnnnnn 194 Abbildung 74 Energiebedarf einer homogenen Pkw Kolonne im Vergleich zur gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen uuunnssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 195 Abbildung 75 Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf den Energiebedarf von Pkw oben und Lkw unten f r einen 25 km langen Autobahnabschnitt 222224444444 HH 197 VuV 2013 210 Verzeichnisse 12 2 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Bereiche der Umfelderfassung Umfeldsensorik und Anwendungsbeispiele Tabelle 2 Definitionen f r die autonome Kolonnenfahr 24424444444 RR 104 Tabelle 3 Definition von m glichen Aktionen mit bzw in einer autonomen Kolonne 105 12 3 Literaturve
152. e Wunschgeschwindigkeit im Rahmen der zu l ssigen H chstgeschwindigkeit wieder frei w hlen k nnen VuV 2013 158 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt i TE n 120120 120 120 X km h ED E D 15 110 115 120 k m gt e ww 120 120 120 km h ua Abbildung 55 Aufl sen einer Kolonne bei Beendigung der Kolonnenfahrt durch das F hrungsfahrzeug In Anlehnung an Ricardo 2009 Die Zeitdauer f r die Aufl sung einer gesamten Kolonne nach dem hier beschriebenen Vorgehen und die dabei zur ckgelegte Wegstrecke werden nachfolgend beispielhaft f r Pkw Kolonnen unterschiedlicher L nge berechnet Dabei werden folgende Pr mis sen getroffen e Kolonnengeschwindigkeit 120 km h VuV 2013 199 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt e Fahrzeugfolgeabstand zu Beginn des Man vers 10 m in Anlehnung an Kapitel 8 2 4 3 e Fahrzeugfolgeabstand am Ende des Man vers 60 m entspricht der halben Geschwindigkeit in Metern e Maximal vorgesehene Geschwindigkeitsreduzierung des letzten Folgefahr zeugs 20 km h Abbildung 56 zeigt die zur ckgelegte Wegstrecke w hrend des Aufl seman vers in Abh ngigkeit der Anzahl der Kolonnenteilnehmer Um den Einfluss der Verz gerung der Folgefahrzeuge auf die untersuchten Parameter abzusch tzen werden zwei ver schiedene Verz gerungswerte gew hlt Zur ckgelegte Wegstrecke bei Kolonnenaufl sung 4000 3500
153. e den Geschwindigkeitsverlauf aufzeichnen und diesen mit den aktuellen GPS Koordinaten verkn pfen Alternativ ist auch die Ortsbestimmung durch Integration des Geschwin digkeitssignals m glich Heute sind sowohl festeingebaute als auch portable Navigati onssysteme verf gbar die die aktuelle Fahrzeugposition anonymisiert an den Herstel ler bertragen Aus der daraus abgeleiteten Information ber die Fahrgeschwindigkeit kann der Verkehrszustand abgesch tzt und somit bei Bedarf die Routenf hrung ange passt werden Bei Floating Car Data k nnen auch weitere fahrzeugseitig ermittelte Informationen siehe Kapitel 4 2 1 gesendet werden sodass beispielsweise auch In formationen zur Witterung an einem bestimmten Streckenabschnitt mitgeteilt werden Dies erm glicht eine deutlich h here Qualit t bei der Ermittlung von Verkehrsdaten In dem Fall dass neben Geschwindigkeit und aktueller Position weitere Daten gesendet werden spricht man von XFCD Extended Floating Car Data Um den maximalen Nutzen aus den auf unterschiedliche Art und Weise ermittelten Informationen f r die Bestimmung der Verkehrslage zu ziehen kann eine Datenfusion durchgef hrt werden die Daten aus unterschiedlichen Quellen wie auch Meldungen durch die Polizei ber cksichtigt vgl Treiber und Kesting 2010 VuV 2013 69 Fahrzeugkommunikation 5 Fahrzeugkommunikation Das vorangegangene Kapitel 4 2 hat gezeigt welche Informationen f r eine Kommuni kation
154. e den Dopplereffekt ausnutzt bessere Ergebnisse Bei Bewegung des Fahrzeugs entstehen unterschiedli che Empfangsfrequenzen des Satellitensignals siehe Abbildung 24 Abbildung 24 Dopplereffekt Reif 2010b S 195 F hrt ein Empf ngerfahrzeug dem ausgestrahlten Signal eines Satelliten entgegen sieht es eine h here Frequenz als die Frequenz mit der die Satelliten ihre Signale aus VuV 2013 64 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation senden Im Gegenzug nimmt der Empf nger eine geringere Frequenz wahr wenn er sich von einem Satelliten und dessen ausgestrahlten Signal entfernt Um auch bei Ortungsungenauigkeiten infolge schlechter Empfangsbedingungen oder sich aufsummierender Fehler aus der Koppelortung die Fahrzeugposition ermitteln zu k nnen wird die berechnete Ortungsposition mit dem Stra enverlauf der im Speicher hinterlegten Stra enkarte verglichen Mit diesem sogenannten Map Matching k nnen die aktuelle Position in der Karte dargestellt und Fahrempfehlungen am gew nschten Ort ausgegeben werden Abbildung 25 zeigt zusammenfassend die Komponenten eines Navigationssystems und macht nochmals deutlich welche Signale und Daten auf die Positionsbestimmung einwirken Da portable Navigationssysteme nicht auf fahrzeugseitige Sensordaten zu r ckgreifen ergeben sich bei schwierigen Empfangsbedingungen Defizite bei der exak ten Bestimmung der Fahrzeugposition CD DVD Laufwerk Navigationseinheit A
155. e durch einen verringerten Energie bedarf gesteigert zum anderen k nnen Fahrer von Folgefahrzeugen produktive T tig keiten w hrend der Kolonnenfahrt bernehmen F r die Volkswirtschaft ergeben sich weitere Vorteile durch die Verbesserung der Verkehrssicherheit in Form reduzierter Unfallkosten und durch eine Reduktion der Umweltsch den Schlie lich kann auch der Reisekomfort auf Autobahnen gesteigert werden Darunter ist zu verstehen dass die Fahrer der hoch Jautomatisierten Folgefahrzeuge auf lan gen Strecken keiner monotonen Fahraufgabe nachgehen m ssen Ihnen ist es statt dessen erlaubt anderen T tigkeiten wie beispielsweise Lesen oder Telefonieren nach zugehen Alles in allem bietet die autonome Kolonnenfahrt zahlreiche M glichkeiten die Nega tivwirkungen des Verkehrs zu verringern Aufgrund der aktuellen rechtlichen Beschr n kungen autonomer Fahrzeuge ist jedoch mit keiner baldigen Einf hrung des Systems zu rechnen Aber auch auf der technischen Seite sind noch zahlreiche Punkte zu kl ren Die Einf hrung der autonomen Kolonnenfahrt wird erst nach einer gewissen VuV 2013 205 Zusammenfassung und Ausblick Marktdurchdringung eines standardisierten Fahrzeugkommunikationssystems m glich und sinnvoll sein Eine Serieneinf hrung ist dann wiederum zuerst f r Lkw zu erwarten da durch die Ausstattungspflicht von Systemen wie ACC und LDW bzw LKS der Schritt zum Gesamtsystem der Kolonnenfahrt nicht mehr weit ist
156. e stattfindet wodurch sich die Folgefahrzeuge auf diese Situation einstel len k nnen Speziell das erste Folgefahrzeug muss dar ber informiert sein dass es in diesem Modus nicht dem F hrungsfahrzeug folgen darf sondern den Fahrstreifen bei beh lt und das ACC auf das neue orange Fahrzeug ausrichtet Die bisherigen Folge VuV 2013 136 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt fahrzeuge verbleiben jedoch w hrend des gesamten Vorgangs in ihrem hoch bzw vollautomatisierten Fahrmodus Abbildung 49 Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne In Anlehnung an Ricardo 2009 Nachdem der berholvorgang des F hrungsfahrzeugs beendet ist wird der Fahrer des orangen Fahrzeugs dar ber informiert dass er die endg ltige Position innerhalb der Kolonne erreicht hat Anschlie end werden die Geschwindigkeiten zwischen dem F h rungsfahrzeug und den Folgefahrzeugen angeglichen und die Abst nde zwischen den VuV 2013 137 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Fahrzeugen auf einen vom Kolonnenregler vorgegebenen Wert eingeregelt siehe Ab bildung 49 unten Der Beitritt des Pkw zur Kolonne ist hiermit abgeschlossen Die zweite Handlungsstrategie f r die Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers der sich vor der Kolonne befindet basiert darauf dass er sich neben der Fahrzeugko Ionne platziert und die Folgefahrzeuge eine ausreichend gro e L cke bilden siehe Abbildung
157. eassistent AMS 2010 Wenn aufmerksames und vorausschauendes Fahren beispielsweise aufgrund einer pl tzlich auftretenden gesundheitlichen Beeintr chtigung nicht mehr m glich ist f hrt dies h ufig zu Unf llen Die beim Nothalteassistenten zum Einsatz kommende Sensor technik soll daher die Vitalit t des Fahrers berwachen und detektieren falls der Fah rer nicht mehr in der Lage ist das Fahrzeug selbstst ndig zu steuern Wie die Fahrun t chtigkeit des Fahrers erkannt wird ist den Quellen nicht zu entnehmen Es ist jedoch anzunehmen dass analog zum HAVEIt Projekt u a Kameratechnik zum Einsatz kommt die haupts chlich die Augen des Fahrers beobachtet Stellt die Sensorik einen Notfall fest bernimmt der Nothalteassistent die L ngs und Querf hrung des Fahr VuV 2013 96 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt zeugs und stabilisiert dieses zun chst innerhalb des Fahrstreifens Anschlie end wer den in Abh ngigkeit des Verkehrsgeschehens kontrollierte Fahrstreifenwechsel nach rechts und schlussendlich auf den Standstreifen durchgef hrt Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit bis zum Stillstand reduziert die Warnblinkanlage eingeschaltet und ein automatischer Notruf siehe auch Kapitel 5 4 f r eine schnelle Alarmierung der Rettungskr fte abgesetzt vgl Pudenz 2011b und BMW Presse 2009 Der Einsatz eines solchen Systems ist in zuk nftigen Fahrzeugen die automatisierte Fa
158. ech nisch versierten Fahrern teilweise als Fehlfunktion der Bremse gedeutet werden Mit VuV 2013 31 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik einem elektrohydraulischen Bremssystem k nnen die genannten Bremsassistenzfunk tionen besser umgesetzt werden als mit hydraulischen Bremssystemen Zudem bieten sie Vorteile bei der Umsetzung Entkopplung des Bremspedals und dem dynamischen Verhalten Bremsfunktionen Fahrzeugf hrungssysteme Bremsbet tigung Bremskraftverst rkung De Bremskraftverteilung Signal Schnittstellen 5 Gat Al a TE Rg ABS ASR ESP Gateway Steuerger t IL Pedalweg simulator J Raddruckmodulatoren Hochdruck m SPsicher j Hydraulische l Z Z Energieversorgung Radbremsen De Hydro T aggregat Abbildung 8 EHB am Beispiel der Bosch SBC Reif 2010a S 153 In Bezug auf Abbildung 7 auf Seite 30 verl uft die Wirkungskette von der Mensch Maschine Schnittstelle zum Block mit der Fremdkraft der im Falle der EHB auch den Pedalgef hl Simulator enth lt Im weiteren Verlauf folgen dann der Modulator und die Radbremsen die schlie lich das Bremsmoment erzeugen Elektromechanische Bremssysteme Bei den elektromechanischen Bremssystemen EMB handelt es sich um echte Bra ke by Wire Systeme Diese sind vollst ndig fremdkraftbet tigt der Fahrerwunsch wird elektrisch an das System bertragen Die Energie bertragung bis hin zur Bet tigung
159. echnischen Voraussetzungen f r vollautomatisierte berholman ver der Folgefahrzeuge gegeben sind 9 1 3 2 Interaktion bei schlechten Stra enverh ltnissen Schlechte Stra enverh ltnisse in Form von verringerten Reibwerten durch Schnee Eis oder N sse stellen f r eine autonome Fahrzeugkolonne schwer zu regelnde Zust nde dar Zu kritischen Situationen kann es besonders dann kommen wenn die Reibwer t nderung ohne Vorank ndigung auftritt In diesem Kapitel sollen daher M glichkeiten genannt werden wie eine Fahrzeugkolonne auf schlechte Stra enverh ltnisse reagie ren kann Eine optimale Reaktion ist dann m glich wenn die Kolonnenteilnehmer bereits infor miert sind ehe sie einen gef hrlichen Streckenabschnitt erreichen Alle vorausfahren den Fahrzeuge die ber Kommunikationsm glichkeiten verf gen k nnen dabei als Informanten dienen F r die Warnmeldungen werden Daten zum Radschlupf aus dem Steuerger t des Fahrdynamikreglers abgegriffen und mit dem Scheibenwischer und Temperatursignal verkn pft siehe Kapitel 4 2 1 So ist eine Detektion m glich ob es sich um Schnee oder Eisgl tte oder um Gefahr durch N sse handelt Zudem ist der Beginn des gef hrlichen Streckenabschnitts sowie gegebenenfalls dessen Ende mittels GPS exakt zu bestimmen siehe Kapitel 4 2 2 Eine Warnmeldung mit den genannten Informationen wird daraufhin via C2CC in einem festgelegten Gebiet vor dem betroffe nen Streckenabschnitt an andere kommunikation
160. egeltempomat ACC kann zwar den Verkehrsfluss beruhigen er hat jedoch nur begrenzten Einfluss auf die Leistungsf higkeit eines Stra Benquerschnitts Daher wird der Ansatz zur Bildung von Fahrzeugkolonnen mit gerin gen Fahrzeugfolgeabst nden untersucht Im Rahmen dieses Projekts geschieht dies sowohl im Fahrsimulator als auch parallel im kommerziellen Betrieb von Speditionen und somit auf Autobahnen im realen Stra enverkehr 7 Unternehmen aus der Nutzfahrzeugindustrie MAN Nutzfahrzeuge AG weitere Informationen zu Kooperationspartnern unter http www isac rwth aachen de aw cms website themen refer enzen strassenplanung_betrieb_und_verkehrste tnh entwicklung_und_untersuchung_des_ einsatz lang de Stand 07 2013 VuV 2013 97 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt Insgesamt vier Versuchstr ger wurden mit der n tigen Sensorik Aktorik und Kommu nikationstechnik ausgestattet Zur L ngs und Querf hrung verf gen die Lastkraftwa gen ber die entsprechenden Fahrerassistenzsysteme siehe Kapitel 2 die hier in einem gemeinsamen Regler ausgef hrt sind Sie bernehmen die Regelung des Ab stands zum Vordermann und zur Spurf hrung siehe Abbildung 36 Abbildung 36 Lkw Kolonne im Rahmen des KONVOI Projekts BMWi 2009 S 17 Die elektronische Kopplung der Fahrzeuge erfolgt ber diese Assistenzsysteme ber den zentralen KONVOI Server sind die Fahrzeuge vernetzt Er soll potentie
161. ehenden L cken werden jedoch aufgrund des Rechtsfahrgebots mit Pkw gef llt Hinzu kommt dass die Wunschgeschwindigkeit von Pkw in der Untersuchung bis zu 160 km h betragen kann Sofern sich ein solcher Pkw auf dem rechten Fahrstrei fen befindet ist ein Fahrstreifenwechsel speziell f r einfahrende Lkw aufgrund der gro Ben Geschwindigkeitsdifferenz kaum m glich Ein schneller Pkw auf dem linken Fahr streifen der Hauptfahrbahn verhindert gegebenenfalls dass sich Lkw Kolonnen koope rativ verhalten k nnen Aber auch die Abmessungen einer Lkw Kolonne erschweren bereits den Fahrstreifenwechsel so dass sich ein hoher Anteil an Lkw Kolonnen bei entsprechenden Verkehrsst rken insgesamt negativ auswirkt Die Auswertung des Anteils der blockierten Fahrzeuge best tigt die Entwicklung der Reisezeiten und zeigt eine ansteigende Tendenz Besonders beim Vergleich der Simu lationsf lle 0 0 und 0 25 zeigt sich dass neben der Betrachtung der Reisezei ten auch die Analyse der blockierten Fahrzeuge hilfreich sein kann W hrend die mitt leren Reisezeiten f r einfahrende Lkw nahezu unver ndert bleiben nimmt der Anteil der blockierten Lkw von 15 9 auf 21 6 zu Analog zu den Reisezeiten weisen Lkw auch bei der Blockadequote h here Werte als Pkw auf Aufgrund ihrer u eren Ab messungen und der geringeren Beschleunigungsf higkeit ist f r sie der Fahrstreifen wechsel auf die durchgehende Hauptfahrbahn erschwert Die Auswertung zeigt jedoch auch d
162. ehmern und anderen nicht gekoppelten Verkehrsteilnehmern betrachtet Nach der Vorstellung von M glichkeiten zur Umsetzung der autonomen Kolonnenfahrt In der vorliegenden Ausarbeitung wird i d R die maskuline Form z B Fahrer verwendet Im Sinne des Gleichbehandlungsgesetzes sind diese Bezeichnungen als nicht geschlechtsspezi fisch zu betrachten VuV 2013 13 Einleitung werden die Auswirkungen untersucht wobei hier vor allem der Verkehrsfluss sowie der Energiebedarf und die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen Am Ende der Ausarbeitung werden im dritten Teil die Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick auf die weitere Entwicklung bei der autonomen Kolonnenfahrt gegeben Die Umsetzung eines Systems zur autonomen Kolonnenfahrt stellt eine komplexe Thematik dar und war bereits Inhalt mehrerer Forschungsprojekte Das Ziel dieser Ausarbeitung ist es daher einen berblick ber die technischen Systeme und deren Zusammenwirken zu vermitteln Des Weiteren sollen M glichkeiten zur Umsetzung aufgezeigt sowie offene Arbeitspunkte und Herausforderungen in Bezug auf die Systembildung angesprochen werden Im Rahmen dieser Arbeit k nnen dabei nicht alle Aspekte ber cksichtigt werden es sollen jedoch die wichtigsten davon ausgef hrt und Anst e zu weiteren berlegungen gegeben werden VuV 2013 14 Teil 1 Stand der Technik Fahrerassistenzsysteme Sensorik f r die Umfelderfassung Informationserfassung f
163. ehrsst rke in Fz h ermitteln l sst Zudem ist die Bestimmung der lokalen Geschwindigkeit m g lich Zwischen den Messstellen m ssen die Verkehrsdaten interpoliert werden Dar ber hinaus ist die fahrzeugseitige Erfassung des Bewegungsablaufs sowie die Videobeobachtung eines Streckenabschnitts mit automatischer Bildverarbeitung m g lich vgl Listl 2003 Aufgrund der gro en Verbreitung an Mobilfunkger ten und den aktuellen Entwicklungen fahrzeugseitig generierte Daten mit anderen Verkehrsteil nehmern zu teilen soll an dieser Stelle kurz auf die Nutzung von Floating Phone Data und Floating Car Data eingegangen werden Floating Phone Data Bei Floating Phone Data FPD erfolgt die Verkehrsdatenerfassung durch die Ortung von Mobilfunkger ten Dabei wird auf die Kommunikationsdaten zwischen Basisstatio nen und Mobilfunkstationen zur ckgegriffen Diese Daten m ssen ausgewertet und analysiert werden um verkehrsrelevante Daten zu generieren W hrend eines Ge spr ches liegen detaillierte Informationen zur Empfangsst rke und zur aktiven Funkzel le vor sodass eine gute Lokalisierung m glich ist Im Stand by Modus kann jedoch nur der Wechsel einer Location Area bestehend aus 30 bis 40 Funkzellen bestimmt werden vgl Schlaich 2005 Gem den Ausf hrungen von Schlaich 2005 erfolgt die Auswertung in zwei iterativ durchzuf hrenden Schritten Zun chst m ssen die Mo bilfunkteilnehmer ber intelligente Algorithm
164. eim Kauf eines Neuwagens der mit einem entsprechenden System ausgestattet ist sind die ersten Nutzungsjahre jedoch meist kostenlos Die zur Verf gung stehende Bandbreite bei der Daten bertragung via Mobilfunk er m glicht es den Verkehrszustand deutlich exakter als bei RDS TMC darzustellen Ist bei aktiver Zielf hrung eine Verkehrsst rung auf der gew hlten Route ermittelt worden berechnet das System aus den zur Verf gung stehenden Informationen die Zeitverz gerung Gleichzeitig ist die Verkehrslage auf den Nebenstra en und m glichen Umlei VuV 2013 76 Fahrzeugkommunikation tungsstrecken bekannt sodass bei Bedarf gezielte Umleitungsempfehlungen gegeben werden k nnen siehe Abbildung 29 10 41 87 5 MHz Verkehrsinfos f r die Route liegen vor TAN b ALIEN ET Des HH 6min want Umleitung in 0 7 km N Dr EOUN SAPNA NI 11 01 7 8 km Se EN IN ER ner Arad M upternachin 6 min 3 3 km J gt Km A N EN we Z Abbildung 29 Darstellung von Umleitungsempfehlungen bei Echtzeitsystemen BMW 2013b Da die Verkehrsmeldungen laufend aktualisiert werden und Umleitungsempfehlungen von der eigenen aktuellen Position abh ngen kann die Nachrichten bermittlung in das Fahrzeug beziehungsweise zum Fahrer als individuell bezeichnet werden Nach Brei tenberger et al 2006 k nnen fahrzeugseitig erfasste Sensordaten ebenfalls ber das Mobilfunknetz bermittelt und zur Bestimmung der Verkehrslage herangezogen
165. ein verf gbares ACC System vorausgesetzt was durch eine entsprechende Anpassung des Fahrverhaltensmodells umgesetzt wird siehe Anlage 5 Die Einf hrung bisher verf gbarer Sicherheits oder Fahrerassistenzsysteme hat ge zeigt dass eine vollst ndige Marktdurchdringung Jahre oder gar Jahrzehnte dauern kann Da es sich bei diesen Systemen h ufig um teure Entwicklungen handelt werden sie normalerweise zun chst als Sonderausstattung in Fahrzeugen der Oberklasse an geboten ehe sie im weiteren Verlauf auch in kleineren Fahrzeugklassen angeboten werden sogenannter Top Down Prozess Eine vollst ndige Marktdurchdringung wird zus tzlich durch ltere noch in Betrieb befindliche Fahrzeuge verz gert hnlich kann es sich bei einem System f r die autonome Kolonnenfahrt verhalten wenngleich hier durch den ab 2013 bzw 2015 verpflichtenden Einsatz von ACC und LDW Systemen in bestimmten Lkw erste Grundlagen f r eine schnellere Marktdurchdringung geschaffen werden Mit Einf hrung eines solchen Systems w chst die Marktverbrei tung somit nur langsam und die Einfl sse auf den Verkehrsfluss sind gegebenenfalls zun chst kaum erkennbar In der Simulation soll dieser Umstand durch die Definition verschiedener Fahrzeugzusammensetzungen ber cksichtigt werden Der sogenannte Standardfall stellt dabei die Referenz dar und bildet den heutigen Zustand ab In weite ren Simulationen werden zun chst Szenarien untersucht bei dem lediglich Lkw Kolonnen in
166. eit sich mit konstanter Geschwindigkeit weiterbe wegt und nicht verz gert So Vo tr ty t4 ts 0 5 mit S Reaktionsweg Vo Geschwindigkeit zu Beginn des Bremsman vers tr Reaktionszeit des Systems bei manueller Bremsbet tigung die Reaktionszeit des Fahrers tu Umsetzzeit Zeit die der Fahrer zum Umsetzen seines Fu es auf das Bremspe dal ben tigt entf llt f r die autonome Bremsung ta Ansprechzeit Zeit bis die Bremsbel ge an der Bremsscheibe anliegen ts Schwellzeit Zeit bis der maximale Bremsdruck aufgebaut ist VuV 2013 119 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Der Bremsweg ist ebenfalls von der Ausgangsgeschwindigkeit abh ngig Hinzu kom men der Einfluss der Fahrzeugmasse und der Fahrwiderst nde wobei diese deutlich kleiner sind als die Bremskraft selbst und in erster N herung auch vernachl ssigt wer den k nnten Die Abbremsung ist auch wesentlich vom Kraftschluss zwischen Reifen und Fahrbahn abh ngig Der Bremsweg eines Fahrzeugs ergibt sich zu i re SB F p cw p ca A ia u cos a sin a mit Sg Bremsweg Vo Geschwindigkeit zu Beginn des Bremsman vers m Fahrzeugmasse p Luftdichte 1 23 kg m cw _ Luftwiderstandsbeiwert Ca Auftriebsbeiwert A Stirnfl che Kraftschlussbeiwert Steigung Wie bei der Ermittlung des Beschleunigungsverm gens sollen hier nur die grundlegen den Zusammenh nge aufgezeigt werden Der berech
167. eiterung des Standard ACCs zur Staufolgefahrtunterst tzung Personenkraftwagen engl Radio Detection and Ranging auf elektromagnetischen Wellen Funkwel len basierendes Messprinzip engl Radio Data System erm glicht die bermittlung von Zusatzinformationen beim H rfunk engl Subscriber Identity Module Teilnehmer Identit tsmodul Chipkarte zur Identifikation eines Nutzers im Mobilfunknetz Sichere intelligente Mobilit t Testfeld Deutschland Forschungsprojekt zur Verifi zierung der Car to X Communication unter Realbedingungen engl Safe Roadtrains for the Environment Projekt zur autonomen Kolonnen fahrt gef rdert von der Europ ischen Kommission umgangssprachliche Bezeichnung f r Fahrstreifen z B bei einem Spurhalte system der Begriff wird in dieser Arbeit jedoch in Zusammenhang mit FAS benutzt da dieser Begriff bspw auch in Gesetzestexten Verwendung findet VuV 2013 11 Glossar TMC engl Traffic Message Channel digitale bertragung von Verkehrsbeeintr chti gungen im Rahmen des UKW Signals Informationen k nnen bei der Routen wahl im Navigationssystem ber cksichtigt werden TPEG engl Transport Protocol Experts Group bertragung von Verkehrsinformatio nen auf digitalen Verbreitungswegen DAB DMB DVB Internet Daten werden kodiert ausgesendet und k nnen im Empfangsger t in verschiedenen Formen ausgegeben werden VANET engl Vehicular Ad Hoc Network Ad Ho
168. elle Ausl sen des Notrufs Da bei einem schweren Unfall die Batterie oder die Stromversorgung zerst rt werden kann ist ferner sicherzustellen dass eine Notstromversorgung das Senden des eCalls erm glicht Beschleunigungssensoren f r die Erkennung eines Unfalls sind heute Standard in allen Fahrzeugen Neben den oben genannten Minimalinformationen werden zum Teil auch heute schon umfangreichere Nachrichten mit Zusatzinformationen generiert Es k nnen beispiels weise n here Informationen zu Aufprallwucht und richtung bermittelt werden Zudem erlaubt die Fahrzeugsensorik das Erkennen von berschlagunf llen Aus Erfahrungs werten lassen sich Verletzungsausma prognosen ableiten Dies erm glicht angemes sene Rettungsma nahmen einzuleiten und gegebenenfalls sofort einen Rettungshub schrauber zu verst ndigen Die Anzahl der Insassen ist ber die Sitzbelegung oder die Anzahl der eingerasteten Sicherheitsgurte bestimmbar vgl Euro NCAP 2010 Unabh ngig von der gesetzlichen Regelung werden intelligente Notrufsysteme bereits seit 2007 BMW angeboten Die Zahl der Fahrzeughersteller die ein solches System anbieten w chst zwar inzwischen j hrlich Ford Mercedes Benz PSA Volvo jedoch waren im September 2011 erst 0 7 Prozent aller Pkw in der EU mit einem solchen Not rufsystem ausgestattet vgl Europ ischen Kommission 2011 Die bisher sehr geringe Verbreitung ist zum einen auf die geringe Zahl der Anbieter zur ckzuf hren zum an
169. elt Teil des Regelkreises und hat stets die M glichkeit die automatisiert stattfindende Regeleingriffe durch eigene Eingriffe zu berstimmen Die Aufmerksamkeit des Fahrers wird dabei st ndig mithilfe einer Kamera berwacht Un ter anderem beobachtet sie Blickrichtung und Lidschlag um daraus auf seine Auf merksamkeit zu schlie en Sobald das System feststellt dass sich der Fahrer ablen ken l sst oder m de wird wird ihm die Kontrolle ber das Fahrzeug zur ckgegeben Dies ist auch dann der Fall wenn das hochautomatisierte Fahren beispielweise auf grund fehlender Fahrbahnmarkierungen nicht mehr m glich sein sollte Falls keine Re aktion des Fahrers auf die bergabe z B optische Anzeige akustische Aufforderung Vibrationen im Lenkrad erfolgt verringert das Fahrzeug seine Geschwindigkeit bis zum Stillstand Der vorgestellte Projektstand im Juni 2011 erm glicht das hochautomatisierte Fahren bei autobahn hnlichen Verkehrssituationen Bisher nicht realisiert sind Spurwechsel Hindernisumfahrung oder Notbremsungen Es wird jedoch davon ausgegangen diese Herausforderungen mit weiterentwickelter Software und erweiterter Umfelderfassung l sen zu k nnen Das vorgestellte System soll bis etwa 2016 Serienreife erlangen vgl HAVEIt 2011 6 1 2 Hochautomatisierte Autobahnfahrt Die BMW Group Forschung und Technik besch ftigt sich in einem eigenen Projekt ebenfalls mit der hochautomatisierten Autobahnfahrt Der mit umfassender Technik
170. en Eine m gliche technische Umsetzung ist in Abbildung 11 dargestellt Der berlage rungswinkel wird in einem doppelten Planetengetriebe berlagerungsgetriebe durch einen Elektromotor am Hohlrad aufgebracht Das dargestellte System verf gt jedoch nach wie vor ber eine elektrohydraulische Servounterst tzung am Lenkventil zu er kennen eine elektromechanische Servounterst tzung ist jedoch ebenfalls m glich Wie bereits erw hnt kann mit einer berlagerungslenkung die Lenk bersetzung varia bel gestaltet werden beispielsweise in Abh ngigkeit der Geschwindigkeit Des Weite ren sind stabilisierende Lenkeingriffe m glich z B bei ber oder Untersteuern des Fahrzeugs bei Spurwechsel oder in Kurven beim Bremsen auf unterschiedlichen Reibwerten u Split oder bei starken Seitenwinden vgl Pfeffer amp Harrer 2011 VuV 2013 37 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Sicherheitssperre Schneckengetriebe Elektromotor berlagerungs getriebe Abbildung 11 Schnittbild der BMW ZF Lenksysteme Aktivienkung Pfeffer amp Harrer 2011 S 413 2 2 1 3 Elektrische Lenksysteme Bei rein elektrischen Lenksystemen engl Steer by Wire besteht wie bei den Brake by Wire Systemen kein mechanischer Durchgriff zwischen Lenkrad und den R dern Hierdurch ergeben sich gro e Vorteile beim Packaging sowie bei der Crashsicherheit Assistenzsysteme k nnen die Lenkwinkel am Lenkrad vollst ndig berlagern und w
171. en sondern nur an diese die von der Gefahrenstelle beeinflusst werden Im Beschluss des Car to Car Communication Consortium werden diese Anforderun gen ber cksichtigt und konkretisiert So soll beispielsweise eine Nachrichten bermitt lung bis zu einer Fahrgeschwindigkeit von 250 km h sichergestellt sein Dies entspricht bei entgegenkommenden Fahrzeugen einer Relativgeschwindigkeit von bis zu 500 km h vgl C2CCC 2007 Neben einer zuverl ssigen Verbindung zur Daten bertra gung ist auch die Datensicherheit und die Anonymit t der Kommunikationsteilnehmer zu gew hrleisten siehe Kapitel 5 5 5 VuV 2013 84 Fahrzeugkommunikation 5 5 3 2 Herausforderung Markteinf hrung Die Car to X Communication ist auf eine gewisse Verbreitung im Markt angewiesen um erste positive Effekte zeigen zu k nnen Das Car to Car Communication Consortium 2007 sch tzt dass eine Marktdurchdringung von mindestens 5 not wendig ist um zuverl ssig Verkehrsinformation weitergeben zu k nnen F r die ber mittlung von Gefahrenwarnungen wird eine Mindestverbreitungsrate von 10 ge nannt Sobald das System die Marktreife erreicht hat sieht man sich jedoch mit dem sogenannten Henne Ei Problem konfrontiert Viele potentielle Kunden werden das Sys tem beim Fahrzeugkauf nicht bestellen da sie aufgrund der fehlenden Verbreitung keinen Nutzen haben Daher gilt es intelligente Strategien f r die Markteinf hrung zu entwickeln Ein alternativer und v
172. en Ge schwindigkeit prinzipiell berholvorg nge durchf hren Ohne ein Aufteilen der Kolonne VuV 2013 125 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt w re dies jedoch nur f r kurze Kolonnen aus zwei bis drei Fahrzeugen durchf hrbar da mit der L nge der Kolonne die Wahrscheinlichkeit eines freien Nachbarfahrstreifens stark sinkt Weitere Situationen wie z B Fahrten in Steigungen werden in Abschnitt 9 1 3 betrachtet Fall 8 7m Fall 16 7m Fall 0 13 3m Fall 8 8m Fall 16 Fall 0 13 4m 4 3 amp 89 5 D N i IL Fall 8 8m Fall 16 Fall 0 13 4m 8 9 10 11 12 Folgeabstand Fahrzeug 2 Bus m Abbildung 45 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Reisebus Kolonne 8 2 4 3 Pkw Kolonnen Die Ausstattung von Pkw mit den Systemen zur Kolonnenfahrt unterliegt anderen Randbedingungen als bei Nutzfahrzeugen oder Reisebussen Im Gegensatz zur Grup pe der Berufskraftfahrern w ren Schulungen schwieriger umzusetzen und auch schwieriger kontrollierbar da private Pkw auch von anderen Personen mit g ltiger Fahrerlaubnis genutzt werden d rfen Je nach Systemkosten w rde die Ausstattungs rate bei rein privat genutzten Pkw vermutlich eher gering ausfallen da das System sich nur f r Fahrer rentieren w rde die einen gro en Streckenanteil auf Autobahnen zu r cklegen Eine weitere Zielgruppe k nnten Personen sein die z B an Wochenenden regelm
173. en Laufleistungen die Systemkosten zeitnah amortisiert werden k nnten siehe auch Kapitel 10 4 10 3 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf die Verkehrssicherheit Die Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf die Verkehrssicherheit k nnen nicht unmittel bar genannt werden Es kann jedoch davon ausgegangen werden dass durch die Verwendung der vorgestellten Fahrerassistenzsysteme wie z B ACC FCW LDW LKS eine Verbesserung der Verkehrssicherheit erreicht werden kann Dabei wird jedoch vorausgesetzt dass das System zur Kolonnenfahrt entsprechend sicher ist was u a durch die Handlungsstrategien sichergestellt werden muss Der positive Einfluss der Assistenzsysteme wurde in mehreren Studien nachgewiesen Die aufgef hrte Feldstudie von Benmimoun et al 2013 zeigt beispielsweise die Aus wirkungen von ACC und FCW Dort konnte das Abstandsverhalten durch die Verwen dung von ACC Systemen verbessert werden Die Zahl kritischer Abst nde mit einer Zeitl cke kleiner 0 5 s wurde in dem Feldversuch um 73 verringert wodurch die durchschnittliche Zeitl cke wiederum um 16 vergr ert wurde Insgesamt verringert sich dadurch auch die Frequenz starker Bremsvorg nge deutlich Das ver nderte Ab standsverhalten hat einen positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit da l ngere VuV 2013 198 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Reaktionszeiten m glich sind und der Fahrer bei kritischen Abst nden durch das System darauf aufmerksam
174. en gefiltert werden die am Verkehrsge schehen auf der Stra e teilnehmen In einem weiteren Schritt findet das sogenannte Map Matching statt wie es ebenfalls bei Navigationsger ten angewandt wird siehe auch Kapitel 4 2 2 1 Dabei werden die mit Ungenauigkeiten behafteten Positionen der Mobilfunkteilnehmer den auf einer digitalen Karte hinterlegten Stra enz gen zugeord net Schlaich 2005 beschreibt dass besonders die genauen Ortungsinformationen w hrend eines Gespr chs f r die Verkehrslageerfassung relevant sind Aus ihnen las sen sich Geschwindigkeiten ableiten und damit die aktuelle Verkehrslage bestimmen Da bei der Verwendung von Floating Phone Data ohnehin vorhandene Informationen bei den Netzbetreibern abgegriffen werden entstehen bei diesem Verfahren nur gerin ge Kosten Floating Car Data Im Gegensatz dazu m ssen bei der Verwendung von Floating Car Data FCD Fahr zeuge mit Ortungsger ten und Daten bertragungseinheiten Mobilfunk ausgestattet werden was einen weitaus gr eren Aufwand bedeutet Zudem entstehen Kosten in folge des Datenverkehrs zwischen Fahrzeug und Empfangszentrale vgl Schlaich 2005 Nach Angaben von Treiber und Kesting 2010 k nnen detailreichste Verkehrs VuV 2013 68 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation informationen bereitgestellt werden wenn die Trajektoriendaten aller Verkehrsteilneh mer bekannt sind Messfahrzeuge werden als mobile Sensoren eingesetzt di
175. engl Car to X Communication allgemeine Bezeichnung f r die Kommunikati VuV 2013 Glossar on von Fahrzeugen beinhaltet C2CC und C2IC CAN engl Controller Area Network serieller Datenbus zum Informationsaustausch in einem Steuerger tenetzwerk CbW engl Conduct by Wire Bedienkonzept f r Fahrerassistenzsysteme EHB Elektrohydraulisches Bremssystem Brake by Wire System mit hydraulischer R ckfallebene EHPS engl Electro hydraulic Power Steering elektrohydraulische Lenkkraftunterst t zung EPS engl Electric Power Steering elektromechanische Hilfskraftlenkung ESC engl Electronic Stability Control elektronische bremsbasierte Stabilit tskon trolle die die ABS ASR sowie die Giermomentenregelung um die Fahrzeug hochachse in einem System zusammenfasst Weitere g ngige Bezeichnungen bzw Markennamen sind u a FDR ESP ESP Elektronisches Stabilit tsprogramm eingetragener Markenname der Daimler AG siehe ESC FAS Fahrerassistenzsystem FCW engl Forward Collision Warning Frontalkollisions Warnsystem FDR Fahrdynamikregler siehe ESC FSR ACC engl Full Speed Range ACC Erweiterung des ACC Geschwindigkeits bereichs bis 0 km h Fz Fahrzeug Fahrzeuge GPS engl Global Positioning System globales Navigationssatellitensystem H Mode engl Horse Mode Bedienkonzept f r Fahrerassistenzsysteme HAVEIt engl Highly Automated Vehicles for Intelligent Transport EU gef rdertes Pro jekt
176. enutzt werden Beispielsweise kann im Umfeld eines Fahrzeugs nach anderen Verkehrsteilnenmern gesucht werden die eine weitestgehend gleiche Route gew hlt haben um st ndig neue Koppelvorg nge zu vermeiden 4 2 3 Informationserfassung aus Umfeld und Verkehrsdaten Informationen f r die Kommunikation zwischen Infrastruktureinrichtungen und Fahr zeugen sowie zwischen Fahrzeug und Fahrzeug k nnen auch aus Umfeld und Ver kehrsdaten gewonnen werden 4 2 3 1 Umfelddaten Gem TLS 2012 Technische Lieferbedingungen f r Streckenstationen herausgege ben vom Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwicklung dient die Erfas sung von Umfelddaten vorwiegend der automatischen Erkennung von Witterungsaus wirkungen die den Verkehrsfluss beeintr chtigen oder die Verkehrssicherheit gef hr den Hierzu geh ren reduzierte Fahrbahngriffigkeiten bei N sse oder Gl tte wie auch VuV 2013 66 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation eingeschr nkte Sichtweiten oder starke Windeinfl sse ber Wechselverkehrszeichen oder Verkehrsmeldungen im Rundfunk k nnen Warnungen an die Verkehrsteilnehmer bermittelt und somit ein sicheres und fl ssigeres Verkehrsgeschehen erreicht werden vgl TLS 2012 Die TLS sieht eine Reihe m glicher Messwerte f r die Ermittlung von Umfelddaten vor Hierzu geh ren u a Temperaturen Luft Fahrbahnoberfl che Bo den Luftdruck relative Luftfeuchte Windgeschwindigkeit und richtung
177. er Kolonne mit anderen Verkehrsteilnehmern betrachtet Hierf r sind entsprechende Handlungsstrategien notwendig um eine sichere und zuverl ssige Kolonnenfahrt zu erm glichen Vor allem bei der Erarbeitung der Handlungsstrategien hat sich gezeigt dass verschiedenste Aspekte ber cksichtigt werden m ssen wobei die Strategien zur Anpassung von Kolonnen sowie Interaktionen an Ein und Ausfahrten eine besondere Herausforderung f r die autonome Kolonnenfahrt darstellen Neben der Umsetzung der autonomen Kolonnenfahrt wurden im zweiten Teil der Arbeit auch die Auswirkungen der Kolonnenfahrt beginnend mit einer theoretischen Kapazi t tsanalyse betrachtet Die Ergebnisse der theoretischen Analyse zeigen dass durch die Kolonnenfahrt deutliche Kapazit tssteigerungen m glich werden allerdings erst dann wenn neben Lkw auch Pkw die M glichkeit zur Kolonnenteilnahme haben Auf VuV 2013 204 Zusammenfassung und Ausblick grund ihres vergleichsweise geringen Anteils am Gesamtverkehr sind die positiven Einfl sse von Lkw Kolonnen begrenzt Mithilfe der mikroskopischen Verkehrsflusssi mulation VISSIM wurden die Auswirkungen der Kolonnenfahrt bei verschiedenen An wendungsraten auf einem Autobahnabschnitt betrachtet In analoger Form wurden die Auswirkungen verschiedener Anwendungsraten an Autobahneinfahrten untersucht Die Ergebnisse zeigen dass die Kolonnenfahrt positive Auswirkungen auf den Verkehrsab lauf auf der freien Strecke hat Au
178. er Auffahrunf lle die durch Unaufmerksamkeit und oder zu dichtes Auffahren entstehen durch Fahrer assistenzsysteme zur Fahrzeugl ngsf hrung beeinflusst werden 2 2 _Assistenzsysteme zur Querf hrung von Fahrzeugen Erste Assistenzsysteme zur Querf hrung von Fahrzeugen waren Hilfskraftlenkungen die sogenannten Servolenkungen die die Bet tigungskr fte beim Lenken reduzieren Die erste hydraulische Servolenkung wurde 1926 vom US amerikanischen Ingenieur Francis W Davis zum Patent angemeldet Sie kam haupts chlich in schweren Fahr zeugen zum Einsatz bevor sie erstmals im Jahr 1951 von Chrysler f r Pkw angeboten wurde Pfeffer und Harrer 2011 Auf die verschiedenen Hilfskraftlenkungen wird im Abschnitt 2 2 1 eingegangen Sie bilden die technische Grundlage f r weitere Fahrer assistenzsysteme bei denen Lenkmomente bzw Lenkwinkel selbst ndig aufgebracht werden sollen Damit bilden sie auch die Grundlage f r die Umsetzung der automati schen Querf hrung bei der Kolonnenfahrt In der Europ ischen Union sind Spurwechselvorg nge oder ein unbeabsichtigtes Ver lassen des Fahrstreifens Ursache f r mehr als ein Drittel aller t dlichen Unf lle vgl Winner et al 2012 Hier sollen Spurhalte und Spurwechselassistenzsysteme dazu beitragen die Zahl dieser Unf lle zu reduzieren bzw zumindest die Unfallschwere zu mindern Dies soll durch die EU Verordnungen 661 2009 und 351 2012 unterst tzt werden Darin wird festgelegt dass bestimmte
179. er Versicherungen in die Berechnungen mit einzubeziehen vgl Vogt 2012 Besonders f r Unternehmen kann die Kolonnennutzung eine sehr interessante Option darstellen wenn es den Fahrern in Folgefahrzeugen erlaubt wird fahrfremden T tig keiten nachzugehen Neben den beachtlichen Energieeinsparungen siehe Kapitel 10 2 die voraussichtlich die Kosten f r den Einbau eines Systems zur Kolonnenfahrt rasch amortisieren w re dann zus tzlich von deutlichen Produktivit tssteigerungen auszugehen Ein Vertreter der h ufig mit seinem Fahrzeug auf der Autobahn unter wegs ist kann die Zeit der Kolonnenfahrt beispielsweise nutzen um nachfolgende Termine vorzubereiten oder Emails zu beantworten Eine weitere offene Fragestellung die eine politische Entscheidung erfordern wird ist die Fragestellung nach dem Um gang mit Ruhezeiten Wird die Zeit in der ein Lkw als Folgefahrzeug an einer Kolonne teilnimmt als Ruhe oder Pausenzeit betrachtet Verl ngert sich dadurch der Zeit raum den der Fahrer ohne anzuhalten hinter dem Steuer sitzen darf Ist es vertretbar dass Pausen im F hrerhaus anstatt gemeinsam mit Kollegen auf dem Parkplatz statt finden Je nachdem wie diese offenen Fragen zuk nftig beantwortet werden kann beispielweise auch die Effizienz f r Busunternehmen gesteigert werden Bei gro en Ausfahrten mit mehreren Bussen muss h ufig ein zweiter Fahrer je Bus eingeplant werden um die zul ssigen Lenkzeiten nicht zu berschreiten Die au
180. er wird an dieser Stelle der berholvor gang einer Pkw Kolonne betrachtet Im Ausgangszustand und ohne Beeinflussung anderer Verkehrsteilnehmer f hrt die Kolonne mit der vorgesehenen Geschwindigkeit auf dem rechten Fahrstreifen siehe Abbildung 57 Abbildung 57 Ausgangszustand vor berholman ver In Anlehnung an Ricardo 2009 Sobald die Umfeldsensorik des F hrungsfahrzeugs ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug detektiert wird dessen Geschwindigkeit ermittelt und die berholdauer sowie die berholstrecke berechnet Mithilfe der Sensordaten aus den Folgefahrzeugen l sst sich der Verkehrsraum neben der Fahrzeugkolonne als auch das Verkehrsaufkommen hinter der Fahrzeugkolonne beobachten Der Fahrer des F hrungsfahrzeugs erh lt diese Informationen in aufbereiteter Form in seinem Anzeigedisplay so dass er so fern ihm freie Fahrt signalisiert wird und er dies berpr ft hat ber die Einleitung ei nes Fahrstreifenwechsels entscheiden kann Beim Fahrstreifenwechsel einer Fahrzeugkolonne sind zwei unterschiedliche Vorge hensweisen denkbar Entweder folgen alle Kolonnenteilnehmer in Echtzeit dem Fahr streifenwechsel des F hrungsfahrzeugs oder sie wechseln zeitlich versetzt auf den linken Fahrstreifen siehe Abbildung 58 Die Zeitdauer die der linke Fahrstreifen durch den berholvorgang in Summe belegt ist ndert sich dadurch nicht Die zweitgenannte Variante weist jedoch besonders bei langen Fahrzeugkolonnen
181. erf gung stehende Leistung m glichst optimal eingesetzt wird Kolonnenregelung bei sehr langsamen Kolonnenteilnehmern F r die kooperative Kolonnenregelung die auf die Leistungsf higkeit des schw chsten Fahrzeugs R cksicht nimmt sollten Einsatzgrenzen definiert sein So ist beispielswei se zu berlegen inwiefern es bei einer Kolonne mit mehreren Lkw sinnvoll erscheint wenn ein einzelner bez glich seiner Leistungsf higkeit deutlich hinter den anderen Kolonnenteilnehmern zur ckbleibt und die Kolonne aufgrund dessen ihre Geschwin digkeit drastisch reduzieren muss An dieser Stelle sei als Beispiel der Albaufstieg der A8 zwischen Stuttgart und Ulm genannt Dabei handelt es sich um einen Streckenab schnitt der aufgrund seiner Steilheit die Geschwindigkeit mancher Lkw f r mehrere Kilometer auf etwa 30 km h reduziert vgl Sautter 2012 Auch wenn dieses Beispiel einen seltenen Extremfall darstellt kann ber die Ausarbeitung spezieller Handlungs strategien f r solche Situationen nachgedacht werden Diese sollen nachfolgend in verk rzter Form erw hnt sowie deren Problematik erl utert werden VuV 2013 146 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Bei Variante 1 verlangsamt sich das F hrungsfahrzeug und somit die gesamte Kolon ne wobei jedem Folgefahrzeug die Wahl freigestellt ist dem F hrungsfahrzeug weiter hin zu folgen oder aus der Kolonne auszutreten Aufgrund der Gefahr gro er Ge schwindigkeitsdiffe
182. erkehrsst rken auf dem Einf delstreifen 10 1 3 2 Ergebnisse f r den Bereich von Autobahneinfahrten F r die Untersuchung des Einflusses von Fahrzeugkolonnen im Bereich von Autobah neinfahrten sollen zwei wesentliche Kenngr en betrachtet werden e Reisezeit ben tigte Zeit um den definierten Streckenabschnitt zu durchfahren e Anteil blockierter Fahrzeuge Anteil der Fahrzeuge die eine festgelegte Reise zeit berschreiten Die Reisezeit der einbiegenden Fahrzeuge wird zwischen einem Messquerschnitt zu Beginn des Einf delstreifens und einem Messquerschnitt auf dem Autobahnabschnitt unmittelbar nach dem Einfahrbereich ermittelt Um nicht nur die gemittelten Reisezei ten der einbiegenden Fahrzeuge betrachten zu k nnen wird zudem der Anteil der blo ckierten Fahrzeuge ausgewertet da sich Auswirkungen in Bezug auf die Reisezeiten von Fahrzeugen die frei einfahren k nnen und Reisezeiten von blockierten Fahrzeu gen gegenseitig aufheben k nnen Als ein blockiertes Fahrzeug wird ein Pkw bezeich net dessen Durchschnittsgeschwindigkeit innerhalb der Messstrecke unter 75 km h liegt Bei Lkw liegt der betrachtete Grenzwert bei 70 km h Der Anteil der blockierten Fahrzeuge kann als Kriterium f r die Bewertung der Akzeptanz von Fahrzeugkolonnen herangezogen werden da eine hohe Blockadequote an Autobahneinfahrten das Anse hen von Fahrzeugkolonnen negativ beeinfluss kann 3 Diese Werte stellen den Mittelwert aus 60 km h zu Beginn des
183. erschiede zwischen Pkw Bussen und Lkw Bei inhomogenen Kolonnen wird daher festgelegt dass stets die Reihenfolge Lkw vor Bus vor Pkw eingehalten werden muss Daraus ergibt sich dass ein Pkw nie eine in homogene Kolonne anf hren kann und er stets hinter Lkw und Bussen angeordnet wird Wie in Abschnitt 8 2 4 erw hnt wurde ist davon auszugehen dass ein System zur au tonomen Kolonnenfahrt zun chst im Lkw Bereich Anwendung finden wird Die M g lichkeit zur Kopplung von Pkw und Reisebussen an eine Lkw gef hrte Kolonne erh ht die Wahrscheinlichkeit eine Kolonne bilden zu k nnen vor allem in der Einf hrungs phase sowie auf weniger stark ausgelasteten Autobahnen Da die Kolonnenteilnehmer unterschiedlich stark von der Kolonnenfahrt profitieren w re ein Verg tungssystem sinnvoll vgl SARTRE Projekt Kapitel 6 2 2 Geschwindigkeitswahl und Folgeabstand Die zul ssige Geschwindigkeit f r die Kolonne ist abh ngig von den teilnehmenden Fahrzeugen und deren geltenden Geschwindigkeitsbeschr nkungen Wiederum ab h ngig von der Geschwindigkeit und den vorausfahrenden Fahrzeugen wird der Folge abstand gew hlt siehe Anlage 2 Die Wahl der Geschwindigkeit und der Beschleuni gungsbereiche sollten sich am schw chsten Fahrzeug der Kolonne orientieren ana log zu homogenen Kolonnen Dabei k nnen die Daten ber die C2C Vernetzung an das F hrungsfahrzeug bzw den Kolonnenregler weitergegeben werden Kolonnenl nge Die Anzahl
184. ert werden und die bergabe der Steuerung an den Fahrer stattfindet u a auf die Geschwindigkeitssignale der Kolonnenteilnehmer zur ckgegrif fen werden Diese Signale werden st ndig via C2CC zwischen den Fahrzeugen ausge tauscht und erlauben somit die Sicherstellung dass ein Folgefahrzeug nie schneller als das Vorausfahrende f hrt Bei Ausfall eines Sensors zur Querregelung kann es je nach Kurvigkeit der Strecke sehr wichtig sein den Fahrer sofort darauf aufmerksam zu machen damit dieser die Querf hrung des Fahrzeugs bernehmen kann Bis zur Reaktion des Fahrers ist es denkbar dass das Fahrzeug beispielsweise Lenkbefehle des vorausfahrenden Fahr zeugs bernimmt Um eine falsche Kurs nderung aufgrund unterschiedlicher Lenkcha rakteristika zu vermeiden k nnen diese Lenksignale mit Daten zur Querbeschleuni gung vorausfahrender Kolonnenteilnehmer abgeglichen werden In Beispiel 2 wird von verf lschten Sensorsignalen ausgegangen Im Unterschied zu Beispiel 1 ist hier der Sensor zwar weiterhin aktiv seine Daten sind jedoch fehlerhaft Um derartige Systemfehler identifizieren zu k nnen sind Softwarefunktionen und ge gebenenfalls redundante Sensoren notwendig die st ndig die Plausibilit t der Daten berwachen Beispielsweise k nnen verf lschte Sensorsignale erkannt werden wenn sich ihre Werte in zu gro em Ma e abrupt ndern Um keine unn tigen Warnmeldun gen und Kolonnenaustritte zu provozieren ist zun chst die Pr fung wic
185. es 0 E72 0 rr sort 0 SE zer 0 oz z28 0 0 0 oosz Anmw zues 0 STZE 0 OZ Y6OT 0 16 972 0 26 996 0 0 0 oosz Anauyo Tea Zuns puy s u zsnp a Bunsspuy sIuszesiey Zuns puy sIuszisnuen Bunsspuy s u z s y Zun puy sIuszisnuen Bunsspuy s u z s y Bunsspuy sIuszisnusn Zunsspuy s u z s y zwes 3 MT M jd 4 z3 b 10q noyaqN 1183 auuojoy my my aUU0 0y Mid Mid a lajueusuuojoy 226 VuV 2013 Anlagen Anlage 7 Anzahl der Bremsvorg nge und Effektivwerte der Beschleunigung 14 1 2 0 0 Pkw E 0 50 Pkw A 25 50 Pkw N lt S E 50 1 0 Em 25 50 Pkw Kolonne 7 g K 100 100 Pkw Kolonne 5 amp J A 0 8 A 2 Q n amp 0 6 t 504 wu 0 2 x 0 0 100 105 115 120 Effektivwert der Beschleunigung f r Pkw 2 0 1 8 mittlere Reisegeschwindigkeit km h Pr x Fall 2 Lkw m 0 50 Lkw A 0 50 Lkw Kolonne 25 50 Lkw K 25 50 Lkw Kolonne Pr x A he lt N 100 100 Lkw Kolonne mittlere Anzahl Bremsvorg nge rm o 0 8 0 6 0 4 x xx 0 2 0 0 o o e 80 81 82 83 84 85 mittlere Reisegeschwindigkeit km h Mittlere Anzahl der Bremsvorg nge f r Lkw und Lkw Kolonnen VuV 2013 227
186. eser zuvor VuV 2013 147 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt auf das berholman ver hingewiesen werden und die berwachung best ti gen Bleibt diese Best tigung aus oder ist ein automatisierter berholvorgang beispielweise aufgrund der Verkehrslage nicht m glich muss auf Variante 3 1 zur ckgegriffen werden W hrend die vorgestellten M glichkeiten f r den Umgang mit sehr langsamen Fahr zeugen bei Variante 1 F hrungsfahrzeug verlangsamt sich und bei Variante 2 letztes Folgefahrzeug verlangsamt sich keinen wesentlichen Einfluss auf die Kolonnenfahrt haben ergeben sich bei Variante 3 deutliche Auswirkungen Auf der einen Seite sind die Folgefahrzeuge hinter dem langsamen Fahrzeug betroffen die gegebenenfalls ih ren automatisierten Fahrmodus verlassen m ssen auf der anderen Seite k nnen bri ge Verkehrsteilnehmer durch berholman ver beeintr chtigt werden Um dies zu ver meiden sind vollautomatisierte berholman ver die zuverl ssig unter R cksichtnah me anderer Verkehrsteilnehmer durchgef hrt werden notwendig Es sei jedoch darauf hingewiesen dass die Umsetzung von vollautomatisierten berholman vern in einer Fahrzeugkolonne weitaus komplexer ist als eine reine L ngsregelung in Verbindung mit einem Fahrerassistenzsystem zur Spurf hrung Eine spezielle Kolonnenregelung f r den hier beschriebenen Extremfall ist daher als Add On zur kooperativen Kolonnen regelung zu sehen sobald die t
187. f gbar bei der BASt ELBA unter http BASt opus hbz nrw de volltexte 2012 587 pdf F83 pdf heruntergeladen am 19 05 2013 Benmimoun M P tz A Zlocki A Eckstein L 2013 Wirkungsanalyse von Ab standsregelung und Abstandswarnung ATZ Automobiltechnische Zeitschrift Heft 04 April 2013 115 Jahrgang S 336 342 Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Bergenhem C Huang Q Benmimoun A Robinson T 2010 Challenges of Pla tooning on Public Motorways online verf gbar auf der SARTRE Projekthomepage unter http www sartre project eu en publications Documents ITS 20WC 20challenges 200f 20platooning 20concept 20and 20modelli ng 2010 20b pdf heruntergeladen am 14 05 2013 BFM 2005 Am Tempolimit online verf gbar bei Busfahrermagazin unter http www busfahrermagazin de fm 2348 Tempolimit gxd pdf heruntergeladen am 21 05 2013 VuV 2013 211 Verzeichnisse BMW 2013a online verf gbar bei der BMW Group unter http www bmw de de footer publications links technology guide navigations system html heruntergeladen am 08 05 2013 BMW 2013b Zur cklehnen vs Zur ckstecken online verf gbar bei der BMW Group unter http www bmw de de neufahrzeuge 3er limousine 2011 komfort html idriv e heruntergeladen am 10 05 2013 BMW 2013c Mit dem BMW hochautomatisiert auf den Autobahnen Europas online verf gbar bei der BMW Group unter https www press bmwgroup com pressclub p de pressDetail ht
188. f nf wesentliche Anforderungen die es zu erf llen gilt e Datenintegrit t Daten die falsch ermittelt oder ver ndert wurden d rfen ent weder nicht gesendet werden oder m ssen hinterher erkannt und eliminiert werden e Anonymit t Der Schutz der Privatsph re muss den rechtlichen Anforderungen entsprechen e Kompatibilit t Fahrzeuge sind viele Jahre in Benutzung Daher muss eine Ver tr glichkeit von Sicherheitsverfahren m glichst ber Jahrzehnte sichergestellt sein e Update Upgrade F higkeit Aufgrund der langen Nutzungsdauer von Fahrzeu gen sollten Sicherheitsverfahren ber die M glichkeit verf gen auf den neues ten Stand gebracht zu werden e Echtzeitf higkeit Die Anforderungen an Sicherheitsverfahren machen eine Ver und Entschl sselung der Nachrichten unumg nglich Da Informationen jedoch VuV 2013 88 Fahrzeugkommunikation in Echtzeit an andere Verkehrsteilnehmer gesendet werden sollen muss auch das Sicherheitsverfahren in Echtzeit arbeiten Eine Verschl sselung und sichere Daten bermittlung ist zwingend notwendig da das System ansonsten Angriffsm glichkeiten bietet und missbraucht werden kann PI l 2008 nennt hierf r Beispiele beginnend bei einer gezielten Umleitung von Fahrzeu gen auf eine andere Fahrtroute bis hin zu provozierten Unf llen und den dazugeh ri gen Folgen F r die Kommunikationsteilnehmer spielt die Sicherheit bei der Daten bermittlung eine gro e Rolle jedoch
189. f r Fol 8 00 4 00 5 00 gen e hwin gel 2 1 0 35 0 35 0 35 digkeitsdifferenz pos Geschwin gt digkeitsdifferenz p gt 2 gt Einfluss CC6 Geschwindigkeit 11 44 5 00 11 44 auf Oszillation Beschleuni ccz ereungung mis2 0 25 0 25 0 25 bei Oszillation Beschleunigung 5 CC8 bei Stillstand MaS aae Kae Beschleunigung 2 1 1 2 CC9 on m s 50 50 50 VuV 2013 224 Anlagen Spurwechselverhalten Allgemein gilt kooperatives Spurwechselverhalten aktiviert Frei Kolonne Einfahrende Fahrzeuge Modell parameter Einheit Fahrend eigene FoF eigene FoF eigene FoF Maximale 6 m s 4 00 3 00 4 00 3 00 Verz gerung 4 00 4 00 1 m s an Im 200 200 200 200 Entfernung 200 200 we ver m s 1 00 0 50 0 50 0 25 Verz gerung 1 00 1 50 Wartezeit bis Diffusion s u 2200 180 00 Mindest 0 50 0 50 Nettowegl cke m 0 50 Auf langsamere Spur bei freier Fahrt s 11 00 3 00 f r mind 11 00 Faktor f r reduzierten 0 60 0 50 Sicherheitsabstand 0 40 Maximalverz gerung f r kooperatives m s 3 00 Bremsen 3 00 3 00 FoF Folgefahrzeug VuV 2013 225 Anlagen Anlage 6 Reise und Verlustzeiten der mikroskopischen Verkehrsflusssimulation
190. fahrten vorzuse hen Dabei muss jedoch davon ausgegangen werden dass ein kooperativer Fahrstrei fenwechsel der Lkw Kolonne oft nicht m glich ist Eine alternative L sungsm glichkeit stellt die Vergr erung der Fahrzeugfolgeabst nde an Autobahneinfahrten dar so dass beispielsweise kurzzeitig mehrere kleine Teilkolonnen gebildet werden Fremd fahrzeuge die sich f r einen kurzen Zeitraum in der Kolonne aufhalten m ssen dabei toleriert werden k nnen siehe auch Kapitel 9 2 3 10 2 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Energiebedarf Die Kolonnenfahrt hat durch zwei wesentliche Effekte einen Einfluss auf den Energie bedarf von Fahrzeugen Einerseits wird durch den Windschatteneffekt der Luftwider stand der Kolonnenfahrzeuge reduziert andererseits wird durch eine m glichst gleich m ige Fahrt der Energiebedarf f r Beschleunigungsvorg nge verringert Das bereits vorgestellte Projekt SARTRE nennt beispielsweise f r die dort betrachteten innomoge nen Kolonnen eine Energieeinsparung von 10 bis 20 vgl u a Robinson et al 2010 bei den von KONVOI betrachteten homogenen Lkw Kolonnen werden Kraftstof fersparnisse von bis zu 17 genannt IKA 2005 Im Folgenden werden die Ermittlung des Energiebedarfs auf Basis der Fahrwiderst n de betrachtet und die qualitativen Einfl sse durch die Kolonnenfahrt aufgezeigt Kapitel 10 2 1 Anschlie end werden diese anhand der in Kapitel 10 1 definierten Strecke betrachtet um das Einspa
191. g davon ausgegangen dass diese durch eine entsprechende Gangwahl des Automatikgetriebes stets erreicht werden kann Der Drenmassenzuschlagsfaktor wird bei der Berechnung zus tzlich als konstant angenommen da dieser sich bei hohen G ngen nur geringf gig unterscheidet bzw der Einfluss aufgrund der Getriebe bersetzung geringer wird Des Weiteren wird davon ausgegangen dass der Kraftschluss zwischen Fahrbahn und Reifen ausreichend gro ist was vor allem bei geringen Kraftschlussbeiwerten und abgefahrenen Reifen nicht mehr vernachl ssigbar w re Hier kann jedoch davon ausgegangen werden dass bei kritischen Stra enverh ltnissen wie Schneefall oder starkem Regen die Kolonne auf gel st werden wird Au erdem werden dynamische Achslastver nderungen in Stei gungen sowie durch die Fahrzeugbeschleunigung vernachl ssigt F r die betrachteten Geschwindigkeitsbereiche und die i d R vorhandenen Steigungen auf Autobahnen VuV 2013 118 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt sollten diese Effekte auch nur einen geringen Einfluss auf die Kolonnenfahrt haben Durch aerodynamische Effekte siehe Kapitel 10 2 1 1 w rde sich die Beschleuni gungsf higkeit verbessern da der Luftwiderstand durch die Kolonnenfahrt reduziert wird F r eine genauere Ermittlung der Beschleunigungsf higkeit w ren aufw ndigere Simulationen und weitere Fahrzeugdaten notwendig was jedoch nicht das Ziel der vorliegenden Arbeit ist
192. g dem System obliegt sobald der gesetzlich vorgeschriebene Mindestabstand un terschritten ist Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil dass das Fahrzeug das die Kolonne verl sst erst nach dem Fahrstreifenwechsel die Geschwindigkeit erh hen kann Je nach Verkehrslage und Geschwindigkeit der anderen Verkehrsteilnehmer kann es bei dieser Variante zu Konflikten kommen Bei Variante 3 melden ein oder mehrere Kolonnenteilnehmer den Wunsch ber das HMI an die Kolonnenteilnahme an der n chsten Ausfahrt zu beenden Es sind zu n chst keine weiteren Anpassungen innerhalb der Kolonne notwendig In ausreichen der Entfernung vor der Ausfahrt gibt der Kolonnenregler den Folgefahrzeugen die die Kolonne an dieser Ausfahrt verlassen m chten eine Vergr erung des Fahrzeug folgeabstands auf den gesetzlich vorgeschriebenen Mindestabstand vor sodass die Fahrer mit Beginn des Ausf delungsstreifens die vollst ndige Kontrolle ber die L ngs und Querregelung ihres Fahrzeugs bernehmen k nnen Die Aufmerksamkeit der Fah rer ist vorab beispielweise durch eine Abfrage ob das Signal des Fahrtrichtungsanzei gers aktiv ist nochmals zu berpr fen Gegebenenfalls muss er darauf aufmerksam gemacht werden Nachdem die ausfahrenden Fahrzeuge die Kolonne verlassen haben und auch der Bereich der Autobahneinfahrt passiert ist werden die Fahrzeugfolgeab st nde der verbliebenen Kolonnenteilnehmer wieder auf den vom Kolonnenregler vor gesehenen Wert eingeregelt
193. g durch Diversit t und Redundanz umgesetzt es erfolgt also auch eine gegenseitige Kontrolle zwischen den verschiedenen Steuerger ten 2 1 1 4 Ausblick Aktuell sind erste FSR ACC Systeme mit erweitertem Funktionsbereich bzgl dem Staufolgefahren am Markt erh ltlich LSF ACC Low Speed Following vgl Reif 2010b Hier ist auch die Erkennung von stehenden Objekten verbessert In Verbin dung mit einer erweiterten kamerabasierten Erfassung der Fahrzeugumgebung ist auch ein teilautomatisiertes Staufolgefahren m glich vgl Abschnitt 2 3 Die ACC Funktionen bilden alles in allem also auch ein Grundger st f r autonome Fahrzeuge Kapitel 6 sowie f r die autonome Kolonnenfahrt die ab Kapitel 7 betrachtet wird 2 1 2 Bremssysteme Die bekanntesten Fahrerassistenzsysteme die die Radbremsen als Stellglieder ver wenden stellen ABS Antiblockiersystem ASR Antriebsschlupfregelung sowie der Fahrdynamikregler ESC engl Eletronic Stability Control Elektronische Stabilit tskon trolle dar Letzterer ist vor allem in Deutschland unter dem g ngigeren Namen ESP eingetragenes Warenzeichen der Daimler AG bekannt ABS ASR und ESC sind Fahrstabilisierungssysteme und dienen damit der aktiven Sicherheit ESC regelt die Fahrzeugdynamik in L ngs und Querrichtung sowie die Drehbewegung des Fahr zeugs um dessen Hochachse Gierbewegung Die Systeme ASR und ESC k nnen den Bremsdruck ber elektro hydraulische Aggregate selbstst ndi
194. g radindividuell aufbauen und bilden daher die technische Basis f r zahlreiche weitere Bremsassis tenzfunktionen die als Erweiterung bzw Erg nzung der adaptiven Geschwindigkeits regelung angesehen werden k nnen Der Fahrdynamikregler ist dabei den anderen VuV 2013 25 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Erweiterungssystemen i d R berlagert und steuert die Stellglieder Radbremsen aber auch Motor und Getriebesteuerung an Bei Reif 2010b wird eine Unfallstudie in Deutschland aufgef hrt GIDAS German In Depth Accident Study die zu dem Ergebnis kam dass nur bei 1 der betrachteten Unf lle tats chlich eine Vollbremsung mit 8 bis 10 m s durchgef hrt wird Zu 45 erfolgen Teilbremsungen mit Verz gerungswerten von 2 bis 8 m s Bei den restli chen 54 wird nur m ig oder gar nicht verz gert lt 2 m s Dies zeigt dass vor allem fehlende Aufmerksamkeit h ufige Ursache f r Auffahrunf lle ist Ab dem 31 Oktober 2014 gilt f r alle EU Neufahrzeuge eine grunds tzliche ESC Ausr stungspflicht Bosch 2011 Ab dem 01 11 2013 gilt zudem f r bestimmte in der EU neu zugelassene Nutzfahrzeuge eine Ausstattungspflicht mit automatischen Not brems Assistenzsystemen in Verbindung mit ACC EG Verordnung Nr 347 2012 Als Notbrems Assistenzsystem wird dabei ein System definiert das eine Gefahrensituati on selbstst ndig erkennt und das Abbremsen des Fahrzeugs veranlassen kann um einen Zusammensto
195. gangenen Untersu chungen in Kapitel 10 die Szenarien 1 bis 3 analysiert Im Rahmen dieses Kapitels werden die Simulationsf lle ohne ein Lkw berholverbot betrachtet um kooperative Spurwechsel zu erm glichen Mit jedem definierten Fall werden jeweils vier einst ndige Simulationsl ufe durchgef hrt um zuf llige Schwankungen besser ber cksichtigen zu k nnen Die Verkehrsst rke auf der Hauptfahrbahn wird weiterhin mit 2500 Fz h angenommen Auf dem Einf delstreifen sollte die Verkehrsst rke weder zu gro noch zu klein gew hlt werden Bei einer zu gering gew hlten Verkehrsst rke sind zuf llige Einfl sse berre pr sentiert oder es erfolgt kaum eine weitere Interaktion mit den Fahrzeugen auf dem Einf delstreifen Die Auswirkungen der Fahrzeugkolonnen auf der Hauptfahrbahn w ren daher nur zum Teil sichtbar Eine zu hohe Verkehrsst rke auf dem Einf delstreifen f hrt dazu dass der sofortige Fahrstreifenwechsel auf die Hauptfahrbahn oft nicht m glich ist Dicht aufeinanderfolgende Fahrzeuge stauen sich daraufhin auf dem Ein f delstreifen Auch dieser Fall ist zu vermeiden da die Stausituation mit hoher Wahr scheinlichkeit bei vielen Versuchsf llen unabh ngig von der Kolonnenzusammenset zung auftreten wird und somit Vergleiche nur schwer m glich sind Daher wird zu n chst die Verkehrsst rke f r den Einf delstreifen ermittelt die im Zusammenhang mit 2500 Fz h auf der Hauptfahrbahn zu keinen gr eren Behinderungen a
196. gemacht wird Des Weiteren k nnen die bereits in vorhergehenden Kapiteln erw hnten Absch tzun gen aufgef hrt werden e Reduktion der Auffahrunf lle von Lkw auf Autobahnen infolge zu geringer Ab st nde bzw Unaufmerksamkeit um ca 70 90 durch bald gesetzlich vorge schriebene Verwendung von ACC und Notbremssystemen Winner et al 2012 bzw Reif 2010b e Reduktion der Pkw Unf lle durch Abkommen vom Fahrstreifen um ca 25 durch LDW bzw LKS Systeme Winner et al 2012 e Reduktion der Lkw Unf lle durch Abkommen vom Fahrstreifen um ca 49 durch die zuk nftig vorgeschriebenen LDW Systeme Winner et al 2012 Insgesamt ist also von einer Verbesserung der Verkehrssicherheit auszugehen Diese wird dann jedoch nicht auf die Kolonnenfahrt zur ckzuf hren sein sondern vielmehr auf die dort verwendeten Fahrerassistenzsysteme 10 4 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf die Wirtschaftlichkeit In den vorausgehenden Kapiteln wurden u a die Auswirkungen der Kolonnenfahrt auf den Verkehrsfluss den Energiebedarf sowie die Verkehrssicherheit untersucht Diese Aspekte besitzen wiederum finanzielle Auswirkungen auf die Volkswirtschaft sowie auch auf verschiedene Bereiche der Arbeitswelt In diesem Kapitel sollen daher einige dieser Punkte angesprochen werden Ausf hrliche Untersuchungen zu den volkswirtschaftlichen Auswirkungen durch die Fahrzeugkommunikation wurden im Juni 2013 im Rahmen des sim Projekts vorge stellt Eine fl c
197. gien bei der autonomen Kolonnenfahrt In den vorangehenden Ausf hrungen wurde stets ein Systemfehler in einem der Folge fahrzeuge betrachtet Allerdings kann ein m glicher Defekt ebenso am F hrungsfahr zeug der Kolonne auftreten Da der Fahrer des F hrungsfahrzeugs zur berwachung der automatisierten Fahrfunktion seines Fahrzeugs verpflichtet ist muss er im Falle eines Systemfehlers nicht erst zur bernahme der Fahrzeugf hrung aufgefordert wer den sondern kann sofort eingreifen wenn er beispielsweise aufgrund eines ausgefal lenen Sensors nicht mehr von allen ben tigten Assistenzsystemen unterst tzt wird Da die autonome Kolonnenfahrt jedoch f r eine zuverl ssige und komfortable Kolonnenre gelung darauf aufbaut dass auch das F hrungsfahrzeug auf Assistenzsysteme zur L ngs und Querregelung zur ckgreift kann die Aufgabe des F hrungsfahrzeugs nicht mehr korrekt wahrgenommen werden Daher sollte die Kolonne aufgel st werden Der Kolonnenregler gibt diese Meldung an die Folgefahrzeuge weiter die daraufhin die Fahrzeugfolgeabst nde vergr ern und die Fahrzeugsteuerung an die Fahrer zur ck geben F r den Fall dass das WLAN Modul des F hrungsfahrzeugs einen Defekt erleidet m ssen die Folgefahrzeuge erkennen k nnen dass die Verbindung zum Kolonnenreg ler abgebrochen ist Die Folgefahrzeuge m ssen daraufhin auf ein Notprogramm zu r ckgreifen das die Zunahme der Abst nde zwischen den Fahrzeugen regelt und die Fahrer w
198. gkommunikation Weitere Informationen erh lt der Fahrdynamikregler ber die anderen im CAN Bus befindlichen Subsysteme beispielsweise von der Motor und Getriebesteuerung In Bezug auf das Senden relevanter Informationen an andere Verkehrsteilnehmer lassen sich im Fahrdynamikregler beispielsweise Werte zu Fahrgeschwindigkeit Reifen schlupf und Beschleunigung abgreifen vgl Bosch 2007 Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit kann f r einen Vergleich mit der Fahrgeschwindigkeit auf freier Strecke herangezogen werden Bei entsprechend gro er Abweichung erfolgt eine Warnung an nachfolgende Verkehrsteilnehmer vor stockendem Verkehr bezie hungsweise vor Stau Verbunden mit Informationen zur aktuellen Position kann somit ein Stauende relativ genau lokalisiert werden Eine abrupte Geschwindigkeitsreduzie rung gibt zudem auch Hinweise auf eine m gliche Gefahrenstelle z B Gegenstand auf der Fahrbahn Aus dem Reifenschlupf lassen sich Informationen zur aktuellen Oberfl chenbeschaf fenheit der Stra e generieren Vergr erte Schlupfwerte deuten z B auf Schnee oder Eis hin Unter Ber cksichtigung des Au entemperatursignals lassen sich diese Werte verifizieren Mit einer Meldung zu Stra engl tte k nnen nachfolgende Fahrzeuge rechtzeitig gewarnt werden Zudem besteht die M glichkeit ber die Car to Infrastructure Communication die Stra enmeisterei zu erreichen und auf entsprechen de Gefahrenstellen aufmerksam zu machen Ungew hnlich gro e
199. h 2007 Zur Umfelderfassung wird bei ACC i d R auf verschiedene Radartechnologien zur ckgegriffen es sind jedoch auch Systeme umgesetzt die Lasermesstechniken verwenden LIDAR siehe Kapitel 3 3 Die Um feldsensorik ist in der Fahrzeugfront untergebracht und ist parallel zur Fahrzeugl ngs achse ausgerichtet Bosch 2007 Die Erfassungs und Auswerteeinheit k nnen ent weder r umlich getrennt angeordnet vgl Abbildung 3 Seite 20 oder in einer Einheit untergebracht sein ACC SCU engl Sensor amp Control Unit Sensor und Steuereinheit vgl Winner et al 2012 Die folgenden Beschreibungen in diesem Abschnitt beziehen sich auf die Erkl rungen von Reif 2010b falls nicht anderweitig gekennzeichnet F r das Standard ACC wird i d R ein Long Range Radarsensor siehe Kapitel 3 2 verwendet der auf einen Erfassungsbereich von ca 10 bis 200 m ausgelegt ist Die ausgesendeten Signale werden durch etwaige Objekte im Erfassungsbereich reflektiert und im Sensor empfangen Die reflektierten Strahlen haben dabei einen charakteristi schen Frequenzanteil der sich aus dem Abstand und der Relativgeschwindigkeit des erfassten Objekts ergibt Die Signalamplituden sind abh ngig von den Reflexionsei genschaften des Objekts Vor der weiteren Auswertung muss das analog empfangene Signal in ein digitales Signal gewandelt werden A D Wandlung u a mittels Spektral Fast Fourier Transformation FFT und Rauschanalyse Anschlie end k nnen dann Abst
200. h kann nun daf r sorgen dass sich das einbiegende Fahrzeug im Verkehrsfluss einordnen kann ohne dass gro e Geschwindigkeits nderungen aufgrund pl tzlicher Bremsman ver notwendig werden In Bezug auf Infotainment oder Serviceanwendungen ist es m glich eine Internetver bindung ber station re Transmitter aufzubauen Um diese zu erreichen m ssen Nachrichten jedoch oft per Multi Hop bermittelt werden Eine weitere Anwendungs m glichkeit ist der sogenannte Point of interest Service POI Lokale Gesch fte tou ristische Attraktionen oder auch Werkst tten und Tankstellen k nnen mit station ren Transmittern ausgestattet werden um an der Fahrzeugkommunikation zu partizipieren VuV 2013 86 Fahrzeugkommunikation Sie senden beispielsweise ffnungszeiten Spritpreise oder sonstige Informationen in das Fahrzeug welches jedoch ber Filterm glichkeiten verf gen muss um den Fahrer nicht mit ungew nschten Informationen zu bel stigen Es kann aber auch vorteilhaft sein wenn er automatisch ber nahegelegene Tankstellen und deren aktuelle Sprit preise informiert wird sobald sein Fahrzeug eine gewisse Restreichweite unterschrei tet VANETs erm glichen dar ber hinaus Wartezeiten und Kosten in Werkst tten zu reduzieren Anstatt ein Diagnoseger t anzuschlie en oder Kabelverbindungen mit ei nem lokalen Computer herzustellen k nnen Fehlerprotokolle und Softwareupdates drahtlos und z gig bermittelt werden vgl C2CC
201. hen Aussagen gelten auch entsprechend f r Szenario 2 mit Lkw berholverbot jedoch sind hier die Verbesserungen f r Pkw noch ausgepr gter Abbil dung 63 Auff llig bei der Betrachtung der Verlustzeiten ist dass bei einer Anwen dungsrate von 25 25 die Verlustzeit f r Pkw Kolonnen nur um 1 reduziert werden kann Dies kann dadurch erkl rt werden dass die berholm glichkeiten f r Pkw Kolonnen aufgrund der restlichen 75 des Pkw Aufkommens noch stark einge schr nkt ist mit steigenden Kolonnenanteilen wird unter anderem die Zahl der ber holm glichkeiten jedoch wieder gr er Um die Gr enverh ltnisse bei den Verlustzeiten besser einordnen zu k nnen bietet sich ein Vergleich mit den idealen Reisezeiten an Bei Pkw beispielsweise betr gt die mittlere Verlustzeit im Standardfall mit Lkw berholverbot ca 137 s Dies entspricht einer Verl ngerung der idealen Reisezeit um 20 VuV 2013 177 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt e e N W oO Er 8s W oO N oO o 1 N u A mittlere Reisegeschwindigkeit km h w N m o T T 25 25 50 50 75 75 100 100 Kolonnenanteile Pkw Lkw EPkw mPkw Kolonnen wlLkw mLkw Kolonnen g mittlere Verlustzeit s r 8 u oO Bi IE 0 0 25 25 50 50 75 75 100 100 Kolonnenanteile Pkw Lkw
202. hendeckende Einf hrung der Fahrzeugkommunikation bietet gem den Ergebnissen ein volkswirtschaftliches Einsparpotential von ber 11 Mrd pro Jahr 6 5 Mrd tragen dazu die Vermeidung von Unf llen bei Etwa 5 Mrd werden durch eine Reduktion der Umweltsch den eingespart vgl Winterhagen 2013 Die Betrachtun gen enthalten die Ber cksichtigung einer erh hten Fahr und Verkehrssicherheit sowie die Verbesserung von Reisezeiten die wiederum Emissions Fahrzeugbetriebs und Kohlenstoffdioxidkostenersparnisse mit sich bringen Zur Ermittlung der Einsparungen wurden Unfallsimulationen durchgef hrt Dabei zeigte sich dass das sogenannte elektronische Bremslicht das auf Bremsvorg nge weiter vorausfahrender Fahrzeuge aufmerksam macht den gr ten Nutzen erzielt vgl SimTD 2013 Ullrich Eichhorn Technikgesch ftsf hrer des Verbandes der Automobilindustrie sch tzt dass jeder Euro der in die Vernetzung der Fahrzeuge investiert wird den 8 fachen wirtschaftli chen Nutzen erzielt vgl Winterhagen 2013 VuV 2013 199 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Da Fahrzeuge mit der M glichkeit zur Kolonnenteilnahme ebenfalls ber die M glich keit zur Fahrzeugkommunikation verf gen m ssen l sst sich das vorgestellte Ergebnis auf die Kolonnenfahrt bertragen Eine Verstetigung des Verkehrsflusses und eine Reduktion von Stauzeiten sind dabei bereits ber cksichtigt Stauzeiten k nnen durch die autonome Kol
203. hern Die Systeme vom Typ Ill decken beide Bereiche ab Im Markt sind haupts chlich Systeme vom Typ I und III verf gbar Winner et al 2012 Die Unterst tzung des Fahrers bei der grundlegenden Entscheidung ber einen Fahr streifenwechsel erfolgt i d R ber zwei Informationsstufen Die erste Informationsstufe hat einen informativen Charakter Sie informiert den Fahrer eher dezent ber Fahrzeu ge im Toten Winkel oder hinter dem Fahrzeug solange keine Fahrstreifenwechselab sicht ermittelt wurde Abbildung 14 oben L sst sich anhand verschiedener Auswahlkri terien wie z B das Setzen des Fahrtrichtungsanzeigers oder die Position des eigenen Fahrzeugs innerhalb des Fahrstreifens vgl Abschnitt 2 2 2 eine Fahrstreifenwech selabsicht erkennen so erfolgt die Fahrerinformation ber eine intensivere Meldung in Stufe 2 Abbildung 14 unten vgl Winner et al 2012 Bei dem in Abbildung 14 darge stellten System handelt es sich um den Audi Side Assist Abbildung 14 Beispiel f r einen Fahrstreifenwechselassistenten Winner et al 2012 S 569 VuV 2013 43 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Wie bei den Spurhaltewarnsystemen kann die Information des Fahrers optisch akus tisch oder haptisch erfolgen Damit der Fahrer seiner Pflicht nachkommt einen Spie gel und Schulterblick durchzuf hren erfolgt die optische Information meist ber An zeigen im entsprechenden Au enspiegel vgl Abbildung 14 2 2
204. hmern hilfreich sein wenn generell im Bereich von Ausfahrten kurzfristig die Folgeabst nde zwischen den Kolonnenteilnehmern vergr Bert werden Je nach L nge der Kolonne muss der Kolonnenregler vorgeben ob dies an einer oder mehreren Stellen der Fall sein soll Dabei ist es vermutlich am sinnvolls ten kurzfristig kleine Teilkolonnen zu bilden anstatt die Abst nde zwischen allen Fahr zeugen zu vergr ern VuV 2013 168 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt 10 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Die Einf hrung der autonomen Kolonnenfahrt beeinflusst verschiedenste mit dem Verkehrsgeschehen in Zusammenhang stehende Bereiche Mit einer Fahrzeugko lonne als neue Variante eines Verkehrsteilnehmers ergeben sich aufgrund ihrer Gr e beispielsweise Auswirkungen auf den Verkehrsfluss Des Weiteren sind z B durch Windschatteneffekte und Fahrerassistenzsysteme wie ACC Energieeinsparungen m g lich Daneben k nnen Fahrerassistenzsysteme auch helfen die Verkehrssicherheit zu steigern was wiederum positive Auswirkungen auf die Volkswirtschaft hat Diese und weitere Effekte sollen im Rahmen dieses Kapitels weiter ausgef hrt werden 10 1 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Verkehrsfluss Fahrzeugkolonnen auf Autobahnen k nnen aufgrund ihrer L nge und der geringen Fahrzeugfolgeabst nde das Verkehrsgeschehen beeinflussen Inwiefern sich dabei positive oder negative Effekte einstellen soll im Rahmen dieses Kapite
205. hone Data vgl Kapitel 4 2 3 2 lassen sich detaillier te Verkehrsinformationen auch f r Stra en erfassen die bisher nicht mit TMC Pro ab gedeckt werden F r die Verkehrslageerfassung nutzt man die statistische Erfahrung dass im Stau stehende Verkehrsteilnehmer oft zum Handy greifen um z B Freunde oder Gesch ftspartner ber die Versp tung zu informieren vgl Connect 2008 W h rend des Telefonats oder des Absendens einer SMS ist eine Lokalisierung und eine Bestimmung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit m glich siehe Abbildung 27 5 lt gt am wu T Abbildung 27 Funktionsprinzip f r die individuelle Nachrichten bermittlung CB 2009 Wie im vorangegangenen Kapitel erl utert wurde reichen die bertragungsraten im Rahmen des Rundfunksignals jedoch nicht aus um Verkehrsinformationen zu bermit teln die sowohl die Hauptverkehrs als auch die Nebenstra en erfassen Aus diesem Grund gewinnt die bertragung via Mobilfunk an Interesse vgl Connect 2009 Verschiedene Hersteller von portablen Navigationsger ten z B TomTom Navigon verschiedene Automobilhersteller z B BMW Audi oder auch Anbieter von Smartpho ne Betriebssystemen z B Google bieten Navigationssysteme an die eine dynami VuV 2013 75 Fahrzeugkommunikation sche Routenf hrung auf Basis Mobilfunk bermittelter Informationen erlauben Der Aufbau und die Funktionsweise der Systeme sind meist hnlich In den Ger ten be
206. hrfunktionen besitzen durchaus denkbar und auch rechtlich m glich siehe Kapitel 7 2 Zum einen verf gen diese Fahrzeuge ber die notwendige Umfeldsensorik zum anderen kann ein solches System auch im Falle eines eingeschlafenen Fahrers einen automatisierten Anhaltevorgang durchf hren Speziell im Hinblick auf die autonome Kolonnenfahrt bei der Fahrzeuge ohne Eingriffe des Fahrers ber l ngere Strecken einander folgen gilt es zu untersuchen ob eine erh hte Einschlafgefahr besteht Rea giert der Fahrer z B nicht mehr darauf dass er die Fahrfunktion wieder bernehmen muss beispielsweise weil er laut Routenempfehlung des Navigationssystems die Ko lonne verlassen sollte erm glicht der Nothalteassistent die bernahme des Fahrzeugs und bringt es sicher zum Stehen Er kann somit zuk nftig eine wichtige Erg nzung und Sicherheitsfunktion zum automatisierten Fahren darstellen 6 2 Autonome Kolonnenfahrt 6 2 1 KONVOI Das vom Bundeministerium f r Wirtschaft und Technologie BMWi gef rderte Projekt KONVOI befasste sich von 2005 bis 2009 mit einer kooperativen Form der Bahnf h rung bei Lastkraftwagen Kooperationspartner waren Unternehmen aus der Nutzfahr zeugindustrie Speditionen und Universit ten Da die G tertransportleistung stetig zunimmt m ssen Transportkapazit ten besser ausgelastet und der Verkehrsablauf optimiert werden Zudem besteht der Wunsch den Fahrer zu entlasten und den Sprit verbrauch zu senken Ein Abstandsr
207. hten bermittlung erfolgt hierbei unidirektional und nicht individuell auf den einzelnen Nutzer zugeschnitten Der bertragungsweg via Mobilfunk erm glicht es Informationen individuell f r den jeweiligen Nutzer aufzubereiten Da der Empf nger von Nachrichten gleichzeitig auch ein Absender sein kann ist die Kommunikation in diesem Fall als bidirektional zu bezeichnen vgl Winner et al 2012 5 3 1 Universelle Nachrichten bermittlung F r die universelle Nachrichten bermittlung bei der Verkehrsmeldungen allen Ver kehrsteilnehmern via Rundfunk zur Verf gung gestellt werden gibt es verschiedene bertragungsstandards die in diesem Kapitel vorgestellt werden sollen Zudem wird eine Bewertung der bertragungswege f r die Nutzungsm glichkeiten im Zusammen hang mit der autonomen Kolonnenfahrt vorgenommen Das herk mmliche und meist verwendete FM Rundfunksignal Ultrakurzwelle beinhal tet in digitaler Form codierte Verkehrsnachrichten Hierf r wird der im Radio Data Sys tem RDS inkludierte Traffic Message Channel TMC verwendet Der RDS Datenkanal erlaubt bertragungsraten von ca 100 Bit s vgl Reif 2010b Nach Reif 2010b ist die Standardisierung von Meldungsinhalten Grundlage f r Sys teme die sich im Markt etablieren sollen Die Standardisierung erlaubt es Inhalte aus verschiedenen Quellen von Endger ten auswerten zu k nnen Im Bereich der bertra gung von Verkehrsnachrichten wird auf den sogenannten Alert C Standa
208. htig ob die Werte ber mehrere Messungen in Folge unplausibel erscheinen Sofern dies der Fall ist ist der Fahrer des betroffenen Fahrzeugs dar ber zu informieren Das weitere Vor gehen bez glich des Kolonnenaustritts des betroffenen Fahrzeugs orientiert sich an Beispiel 1 Bei Beispiel 3 ist ein Defekt oder ein vor bergehender Ausfall des WLAN Moduls in einem der Folgefahrzeuge denkbar sodass dieses nicht mehr an der C2CC teilneh men kann Als Folge bekommt dieses Fahrzeug keine Informationen zum vorgesehe nen Fahrzeugfolgeabstand oder erh lt auch keine weiteren Hinweise F r diesen Fall muss ein Notprogramm im betroffenen Fahrzeug vorliegen so dass die L ngsregelung auch ohne die Informationen aus dem Kolonnenregler den Abstand zum vorausfahren den Fahrzeug ausreichend vergr ern kann Der Fahrer muss w hrenddessen auf die bernahme der Fahrzeugsteuerung vorbereitet werden Der Kolonnenregler muss ebenfalls auf die Eventualit t vorbereitet sein dass die Verbindung zu einem Kolon nenteilnehmer pl tzlich abbrechen kann Da er das Verhalten der Fahrzeugkolonne regelt muss er stets Informationen ber die Folgefahrzeuge sowie deren Position ha ben und erkennen k nnen welches Fahrzeug aufgrund der St rung die Kolonne ver l sst Diese Information kann wiederum an die Folgefahrzeuge bermittelt werden die sich hinter der entstandenen L cke befinden damit sie wieder aufschlie en k nnen VuV 2013 153 Handlungsstrate
209. htzeit neues informationssystem von bmw 13211 3949624 html heruntergeladen am 14 05 2013 Pudenz K 2011b Versuchstr ger f hrt hochautomatisiert auf der Autobahn online verf gbar bei Springer Professional unter http www springerprofessional de versuchstraeger faehrt hochautomatisiert auf der autobahn 14550 3951 182 html heruntergeladen am 15 05 2013 Pudenz K 2012a SARTRE Projekt autonome Kolonnenfahrt auf der Autobahn on line verf gbar bei Springer Professional unter http www springerprofessional de sartre projekt autonome kolonnenfahrt auf der autobahn 3267266 html herun tergeladen am 19 05 2013 Pudenz K 2012b Car to X Autos sprechen ab 2015 online verf gbar bei Springer Professional unter http www springerprofessional de car to x autos sprechen ab 2015 3643068 html heruntergeladen am 14 05 2013 Reif K Hrsg 2010a Bremsen und Bremsregelsysteme 1 Auflage Vieweg Teu bner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Reif K Hrsg 2010b Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme 1 Auflage Vieweg Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Ricardo 2009 Cars that drive themselves can become reality within ten years online verf gbar bei RICARDO unter http www ricardo com en GB News Media Press releases News releases1 2009 Cars that drive themselves can become reality within ten years heruntergeladen am 20 05 2013 Robert Bosch GmbH 2007 Kraftfahrtechni
210. icklungsst nde bei der Car to X Communication und der autonomen Kolon nenfahrt unterst tzt F r die C2XC wurde 2012 ein einheitlicher hersteller bergreifen der bertragungsstandard beschlossen auf dessen Basis nun weitere Entwicklungen stattfinden siehe Kapitel 5 5 1 Die Umsetzbarkeit einer autonomen Kolonnenfahrt wurde zwar in verschiedenen Projekten gezeigt Kapitel 6 2 jedoch gibt es auf diesem Gebiet bisher keine hersteller bergreifenden Standards Das Fahrzeugkollektiv f r die weiteren Ausf hrungen setzt sich somit folgenderma en zusammen Die Auflistung zur Unterscheidung der Verkehrsteilnehmer gilt sowohl f r Pkw und Lkw als auch f r Reisebusse e Potentielle Kolonnenteilnehmer mit Kommunikationsm glichkeit Fahrzeuge die C2XC f hig sind und ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne verf gen e Verkehrsteilnehmer mit Kommunikationsm glichkeit Fahrzeuge die C2XC f hig sind jedoch nicht ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne verf gen VuV 2013 130 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt e Verkehrsteilnehmer ohne Kommunikationsm glichkeit Fahrzeuge die weder C2XC f hig sind noch ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne verf gen Diese Fahrzeuge entsprechen dem heuti gen Serienstand 2013 Bei den verschiedenen Szenarien die nachfolgend betrachtet werden wird zudem jeweil
211. idung ber Verbleib oder Austritt aus der Kolonne In Anleh nung an BMW 2013b 14 Die maximal m gliche Geschwindigkeit bei gegebener Steigung kann mithilfe eines einfachen Simulationsmodells des Fahrzeugs ermittelt werden Externe Eingangsgr e ist die Steigung des H henprofils Antriebsseitige Eingangsgr en sind Motordrehmoment und drehzahl sowie der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs Weitere Eingangsgr en sind der Rollwiderstandsbei wert der Drehmassenzuschlagsfaktor die aktuelle Beschleunigung die Fahrzeugstirnfl che die Luftdichte und der Luftwiderstandsbeiwert vgl Haken 2008 Die Masse des Fahrzeugs ist stark beladungsabh ngig und vorab ebenfalls ber ein Modell zu identifizieren vgl Banerjee et al 2013 siehe auch Kapitel 8 2 3 1 VuV 2013 145 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt F r das in Abbildung 53 dargestellte Beispiel wird eine relativ lange Steigungsstrecke mit einer L nge von 8 km und eine Reduktion der Kolonnengeschwindigkeit von 80 auf 55 km h angenommen Das Ergebnis zeigt dass sich dabei lediglich ein Zeitverlust von 3 min ergibt Ohne den Hinweis wird ein Fahrer der zwar gerne an einer Fahrzeugko lonne teilnimmt aber gleichzeitig m glichst schnell sein Reiseziel erreichen m chte vermutlich berholen wollen Der Hinweis im Anzeigefeld zeigt ihm jedoch dass der Zeitverlust aufgrund der geringeren Geschwindigkeit w hrend der Steigungsfahrt u Berst gering ist und e
212. ie reflektierten Wellen werden VuV 2013 54 Sensorik f r die Umfelderfassung von Fotodioden im Sensor empfangen und anschlie end mit den ausgesendeten Wel len verglichen Die r umliche Aufl sung ist h her als beim Radar die Reichweite je doch geringer Au erdem sind die Messungen st rker von den u eren Bedingungen abh ngig weshalb die Messreichweite stark beeinflusst werden kann Nebel Gischt etc d mpfen die Infrarotstrahlen stark Ein weiterer Nachteil gegen ber dem Radar besteht bei der Ermittlung der Relativgeschwindigkeit die sich nur durch die zeitliche Ableitung des Entfernungssignals berechnen l sst und damit deutlich fehleranf lliger ist vgl Reif 2010b Andererseits ergeben sich durch die Eigenschaften von LIDAR weitere M glichkeiten So k nnen mit dem LIDAR Sensor auch wiederum die Sichtweite und Sichtverh ltnisse ermittelt werden Des Weiteren haben sie Vorteile gegen ber der Radartechnologie bei der Verfolgung von Objekten dem Tracking Da sie zus tzliche Kostenvorteile bieten k nnten LIDAR Sensoren vor allem in der Mittel und Kompaktklasse vermehrt zum Einsatz kommen vgl Winner et al 2012 3 4 Maschinelles Sehen Zur Erfassung der Fahrzeugumgebung verwendet der Fahrer neben seinem Geh r haupts chlich sein visuelles System die Augen Es ist also naheliegend auch f r be stimmte Fahrerassistenzsysteme auf Bildverarbeitungsmethoden zu setzen Bei einem Videosystem wird die
213. ie sich an den bei Hucho 1999 aufgef hrten Ergebnissen orientieren mittlere cw Wert Verringerung bei homogenen Kolonnen Tnm FoF 2 2 Lkw Bus xX t 2 3 o ap 5 fad 7 T p gt T m 2 E 10 Folgeabstand m Abbildung 72 Mittlere Verringerung des cw Werts f r homogene Lkw Bus und Pkw Kolonnen In Anlehnung an Hucho 1999 S 193 399 F r Pkw Kolonnen ist die durchschnittliche Reduktion des cw Wertes dargestellt bezo gen auf den cw Wert des Einzelfahrzeugs Bei einem Folgeabstand von z B 10 m re duziert sich der cw Wert der Pkw Kolonnenteilnehmer um durchschnittlich ca 14 F r homogene Lkw bzw Bus Kolonnen ist die Verringerung des cw Wertes f r das F hrungsfahrzeug F F sowie die Folgefahrzeuge FoF getrennt aufgetragen Es ergibt sich f r das F hrungsfahrzeug bei 10 m Folgeabstand eine Verringerung des cw Wertes um ca 4 w hrend das zweite Fahrzeug also das erste Folgefahrzeug von VuV 2013 193 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt einer Verringerung um ca 40 profitiert F r das zweite und jedes weitere Folgefahr zeug ergibt sich eine Reduktion des cw Wertes um ca 46 bei 10 m Folgeabstand Literaturwerte die den cw Wert f r Pkw als Folgefahrzeuge hinter Lkw angeben konn ten nicht gefunden werden Daher werden wie auch in den durchgef hrten Verkehrs flusssimulationen nur homogene Kolonnen betrachtet Um die Auswirkung der aer
214. ieder auf die bernahme der Fahrzeugsteuerung vorbereitet Die in diesem Kapitel beschriebenen Handlungsstrategien w rden sich bei Betrachtung weiterer Systemfehler in gleicher oder hnlicher Form wiederholen Es gilt bei Erken nung eines Systemfehlers in einem der Folgefahrzeuge die Steuerung des betroffenen Fahrzeugs an den Fahrer zur ckzugeben und ihn beim Verlassen der Kolonne zu un terst tzen Dabei ist es stets wichtig m glichst viele Informationen ber das Verhalten einzelner Fahrzeuge innerhalb der Kolonne zu teilen um eine sichere Kolonnenfahrt auch bei St rungen zu erlauben Auch ein Ausfall der Kommunikationsm glichkeit kann durch ein Notprogramm in Verbindung mit der Abstandsregelung f r die Zeit der Fahrzeug bergabe an den Fahrer kompensiert werden Ein Defekt am F hrungsfahr zeug f hrt aus Sicherheitsgr nden stets zur Aufl sung der Fahrzeugkolonne 9 1 4 Verlassen einer Kolonne Unter Verlassen einer Kolonne wird gem der Definition in Kapitel 7 1 die Beendigung der Kolonnenteilnahme eines Folgefahrzeugs verstanden wohingegen man vom Auf l sen einer Kolonne spricht wenn das F hrungsfahrzeug die Kolonne verlassen m ch te siehe Kapitel 9 1 5 Der Wunsch eine Fahrzeugkolonne zu verlassen kann verschiedene Gr nde haben Der h ufigste Grund d rfte der Wunsch eines Folgefahrzeugs sein die Autobahn an der n chsten Abfahrt zu verlassen Denkbar ist auch dass beispielsweise einige Pkw Lenker die Kolonnen
215. iel k nnen sich potentielle Nutzer ebenfalls ber das Internet oder via Smartphone ber Kolonnenangebote informieren und einen Platz reservieren Bei diesem Vorgehen kommt es jedoch sehr darauf an zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu sein F hrt ein potentieller Kolonnenteilnehmer beispielsweise zehn Minuten nach einer Kolonne der er sich anschlie en wollte auf die Autobahn auf so hat er bereits 13 bis 20 Kilometer R ckstand Lkw F hrungsfahrzeug mit 80 km h beziehungsweise Pkw F hrungsfahrzeug mit 120 km h Im umgekehrten Fall dass sich beispielweise ein Lkw F hrungsfahrzeug um 10 Minuten versp tet wird die Kolonnennutzung beinahe unm glich Der potentielle Kolonnenteilnehmer m sste seine Geschwindigkeit auf der Autobahn drastisch reduzieren um den Lkw aufschlie en und berholen zu lassen Dies ist jedoch kritisch da Kraftfahrzeuge ohne Grund nicht so langsam fahren d rfen dass sie den Verkehrsfluss behindern vgl StVO 2013 Alternativ m sste die Fahr zeugkolonne an einem Park oder Rastplatz abgewartet werden Befindet sich die Fahrzeugkolonne jedoch in einer erreichbaren Entfernung erh lt das potentielle Folge fahrzeug Informationen bez glich der aktuellen Position des F hrungsfahrzeugs um sich diesem anschlie en zu k nnen Das weitere Vorgehen entspricht dem aus den vorangegangenen Abs tzen Das in diesem Kapitel aufgezeigte Szenario baut darauf auf dass sich ein potentielles F hrungsfahrzeug anbietet und po
216. igkeitsverteilung gr ne Balken ergibt sich u a aufgrund der geringeren Fahr zeugfolgeabst nde innerhalb einer Fahrzeugkolonne eine Steigerung der maximalen Verkehrsst rke auf 7550 Fz h Die mittlere Reisegeschwindigkeit von Pkw und Lkw liegt in dieser Situation bei 80 km h Im Vergleich zur theoretisch berechneten maximalen Kapazit t von 8138 Fz h ermittelt die Simulation eine etwa 8 geringere Kapazit t Die Abweichung ist darauf zur ckzu f hren dass in der theoretischen Betrachtung keine Geschwindigkeitsschwankungen und kein Fahrverhaltensmodell das u a den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug regelt ber cksichtigt werden Des Weiteren f hrt das stochastische Einsetzen der Fahrzeugkolonnen in der Simulation zu einer Abweichung da hier verf gbarer Ver kehrsraum nicht optimal genutzt wird Ausgehend von 3800 Fz h nach HBS 2005 beziehungsweise 3818 Fz h nach den durchgef hrten Berechnungen Kapitel 10 1 1 ermittelt die Simulation eine Kapazit ts steigerung bei vollst ndiger Kolonnennutzung durch alle Verkehrsteilnehmer in einer Gr enordnung von 98 Als Vergleich ergab die theoretische Kapazit tsanalyse in Kapitel 10 1 1 eine Kapazit tssteigerung in einer Gr enordnung von 113 10 1 3 Verkehrsfluss im Bereich von Autobahneinfahrten 10 1 3 1 Simulationsrandbedingungen Die Untersuchung der Auswirkungen infolge der autonomen Kolonnenfahrt auf den Verkehrsfluss an Autobahneinfahrten erfolgt auf einem kurzen Auto
217. il des Busverkehrs liegt auf deutschen Autobahnen in einer Gr enordnung lt 1 des Gesamtverkehrs Quelle Bundesweite Verkehrsz hlung 2010 online verf gbar unter http www svz bw de fileadmin verkehrszaehlung svz rpt 95 svz 2010 bab pdf heruntergeladen am 18 06 2013 VuV 2013 169 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt oder von Witterungseinfl ssen ab vgl Zumkeller 2004 Gem dem Handbuch f r die Bemessung von Stra enverkehrsanlagen HBS 2005 liegt die erreichbare Kapazi t t f r eine Richtungsfahrbahn mit zwei Fahrstreifen bei einem Schwerverkehrsanteil von 10 und einer Geschwindigkeitsbegrenzung von 80 km h bei 3900 Fahrzeu gen Stunde F r die theoretische Kapazit tsanalyse zur Untersuchung des Einflusses von Fahr zeugkolonnen soll die Berechnung nicht ber den Zeitbedarfswert erfolgen Stattdes sen soll eine differenziertere Betrachtung durchgef hrt werden die sowohl unter schiedliche Fahrzeugl ngen als auch unterschiedliche Kolonnenl ngen und die jeweili gen Fahrzeugfolgeabst nde erfasst Mit diesem Vorgehen wird zun chst die Verkehrs dichte k bestimmt und schlie lich unter Annahme einer konstanten Geschwindigkeit v 80 km h mithilfe bekannter Zusammenh nge aus der Kontinuumstheorie die Ver kehrsst rke q berechnet vgl Zumkeller 2004 q kxv mit q Verkehrsst rke Fz h k Verkehrsdichte Fz km v Geschwindigkeit km h Um das Vorgehen und die zum Teil angenommenen Werte f
218. ildung 21 Festeinbaunavigation BMW 2013a Smartphone mit Navigationssoft ware TomTom 2013a portables Navigationsger t Navigon 2013 Der Fokus dieses Kapitels liegt haupts chlich auf der Beschreibung der Ortungsfunkti on da sie daf r verantwortlich ist dass beispielsweise Gefahrenstellen Unfall liegen gebliebenes Fahrzeug Gl tte siehe auch Kapitel 4 2 1 lokalisiert werden k nnen So k nnen die Informationen die mit der fahrzeugseitigen Sensorik erfasst werden mit einer exakten Positionsangabe an nachfolgende Fahrzeuge weitergegeben werden Im Hinblick auf die autonome Kolonnenfahrt und die damit verbundenen geringen Fahr zeugfolgeabst nde ist eine umfassende Kenntnis ber m gliche Gefahrenstellen und unerwartete Ereignisse besonders sinnvoll um die Geschwindigkeit der Kolonne recht zeitig in einer harmonischen Art und Weise anpassen zu k nnen Des Weiteren spielt die Positionsbestimmung bei der Kolonnenbildung und beim Auffinden einer Fahrzeug kolonne eine wesentliche Rolle siehe Kapitel 9 1 1und 9 1 2 Auswertung der zum Verkauf angebotenen Pkw bei autoscout24 de mit Erstzulassung in den Jahren 2011 bis 2013 Datenbasis 313322 Angebote Tag der Auswertung 27 04 2013 VuV 2013 62 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation 4 2 2 1 Positionsbestimmung Die Erl uterungen zur Bestimmung der Position eines Fahrzeugs lehnen sich an die Ausf hrungen in Bosch 2007 und Reif 2010b an Die Po
219. in Kolonnenaustritt zeitlich nur geringe Vorteile bringt Um die Anzahl an Fahrman vern zum Kolonnenbeitritt und Kolonnenaustritt nicht zu erh hen sollen so unn tige Kolonnenaustritte vermieden werden Das oben beschriebe Vorgehen einer kooperativen Kolonnenregelung stellt eine ge eignete L sungsm glichkeit f r die Interaktion innerhalb der Fahrzeugkolonne dar Um die angesprochene Problematik der Verlangsamung einzelner Fahrzeuge bei der Stei gungsfahrt zu entsch rfen sind auch fahrzeugseitige Optimierungen umsetzbar Die M glichkeit eine h here Geschwindigkeit zu erreichen macht die Kolonnenfahrt auf Steigungsstrecken zuverl ssiger und komfortabler Die ZF Friedrichshafen AG bietet hierf r eine intelligente Getriebesteuerung f r den Einsatz in Lkw an Diese bezieht die Topographie der Fahrtroute in die Festlegung der Schaltstrategie mit ein So wird bei spielsweise bereits vor einer l ngeren Steigung zur ckgeschalten um einen Schalt vorgang w hrend der Steigungsfahrt und die damit verbundene Zugkraftunterbrechung zu vermeiden Die vorausschauende Getriebesteuerung erlaubt eine Gangwahl die etwa der eines Lkw Fahrers mit ausgepr gter Streckenkenntnis entspricht vgl Baner jee et al 2013 hnliche Systeme zur intelligenten Getriebesteuerung sind auch f r Reisebusse und Pkw denkbar Es ist festzuhalten dass die Getriebesteuerung die ma ximale Leistung des Motors nicht ver ndern kann Sie f hrt jedoch dazu dass die zur V
220. ind da der Fahrer die Assis tenzsysteme in diesem Fall nicht jederzeit und vollst ndig bersteuern kann Bei der hoch und vollautomatisierten Fahrzeugf hrung soll der Fahrer jedoch anderen T tig keiten nachgehen k nnen Einzelsysteme wie ACC zur L ngsf hrung und Spurhalte assistenten zur Querf hrung sind jedoch zul ssig da der Fahrer hier st ndig das Sys tem berwachen muss und es jederzeit bersteuern kann Systeme wie ABS und ESC sind zwar wiederum nicht bersteuerbar setzen jedoch den Fahrerwunsch in optimier ter Form um und sind deshalb ebenfalls zul ssig vgl Winner et al 2012 F r eine Zulassung autonom agierender Systeme muss au erdem prinzipiell gelten dass das Risiko nicht h her ist als das Risiko des Istzustands vgl ebenfalls Winner et al 2012 was entsprechend abgesichert werden muss Eine Ausnahme stellt der Nothalteassistent dar wie er z B in Kapitel 6 1 3 vorgestellt wird Der Nothalteassistent ist zwar als vollautomatisiertes System anzusehen greift aber nur dann vollst ndig in die Fahrzeugf hrung ein wenn die Handlungsunf higkeit oder Bewusstlosigkeit des Fahrers erkannt wird Da der Fahrzeugf hrer in dieser Situa tion weder den Verkehr beobachten noch das Fahrzeug sicher beherrschen kann ist ein vollautomatisierter Anhaltevorgang zul ssig da das System in diesem Fall einen risikominimalen Zustand herstellt vgl BASt F83 2012 Voraussetzung ist jedoch dass die physische Handlungsunf higke
221. ionen ber die zeitlichen bzw r umli chen Abst nde zu den vorausfahrenden Fahrzeugen ben tigt Gleiches gilt f r Informa tionen zur Querf hrung bez glich der Lage im Fahrstreifen sowie zum lateralen Ver satz der Einzelfahrzeuge VuV 2013 57 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation 4 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation Mit der Einf hrung neuer Fahrerassistenzsysteme steigt die Anzahl der Sensoren die die Umgebung eines Fahrzeugs beobachten Die Vernetzung dieser Daten erlaubt eine digitale Rekonstruktion des Fahrzeugumfeldes Im Hinblick auf die verschiedenen Formen des automatisierten Fahrens werden jedoch oft nicht nur Informationen aus dem direkten Fahrzeugumfeld ben tigt sondern beispielsweise auch Informationen eines vorausliegenden Streckenabschnitts der noch nicht von den Sensoren des eige nen Fahrzeugs erfasst werden kann Dies setzt voraus dass Fahrzeuge miteinander kommunizieren und Informationen austauschen vgl Cramer 2013 Im Rahmen die ses Kapitels soll daher erl utert werden in welchen Wirkungsbereichen Informations austausch stattfindet welche Informationen hierf r relevant sind und wie diese ermittelt werden 4 1 Wirkungsbereiche verschiedener Informationssysteme Nach Reif 2010b lassen sich Fahrerassistenzsysteme u a in Abh ngigkeit ihres Wir kungsfeldes klassifizieren Darin inbegriffen sind die Funktionen der Informationserfas sung und der Informationswei
222. irtschaftliche Entwicklung zu lassen Winner et al 2012 Des Weiteren m ssen grundlegende Systembestandteile standardisiert werden um auch Kolonnen mit Fahrzeugen verschiedener Hersteller bilden zu k nnen Dies betrifft die Anforderungen an die Umfelderfassung die C2X Communication die Bedienkonzepte sowie den technischen Fahrzeugzustand Vorgaben f r die Qualit t der Umfelderfassung sollten gemacht werden damit z B eine stabile und robuste Abstandsregelung innerhalb der Kolonne erreicht wird Die VuV 2013 108 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt Festlegung auf bestimmte Sensortechniken ist jedoch nicht notwendig da die notwen dige Qualit t mit verschiedenen Konzepten erreicht werden kann vgl Kapitel 3 Au Berdem bleibt hierdurch die Freiheit und Kreativit t bei der technischen Umsetzung erhalten Wie in Kapitel 5 bereits aufgezeigt wurde ist ein Standard f r die C2X Communication ebenfalls notwendig Durch eine einheitliche C2X Communication kann sichergestellt werden dass nicht nur Fahrzeuge von einem Hersteller gekoppelt werden k nnen wodurch die Kundenakzeptanz sowie die Marktdurchdringung gef rdert werden k n nen Idealerweise sollten auch die sonstigen Fahrzeuge an der C2X Communication teilnehmen k nnen Gleiches gilt f r Mindest Standards in den Bedienkonzepten also der Mensch Maschine Schnittstelle MMS bzw HMI Hierzu geh rt z B die Gestaltung des ber gangs vom automatisier
223. it t Alltagstauglichkeit und Wirksamkeit der Fahrzeugkommunikation auf Autobahnen Bundesstra en und innerst dtischen Routen in und um Frankfurt am Main betrachtet Neben den 123 mobilen Versuchstr gern die mit der entsprechenden Kommunikationstechnik ausgestattet sind gibt es 100 station re Sende und Emp fangseinrichtungen im Versuchsgebiet Die station ren Einrichtungen leiten u a Daten an eine Zentrale weiter um dort die Verkehrslage zu erfassen Die Versuchsfahrzeuge werden zum Teil von speziell ausgebildeten Fahrern gesteuert Sie erzeugen bestimm te Verkehrsszenarien um die Effizienz Sicherheit und Akzeptanz bestimmter Funktio nalit ten wie beispielweise des elektronischen Bremslichts evaluieren zu k nnen Im Rahmen von sim wurden mehrere Funktionen implementiert auf die das System reagiert Unter anderen geh ren dazu Baustelleninformation und Hinderniswarnung Stra enwetter und Einsatzfahrzeugwarnung sowie ein Ampelphasenassistent oder auch das zuvor genannte elektronische Bremslicht das vor Gefahrenbremsungen warnt Technisch basiert die Kommunikation auf dem vom Car to Car Communication Consortium beschlossenen WLAN Standard 802 11p Um Verbindungsl cken inner halb der Versuchsflotte zu vermeiden wird das System zur Nachrichten bermittlung vom Mobilfunk UMTS unterst tzt In der Versuchsphase wurden bis zu 120 000 km pro Woche innerhalb des festgeleg ten Versuchsgebiets zur ckgelegt Die Auswertung der
224. it des Fahrers sicher erkannt wird Das W StV ist ein v lkerrechtlicher Vertrag und ist in den meisten europ ischen Mitglieds statten und anderen Staaten weltweit g ltig Die nationalen Vorschriften in Deutschland z B die Stra enverkehrsordnung StVO m ssen das W StV entsprechend ber cksichtigen Winner et al 2012 VuV 2013 106 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt Neben den Aspekten der Fahrzeugf hrung muss im Falle der autonomen Kolonnen fahrt auch eine Anpassung bez glich der gesetzlichen Mindestabst nde Halber Tacho Regel ber cksichtigt werden Ein weiterer wichtiger rechtlicher Aspekt bei Fahrerassistenzsystemen ist die Haftung im Falle eines Unfalls Laut BASt Bericht F83 zu den Rechtsfolgen von Fahrzeugauto matisierungen 2012 ist die Halterhaftung 7 Abs 1 StVG bei der Verwendung von Assistenzsystemen nach wie vor vorhanden da der Fahrzeughalter grunds tzlich durch das Fahrzeug ein Risiko in den Verkehr einbringt vgl auch Gasser 2012 Glei ches gilt f r die Haftung des Fahrzeugf hrers wobei hier bei der Vollautomatisierung eine andere Situation vorhanden ist Bei autonomen Fahrzeugen w re die Belastung des Fahrzeugf hrers geringer einzustufen da diesem unmittelbar die Vorteile aus der Verwendung des hoch oder vollautomatischen Systems zugutekommen vgl BASt F83 2012 S 19 F r die Fahrzeughersteller ist die Produkthaftung relevant In Deutschland mus
225. it m glichst konstant einhalten zu k n nen sind langsamere Fahrzeuge zu berholen Daher sind Handlungsstrategien zu entwickeln die derartige Fahrman ver mit einer Fahrzeugkolonne erm glichen In bis herigen Projekten zur autonomen Kolonnenfahrt vgl Kapitel 6 2 spielten berholma n ver eine untergeordnete Rolle da bisher lediglich Kolonnen mit Lkw F hrungsfahrzeugen untersucht wurden Im Projekt SARTRE wird das berholen an derer Fahrzeuge zwar vorgesehen jedoch nicht weiter ausgef hrt vgl Robinson et al 2010 Nachfolgend sollen einige Randbedingungen definiert werden ehe auf den m glichen Ablauf eines berholvorgangs eingegangen wird In einem Gerichtsverfahren hat das Oberlandesgericht Hamm am 29 10 2008 ent schieden Aktenzeichen 4 Ss OWi 629 08 dass ein berholvorgang bei gleichzeitiger unangemessener Behinderung des nachfolgenden Verkehrs maximal 45 Sekunden dauern darf F r den Fall dass ein Lkw einen anderen Lkw im Bereich der zul ssigen H chstgeschwindigkeit berholen m chte und s mtliche Sicherheitsabst nde eingehal ten werden bedeutet dies dass die Geschwindigkeitsdifferenz etwa 10 km h betragen muss L nger andauernde berholman ver sind dann erlaubt wenn andere Verkehrs teilnehmer beispielsweise auf einen weiteren Fahrstreifen ausweichen k nnen oder sehr geringes Verkehrsaufkommen herrscht Den Richtern sei durchaus bewusst dass mit dieser Faustregel den unterschiedlichen Interessen der Verkeh
226. it zu reduzieren und die Abst nde zwischen den Fahr zeugen zu vergr ern bis die Fahrer endg ltig die Steuerung bernehmen Auch wenn die Fahrstreifenmarkierung nicht mehr sichtbar ist muss es dem System in die ser kurzen Zeitspanne m glich sein dass ein Fahrzeug einem anderen autonom folgt Sofern bei entsprechend starkem Regen keine Warnmeldungen zu Aquaplaning ber mittelt werden kann der Kolonnenregler dennoch die Geschwindigkeit in Abh ngigkeit VuV 2013 149 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt des Regensensorsignals anpassen und somit die weitere Kolonnenfahrt auch bei Aquaplaninggefahr sicherstellen Eine kritische Situation kann sich theoretisch dann ergeben wenn ein Regenschauer bereits vorbei ist und sich an einigen Stellen den noch viel Wasser auf der Fahrbahn befindet Allerdings ist in diesem Fall davon auszu gehen dass bereits ein anderer Verkehrsteilnehmer vorab diese Stelle erkannt hat und dies via C2CC weitergibt Sollte die Kolonne dennoch nicht vorgewarnt sein so wird die Geschwindigkeit auf Vorgabe des Kolonnenreglers sofort auf ein sinnvolles Ma reduziert und der Folgeabstand zwischen den Kolonnenteilnehmern vergr ert Eine bergabe an den Fahrer ist nicht notwendig da die weitere verlangsamte Kolonnen fahrt vom Regen oder dem Wasser auf der Stra e nicht wesentlich beeinflusst wird Zusammenfassend ist festzuhalten dass die Kolonne aufgel st werden muss sobald eine zuverl
227. jedoch eine Abkopplung der Fol VuV 2013 167 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt gefahrzeuge hinter dem Nicht Kolonnenteilnehmer erfolgt vgl Robinson et al 2010 Sofern der Nicht Kolonnenteilnehmer jedoch in die Kolonnensteuerung aufgenommen werden m chte m ssen nur noch die elektronische Kopplung und die bergabe der Fahrzeugsteuerung an das System erfolgen Es ist jedoch sicherzustellen dass sich der potentielle neue Kolonnenteilnehmer bereits in der richtigen L cke befindet sodass die Vorgabe Lkw vor Reisebus vor Pkw stets eingehalten wird Im Bereich von Autobahnausfahrten stellt die Erarbeitung von Handlungsstrategien eine geringere Herausforderung dar da im Vorfeld mehrere Hinweisschilder auf die Ausfahrt aufmerksam machen und sich Verkehrsteilnehmer somit rechtzeitig auf dem rechten Fahrstreifen einordnen k nnen Eine kurzfristige und zuvor nicht geplante An passung der Fahrzeugkolonne ist daher nicht notwendig Sonstige Verkehrsteilnehmer k nnen sich in ausreichendem Abstand vor der Ausfahrt auf dem rechten Fahrstreifen einordnen oder sich dazu entscheiden die Kolonne noch vor der Ausfahrt zu berho len Sollten sie sich dabei in der Geschwindigkeit oder der Kolonnenl nge versch tzen beispielsweise weil die Kolonnenl nge nicht einsehbar ist kann es vorkommen dass ein Erreichen des Ausf delstreifens nicht mehr m glich ist Daher kann es f r die Inter aktion mit anderen Verkehrsteilne
228. keit der ermittel ten Verkehrssituation ausgef hrt In Bezug auf die autonome Kolonnenfahrt m ssen hierzu verschiedenste Szenarien betrachtet werden Die berlegungen sind dabei nicht an die Vorgaben der Projekte KONVOI oder SARTRE gebunden die sich auf Last kraftwagen als F hrungsfahrzeuge und auf H chstgeschwindigkeiten von 90 km h be schr nken Im Rahmen dieses Kapitels soll im Abschnitt 9 1 auf grundlegende Handlungsstrate gien eingegangen werden die u a die Bildung einer Fahrzeugkolonne den Beitritt zu einer Fahrzeugkolonne oder das Verlassen einer Fahrzeugkolonne regeln Zudem werden berlegungen ausgef hrt wie sich eine Kolonne im Bereich von Steigungs strecken bei wechselnden Verkehrszust nden oder beim Auftritt eines Systemfehlers verhalten kann Die Interaktion der Fahrzeugkolonne mit anderen Verkehrsteilnehmern wird im Abschnitt 9 2 behandelt Die Teilnahme an einer Fahrzeugkolonne setzt eine gewisse technische Ausstattung welche in Kapitel 8 1 beschrieben ist voraus F r die folgenden Ausf hrungen wird angenommen dass potentielle Kolonnenteilnehmer ber diese Ausstattung in vollem Umfang verf gen Des Weiteren wird davon ausgegangen dass die Fahrzeuge an der C2XC teilnehmen und ber ein Ortungssystem ihre Position bestimmen k nnen Dass die Fahrzeugkommunikation bereits eine gewisse Marktverbreitung erfahren hat ehe die autonome Kolonnenfahrt Serienreife erlangt wird durch einen Blick auf die aktuel len Entw
229. kte man sich auf w chentliche Berichte und Vorhersa gen steigerte die H ufigkeit der Verkehrsnachrichten jedoch z gig Heute werden Ver kehrsnachrichten blicherweise im 30 Minuten Takt gesendet zu den Hauptverkehrs zeiten am Morgen zum Teil alle 15 Minuten Bei dringenden Verkehrsmeldungen wie Warnungen vor Falschfahrern oder Kindern im Fahrbahnbereich wird das Radiopro gramm auch direkt unterbrochen vgl Winner et al 2012 Die Tendenz der steigen den bertragungsh ufigkeit von Verkehrsnachrichten zeigt dass die Entwicklung in Richtung Echtzeit Verkehrsmeldungen geht In diesem Kapitel soll daher auf die heute verf gbare Technik der Fahrzeugkommunikation in Bezug auf den bertragungsstan dard von Verkehrsmeldungen und auf die immer h ufiger verbreiteten Echtzeitsysteme eingegangen werden VuV 2013 71 Fahrzeugkommunikation Zur bertragung der Verkehrsmeldungen wird auf Systeme der Verkehrstelematik zu r ckgegriffen Diese umfassen meist einen station ren Dienste Server zur Verbreitung und bertragung von Daten ein mobiles Endger t zum Empfang der Daten und einen lokalen Rechner im Endger t der die Informationen f r den Nutzer aufbereitet oder auch Daten an den station ren Server zur ck bertr gt Die bertragung der Daten ist ber Rundfunk oder Mobilfunk basierte Technologien m glich Bei Nutzung des ber tragungswegs via Rundfunk wird eine Vielzahl von Nutzern mit Informationen versorgt Die Nachric
230. ktur ergibt sich eine Vielzahl an M glichkeiten zur schnellen und ge zielten Gefahrenwarnung Dar ber hinaus lassen sich verschiedenste Komfortfunktio nen zu denen u a die autonome Kolonnenfahrt geh rt implementieren Einige Bei spiele f r Komforfunktionen und einige beispielhafte Gefahrensituationen sollen an dieser Stelle aufgef hrt werden vgl Reif 2010b German 2007 und Gajek 2011 e Warnung vor Stauende e Warnung vor N sse Gl tte oder Nebel e Warnung vor Personen und Tieren im Bereich der Fahrbahn e Warnung vor Einsatzfahrzeugen Rettungsgasse bilden e Automatische Notrufsysteme e Mitteilung der exakten Position einer Wanderbaustelle e Verkehrseffizienz Verkehrsinformation Verkehrslenkung e Verbrauchseffizienz optimierter Verkehrsfluss harmonisierte Geschwindigkeit e Ferndiagnose Wartung durch Werkst tten e Kommunikation mit Lichtsignalanlagen Bahnschranken e Parkraumbezahlung e Fr hzeitiges Erkennen sich n hernder Fahrzeuge an Kreuzungen 5 3 bertragung von Verkehrsmeldungen Die stark zunehmende Zahl an Kraftfahrzeugen in den 60er Jahren des 20 Jahrhun derts verbunden mit einer Verlagerung des G terverkehrs von der Schiene auf die Stra e f hrte insbesondere auf Autobahnen erstmals zu Stauproblemen Selbst der Ausbau des Stra ennetzes konnte der wachsenden Nachfrage nach Stra enraum nicht nachkommen Im selben Jahrzehnt begann man Verkehrsmeldungen im Radio zu senden Zun chst beschr n
231. l cke gebracht wird Das System soll f r beliebige Fahrstreifenwechselvorg nge eingesetzt werden k nnen 2 2 4 Auswirkungen von Fahrerassistenzsystemen zur Querf hrung Wie bei Winner et al 2012 aufgef hrt wird haben LDW und LKS Systeme ein gro Bes Potential bei der Unfallpr vention da 25 aller Unf lle durch Abkommen vom Fahrstreifen verursacht werden Es muss jedoch bei den LKS Systemen ber cksichtigt werden dass Fahrer durch das Vertrauen in das System verst rkt anderen Nebent tigkeiten nachgehen k nnten was durch eine sorgf ltige Systemauslegung verhindert werden muss z B Hands On Kontrolle Eine weitere ebenfalls bei Winner et al 2012 aufgef hrte Studie kommt zu dem Er gebnis dass durch LDW Systeme 49 aller Unf lle mit Nutzfahrzeugen durch Ab kommen vom Fahrstreifen vermieden werden k nnten bzw 4 aller Unf lle Bei aktiven Eingriffen also LKS Systemen k nnten bereits 72 vermieden werden bzw 6 aller Unf lle Die anerkannte Wirksamkeit der LDW und LKS Systeme zeigt sich auch in der ab November 2013 umzusetzenden EG Verordnung 661 2009 2 3 Kombinierte Systeme zur L ngs und Querf hrung von Fahrzeugen Die in Kapitel 2 1 L ngsf hrung und 2 2 Querf hrung vorgestellten Assistenzsyste me k nnen f r verbesserten Komfort und verbesserte Sicherheit auch kombiniert wer den In Kombination werden sie auch f r die autonome Kolonnenfahrt ben tigt da bei dieser mindestens die Folgefahr
232. leunigungen ermittelt werden Je nach Verwendungszweck bzw ben tigter Reichweite werden verschiedene Fre quenzbereiche verwendet Hier kommen in der Fahrzeugtechnik vor allem das Long Range LRR sowie das Short Range Radar SRR zum Einsatz vgl Tabelle 1 auf Seite 53 Aufgrund der ben tigten Funkzulassung sind die Frequenzbereiche internati onal festgelegt Die Entwicklung der Radartechnologie wurde zu Beginn haupts chlich vom milit ri schen Anwendungsbereich angetrieben Seit den Anwendungen in der Fahrzeugin dustrie wird die Entwicklung jedoch stark gef rdert vor allem im Hinblick auf die Mas senproduktion Gegen ber LIDAR Sensoren Abschnitt 3 3 muss man zwar eine ge ringere Aufl sung hinnehmen Radarsensoren haben jedoch eine geringe Anf lligkeit gegen ber u eren Bedingungen Regen Nebel etc und k nnen au erdem den Dopplereffekt direkt messen und damit Relativgeschwindigkeiten bestimmen Winner et al 2012 Durch Datenfusion mit Kamerasystemen k nnte die Umfelderfassung deutlich verbessert werden siehe Abschnitt 3 5 3 3 LIDAR Sensorik Neben der Radartechnologie werden vor allem in Asien auch LIDAR Sensoren zur Umfelderfassung bei ACC Systemen verwendet Die LIDAR Technologie Light Detec tion and Ranging beruht zwar auf einem hnlichen Prinzip wie das Radar arbeitet jedoch in einem anderen Wellenl ngenbereich Der LIDAR Sensor sendet modulierte Infrarotstrahlung aus die von Objekten reflektiert wird D
233. lle KON VOI Teilnehmer bei der Bildung der Fahrzeugkolonne unterst tzen Die Kommunikati on erfolgt via Mobilfunk F r den Informationsaustausch innerhalb der Fahrzeugkolon ne wird auf WLAN zur ckgegriffen jedoch noch nicht in dem vom Car to Car Communication Consortium beschlossenen Frequenzbereich siehe Kapitel 5 5 1 Das Projekt zeigt auch dass ein leistungsf higes und zuverl ssiges Kommunikationsnetz f r eine stabile Regelung der Fahrzeugkolonne unerl sslich ist und eine Informations erfassung ber die sensorseitige Umfelderfassung hinaus deutliche Vorteile bringt vgl IKA 2005 und Winner et al 2012 6 22 SARTRE Das von der Europ ischen Kommission unterst tzte Projekt SARTRE Safe Road Trains for the Environment besch ftigte sich von 2009 bis 2012 mit der Umsetzung einer autonomen Kolonnenfahrt auf ffentlichen Stra en Kooperationspartner im Rahmen des Projekts waren der Entwicklungsdienstleister Ricardo Volvo sowie weite VuV 2013 98 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt re Firmen und Forschungsinstitute Im Vordergrund stand neben der technischen Um setzung die Vision ein neues Mobilit tssystem zu schaffen hnlich wie im ffentlichen Nahverkehr tritt man hier einem Verkehrsmittel dargestellt durch die Fahrzeugkolonne bei und verl sst dieses wieder bei Bedarf Als Nebeneffekte stellen sich eine Entlas tung des Fahrers eine gesteigerte Sicherheit wie
234. ls untersucht werden Dabei wird einerseits der Verkehrsfluss auf der freien Strecke und anderer seits der Verkehrsfluss im Bereich von Autobahneinfahrten unter jeweiliger Variation des Kolonnenanteils analysiert Die Simulation des Verkehrsflusses und die Auswer tung der Ergebnisse erfolgen mit der Simulations Software VISSIM Version 5 30 10 PTV Planung Transport Verkehr AG Karlsruhe Auf die verschiedenen Randbedin gungen der Simulationen wird in den nachfolgenden Unterkapiteln 10 1 2 und 10 1 3 eingegangen Weitere Informationen hierzu sind in den aufgef hrten Anlagen einzuse hen Vorab sollen jedoch mit einer theoretischen Analyse die Kapazit tssteigerungen durch den Einsatz von Fahrzeugkolonnen untersucht werden Aufgrund des geringen Anteils von Bussen auf Autobahnen beschr nken sich die nachfolgenden Untersu chungen auf Pkw und Lkw sowie auf homogene Pkw und Lkw Kolonnen 10 1 1 Theoretische Kapazit tsanalyse Die Belastbarkeit eines Stra enquerschnitts ist begrenzt Stau kann folglich nicht nur durch vor bergehende Ereignisse wie Unf lle oder Baustellen sondern auch durch berlastung entstehen Die maximale Kapazit t eines Fahrstreifens betr gt etwa 1600 bis 2000 Fz h Diese Kapazit t ist in der Regel in einem Geschwindigkeitsbereich zwi schen 60 und 90 km h zu erreichen Bei welchen Werten das Kapazit tsmaximum er reicht wird h ngt unter anderem von der Streckencharakteristik dem Fahrerkollektiv Der Ante
235. lter dargestellt Als Bei spiel kann hier ACC genannt werden bei dem der Fahrer die unmittelbare Fahr zeugl ngsf hrung an das FAS abgibt vgl Kapitel 2 1 Durch Eingriffe ber die ACC Bedienung das Brems oder Fahrpedal kann der Fahrer das System jedoch jederzeit bersteuern Bei der seriellen Assistenz wirkt der Fahrer nur durch das FAS auf das Fahrzeug der Fahrer kann das FAS nicht umgehen Abbildung 16 unten Als Beispiele f r die seriell simultane Assistenz k nnen hier Steer by Wire Systeme vgl Kapitel 2 2 und das An tiblockiersystem ABS aufgef hrt werden Die Lenkeingabe des Fahrers wird ber die MMS an das FAS weitergegeben und von diesem umgesetzt ebenso wird beim ABS der vom Fahrer aufgebrachte Bremsdruck ber das ABS Hydroaggregat an die Rad bremsen weitergegeben Die seriell sequenziellen Systeme haben die gleiche Anord nung arbeiten jedoch ereignisdiskret Der Fahrer beauftragt in diesem Fall ein be stimmtes Man ver durchzuf hren das das FAS anschlie end umsetzt Als Beispiel kann ein auf Fahrerbefehl automatisch durchgef hrtes Fahrstreifenwechselman ver aufgef hrt werden Seriell sequenzielle Systeme k nnen aufgrund ihrer ereignisdiskre ten Steuerung also nicht f r Assistenzsysteme auf der Stabilisierungsebene eingesetzt werden z B als Fahrdynamikregler Bei Winner et al 2012 wird au erdem darauf hingewiesen dass die Assistenz und Automation der Fahrzeugf hrung zusammenh ngende Entwicklungen si
236. m ssen Schlie lich kann sich das langsame Fahrzeug nach der Steigungsstrecke auch einer anderen Kolonne anschlie en Bei Variante 3 ist eines der Folgefahrzeuge im Inneren der Kolonne von einer drasti schen Geschwindigkeitsreduktion betroffen Auch hier ist wieder zu entscheiden ob eine kooperative Kolonnenregelung angemessen ist Wird die kooperative Kolonnenre gelung als nicht zielf hrend erachtet sind die nachfolgend aufgef hrten M glichkeiten als Reaktion der Fahrzeugkolonne denkbar Alternativ kann die Fahrzeugreihenfolge bereits beim Kolonnenbeitritt in gewissen Grenzen ber cksichtigt werden e Variante 3 1 Kolonnenaustritt Das langsame Fahrzeug kann den Vorausfah renden nicht mehr folgen worauf die Steuerung an den Fahrer zur ckgegeben wird womit er automatisch die Kolonne verl sst Selbiges gilt f r die Folgefahr zeuge die sich hinter dem langsamen Fahrzeug befinden Daraufhin ist es m glich dass sie das langsame Fahrzeug berholen und sich der Kolonne er neut anschlie en e Variante 3 2 Automatisierter Platztausch W hrend sich der Abstand vor dem langsamen Fahrzeug vergr ert ist es denkbar dass dieses Fahrzeug von den nachfolgenden schnelleren Kolonnenteilnehmern berholt wird und diese die L cke schlie en Je nach Systemauspr gung sind die Fahrstreifenwechsel der hinteren Folgefahrzeuge mit oder ohne berwachung durch den Fahrer dar stellbar Im Fall einer berwachungspflicht durch den Fahrer muss di
237. mI title mit dem bmw hochautomatisiert auf den autobahnen europas die bmw group und continental gehen amp outputChannelld 7 amp id T0137 270DE amp left_menu_item node _ 2367 heruntergeladen am 10 05 2013 BMW Link 2011 Bedienungsanleitung des Navigationssystems BMW Link f r iPhone Stand 2011 BMW Presse 2009 Sicherer Halt auch im Notfall online verf gbar bei der BMW Group unter _ https www press bmwgroup com pressclub p de pressDetail html jsessionid qHjRRJGZc8FYTKqSmpyhJQTBll5nwNBhYQyJ3l19mt1shTCph TnK 67047551 7 titlessicherer halt auch im notfall amp outputChannelld 7 amp id T0022635DE left_menu_item node 2369 heruntergeladen am 17 05 2013 BMWi 2009 transport logistic 2009 Intelligent Innovativ Integrativ Herausforde rungen der Forschungsf rderung f r die Logistik online verf gbar beim Bundes ministerium f r Wirtschaft und Technologie unter http www bmwi de BMWi Redaktion PDF Publikationen transport und logisitk intelligent innovativ integrativ 2009 property pdf bereich bmwi sprache de rwb true pdf herunter geladen am 14 05 2013 Breitenberger S Gr ber B Heuherz M 2006 Extended Floating Car Data Po tenziale f r die Verkehrsinformation und notwendige Durchdringungsraten online verf gbar bei der BMW Group unter http www bmwgroup com e 0_0O_www _ bmwgroup_com forschung_entwicklung mobilitaet_verkehr verkehrsforschung Ex tendedFloatingCarData_Paper_d pdf heruntergeladen am 14 05
238. mals eingegangen Eine ausf hrlichere Beschrei bung der einzelnen Stellsysteme und des Systemverbunds ist bei Winner et al 2012 zu finden Die vom Reglerverbund ermittelte Sollbeschleunigung wird an die unterla gerten Subsysteme Antrieb und Bremse bermittelt und dort in die notwendigen Antriebs bzw Bremsmomente umgesetzt aus denen wiederum die Fahrzeugbe schleunigung resultiert Die Funktionsweise wird im Folgenden nur grundlegend erkl rt Radarsensor Abstands Warnfunktion A Tracking Abstands A Koordinator k L ngsregeler Motor Tra regeler N steuergerat Minimum Lenkradwinkel Auswahl N M 2 mot_soll Tempomathebel N E gt ri 1 M Kick down gt Interpretations ee Steuergerat System 7 Kurven soll Leerlauf gt regelung gt L Delta_soll gt EBEN Variabler Elektronische Permanenter Getriebe Begrenzer steuerun Bremslichtschalteg Dynamik g Begrenzung T aae Distronic Steuergerat Abbildung 3 Grundstruktur und Komponenten der ACC Regelung am Beispiel von Distronic Mercedes Benz Winner et al 2012 S 483 Fahrzeuge ohne selbstst ndigen Bremskraftaufbau bzw ohne Fahrdynamikregler nut zen lediglich das Motorschleppmoment zur Fahrzeugverz gerung was jedoch nur zu geringen Verz gerungswerten f hrt Seit der Einf hrung von Fahrdynamikregler FDR gibt es jedoch kaum noch ACC Systeme ohne Bremseingriff Das ben tigte Brems momen
239. man verbasiertes Fahrzeugf h rungssystem zum Einsatz kommen vgl Kapitel 2 3 1 und 2 3 2 Gleiches gilt f r sons tige Fahrzeuge die sich der Kolonne anschlie en m chten F hrungsgr en St R Folgefahrzeuge PIBIDEEN Regelab Regel SOS Kolonnenregler Aktorik zur L ngs Folgefahrzeuge a gr en 8 und Querf hrung e 8 Regler Stellglieder Regelstrecke R ckf hrung Fahrdynamik und Umfeldsensorik Messglieder Abbildung 40 M glicher Wirk Regelkreis der autonomen Kolonnenfahrt Die Kolonnenregelung soll vom F hrungsfahrzeug bernommen werden Der Kolon nenregler hat die Aufgabe die einzelnen Sollgr en f r die Folgefahrzeuge zu ermit teln und sie an diese weiterzuleiten Dies kann z B ein Soll Folgeabstand sein der wiederum von der L ngsregelung des Folgefahrzeugs umgesetzt wird St rgr en die die Kolonne bzw die Folgefahrzeuge beeinflussen k nnen entweder von sonstigen Fahrzeugen herr hren z B an Ein oder Ausfahrten vgl Abschnitt 9 2 durch Eingriffe der Fahrer der Folgefahrzeuge entstehen oder durch Umwelteinfl sse wie Seitenwind Diese m ssen durch die L ngs und Querf hrungssysteme der Folge fahrzeuge bzw den Kolonnenregler entsprechend dynamisch ausgeregelt werden Die fahrzeuginterne Sensorik erfasst jeweils die Positionen sowie die fahrdynamischen Gr en der Folgefahrzeuge und stellt diese Informationen dem Kolonnenregler zur Verf gung Weitere Umfeldinformationen ber
240. mer in einer Kolonne zu vereinen Bei einer Pkw Kolonne mit sechs Fahrzeugen verringert sich der ben tigte Platzbedarf inklusive der Folgeabst nde verglichen mit dem Platzbedarf von sechs Einzelfahrzeugen um etwa 130 m Abbildung 60 zeigt die theoretisch m glichen Kapa zit tssteigerungen beim Einsatz von Pkw und Lkw Kolonnen unter der Annahme dass jeweils ein prozentual gleich gro er Anteil die M glichkeit zur Kolonnenteilnahme nutzt Szenario 2 Sofern sich 20 aller Verkehrsteilnehmer zur Kolonnenteilnahme bereit erkl ren sind Kapazit tssteigerungen in der Gr enordnung von 12 m glich Ein Gedankenspiel mit einer vollst ndigen Nutzung des Systems durch alle Verkehrsteil nehmer zeigt eine maximale Kapazit t von ber 8000 Fahrzeugen Stunde auf einem 2 streifigen Autobahnabschnitt Ein derartiger Kolonnenanteil ist jedoch in der Praxis nicht realistisch Weiteres theoretisches Potential ergibt sich dann wenn auch den F hrungsfahrzeugen im Rahmen eines hochautomatisierten Fahrmodus ein Unter schreiten des gesetzlich vorgeschriebenen Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug erlaubt wird 9000 E Kapazit t 2 streifige Autobahn bei 80 km h 113 2 8000 91 5 Kapazit t Fz h 7000 73 8 59 1 6000 46 7 36 1 27 0 5000 18 9 45 6 11 9 a000 0 3000 f 2000 T T T T T T T T T T T w N o O er P x D g D O g V A NK ND o P A P Anteil Pkw Kolon
241. mern das Einf deln zu erm glichen Der Versuchstr ger l sst Fahrgeschwindigkeiten bis 130 km h zu be r cksichtigt jedoch auch Verkehrsregeln wie Tempolimits Rechtsfahrgebot und Rechts berholverbot Abbildung 34 Selbstst ndiges Durchf hren eines berholvorgangs BMW 2013c Auch bei diesem Projekt wird darauf hingewiesen dass der Fahrer in der Verantwor tung bleibt und seine Umgebung trotz aller technischen Unterst tzung aufmerksam beobachten muss Im Wiener bereinkommen ber den Stra enverkehr hei t es hier zu dass der Fahrer seinen Wagen dauernd und unter allen Umst nden kontrollieren muss siehe auch Kapitel 7 2 Ein zuk nftiger Serieneinsatz eines Autopiloten ist zwar nicht auszuschlie en aber bis ein Fahrzeug vollst ndig eigenm chtig fahren kann bedarf es noch weiterer technischer L sungen und vor allem zahlreicher politisch legislativer Entscheidungen vgl Freymann 2011 Das Fahrzeug beobachtet das Umfeld durch die redundante Fusion von verschiede nen Sensortechniken wie LIDAR Radar Ultraschall und Kameraerfassung auf allen Fahrzeugseiten Pudenz 2011b Der Begriff redundant bedeutet hier dass in jede Richtung mindestens zwei unterschiedliche Messprinzipien Pudenz 2011b genutzt werden um die Situation rund um das eigene Fahrzeug zu erfassen Nachteile eines Sensors werden so durch Vorteile eines anderen Sensors ausgeglichen Durch die Verwendung von Kameratechnik und Ortungsdaten des G
242. mgesetzt werden vgl Z rn et al 2013 Prinzipiell k nnten aktive Lenkeingriffe ber die elektro hydraulischen Hilfskraftlen kungen umgesetzt werden der technische Aufwand ist jedoch relativ hoch Hier haben elektromechanische Lenksysteme deutliche Vorteile 2 2 1 2 Elektromechanische Lenksysteme Die elektromechanische Hilfskraftlenkung EPS Electric Power Steering findet mehr und mehr Verbreitung da sie durch ihre Parametrierbarkeit Vorteile beim Lenkkomfort bietet sowie einen geringeren Energiebedarf und Installationsaufwand gegen ber hyd raulischen Hilfskraftlenkungen aufweist Der Aufbau einer EPS ist in Abbildung 10 dar gestellt Bei den EPS gibt es verschiedene Anordnungsm glichkeiten des Elektromo tors In der verwendeten Prinzipskizze ist der Elektromotor hier BLDC b rstenloser DC Motor achsparallel angeordnet EPSapa Bei weiteren g ngigen Ausf hrungen kann der Elektromotor je nach Anforderungen an Bauraum und aufzubringendem Unterst tzungsmoment auch an der Lenks ule EPSc direkt am Lenkritzel EPSp bzw EPSdp oder konzentrisch um die Zahnstange EPSrc angeordnet werden vgl Pfeffer amp Harrer 2011 Das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment wird ber einen Drehstab und Momentensensor ermittelt und in der ECU engl Electronic Control Unit Steuerger t ausgewertet Dieses steuert wiederum den Motor an Mit elektromechanischen Servolenkungen k nnen neben der grunds tzlich geforderten Servounter
243. munication and driver assistance systems In order to allow the driver to concentrate on non driving related activities the following vehicles operate in a highly or fully automatic driving mode The executed calculations and simulations show that the autonomous dfriving in pla toons leads to improvements in traffic flow due to higher capacities of the motorways and a more steady way of driving The latter leads linked with the reduction of the aer odynamic drag to a reduction of the energy demand Thus positive effects on traffic safety on driving comfort and finally on the national economy arise The longitudinal and lateral guidance of the following vehicles can be considered as at least highly automated The technical systems necessary for this are already available in form of different driver assistance systems or are in development For the electronic coupling of the vehicles Car to Car Communication is used A manufacturer independent broadcast standard based on WLAN is currently in serial development While on the technical side issues like standardization and system validation need to be considered the legal side has to resolve basic aspects of autonomous driving and liabilities in case of accidents Aside from the observation of the technical components in form of driver assistance systems which already exist or are in development basic considerations on autono mous driving in platoons are presented This includes the calculatio
244. n Durch Weiterentwicklungen im Bereich der Umfeld sensorik wird die Objekterkennung zuk nftig deutlich effizienter und zuverl ssiger wer den dies beinhaltet z B auch die Erkennung von stehenden Hindernissen notwendig z B an Stauenden die Erkennung von Personen im Stadtverkehr usw Die vorgestell ten Bremsassistenzsysteme k nnen dazu beitragen bestimmte Unfallarten zu vermei den bzw zumindest die Unfallfolgen deutlich abzuschw chen siehe auch Abschnitt 2 1 3 Analog zum ACC und allgemein im Hinblick auf das autonome Fahren m ssen jedoch auch die gesetzlichen Randbedingungen angepasst werden da die technische Ent wicklung in diesen F llen den gesetzlichen Bestimmungen i d R vorauseilt wie auch bei Wiehen 2013 aufgef hrt wird 2 1 3 Auswirkungen von Fahrerassistenzsystemen zur L ngsf hrung Die Auswirkungen von Fahrerassistenzsystemen zur L ngsf hrung auf die Verkehrssi cherheit die Fahrerakzeptanz und die Wirtschaftlichkeit bzw den Kraftstoffverbrauch wird in zahlreichen Studien betrachtet Bei Benmimoun et al 2013 wird ein positiver Effekt von ACC Systemen auf die Verkehrssicherheit ermittelt da die Zeitl cken bei gleichbleibender Durchschnittsgeschwindigkeit gr er ausfallen Dadurch hat der Fah rer mehr Zeit zu reagieren unterst tzt wird die Fahrerreaktion zudem auch durch die vom ACC ausgegebenen Warnungen In der Studie wurde durch die Verwendung von ACC die Anzahl der zeitkritischen Abst nde um 73 re
245. n deren fahrdynamische Gr en sowie durch die Umfeldsensorik erfasste sons tige Fahrzeuge bertragen werden Hinzu kommen Informationen zur Fahrtroute Zwi VuV 2013 110 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt schen der Kolonne und den sonstigen Fahrzeugen k nnte ein Informationsaustausch ebenfalls sinnvoll sein um deren Interaktionen besser steuern zu k nnen vgl Kapitel 5 5 und 9 2 Der Kolonnenregler der sich im F hrungsfahrzeug befindet siehe auch Abschnitt 8 1 2 regelt die Geschwindigkeiten und Abst nde der einzelnen Fahrzeuge und ist f r die Interaktionen innerhalb der Kolonne sowie f r die Interaktionen mit sons tigen Fahrzeugen zust ndig Kommunikation L ngsf hrung Querf hrung Bedienung HMI ACC inkl aktivem Spurf hrungs Informations C2CC C2IC Bremssystem system bereitstellung Umfeldsensorik An und Kolonnenregler Abmeldung bergang manuelles autonomes Fahren Ortungssystem Abbildung 39 System bersicht zur autonomen Kolonnenfahrt Das Modul zur L ngsf hrung setzt in den Folgefahrzeugen die Sollvorgaben bez glich der Fahrgeschwindigkeit und dem Folgeabstand um und entspricht einem FSR ACC System mit der M glichkeit einer autonomen Abbremsung mit maximaler Bremskraft vgl Kapitel 2 1 Die Sollgr en werden ber die C2C Communication bermittelt und werden dann von der ACC Regelung ber das Antriebs und Bremssystem umgesetzt Die Anforderungen
246. n vgl DISTRONIC PLUS mit Lenk Assistent Daimler AG 2013b F r die Fahrzeugquerf hrung wird dennoch weitere Umfeldsensorik ben tigt werden sowohl f r den Nahbereich haupts chlich seitlich und hinter dem Fahrzeug als auch f r den Au enbereich hinter dem Fahrzeug Ohne diese erfassten Bereiche w re ansonsten keine sichere Folgefahrt m glich z B bei einem Fahrstreifenwechsel vgl Kapitel 9 2 1 oder beim Abkommen des F hrungs fahrzeugs von der Stra e Die Bedienung f r die Kolonnenfahrt erfolgt ber ein HMI Dieses stellt dem Fahrer wichtige Informationen wie z B das Fahrziel des F hrungsfahrzeugs und die Sollge schwindigkeit zur Verf gung Au erdem sollten die Fahrer ber aktuell durchgef hrte bzw durchzuf hrende Man ver informiert werden um unn tige Eingriffe der Fahrer zu vermeiden z B wenn die Abst nde an einer Einfahrt vergr ert werden oder ein Spurwechsel durchgef hrt wird Des Weiteren m ssen sich die Fahrer ber das HMI bei einer Kolonne an bzw abmelden k nnen Ebenfalls von gro er Bedeutung ist beim Beitritt Verlassen einer Kolonne der bergang vom manuellen zum autonomen Fahren und umgekehrt Der Fahrer muss mit ausreichendem zeitlichem Vorlauf dar ber informiert werden dass z B die Zielausfahrt demn chst erreicht wird und die Fahrzeugf hrung wieder bernommen werden muss M gliche Umsetzungen werden in den Kapiteln 2 3 und 9 diskutiert F r die technische Umsetzung der L ngs und
247. n Fahrzeugen 45 2 3 1 Man verbasierte Fahrerassistenzsysteme 47 2 3 2 Man verbasierte Fahrzeugf hrungssysteme 47 2 4 Ausblick 51 3 Sensorik f r die Umfelderfassung 52 3 1 Erfassungsbereiche der Umfeldsensorik 52 3 2 Radar Sensorik 54 3 3 LIDAR Sensorik 54 3 4 Maschinelles Sehen 55 3 5 Datenfusion verschiedener Sensoren 56 4 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation 58 4 1 Wirkungsbereiche verschiedener Informationssysteme 58 4 2 Informationserfassung 60 4 2 1 Informationserfassung mittels Fahrzeugsensorik 60 VuV 2013 5 Glossar 4 2 2 Informationserfassung mittels Fahrzeugnavigation 4 2 3 Informationserfassung aus Umfeld und Verkehrsdaten 5 Fahrzeugkommunikation 5 1 Definition Fahrzeugkommunikation 5 2 Anwendungsm jglichkeiten 5 3 bertragung von Verkehrsmeldungen 5 3 1 Universelle Nachrichten bermittlung 5 3 2 Individuelle Nachrichten bermittlung 5 4 Automatische Notrufsysteme 5 5 Gar to X Communication 5 5 1 Beschluss des Car to Car Communication Consortium 5 5 2 Nachrichten bermittlung durch Ad Hoc Netzwerke 5 5 3 Herausforderungen f r die Car to X Communication 5 5 4 Systembeschreibung der Car to X Communication 5 5 5 bertragungssicherheit und Datenschutz 5 5 6 Forschungsprojekt sim 6 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur Kolonnenfahrt 6 1 Automatisiertes Fahren 6 1 1 HAVEIt 6 1 2 Hochautomatisierte Autobahnfahrt 6 1 3 Nothalteassistent 6 2 Autonome Kolonnenfah
248. n Routenverlauf beeinflussen Bei einer Beeinflussung wird die Route unter Ber cksichtigung der Verkehrsst rung neu berechnet und entschieden ob eine g nstigere Alternativroute vorliegt Der Fahrer wird im Falle einer Verkehrsmeldung akustisch und ber eine Meldung im Anzeigege r t informiert Verkehrsfunk Studio Musik Studio Autoroute A7 Kant gt g Motorway A7 Autobahn A7 S Be a MC NI Abbildung 26 Daten bermittlung und Datenauswertung mit RDS TMC Reif 2010b S 200 Verkehrsst rungen auf Streckenabschnitten die nicht ber die Codierung erfasst sind k nnen durch die gesprochenen Verkehrsmeldungen im Radioprogramm bermittelt werden wobei in diesem Fall die Bewertung des St rungseinflusses in der Regel durch den Fahrer erfolgt RDS TMC bietet aufgrund einiger Systembeschr nkungen wie die begrenzte bertra gungsrate oder der vordefinierten Codierung die sich auf das Hauptverkehrswegenetz beschr nkt M glichkeiten zur Optimierung In Bezug auf autonomes Fahren oder die autonome Kolonnenfahrt bietet dieses System kaum Nutzungsm glichkeiten da das Stra ennetz durch die vordefinierte Codierung zu grob aufgel st ist und Verkehrsst rungen oder Gefahrenstellen erst mit Versp tung gemeldet werden VuV 2013 73 Fahrzeugkommunikation Nach Reif 2010b ist derzeit ein Verfahren in der Entwicklung bei dem nicht mehr auf vordefinierte Codes zur ckgegriffen werden muss und Dynami
249. n of the following distance of the linked platoon vehicles as well as several action strategies for interac tions within the platoon and interactions with vehicles that are not linked to the platoon VuV 2013 3 Selbst ndigkeitserkl rung Selbst ndigkeitserkl rung Hiermit erkl ren wir dass wir die vorliegende Arbeit eigenst ndig verfasst haben und keine anderen Hilfestellungen oder Quellen als die angegebenen in Anspruch genom men haben Insbesondere haben wir keinen bezahlten Dienst mit der Anfertigung der gesamten Arbeit oder Teilen der Arbeit beauftragt Die Aufgaben wurden folgenderma en bearbeitet Stefan Klau ner Kapitel 4 5 6 9 10 4 10 5 Philipp Irtenkauf Kapitel 2 3 7 8 10 2 10 3 Nicht aufgef hrte Kapitel wurden gemeinsam erarbeitet Stuttgart im Juli 2013 Stefan Klau ner Philipp Irtenkauf VuV 2013 4 Glossar Inhalt Glossar 9 1 Einleitung 13 Teil 1 Stand der Technik 15 2 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 16 2 1 Assistenzsysteme zur L ngsf hrung von Fahrzeugen 17 2 1 1 Adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen 17 2 1 2 Bremssysteme 25 2 1 3 Auswirkungen von Fahrerassistenzsystemen zur L ngsf hrung 33 2 2 _ Assistenzsysteme zur Querf hrung von Fahrzeugen 34 2 2 1 Lenksysteme 35 2 2 2 Spurf hrungssysteme 38 2 2 3 Spurwechselsysteme 42 2 2 4 Auswirkungen von Fahrerassistenzsystemen zur Querf hrung 45 2 3 Kombinierte Systeme zur L ngs und Querf hrung vo
250. nd da sie auf hnliche Techniken im Fahrzeug zur ckgreifen Au erdem kann weiterhin zwischen manuellem assistiertem teil hoch oder vollautomatisiertem Fahren unterschieden werden siehe auch Glossar Stichwort autonomes Fahren Die Rolle des Fahrers VuV 2013 48 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik reicht dabei vom Fahrzeugf hrer und assistierten Fahrer vom Kontrolleur komplexer Automation bis hin zum Passagier wobei generell rechtliche und sicherheitstechnische Fragestellungen beantwortet werden m ssen Im Folgenden werden die Umsetzungen der beiden Konzeptauspr gungen paralleler und serieller Assistenz anhand der beiden Forschungsprojekte Conduct by Wire und H Mode vorgestellt ebenfalls nach den Beschreibungen bei Winner et al 2012 R ckmeldungen Absicht Fahrer Fahrzeug Umfeld Eingabe R ckmeldungen Absicht Fahrer gt Umfeld Absicht Fahrer gt Fahrzeug Umfeld I Abbildung 16 Parallel simultane oben parallel sequenzielle mittig und serielle un ten Assistenzkonzepte Winner et al 2012 S 642 644 2 3 2 2 Conduct by Wire Das Conduct by Wire Konzept CbW hat u a zum Ziel die Komplexit t der Bedienung f r den Fahrer wieder zu reduzieren engl to conduct leiten f hren dirigieren Bei Conduct by Wire lei
251. nd auf Autobahnen 80 km h vorgeschrieben w hrend z B in Frankreich VuV 2013 123 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt 90 km h g ltig sind Die Geschwindigkeitswahl f r Lkw wird sich also an den geltenden Tempolimits orientieren Die Beschleunigungsf higkeit der Kolonnenteilnehmer kann wie in Kapitel 8 2 3 1 vor gestellt nh herungsweise berechnet werden Genauere Ergebnisse abh ngig vom ak tuellen Fahrzustand k nnen mit den exakten Fahrzeugdaten durch das Fahrzeug selbst ermittelt werden Die Beschleunigungsgrenzen k nnen dann in erster Linie all gemein wie z B beim ACC gew hlt werden vgl auch ISO 15622 und ISO 22179 Ka pitel 2 1 1 Wenn diese nicht durch alle Fahrzeuge erreicht werden k nnen so sollte sich die Kolonne an der Beschleunigungsf higkeit des schw chsten Kolonnenteil nehmers orientieren oder aber auch weitere Strategien verfolgen die in Kapitel 9 1 3 1 vorgestellt werden Der Folgeabstand kann wie in Abschnitt 8 2 3 3 beschrieben ermittelt werden F r eine Lkw Kolonne kann f r die in Kapitel 8 2 1 bzw in Anlage 1 definierten Fahrzeug typen bei 80 km h in der Ebene ein Folgeabstand im Bereich von 7 3 bis 13 7 m ermit telt werden siehe Abbildung 44 Folgeabstand bei v 80 km h s 0 u 0 8 und d_S 1 5 m Fall 7 3m Fall 13 7m Fall 0 11 0m Fall 7 3m Fall 13 7m Fall 0 11 1m 3 1 5 D N i U
252. ndere T tigkeiten verfolgen zu d rfen oder je nach Wunsch die Fahrzeugsteuerung beispielsweise in Stausituationen an einen Autopiloten bergeben zu k nnen Dar ber hinaus kann das automatisierte Fahren in Zukunft helfen Mobilit t bis ins hohe Alter sicherzustellen vgl Herrtwich 2013 VuV 2013 92 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt 6 1 1 HAVEIit HAVEIt Highly Automated Vehicles for Intelligent Transport ist ein von der EU gef r dertes Projekt und befasst sich mit der Entwicklung von Konzepten und Technologien zum hochautomatisierten Fahren Vorrangiges Ziel dabei ist es den Fahrer zu entlas ten die Anzahl der Unf lle zu verringern und die Umweltbelastung zu senken Projekt partner sind Fahrzeughersteller Automobilzulieferer und verschiedene wissenschaftli che Einrichtungen aus ganz Europa Im Juni 2011 wurde im Rahmen eines Abschlussevents ein Fahrzeug vorgestellt das mit serienreifen Technologien ausgestattet hochautomatisiertes Fahren erm glicht Ein Co Piloten System erlaubt es die Geschwindigkeit oder den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug zu regeln sowie die Spur zu halten Es kommen somit ver schiedene bereits heute erh ltliche Fahrerassistenzsysteme zur L ngs und Querf h rung zum Einsatz siehe auch Kapitel 2 Sensordaten aus der Umfelderfassung wer den ausgewertet und intelligent verkn pft Da auf weitgehend bestehende System komponenten zur
253. ne Annahmen getroffen werden Exemplarisch werden daher drei verschiedene Fahrzeugtypen festgelegt Pkw Lkw und Reisebusse die im Folgenden genauer vorgestellt werden Bei jedem Fahrzeugtyp wird weiter zwischen Nullfall Unterer Grenzfall und Oberer Grenzfall unterschieden wobei der untere Grenzfall besonders ung nstige Kombinationen der Kenngr en im Vergleich zum Nullfall repr sentiert Beim oberen Grenzfall werden entsprechend g nstigere Kombinationen als beim Null fall betrachtet Die gew hlten Daten sind in Anlage 1 zu finden Bei den Pkw werden Kleinwagen unter der Annahme vernachl ssigt dass diese nur sehr geringe Strecken auf Autobahnen zur cklegen und dass aufgrund der Systemkos ten in diesem Preissegment keine Nachfrage vorhanden sein wird F r die Gruppe der Pkw wird ein Fahrzeug der Kompaktklasse Golf Klasse festgelegt da diese in Euro pa erfahrungsgem eine hohe Verbreitung haben Der Nullfall bei den Pkw ent spricht einem mit ein bis zwei Personen besetzten Fahrzeug mit einer Masse von 1400 VuV 2013 115 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt kg und einer Motorleistung von 65 kW Als Beispiel kann ein VW Golf dienen Der un tere Grenzfall der die Untergrenze der Beschleunigungsf higkeit festlegt entspricht z B einem voll besetztem VW Golf Variant mit ca 1700 kg Gesamtmasse und einer Einstiegsmotorisierung mit einer Leistung von ca 5
254. nen hnlichen Verlauf Besonders im unteren Diagramm ist die steigende Anzahl blockierter Pkw deutlich erkennbar Das Niveau der ermittelten Werte f r die Reisezeit und den Anteil blockierter Fahrzeuge sinkt jedoch im Vergleich zu den roten Messpunkten Die Auswertung f r einen Pkw Kolonnenanteil von 50 50 50 50 75 50 100 zeigt die zuvor genannten Tendenzen ebenfalls wenn auch in abgeschw chter Form Bei 75 Pkw Kolonnen 75 75 75 100 sind keine negativen Auswirkungen der Lkw Kolonnen mehr erkennbar Mithilfe von Abbildung 70 l sst sich f r die durchgef hrte Untersuchung folglich zusammenfassen VuV 2013 189 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt e Eine zunehmende Anzahl Lkw Kolonnen hat negative Auswirkungen auf Fahr zeuge auf dem Einf delstreifen e Die negativen Auswirkungen der Lkw Kolonnen werden mit zunehmendem An teil der Pkw Kolonnen abgeschw cht beziehungsweise es werden zum Teil so gar positive Auswirkungen erzielt e Die theoretisch berechneten Kapazit tssteigerungen bei hohen Anwendungs quoten der Kolonnenfahrt bei Pkw Kapitel 10 1 1 zeigen bei dieser Untersu chung ihren positiven Einfluss auf die Reisezeiten und auf den Anteil blockierter einfahrender Fahrzeuge Sofern das System zur autonomen Kolonnenfahrt zun chst im Lkw Bereich Anwen dung findet ist es folglich f r die Akzeptanz der Fahrzeugkolonnen sinnvoll in der Sys temsteuerung ein kooperatives Verhalten im Bereich von Autobahnein
255. nen Lkw Kolonnen Abbildung 60 Kapazit ts nderung durch Pkw und Lkw Kolonnen Szenario 2 VuV 2013 172 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Die nachfolgende Abbildung 61 zeigt die Kapazit tssteigerungen f r verschiedene An teile von Pkw und Lkw Kolonnen Szenario 3 Dabei wird davon ausgegangen dass Lkw prozentual doppelt so h ufig die M glichkeit zur Kolonnenteilnahme nutzen Die in diesem Szenario dargestellten F lle k nnen dann eintreten wenn die Nutzung des Systems zur Kolonnenfahrt beispielsweise f r Lkw attraktiver ist und sich das System dort schneller verbreitet Auch die Annahme dass das System zur Kolonnenfahrt zu n chst f r Lkw und erst zu einem sp teren Zeitpunkt f r Pkw verf gbar ist kann zu den in Abbildung 61 dargestellten Verteilungen f hren Bei einer Nutzung des Systems durch 15 aller Pkw und 30 aller Lkw sind Kapazit tssteigerungen von etwa 10 m glich 7000 7 u Kapazit t 2 streifige Autobahn bei 80 km h 6500 6000 46 2 Kapazit t Fz h 39 7 Eu 33 8 28 4 5000 23 4 414 5 18 8 4500 6 7 10 5 4000 3500 3000 2500 2000 0 0 an Fe a sija mp a 45 90 en Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen Abbildung 61 Kapazit ts nderungen durch verschiedene Anteile von Pkw und Lkw Kolonnen Szenario 3 10 1 2 Verkehrsfluss auf der freien Strecke 10 1 2 1 _Simulationsbeschreibung Die Untersuch
256. nen aufgrund der zum Teil gro en Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den Verkehrsteilnehmern nicht sicher f hlen kann eine Fahrzeugkolonne eine L sung darstellen Analog zu einer Reise mit der Bahn m ssten keinerlei Fahraufgaben ber nommen werden man genie t jedoch den Vorteil ber das eigene Fahrzeug am Zie lort zu verf gen um dort mobil zu sein Als komfortsteigernd kann auch die Zeitersparnis durch die Kolonnennutzung angese hen werden Wenn beispielsweise w hrend der t glichen Fahrt vom und zum Arbeits platz bereits die Zeitung gelesen werden kann oder Emails beantwortet werden k n nen bleibt mehr Zeit f r Freizeitt tigkeiten nach der Arbeit VuV 2013 202 Teil 3 Zusammenfassung und Anlagen Zusammenfassung und Ausblick Verzeichnisse Anlagen VuV 2013 203 Zusammenfassung und Ausblick 11 Zusammenfassung und Ausblick Im ersten Teil der Arbeit wurde aufgezeigt dass die notwendigen technischen Systeme zur L ngs und Querf hrung der Folgefahrzeuge einer autonomen Kolonne bereits verf gbar sind Hier bilden Systeme wie die adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC und Spurf hrungssysteme LKS die technische Basis f r die autonome Kolonnenfahrt Zus tzlich wird f r die zuverl ssige Kopplung der Fahrzeuge zu einer Kolonne die Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation C2CC verwendet durch die der Wirkkreis der Kolonne zuverl ssig geschlossen wird Aus technischer Sicht ist das System zur auton
257. ner F r die weiteren Kenngr en die f r die Ermittlung des Beschleunigungs und Verz gerungsf higkeit notwendig sind werden sowohl Erfahrungswerte als auch Literatur werte verwendet wie sie z B bei Haken 2008 und Hoepke 2013 zu finden sind sie he Anlage 1 8 2 2 Festlegung der maximalen Kolonnenl nge Die Kolonnenl nge hat einen Einfluss auf die Akzeptanz der nicht gekoppelten Ver kehrsteilnehmer Probandenversuche bei SARTRE zeigen dass eine Kolonne beste hend aus einem F hrungs und 15 Folgefahrzeugen gerade noch akzeptiert wird vgl Larburu et al 2010 Wird ein Lkw als F hrungsfahrzeug z B 18 75 m und 15 fol gende Pkw ca 5 m mit einem Folgeabstand von ca 5 m betrachtet so ergibt sich eine Gesamtl nge der Kolonne von etwa 170 m Ein weiterer Grund k nnte die Reich weite der C2C Communication vgl Kapitel 5 5 sein da innerhalb der Kolonne eine stabile und echtzeitf hige Kommunikation sichergestellt werden muss weshalb z B kein Multi Hop Charakter sinnvoll w re wobei die Grenze hierf r deutlich ber den festgelegten 170 m liegen wird VuV 2013 116 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Da an dieser Stelle keine weiteren Anhaltswerte angegeben werden k nnen wird die maximale Kolonnenl nge auf die ermittelten 170 m festgelegt Abh ngig hiervon und vom gew hlten Folgeabstand ergibt sich die Anzahl der zul ssigen Fahrzeuge 8 2 3 Betrachtung der Bes
258. nete Anhalteweg dient nur als N herungswert Es wird eine ideale Bremskraftverteilung in Abh ngigkeit der dynami schen Achslasten und eine Ausnutzung der maximalen Kraftschlussbeanspruchung angenommen Des Weiteren wird der zeitliche Verzug des Bremskraftaufbaus in der Reifenaufstandsfl che in Abh ngigkeit des L ngsschlupfes vernachl ssigt und zudem eine lineare Zunahme des Bremsdrucks angenommen Aus Reaktions und Bremsweg ergibt sich der gesamte Anhalteweg bei einer Gefah renbremsung f r ein Folgefahrzeug In Abbildung 42 ist dieser f r die definierten Fahr zeuge in Abh ngigkeit vom Kraftschlussbeiwert dargestellt Bei der Betrachtung der Anhaltewege zeigt sich dass sich diese f r die verschiedenen Fahrzeugtypen auch bei unterschiedlichen Randbedingungen nur geringf gig unter scheiden Besonders deutlich zeigt sich jedoch die Verl ngerung des Anhaltewegs bei geringeren Kraftschlussbeiwerten Die ermittelten Anhaltewege f r die betrachteten Fahrzeuggruppen Pkw Lkw und Reisebus werden in den folgenden Abschnitten f r die Festlegung der Mindestfolgeabst nde innerhalb der Kolonne verwendet VuV 2013 120 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt Vergleich Nullfall u min 0 3 max 0 8 und Steigung 0 Pr u o Br o E ao 3 2 lt lt lt 60 70 80 90 Ausgangsgeschwindigkeit km h Pkw Lk
259. ngen unterst tzt Hierzu wurde der abzudeckende Bereich der Umfelderfassung vor dem Fahrzeug deutlich erweitert Durch Datenfusion der verschiedenen Umfeldsensoren u a Radar und Bildverarbeitung kann ermittelt werden ob ein sicheres berholen abh ngig vom Gegenverkehr durchgef hrt werden kann Winner et al 2012 Das Deutsche Zentrum f r Luft und Raumfahrt DLR Institut Verkehrssystemtechnik in Braunschweig hat ebenfalls ein Konzept f r ein Assistenzsystem zur Unterst tzung des Fahrers bei Ein und Ausf delvorg ngen entwickelt wobei der Systemumfang hier von der Informations und Warnebene bis hin zur automatisierten L ngsf hrung reicht Knake Langhorst et al 2013 Der Kern des Systems bildet wie bei der man verba sierten Assistenz von Habenicht 2012 die L ckenanalyse die die L cken erfasst und ber einen Algorithmus entsprechend bewertet Das System gibt dem Fahrer zu Be VuV 2013 44 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik ginn des Einf delvorgangs eine Empfehlung welche Zielposition bei Pr diktion der aktuellen Bedingungen die optimale f r den Fahrer ist und wie diese Zielposition er reicht werden kann Knake Langhorst et al 2013 S 349 In einer weiteren Ausbau stufe des Systems ist eine automatisierte aber stets bersteuerbare L ngsf hrung umgesetzt bei der die Fahrzeuggeschwindigkeit so geregelt wird dass das eigene Fahrzeug auf dem eigenen Fahrstreifen auf H he der Ziel
260. ngsfahrzeug mit der Vorgabe von geringeren Fahrzeugfolgeabst nden reagieren siehe auch Kapitel 8 2 3 2 Fahrer der Folgefahrzeuge haben stets die M glichkeit die Kolonne zu verlassen Sie k nnen ber das HMI den Austritt aus der Kolonne anmelden wenn sie beispielsweise mit der aktuellen verringerten Fahrgeschwindigkeit unzufrieden sind Um jedoch vor schnelle oder un berlegte Entscheidungen von Fahrern der Folgefahrzeuge zu ver meiden kann auf Routeninformationen und das Kartenmaterial des Navigationssys tems zur ckgegriffen werden Diese Daten erm glichen es ein H henprofil der weite ren Fahrtroute zu erstellen welches in Verbindung mit der Kenntnis ber die fahrzeug eigene Leistungsf higkeit die Ermittlung eines Geschwindigkeitsprofils f r die anste hende Bergfahrt erlaubt Dieses Geschwindigkeitsprofil bildet die Grundlage f r die Berechnung eines Zeitverlusts infolge der Verlangsamung eines Fahrzeugs Der be rechnete Zeitverlust kann den Fahrern der Folgefahrzeuge im Cockpit angezeigt wer den um die Fahrer bei der Entscheidung ber einen Verbleib oder Austritt aus der Ko Ionne zu unterst tzen siehe Abbildung 53 10 41 87 5 MHz Hinweis Verlangsamte Bergfahrt 8 km N f An BOT INZUSRAKSN Pr N BA En 2 Zeitverlust 3 min NS Aarten Kolonne verlassen Abbrechen SQL P upt ihache i 4 i ae Abbildung 53 Anzeigefeld zur Unterst tzung des Fahrers eines Folgefahrzeugs bei der Entsche
261. nome Kolonnenfahrt werden im Folgenden Fah rerassistenzsysteme betrachtet die den Fahrer bei der Bahnf hrung L ngs und Querf hrung des Fahrzeugs unterst tzen bzw die Fahrzeugf hrung teilweise ber nehmen und damit die technische Grundlage f r die autonome Kolonnenfahrt bilden Hierbei werden sowohl Sicherheits als auch Komfortsysteme betrachtet Es besteht jedoch nicht der Anspruch auf alle auf dem Markt verf gbaren Assistenzsysteme ein zugehen Aktive Sicherheit aktiv eingreifend Fahrzeugf hrung Kollisions ssistent ACC Automatische Notbreme ACC Einpark Assistent Fu g ngerschutz Einparkhilfe Kollisions warnung Spurverlassens Nachtsicht warnung unterst tzung Passive Sicherheit Fahrerinformation Abbildung 1 Sicherheits und Komfortfunktionen auf der Basis der Fahrzeug Umfelderfassung Reif 2010b S 110 VuV 2013 16 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik 2 1 _Assistenzsysteme zur L ngsf hrung von Fahrzeugen Assistenzsysteme der Fahrzeugl ngsf hrung beeinflussen ber das Antriebs und Bremssystem die L ngsdynamik des Fahrzeugs und unterst tzen den Fahrer bei der Verz gerung und Beschleunigung des Fahrzeugs sowie bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit Erstmals wurde der Bremskraftverst rker 1932 von der Marke Chrys ler in Serie gebracht der die notwendige Bet tigungskraft des Fahrers verringert Reif 2010b und ihn damit bei der Fahrzeugverz gerung unterst tz
262. nten und Systemaufbau Die im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Bremssysteme m ssen alle in der Lage sein ohne die Fu kraft des Fahrers Bremsdruck aufbauen zu k nnen Diese An forderung trifft auf alle modernen Bremssysteme zu Die hierf r notwendige Hilfsener gie wird je nach Bremssystem ber einen vorgeladenen Hochdruckspeicher ber elektrische Hydraulikpumpen oder ber pneumatische Systeme haupts chlich bei Nutzfahrzeugen zur Verf gung gestellt und wird in den entsprechenden Abschnitten kurz beschrieben Den prinzipiellen Systemaufbau unabh ngig von der Art der Hilfsenergiequelle zeigt Abbildung 6 Das ESC Steuerger t in der Abbildung mit ESP bezeichnet ist der ber geordnete Regler der diverse Zusatzfunktionen enthalten kann Abh ngig von der Be t tigungskraft am Bremspedal und oder den angeforderten Verz gerungswerten durch z B ACC werden die notwendigen Radbremsmomente ermittelt und schlie lich an den Aktuator weitergegeben Die allgemeine Wirkungskette f r Bremssysteme bei Pkw ist in Abbildung 7 dargestellt Der Fahrer bet tigt das Bremspedal HMI engl Human Machine Interface Mensch Maschine Schnittstelle mit dem Fu und pr gt damit seinen Verz gerungswunsch in das Bremssystem ein je nach Bremssystem ergeben sich verschiedene Wirkungspfa de Der rein mechanische bertragungsweg von der Mensch Maschine Schnittstelle ber Gest nge oder Seilz ge spielt dabei in Pkw praktisch keine Rolle Der Mod
263. nur aus einem oder aus verschiedenen Fahr zeugtypen aufgebaut sind 8 1 System bersicht Wie bereits in Kapitel 2 deutlich wurde sind die technischen Komponenten zur auto matisierten L ngs und Querf hrung vorhanden Auch die notwendige Umfeldsensorik ist bereits verf gbar F r die Kolonnenfahrt gilt es nun diese Teilsysteme zu einem Gesamtsystem zu vernetzen Dabei ist auch eine Fahrzeugkommunikation mindestens zwischen den Kolonnenteilnehmern zwingend notwendig Durch die Fahrzeugkommu nikation und eine entsprechende Regelung k nnen die Anforderungen an die Umfeld sensorik ggf gesenkt werden was die Systeme g nstiger machen k nnte Ein grober berblick ber die Systemkomponenten und deren Wirk bzw Regelkreis wird in den Abschnitten 8 1 1 und 8 1 2 gegeben In Kapitel 8 1 3 werden verschiedene Aspekte der Systemsicherheit angesprochen 8 1 1 Systemkomponenten f r die Kolonnenfahrt Zur Umsetzung der Kolonnenfahrt k nnen die ben tigten Komponenten vier wesentli chen Modulen zugeordnet werden Diese umfassen die Module zur Kommunikation zur L ngs und Querf hrung sowie zur Bedienung HMI Abbildung 39 Das Kommunikationsmodul beinhaltet den Kolonnenregler sowie die notwendige Kommunikationstechnologie zur Kommunikation zwischen den Kolonnenteilnehmern wobei auch ein Ortungssystem wie GPS oder zuk nftig auch Galileo notwendig ist Zwischen den Fahrzeugen der Kolonne sollten mindestens Informationen bzgl deren Positio
264. nzeige und oder Speicherkarte Bedienteil or Ziel Tast Digitale eingabe asten Karte Routen Sprach berechnung erkennung l Sensoren Positions Navigation Sprach Weg Drehrate bestimmung Zielf hrung ausgabe t l Satelliten Satelliten Karten antenne empf nger anzeige Display Abbildung 25 Komponenten eines Navigationssystems Reif 2010b S 191 Um zuk nftig die Positionsbestimmung bei nicht fest im Fahrzeug verbauten Systemen auch in Tunneln engen T lern und H userschluchten zu verbessern sind L sungen notwendig die einen Datenausaustausch zwischen Fahrzeug und Navigationssystem erm glichen F r die Fahrzeugkommunikation ist es speziell in Bezug auf die Fahrsi cherheit relevant dass Positionen m glicher Gefahrenstellen genau lokalisiert werden k nnen oder dass bei der Kolonnenbildung andere Kolonnenteilnehmer zuverl ssig gefunden werden m glichst auch ohne ein festeingebautes Navigationssystem BMW bietet beispielsweise eine vollintegrierte Navigationsfunktion f r Smartphones an die die Zielf hrung mithilfe einer ausgekl gelten Positionierungstechnologie BMW Link 2011 S 55 auch in Tunneln aufrechterhalten soll VuV 2013 65 Informationserfassung f r die Fahrzeugkommunikation 4 2 2 2 Wahl der Fahrtroute Auch die Kenntnis ber die gew
265. nzsysteme Stand der Technik eigenen Fahrzeugs Kehrwert des Kurvenradius und kann aus dem Lenkradwinkel der Gierrate der Querbeschleunigung oder aus den Differenzen der Radgeschwindig keiten ermittelt werden Bei der Zuordnung des erfassten Objekts zum Fahrkorridor wird die Wahrscheinlichkeit berechnet mit der sich das Objekt auf der eigenen Spur befindet Spurwahrscheinlichkeit Mit diesen Eingangsgr en wird die Plausibilit t eines Objekts ermittelt die als Kennzahl die Relevanz des Objekts festlegt Das Objekt wird in der Zielauswahl bernommen wenn eine gewisse Mindestplausibilit t erreicht ist Bei den aktuell verf gbaren ACC Systemen werden nur bewegte Objekte der eige nen Fahrtrichtung ber cksichtigt Hinsichtlich FSR ACC Systemen ist noch anzumer ken dass zus tzliche Radarsensoren f r den Nahbereich ben tigt werden siehe auch Kapitel 3 2 Messung der lateralen Bestimmung des Lage der potentiellen aktuellen Kurses des Zielfahrzeuge ACC Fahrzeuges Pr diktion des Kurses Zuordnung zum Fahrkorridor Zielauswahl Abbildung 4 Schritte zur Zielauswahl und geometrische Gr en rechts Winner et al 2012 S 496 Systemgrenzen Aufgrund der technischen physikalischen Grenzen der verwendeten Umfeldsensorik bzgl der Objektklassifizierung werden stehende Objekte im Standard ACC aus Sicher heitsgr nden nicht ber cksichtigt z B stehende Fahrzeuge oder Getr nkedosen auf der Fahrbahn da ACC auf z B
266. oT r vs Tv8 HEE SL HSZ oosz Anmw zrues 66 ETZI z zz szor 1 E9 ya 8SZLOT ze est L ze eos 00 S9 9ET 6 96228 0s 0S os oosz Ansuyo gr es 86 erst T SL O80T rr 0 8T T Ev 6Z0T 86 Z8T 6 125 8 6 ST Y8 69T 9 To 0T6 67 0S AST oosz Anauyo stieg L6 EX T EZ Z60T rz 80 vE T 89 960T se v6 r zo evg Ar T87L L 69718 05 os os loosz Annw vr es 16 zT 8E t EZ 860T ez Zove T zz ssor vo LET T s8 v88 EZ S8 S0T r Ira 67 0S ASZ oosz aQuw etea 86 oz ez t 26 ssor zE betz T 68 T80T zs 807 66 os zs6 6T EE EST Ar TEYZE ASZ HS ASZ oosz Anzuyo zr es 6 otze T 89 00TT ST 808 T SZ TOTT TZ 9ET T Sv v88 KLz ss oor r or trg ASZ HSZ ASZ oosz Annw Tries 86 80 8T T T8 080T vz oet 9 gEzI6 ST oot 0 oosz Anzuyol oTe L6 92 87 z 6T 680T S 60 tvT T 89 E88 ST oot 0 oosz Anmw emea 86 sziz T 880807 seE 22 02 T 8r T8oT 9T EO T6T r 90 0 6 TT SL 0 oosz Anauyo g les L6 ESZE T 6 v60T 0 vte T 9E S6OT E 6S TYT 0 es ogs TT SL 0 oosz awf zues 86 0 T ps esor 07 8s sz T Sz z8oT zT 92 002 E E2 6E6 8 0S 0 oosz Anauyol g les LE v6 9E T SS 660T ET S6 8 T EE TOTT T S6 SET 0 T9928 8 0S 0 oosz OE ses L6 esz 0 YZ E60T 6 stiez 0 22 680T 9 6vz z T EL ZS6 r HSZ 0 oosz Anauyol vea L6 ET 9E 0 Z9 S0TT 8 rtv 0 Sv vOTT 0 86 ZET 0 6248 E22 HSZ 0 oosz CE e
267. odynamischen Einfl sse auf den Energiebedarf bewerten zu k nnen wird der Energiebedarf f r die in Kapitel 10 1 2 betrachtete 25 km lange Autobahnstrecke sowohl f r Einzelfahrzeuge als auch f r Kolonnen ermittelt F r diese grundlegende Betrachtung wird eine konstante Fahrgeschwindigkeit ber den gesam ten Streckenverlauf angenommen um nur die aerodynamischen Einfl sse zu bewer ten Die ermittelten Werte entsprechen damit dem minimalen Energiebedarf der be trachteten Fahrzeuge bei Konstantfahrt und sollen das Potential der Kolonnenfahrt mit deren aerodynamischen Vorteilen verdeutlichen Wie erwartet kann der Energiebedarf durch den reduzierten Luftwiderstand der Kolon nenteilnehmer verringert werden Vor allem bei Lkw und Reisebussen ergeben sich aufgrund der vorhandenen aerodynamischen Eigenschaften gro e Einsparpotentiale gegen ber der gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen siehe Abbildung 73 Energiebedarf i w c v 00 e N w Q v wo 3 w N lt w N E u w lt z N c lt w 5 Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Lkw 80 km h Lkw 90 km h Lkw 80 km h Lkw 90 km h Lkw 80 km h Lkw 90 km h Lkw 80 km h Lkw 90 km h Lkw 80 km h Lkw 90 km h Bus 80 km h Bus 90 km h Bus 100 km h Fahrzeuganzahl Abbildung 73 Ene
268. olonnenfahrt f r Nutzfahrzeuge nicht mehr weit Zudem wurden Lkw Kolonnen bereits in verschiedenen Projekten betrachtet und um gesetzt zuletzt im Projekt KONVOI vgl Kapitel 6 2 1 Die Kolonnenfahrt bietet f r den Stra eng terverkehr insbesondere f r den Fernverkehr ein gro es Potential zur Effi zienzsteigerung die letztendlich auch Auswirkungen auf den gesamten Verkehrsablauf und den Energiebedarf haben k nnten siehe Kapitel 10 Aufgrund des geringeren Energiebedarfs und den damit geringeren Transportkosten k nnten auch hohe Ausstattungsraten vor allem im Fernverkehr erzielt werden Eine Einf hrung der Ko Ionnenfahrt ist aufgrund dieser Tatsachen zuerst f r Lkw Kolonnen zu erwarten Hinzu kommt dass die Berufskraftfahrer entsprechend geschult werden k nnten Die Kolonnen k nnten gezielt von einzelnen Transportunternehmern losgeschickt wer den Effektiver d rfte jedoch eine Unternehmen unabh ngige Kolonnenbildung auf den Autobahnen sein da im Fernverkehr meist bestimmte Routen verwendet werden und die Lkw ber lange Strecken ohnehin in Kolonnen fahren Da F hrungs und Folge fahrzeug unterschiedlich stark profitieren w re ein einheitliches Verg tungs bzw Be zahlsystem sinnvoll Die Kolonnenfahrt k nnte letztendlich auch einen Einfluss auf die zul ssigen Lenkzeiten haben Geschwindigkeitswahl und Folgeabstand F r Lkw gelten in Europa unterschiedliche Geschwindigkeitsbeschr nkungen In Deutschland si
269. omen Kolonnenfahrt bereits umsetzbar wie beispielsweise in den Projekten KONVOI und SARTRE gezeigt wurde Eine Se rienreife ist jedoch noch nicht erreicht da die Komplexit t der Systeme u a auch eine besondere Herausforderung bei der Systemabsicherung darstellt Des Weiteren m s sen zahlreiche andere Aspekte ber cksichtigt werden um auch die Kolonnenbildung mit Fahrzeugen verschiedener Hersteller zu erm glichen Dabei spielt vor allem die Standardisierung der Fahrzeugkommunikation wie sie durch das C2C Communication Consortium beschlossen wurde eine wichtige Rolle Es m ssen je doch auch zahlreiche rechtliche Fragen zu autonomen Fahrzeugen mit hoch oder vollautomatisierten Fahrmodi gekl rt werden da der Fahrer in diesen F llen nicht mehr seiner eigentlichen Fahraufgabe nachkommt wie es im Wiener bereinkommen ber den Stra enverkehr von 1968 festgelegt wurde Im Zweiten Teil der Arbeit wurden diese Aspekte sowie M glichkeiten zur Umsetzung eines Systems zur autonomen Kolonnenfahrt aufgezeigt Hierzu wurden die vorgestell ten Komponenten zu einem Gesamtsystem verkn pft Au erdem wurden verschiedene Aspekte wie der Fahrzeugfolgeabstand erarbeitet Des Weiteren wurden homogene und innomogene Kolonnen betrachtet und deren spezifischen Eigenschaften kurz dar gestellt Nach der Vorstellung der Grundlagen f r die autonome Kolonnenfahrt wurden m gli che Interaktionen der Fahrzeuge innerhalb einer Kolonne sowie Interaktionen ein
270. onne der Fall genannt dass sich ein potentieller neuer Kolonnenteilnehmer vor der Fahrzeugkolonne befindet diese aufschlie en l sst und schlie lich deren F hrung bernimmt Dabei ist es denkbar dass der neue Kolonnenteilnehmer im Vorfeld gefragt wird ob er als Folge oder als F hrungsfahrzeug teilnehmen m chte Entscheidet er sich die Kolonnenf hrung zu bernehmen ist dies dem bisherigen F hrungsfahrzeug mitzuteilen da sich dieses und die dahinter folgende Kolonne nun dem neuen F h rungsfahrzeug anschlie en Voraussetzung ist dass sich die Fahrgeschwindigkeit der alle anderen Kolonnenteilnehmer vorab zugestimmt hatten nicht wesentlich ndert Daten und Informationen aus dem Kolonnenregler des bisherigen F hrungsfahrzeugs k nnen via C2CC an das neue F hrungsfahrzeug bermittelt werden Inwiefern diese beschriebene Variante in der Praxis Anwendung finden kann h ngt u a davon ab ob F hrungsfahrzeuge vollautomatisiert fahren oder von einem Fahrer gesteuert bezie hungsweise berwacht werden der gegebenenfalls f r die F hrung der Kolonne ent lohnt wird Die Ausf hrungen in diesem Kapitel zeigen dass es praktikable L sungsm glichkeiten f r die Integration neuer Kolonnenteilnehmer in eine bestehende Pkw Kolonne gibt Befindet sich der neue Kolonnenteilnehmer hinter der Kolonne und holt diese ein so positioniert er sich hinter dem letzten Folgefahrzeug Ein neuer Kolonnenteilnehmer der sich vor der Kolonne befindet l
271. onnenfahrt jedoch nochmals zus tzlich reduziert werden da die Ka pazit t eines Stra enquerschnitts bei entsprechenden Anwendungsraten deutlich ge steigert werden kann wodurch die Staubildung unter Umst nden vermieden wird Fer ner wird der volkswirtschaftliche Nutzen durch die autonome Kolonnenfahrt zus tzlich durch die in Kapitel 10 2 angesprochenen Windschatteneffekte beeinflusst Die Ener gieeinsparungen sind dabei direkt auf die Einsparungen bei den Spritkosten zu ber tragen Es sei jedoch darauf hingewiesen dass die Fahrzeugkommunikation das Ver kehrsgeschehen und die Wirtschaftlichkeit im gesamten Stra ennetz beeinflusst w h rend die Vorteile der Kolonnenfahrt lediglich auf Autobahnen und autobahn hnlichen Stra en zum Tragen kommen Die Ergebnisse von sim ber cksichtigen nur den Einsatz warnender aber nicht aktiv eingreifender Systeme Beim Einsatz von aktiv eingreifenden Fahrerassistenzsyste men wie sie u a bei Fahrzeugen vorhanden sind die ber M glichkeiten zur Kolon nenteilnahme verf gen sind weitere positive Auswirkungen zu erwarten siehe Ab schnitt 10 3 Speziell die Vermeidung von Unf llen und die damit im Zusammenhang stehenden Unfallkosten haben weitreichende Auswirkungen auf verschiedenste Berei che So sind neben den Reparatur und medizinischen Behandlungskosten u a auch volkswirtschaftliche Produktionsausf lle Zeitkosten durch Stau Polizei und Rechtsfol gekosten aber auch Verwaltungskosten d
272. or bergehender bertragungsweg via Internet ist f r den Zeitraum der Systemeinf hrung mit geringen Verbreitungsraten denkbar Auch bei einem optimalen Einf hrungsszenario beim dem ab einem gewissen Stichtag alle neuen Fahrzeuge mit der M glichkeit der Fahrzeugkommunikation ausgestattet wer den rechnet man mit einer Dauer von 18 Monaten bis eine Marktdurchdringung von etwa 10 erreicht wird Eine Verbreitungsrate von 50 erwartet man bei diesem Szenario nach mehr als sechs Jahren Um die Verbreitung zu beschleunigen sind auch Anreize f r die Fahrzeughersteller vorstellbar Statten sie all ihre Fahrzeuge mit der Funktion zur drahtlosen Nachrichten bermittlung aus k nnen sie sich beispielweise st ndig ber den Fahrzeugzustand informieren oder beim Service wertvolle Zeit spa ren wenn das Fahrzeug automatisch ein Fehlerprotokoll erstellt und bermittelt vgl C2CCC 2007 5 5 4 Systembeschreibung der Car to X Communication Im Folgenden werden die Funktions und Arbeitsweise sowie einige Nutzungsbeispiele der Car to X Communication vorgestellt wie sie nach den Ausarbeitungen des Car to Car Communication Consortium in den n chsten Jahren umgesetzt werden sollen vgl C2CCC 2007 Die Teilnehmer an der Car to X Communication lassen sich in drei Gruppen einteilen e Fahrzeuge beziehungsweise ihre Fahrer erhalten Warnmeldungen zu Gefah renstellen oder Hinweise zum Verkehrsgeschehen e Netzbetreiber beziehungsweise Stra enverkehr
273. r ngliche Reichweite des Netzwerks zu vergr ern vgl Pl l 2008 siehe auch Abbildung 31 ob Deutsches Zentrum DLR f r Luft und Raumfahrt eV in der Helmholtz Gemeinschaft Abbildung 31 Multi Hop Nachrichten bermittlung ber mehrere Knoten DLR 2008 Nach PI I 2008 charakterisieren sich automobile Ad Hoc Netzwerke dadurch dass die Bewegungen der Knoten Verkehrsteilnehmer nicht rein beliebig sind sondern dass sie sich am Stra enverlauf an den Verkehrsregeln und an der Interaktion zwi schen den Verkehrsteilnehmern orientieren Da die Bewegungsm glichkeiten durch den Stra enverlauf vorgegeben sind k nnen an prek ren Stellen z B gro e Kreu zungen Unfallschwerpunkte station re Transmitter aufgestellt werden die auf der einen Seite mit den Verkehrsteilnehmern kommunizieren und auf der anderen Seite Informationen ber andere Netze z B Mobilfunk an Verkehrsleitzentralen weiterge ben Daten bertragungen sind somit direkt zwischen Fahrzeugen Single Hop indirekt zwischen Fahrzeugen Multi Hop sowie zwischen Fahrzeugen und station ren Infra struktureinrichtungen m glich vgl German 2007 VuV 2013 82 Fahrzeugkommunikation Kosch 2004 f hrt aus dass innerhalb eines Kommunikationsnetzes alle Teilnehmer gleichberechtigt sind und keine Zentrale den Datenverkehr regelt und berwacht Ein entscheidender Unterschied zwischen Ad Hoc Netzwerken und Mobilfunknetzen be steht in ihrer Organis
274. r Fahrzeuge sich in der Kolonne befinden Die Verringerung des Energiebedarfs f llt bei Lkw und Reisebussenkolonnen aufgrund der aerodynamischen Gegebenheiten gr er aus als bei Pkw Kolonnen Bei inhomo genen Kolonnen sind hnliche Einsparpotentiale zu erwarten Hier k nnen die Pkw die sich unmittelbar hinter einem Lkw bzw Reisebus befinden von deren gr eren Winds chatten st rker profitieren An dieser Stelle ist noch anzumerken dass bereits bei nor malen Verkehrsbedingungen bei den einzuhaltenden Sicherheitsabst nden aerodyna mische Interferenzerscheinungen vorhanden sind die in dieser Arbeit jedoch nicht be trachtet werden Die Reduktion des Energiebedarfs ist bei konstant angenommenem Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschinen gleichbedeutend mit der Reduktion des Kraftstoff verbrauchs Die Kolonnenfahrt bietet also Vorteile bez glich Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit siehe auch Kapitel 10 4 Die Unterdruckgebiete hinter den Fahrzeugen die letztendlich eine Kraft entgegen der Fahrt richtung bewirkt und von der Antriebskraft berwunden werden muss sind bei Lkw und Bussen deutlich gr er als bei Pkw weshalb homogene Lkw Bus Kolonnen ein gr eres Einsparpo tential aufweisen VuV 2013 195 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt 10 2 1 2 Reduktion des Beschleunigungswiderstands Neben den aerodynamischen Einfl ssen der Kolonnenfahrt kann davon ausgegangen werden dass dur
275. rassistenzsysteme Stand der Technik 2012 Die Hilfskraft vgl Abbildung 7 wird durch einen sogenannten Bremskraftver st rker erzeugt Im Normalfall kommen hier Vakuum Bremskraftverst rker zum Ein satz wobei das Vakuum vom Ansaugtrakt des Ottomotors erzeugt wird bzw durch eine Vakuumpumpe bei Dieselmotoren Die verst rkte Pedalkraft bzw der verst rkte Bremsdruck wird dann weiter in den Modulator HCU Hydraulic Control Unit bertra gen der wiederum durch eine Fremdenergie versorgt wird Vom Modulator wird der Bremsdruck dann an die einzelnen Radbremsen verteilt wo die kinetische Energie des Fahrzeugs schlie lich in Reibenergie W rme gewandelt wird Die Fremdkraftquelle z B eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe des Fahrdyna mikreglers kann ber den Modulator selbstst ndig und unabh ngig von einer vorhan denen Bet tigungskraft durch den Fahrer die Radbremsen bet tigen Mit diesem Sys tem k nnen also bereits die vorgestellten Bremsassistenzfunktionen umgesetzt wer den Die hydraulischen Bremssysteme werden gesetzlich vorgeschrieben zweikreisig aus gelegt Dies bedeutet dass das Bremssystem durch zwei Hydraulikkreise redundant ausgelegt ist Bei Ausfall eines Bremskreises kann dann nach wie vor wenn auch in abgeschw chter Form verz gert werden Elektrohydraulische Bremssysteme Das Elektrohydraulische Bremssystem EHB ist eine Weiterentwicklung des hydrauli schen Bremssystems Ein Beispiel hierf r
276. rategie f r einen Fahrstreifenwechsel analog zu Abbildung 58 oben zu empfehlen da von hinten heranfahrende Fahrzeuge so keine Auswirkungen auf die Fahrzeugkolonne haben Beim Fahrstreifenwechsel nach rechts am Ende des berholvorgangs spielt es dage gen in Bezug auf die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern keine Rolle ob die Fahrzeuge direkt nach dem berholvorgang zeitlich versetzt den Fahrstreifen wech seln oder ob die gesamte Kolonne auf dem linken Fahrstreifen verbleibt bis sie als Einheit nach rechts wechseln kann Ein zeitgleicher Fahrstreifenwechsel aller Kolon nenteilnehmer ist vermutlich technisch einfacher umzusetzen In beiden F llen wird der VuV 2013 164 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt linke Fahrstreifen jedoch erst dann freigegeben wenn das letzte Folgefahrzeug den berholvorgang abgeschlossen hat F r den Fahrstreifenwechsel nach rechts ist der Fahrer des F hrungsfahrzeugs ebenfalls durch die Umfelderfassung und die Informati onen aus dem Kolonnenregler zu unterst tzen Ihm muss beispielsweise angezeigt werden ob die L cke gro genug ist um die Fahrzeugkolonne darin zu platzieren oder ob es besser ist weitere Fahrzeuge zu berholen Sofern es die Kolonnenzusammensetzung und die zul ssige H chstgeschwindigkeit erlaubt ist f r die Dauer des berholvorgangs eine geringf gige Erh hung der Kolon nengeschwindigkeit vorstellbar um das Fahrman ver z gig abzuschlie en
277. rausfahrenden Fahrzeug zu vergr ern Die anderen Fahrzeuge folgen zeitlich versetzt Um die Folgeabst nde zwischen den Fahrzeugen parallel vergr ern zu k n nen muss das hinterste Folgefahrzeug die Geschwindigkeit am st rksten und das vorderste Folgefahrzeug die Geschwindigkeit am schw chsten reduzieren In Abbil dung 55 ist dies beispielhaft f r eine Pkw Kolonne dargestellt Die H he der Ge schwindigkeitsdifferenzen zwischen den Fahrzeugen ist vom Kolonnenregler in Abh n gigkeit der Anzahl der Kolonnenteilnehmer vorzugeben W rde man analog zu Abbil dung 55 stets eine Schrittweite von 5 km h w hlen h tte dies bei einer Kolonne mit zehn Folgefahrzeugen und einer Ausgangsgeschwindigkeit von 120 km h zur Folge dass der hinterste Kolonnenteilnehmer die Geschwindigkeit auf 70 km h reduzieren m sste Hier sind unbedingt sinnvolle Grenzen zu definieren die jedoch variabel auf die Kolonnenl nge reagieren Da die Fahrtstrecke w hrend der Kolonnenaufl sung je nach Geschwindigkeit und Ko Ionnenl nge variiert muss der Kolonnenregler den Fahrer des F hrungsfahrzeugs rechtzeitig an die Einleitung des Aufl sungsman vers erinnern Sobald durch die Ge schwindigkeitsreduktion der Folgefahrzeuge der Abstand zum jeweils vorausfahrenden Fahrzeug dem gesetzlich vorgeschriebenen Mindestabstand entspricht erfolgt die endg ltige bergabe der Fahrzeugsteuerung an den Fahrer womit die Kolonne aufge l st ist und die einzelnen Fahrzeuge ihr
278. rbar Anders als beim konventionellen ACC siehe Kapitel 2 1 1 ist hier nicht nur der direkt Vorausfahrende beobachtbar sondern eine aggregierte Sicht ber mehrere Fahrzeuge hinweg m glich Dies beg nstigt fr here Reaktionen auf Geschwindigkeits nderungen und eine Harmonisierung des Verkehrsflusses vgl PI l 2008 Eine weitere M glichkeit f r die Verwendung dieser regelm ig gesende ten Informationen ist die autonome Kolonnenfahrt Das bermittelte Informationspaket kann die Informationen aus der Umfelderfassung erg nzen und im Falle eines System fehlers kurzfristig als redundanter Datenkanal dienen um die Geschwindigkeiten der Kolonnenfahrzeuge zu koordinieren Nach PI l 2008 kann durch die Kopplung der Fahrzeuge der Verkehrsfluss optimiert werden Gleichzeitig sorgen die geringen Fahr zeugfolgeabst nde f r Windschatteneffekte und einen reduzierten Kraftstoffverbrauch Dar ber hinaus erh ht die Kolonnenfahrt die Verkehrssicherheit da die Fahrzeuge innerhalb der Kolonne automatisch abbremsen sobald das vorausfahrende Fahrzeug die Geschwindigkeit verringert Als Nebeneffekt der geringeren Fahrzeugfolgeabst nde VuV 2013 87 Fahrzeugkommunikation soll sich auch die Kapazit t eines Stra enquerschnitts erh hen vgl Pl l 2008 und Kapitel 10 1 1 Die regelm ig gesendeten Nachrichten bieten die M glichkeit Bewe gungen anderer Fahrzeuge im Fahrzeugumfeld zu erfassen und Anomalien zu erken nen Ein
279. rd zur ckge griffen Verkehrsst rungen werden dabei durch ihre Art u a Stau Vollsperrung ihre Ursache u a Unfall Gl tte ihre voraussichtliche Dauer und die Identifikation des Stra enabschnitts charakterisiert F r Autobahnstreckenabschnitte Autobahnan schlussstellen und Knotenpunkte wichtige Kreuzungen im Bundesstra ennetz sowie geographische Regionen existieren hierf r numerische Codierungen Nachteilig ist dass bisher nur Hauptverkehrswege wie Autobahnen und gr ere Bundesstra en durch die Codierung erfasst sind Abbildung 26 zeigt die Daten bermittlung und Datenauswertung mittels RDS TMC schematisch auf Das vom Radiosender ausgestrahlte Signal setzt sich aus dem Un terhaltungs und Informationsprogramm sowie den Inhalten aus dem Verkehrsfunkstu dio zusammen Im Fahrzeug wird das Signal im RDS Modul wieder in einen Audioka nal und einen digitalen Datenstrom aufgeteilt Der digitale Datenstrom wird anschlie VuV 2013 72 Fahrzeugkommunikation Bend vom Autoradio oder auch vom portablen Navigationsger t decodiert und bei ent sprechendem Funktionsumfang intern f r sp tere Abfragen gespeichert Einige Ger te bieten die M glichkeit Verkehrsmeldungen akustisch wiederzugeben Durch die stan dardisierte Codierung ist eine Sprachausgabe in verschiedenen Sprachen m glich Die mit RDS TMC bertragenen Informationen k nnen vom Navigationsger t ausgewertet und der Pr fung unterzogen werden ob sie den geplante
280. reits eine Ausstattungsrate von f nf Prozent zu er kennbaren Verbesserungen im Verkehrsfluss f hrt Signifikante Verbesserungen und eine deutliche Reduzierung der Reisezeiten sollen sich bei einer Ausstattungsrate von rund 80 Prozent ergeben vgl SimTD 2012 2013 und Burkert 2013 VuV 2013 91 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt 6 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt Fahrerassistenzsysteme werden heute nicht mehr isoliert betrachtet sondern wachsen schrittweise zusammen Daraus ergeben sich unter Zuhilfenahme intelligenter Umfeld sensorik neue Informations Assistenz und Sicherheitsfunktionen Die Vision ist das sensitive Auto das rundum sehen kann Reif 2010b S 109 seine Umgebung be wusst wahrnimmt und interpretiert Das Verst ndnis f r die Fahrsituation basiert auf Informationen aus der Umfeldsensorik z B Radarsensoren Kamerasysteme aus Positions und Navigationsdaten sowie aus Informationen die durch die Fahrzeug kommunikation bertragen werden vgl Reif 2010b Aus dem Verst ndnis f r die Fahrsituation k nnen Handlungsstrategien entworfen werden die ein automatisiertes Fahren m glich machen Systeme zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt werden seit Jahren in diversen Projekten untersucht und weiterentwickelt Stellvertretend sollen in diesem Kapitel einige Forschungs und Entwicklungsprojek
281. relativ niedrigen Verz gerungen den Kraftstoffverbrauch beeinflussen da bei gr eren Fahrzeugfolgeabst nden im Gegenzug die Vorteile des Windschattens reduziert werden Des Weiteren kann die Topographie der vorausliegenden Strecke in Bezug auf ein energetisch optimales Auf l seman ver ber cksichtigt werden W hrend des Aufl sungsman vers ist es auch denkbar die Kolonnenteilnehmer nochmal abschlie end im Anzeigedisplay zu informieren So k nnen beispielsweise die in der Kolonne zur ckgelegte Fahrtstrecke angezeigt sowie die eingesparte Kraftstoff menge abgesch tzt werden Sofern ein Bezahlsystem eingesetzt wird k nnen im F h rungsfahrzeug die Einnahmen und in den Folgefahrzeugen die Ausgaben dargestellt werden 9 2 Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern W hrend in Kapitel 9 1 das Verhalten einer Fahrzeugkolonne ohne den Einfluss sons tiger Verkehrsteilnehmer betrachtet wurde r ckt in diesem Kapitel die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern in den Mittelpunkt Dabei wird an einigen Stellen auf die zu Beginn von Kapitel 9 eingef hrten Begrifflichkeiten der Fahrzeuggruppen Potentielle Kolonnenteilnehmer mit Kommunikationsm glichkeit Verkehrsteilnehmer mit Kommu VuV 2013 161 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt nikationsm glichkeit und Verkehrsteilnehmer ohne Kommunikationsm glichkeit zu r ckgegriffen 9 2 1 Interaktion beim berholen Um die vorgesehene Kolonnengeschwindigke
282. renzen zu anderen Verkehrsteilnehmern sollten Kolonnenaustritte dann stattfinden solange sich die Geschwindigkeit des F hrungsfahrzeugs noch nicht zu sehr reduziert hat Um die Fahrer der Folgefahrzeuge rechtzeitig ber eine drasti sche Geschwindigkeitsreduzierung zu informieren kann auf die oben angesprochenen Geschwindigkeitsprofile zur ckgegriffen werden Bei Variante 2 ist das letzte Folgefahrzeug der Kolonne von der Verlangsamung betrof fen Der Kolonnenregler kann mithilfe der errechneten Geschwindigkeitsprofile f r die anstehende Steigungsfahrt entscheiden ob die Kolonnengeschwindigkeit reduziert wird kooperative Kolonnenregelung oder ob die Steuerung des letzten Folgefahr zeugs an den Fahrer zur ckgegeben wird und dieser die Kolonne verl sst Da ein Ko Ionnenaustritt des hinteren Folgefahrzeugs ohne Nutzung weiterer Fahrstreifen um setzbar ist ergeben sich keine weiteren Nachteile f r andere Verkehrsteilnehmer Die Entscheidung in welchen Situation sich die Kolonnenregelung kooperativ verh lt ist davon abh ngig wie stark der Geschwindigkeitsabfall im Vergleich zu den anderen Kolonnenteilnehmer ausf llt wie lang die Steigungsstrecke ist und wie viele Minuten der Zeitverlust betr gt Es ist auch denkbar wirtschaftliche berlegungen in die Ent scheidung mit einzubeziehen Ist es wirklich effizient wenn mehrere Fahrzeuge auf grund eines einzelnen langsamen Fahrzeugs einem Zeitverlust von mehreren Minuten in Kauf nehmen
283. rga ben sichergestellt werden Dies erm glicht die Entwicklung eines sicheren Systems eine hohe Kundenakzeptanz und damit auch eine h here Marktverbreitung Die ge nannten technischen Aspekte werden teilweise in den folgenden Abschnitten detaillier ter betrachtet Es wird f r die folgenden Betrachtungen angenommen dass die Fahr zeuge ber die notwendigen Technologien zur autonomen Kolonnenfahrt verf gen und diese auch rechtlich m glich ist 10 Siehe z B Larburu et al 2010 11 Siehe z B Martens et al 2007 VuV 2013 109 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt 8 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt F r dieses und die folgenden Kapitel wird angenommen dass eine autonome Kolon nenfahrt wie sie in Kapitel 7 1 definiert wurde technisch und rechtlich m glich ist Bei den technischen Aspekten wie z B bei der Fahrzeugkommunikation m ssen i d R Annahmen getroffen werden die an entsprechender Stelle erl utert werden Im Folgenden wird im Hinblick auf die ben tigten Komponentengruppen und deren Zusammenwirken zuerst ein m glicher Systemaufbau vorgestellt Auch die System sicherheit soll kurz beleuchtet werden Anschlie end wird die m gliche Zusammenset zung der Kolonnen betrachtet Dabei wird vor allem auf die Ermittlung des Folgeab stands eingegangen Es werden sowohl homogene als auch innomogene Kolonnen betrachtet also Kolonnen die entweder
284. rgehen und wird hier nicht wieder aufgegriffen Ebenfalls kann die Un terst tzung zum Auffinden einer Fahrzeugkolonne in hnlicher Weise erfolgen Unter schiede ergeben sich haupts chlich dann wenn sich beitretende Kolonnenteilnehmer zwischen anderen Kolonnenteilnehmern einordnen m ssen Generell besteht f r einen neuen Kolonnenteilnehmer die M glichkeit sich am Ende einer Fahrzeugkolonne an der Spitze einer Fahrzeugkolonne oder an einer Position zwischen anderen Fahrzeu gen einzuordnen Ein Kolonnenbeitritt ist f r alle potentiellen Kolonnenteilnehmer je doch ausgeschlossen sofern die maximale Teilnehmerzahl die von der Kolonnenge samtl nge abh ngt siehe Kapitel 8 2 bereits erreicht ist In diesem Fall werden po tentielle Folgefahrzeuge jedoch auch nicht auf die Kolonne hingewiesen F r eine bes sere bersicht und deutlichere Abgrenzung verschiedener Musterf lle werden die denkbaren Handlungsstrategien in Bezug auf den Kolonnenbeitritt in Unterkapiteln skizziert In Kapitel 9 1 2 1 werden verschiedene Varianten f r einen Kolonnenbeitritt genauer betrachtet die sich auf die anderen Kapitel bertragen lassen Daher sollen in diesen Abschnitten lediglich spezifische Besonderheiten erl utert werden 9 1 2 1 Beitritt in eine Kolonne mit Pkw F hrungsfahrzeug Eine Kolonne mit einem Pkw als F hrungsfahrzeug schlie t Busse und Lkw von der Kolonnenteilnahme aus Im Fall einer reinen Pkw Kolonne lassen sich f r den Kolon nenbeit
285. rgestellt Falls nicht anderweitig vermerkt beziehen sich die folgenden Beschreibungen auf die von Winner et al 2012 2 2 2 1 Funktionen und Entwicklungsstufen Spurhaltewarnsysteme Die passiven Spurhaltewarnsysteme LDW sollen den Fahrer vor einem unbeabsichtig ten Verlassen des momentan benutzten Fahrstreifens warnen Die Fahrstreifen werden dabei ber die Fahrstreifenmarkierungen von Bildverarbeitungssystemen erfasst siehe Abschnitt 2 2 2 2 und 3 4 Wird ein bestimmter Abstand zur Fahrstreifenmarkierung unterschritten oder ein definiertes Zeitkriterium verletzt wird eine Warnung an den Fahrer ausgegeben Diese k nnen entweder visuell akustisch haptisch oder in Kom bination erfolgen Wird der Fahrtrichtungsanzeiger bet tigt wird das System kurzfristig deaktiviert da der Fahrer in diesem Fall bewusst den Fahrstreifen wechseln m chte Visuelle Warnungen erfolgen ber eingeblendete Symbole im Kombiinstrument oder im Head up Display HUD Rein visuelle Warnungen sind jedoch in den Situationen nutz los in denen der Fahrer unaufmerksam oder gar eingeschlafen ist Winner et al 2012 S 549 Im Gegensatz dazu sind akustische Warnungen effektiver und ber die i d R im Fahrzeug vorhandenen Lautsprecher relativ einfach umzusetzen Da jedoch auch andere Systeme wie z B ACC auf akustische Warnungen setzen kann eine Identifikation der Warnung schwierig sein Bei rein akustischen Warnungen ist z B das sogenannte Nagelbandra
286. rgiebedarf homogener Lkw bzw Bus Kolonnen im Vergleich zur gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen Bei Lkw reichen diese bei 80 km h von ca 7 5 bis 13 bei zwei bis sechs Fahrzeugen je Kolonne Aufgrund der Beschr nkung der maximalen Kolonnenl nge wurde eine aus sieben Fahrzeugen bestehende Lkw Kolonne nicht betrachtet Bei zwei bis sieben Rei sebussen ist aufgrund der besseren Aerodynamik eine Reduktion von 11 bis 19 5 bei 90 km h m glich Das Einsparpotential bei Pkw Kolonnen liegt bei 9 5 bis 11 gegen ber der gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen In Abbildung 74 ist das Einsparpotential ber der Ge VuV 2013 194 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt schwindigkeit aufgetragen und unabh ngig von der Fahrzeuganzahl da hier eine durchschnittliche Reduktion des cw Werts f r alle Kolonnenfahrzeuge angenommen wurde vgl Abbildung 72 Seite 193 80 90 100 110 120 130 Geschwindigkeit km h d o A 00 O N o 2 v a e 3S D NT zo 5 52 Su En ww 5 5 H Z N a lt En Abbildung 74 Energiebedarf einer homogenen Pkw Kolonne im Vergleich zur gleichen Anzahl an Einzelfahrzeugen Der Energieverbrauch kann mit h heren Geschwindigkeiten anteilig st rker reduziert werden da der Anteil des Luftwiderstandes mit h herer Geschwindigkeit zunimmt und die Verringerung des cw Wertes damit eine gr ere Bedeutung erh lt Au erdem ist das Einsparpotential umso gr er je meh
287. rholman ver sind f r die Kolonne je nach L nge nur unter Umst nden m glich Die Regelung der Kolonnengeschwindigkeit erfolgt bei Beeinflussung durch vorausfahrende Verkehrsteilnehmer durch den Abstandsregeltempomat des F hrungs fahrzeugs Er ist f r ein komfortables Bremsen und Beschleunigen der Kolonne ver antwortlich Bei einer noch h heren Verkehrsst rke ist die Kolonnengeschwindigkeit vollst ndig von den umgebenen Fahrzeugen abh ngig berholman ver sind aufgrund der Verkehrsdichte aber auch aufgrund der sehr hnlichen Geschwindigkeiten auf allen Fahrstreifen nicht mehr sinnvoll beziehungsweise nicht mehr m glich Wann die VuV 2013 150 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt ser gebundene Verkehrszustand vorliegt ist beispielsweise ber die Anzahl der im eigenen Netzwerk befindlichen Fahrzeuge und die ausgetauschten Informationen zur Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge bestimmbar Sobald die Verkehrsdichte weiter zunimmt ist es wichtig die Kolonnengeschwindigkeit nicht nur am direkt vor der Ko Ionne vorausfahrenden Fahrzeug auszurichten sondern mittels C2CC auch Brems und Beschleunigungsman ver weiter vorausfahrender Fahrzeuge zu erfassen So k nnen beispielweise starke Bremsvorg nge mit anschlie enden Beschleunigungs phasen vermieden werden Dies steigert einerseits den Fahrkomfort und bietet ande rerseits Vorteile f r den Spritverbrauch und den Verkehrsfluss vgl Kapitel 10 Um die Ges
288. ritt drei Varianten betrachten e Variante 1 Ein potentieller Kolonnenteilnehmer befindet sich hinter der Fahr zeugkolonne und ordnet sich hinter dem letzten Folgefahrzeug ein VuV 2013 135 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt e Variante 2 Ein potentieller neuer Kolonnenteilnehmer befindet sich vor der Fahrzeugkolonne und ordnet sich beim Kolonnenbeitritt hinter dem F hrungs fahrzeug ein e Variante 3 Ein potentieller neuer Kolonnenteilnehmer befindet sich vor der Fahrzeugkolonne l sst diese aufschlie en und bernimmt die F hrungsaufga be Variante 1 entspricht weitestgehend dem Szenario aus Kapitel 9 1 1 mit dem Unter schied dass sich der neue Kolonnenteilnehmer hinter dem letzten Folgefahrzeug und nicht hinter dem F hrungsfahrzeug positionieren muss um die Steuerung des Fahr zeugs an den Autopiloten zu bergeben In analoger Art und Weise bekommt er auch Informationen zur Position der Kolonne sowie zu Fahrzeugtyp und Fahrzeugfarbe des hinteren Folgefahrzeugs Bei Variante 2 befindet sich der neue Kolonnenteilnehmer zun chst vor der Fahrzeug kolonne Um sich ihr anzuschlie en k nnte er sich von der gesamten Kolonne berho len lassen und sich hinter dem letzten Folgefahrzeug platzieren Um jedoch einen berholvorgang der gesamten Kolonne zu vermeiden bieten sich zwei Handlungsstra tegien an Die erste Strategie sieht dabei vor dass der neue Kolonnenteilnehmer lediglich vom F hrungsfah
289. rpotential quantitativ bewerten zu k nnen Kapitel 10 2 2 10 2 1 Berechnung des Energiebedarfs Der Energiebedarf eines Fahrzeugs ergibt sich n herungsweise aus der Fahrwider standskraft die ber die Strecke integriert wird VuV 2013 190 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt 52 Eg Fwas S1 S2 Eg I g r cos a s sin a s 1 e en 5 cw Axv s ds S1 mit Es Energiebedarf Fw Fahrwiderstandskraft S zur ckgelegter Weg m Fahrzeugmasse Masseverlust durch Spritverbrauch vernachl ssigt g Ortsfaktor 9 81 m s fk Rollwiderstandsbeiwert a Streckensteigung E Drehmassenzuschlag a Fahrzeugbeschleunigung p Luftdichte 1 23 kg m cw Luftwiderstandsbeiwert A Fahrzeugstirnfl che Fahrgeschwindigkeit Windgeschwindigkeit wird vernachl ssigt Details zu den Fahrwiderst nden sind beispielsweise bei Haken 2008 zu finden vgl auch Kapitel 8 2 3 Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wie sie in dieser Arbeit betrachtet werden wird die chemische Energie des Brennstoffes Benzin Diesel oder Gas im Verbrennungsmotor zun chst in thermische und schlie lich in mechanische Energie umgewandelt Nicht ber cksichtigt wird in dieser grundlegenden Betrachtung der Energiebedarf durch weitere Verbraucher im Fahrzeug z B Beleuchtung Klimaan lage Des Weiteren muss ber cksichtigt werden dass bei der Verz gerung der Anteil der Beschleunigungsenergie betragsm ig deutlich gr er sein kann al
290. rschiedenen Eigenschaften von TMC unterscheidet W hrend TMC von ffentlich rechtlichen Rundfunkanstalten ausgestrahlt wird bernehmen private Rundfunksender die Ausstrahlung von TMC Pro Zudem basieren die Verkehrsmeldungen des konven tionellen TMC auf Informationen von Polizei ADAC Staufliegern und weiteren Quellen Anschlie end werden die Informationen in Verkehrszentralen aufbereitet TMC Pro erh lt Informationen aus automatischen Datensensoren sowie aus speziell ausger ste ten Messfahrzeugen Floating Cars bereitet diese bei der Gesellschaft f r Verkehrs daten mbH auf und pr ft sie auf Plausibilit t Die weitestgehend automatische Auswer tung erm glicht es Verkehrsmeldungen sehr viel schneller zu verbreiten Stauenden genauer zu lokalisieren und mithilfe vorliegender historischer Daten Stauprognosen zu geben vgl Connect 2009 und R bke Doerr 2006 TMC Pro erlaubt es Verkehrs teilnehmer zeitnah ber St rungen zu informieren jedoch wird nicht das gesamte Stra ennetz erfasst und die Daten bertragungsraten im Rahmen des Rundfunksignals sind auch hier begrenzt Da in Gefahrensituationen jedoch h ufig eine sofortige War nung gesendet werden muss ist eine Nutzung dieses Informationssystems in der be schriebenen Form f r autonome Fahrzeuge oder autonome Kolonnenfahrten ebenfalls nicht geeignet VuV 2013 74 Fahrzeugkommunikation 5 3 2 Individuelle Nachrichten bermittlung Durch die Nutzung von Floating P
291. rsteilnehmer und der Vielzahl denkbarer Verkehrssituationen z B berholen mehrerer Lkw durch mehrere Lkw nicht immer hinreichend Rechnung getragen werden k nne Ein Versto kann bei deutlicher Behinderung anderer Verkehrsteilnehmer bu geldrechtlich geahndet wer den Dies ist bei der Auslegung eines Systems zur autonomen Kolonnenfahrt speziell f r Lkw und gegebenenfalls Reisebus gef hrte Kolonnen zu ber cksichtigen da hier verst rkt eine Behinderung anderer Verkehrsteilnehmer m glich ist Sofern eine Fahr zeugkolonne als eine Einheit betrachtet wird ist bei einem berholman ver in Ab h ngigkeit der Kolonnenl nge von einem l nger andauernden berholman ver aus zugehen Um die Anforderungen des Urteils in Bezug auf die berholdauer und die Ausnahmeregelungen beachten zu k nnen muss die Kolonnenregelung neben der Geschwindigkeit des zu berholenden Fahrzeugs ber Informationen zu Anzahl der Fahrstreifen sowie zum Verkehrsaufkommen verf gen Um den Fahrer des F hrungs fahrzeugs bei der Einleitung und berwachung des berholvorgangs zu unterst tzen werden die Sensordaten aus der Seitenraum berwachung der Folgefahrzeuge ver kn pft Zudem bietet sich eine berwachung des Verkehrsraums hinter dem letzten Folgefahrzeug an die als eine Art Kolonnenr ckspiegel Anwendung finden kann VuV 2013 162 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Stellvertretend f r alle Kolonnen berholman v
292. rt 6 2 1 KONVOI 6 2 2 SARTRE 62 66 70 70 71 71 72 75 77 80 80 81 84 85 88 89 autonomen 92 92 93 94 96 97 97 98 Teil 2 Umsetzung und Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt auf Autobahnen 7 Anforderungen an die autonome Kolonnenfahrt 7 1 Definitionen 7 22 Gesetzliche Aspekte f r die autonome Kolonnenfahrt 102 103 103 105 VuV 2013 Glossar 7 3 Technische Aspekte f r die autonome Kolonnenfahrt 108 8 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt 110 8 1 System bersicht 110 8 1 1 Systemkomponenten f r die Kolonnenfahrt 110 8 1 2 Wirkkreis der Kolonnenfahrt 112 8 1 3 Systemsicherheit 113 8 2 Zusammensetzung autonomer Fahrzeugkolonnen 115 8 2 1 Definition der betrachteten Fahrzeugtypen 115 8 2 2 Festlegung der maximalen Kolonnenl nge 116 8 2 3 Betrachtung der Beschleunigungs und Verz gerungsf higkeit 117 8 2 4 Betrachtung homogener Kolonnen 123 8 2 5 Betrachtung inhomogener Kolonnen 128 8 2 6 Zusammenfassung zur Kolonnenzusammensetzung 129 9 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt 130 9 1 Interaktion innerhalb der Fahrzeugkolonne 131 9 1 1 Bilden einer Kolonne 131 9 1 2 Beitritt zu einer Kolonne 135 9 1 3 Anpassung einer Kolonne 144 9 1 4 Verlassen einer Kolonne 154 9 1 5 Aufl sen einer Kolonne 157 9 2 Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern 161 9 2 1 Interaktion beim berholen 162 9 2 2 Interaktion bei Hindernissen auf der Fahrbahn 16
293. rte generell h her ausfallen da jeweils alle Fahrzeuge be trachtet wurden also auch die Fahrzeuge die zu Beginn der Simulation eingesetzt wurden und damit eine freie Strecke vorgefunden haben Prozentuale Angaben bezie hen sich jeweils auf den entsprechenden Standardfall 0 0 Zur Verdeutlichung der Auswirkungen wird in den Diagrammen auch der Idealfall 100 100 mit dargestellt Bei Szenario 1 ohne berholverbot bei 2500 Fz h kann die mittlere Pkw Reisegeschwindigkeit mit steigendem Anteil an Lkw Kolonnen geringf gig gesteigert werden bis maximal 6 bei 0 100 Entsprechend kann die mittlere Verlustzeit von Pkw von 227 s auf 172 s reduziert werden Die Verbesserungen bei der mittleren Reisegeschwindigkeit bzw der Verlustzeiten von Lkw bzw Lkw Kolonnen sind ver nachl ssigbar vor allem bedingt durch die Geschwindigkeitsbeschr nkung auf 80 km h Wie zu erwarten hat ein berholverbot f r Lkw positive Auswirkungen auf die Reisegeschwindigkeit bzw die Verlustzeiten von Pkw Es k nnen jedoch keine Ver n derungen mit steigendem Anteil von Lkw Kolonnen festgestellt werden Bedingt durch das berholverbot f r Lkw verschlechtern sich deren Reise bzw Verlustzeit nominell Die nderungen sind jedoch vernachl ssigbar und k nnen auch auf statistische Schwankungen zur ckgef hrt werden Werden nun wie in Szenario 2 festgelegt gleiche Kolonnenanteile betrachtet so erge ben sich deutlichere nderungen als bei Szenario 1 da der
294. rtrichtungsanzeigers k nnten diese Situationen besser klassifiziert werden es besteht dabei jedoch stets ein Konflikt mit der Transparenz dieser zus tz lichen Funktionen siehe auch Kapitel 2 1 1 3 Besonderheiten bei ACC Systemen f r Nutzfahrzeuge Die Grundprinzipien bei ACC Systemen f r Nutzfahrzeuge entsprechend denen bei Pkw es sind jedoch teilweise Anpassungen notwendig da z B die fahrdynamischen Grenzen anders gesetzt werden m ssen Des Weiteren kann beim Bremssystem auch auf Dauerbremsen zur ckgegriffen werden was in der Ansteuerung entsprechend zu ber cksichtigen ist Auch das bei Lkw deutlich h ufiger auftretende Kolonnenfahren muss in der ACC Auslegung ber cksichtigt werden ACC ist ab dem 01 11 2013 f r alle in der EU neu zugelassenen Lkw Modelle Pflichtausstattung EG Verordnung 661 2009 vgl ADAC 2010 ACC f r die autonome Kolonnenfahrt Die vorgestellten FSR ACC Systeme sind bereits vollst ndig f r die autonome L ngs f hrung in einer Kolonne einsetzbar wobei das Bremssystem selbstst ndig die maxi male Bremskraft aufbringen k nnen muss vgl Kapitel 2 1 2 Die Anforderungen eines FSR ACC an die Qualit t der Umfelderfassung vor dem Fahrzeug sind sehr hoch F r die autonome Kolonnenfahrt mit geringen Folgeabst nden w ren diese wesentlich ge ringer da rein theoretisch ein deutlich kleinerer Bereich vor dem Fahrzeug berwacht werden m sste Dadurch w re eine Umfeldsensorik mit einem geringeren Funktion
295. rzeichnis ACE Auto Club Europa 2011 Daten und Fakten Autobahn Unf lle ACE Studie ber Autobahnunf lle online verf gbar bei ACE online unter http www ace online de fileadmin user_uploads Der_Club Presse Archiv Grafiken Pm_95 11_ Autobahnunfaelle ACE Studie pdf heruntergeladen am 23 04 2013 ADAC 2010 Fahrerassistenzsysteme FAS f r mehr Lkw Sicherheit online verf g bar auf der Homepage des ADAC unter http www adac de _mmm pdf tuz_fas_sp_fas_fuer_Lkwsicherheit_0110_49896 pdf heruntergeladen am 28 04 2013 ADAC 2013 Automatischer Notruf mit Standort bermittlung online verf gbar auf der Homepage des ADAC unter http www adac de infotestrat unfall schaeden und panne ecall_gps_notruf default aspx heruntergeladen am 13 05 2013 AMS 2010 BMW Assistenzsysteme Neue Technik zur Unfallvermeidung online verf gbar bei auto motor und sport de unter http www auto motor und sport de bilder bmw assistenzsysteme neue technik zur unfallvermeidung 2785827 html fotoshow_item 1 heruntergeladen am 17 05 2013 Banerjee A W rthner M Tudosie C 2013 Prevision GPS Die Schaltstrategie f r das Getriebesystem Traxon ATZ Automobiltechnische Zeitschrift Heft 06 Juni 2013 115 Jahrgang S 490 493 Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH BASt F83 2012 Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung Berichte der Bundesanstalt f r Stra enwesen Fahrzeugtechnik Heft F83 online ver
296. rzeug berholt wird Anhand der nachfolgenden Abbildungen soll dieser Ablauf genauer erl utert werden Abbildung 49 oben zeigt hierzu einen neuen Kolon nenteilnehmer oranges Fahrzeug der sich bereits f r den Beitritt zu der hinter ihm befindlichen Fahrzeugkolonne gr ne Fahrzeuge entschieden hat Sobald die Fahr zeugkolonne den gesetzlichen Mindestabstand zum neuen Kolonnenteilnehmer er reicht hat wird der Fahrer des orangen Fahrzeugs aufgefordert die Fahrzeugsteue rung an das System zu bergeben Das Spurhaltesystem und die adaptive Geschwin digkeitsregelung sind nun aktiv Gleichzeitig ist das Fahrzeug via C2CC mit den ande ren Fahrzeugen der Kolonne verbunden Dies erm glicht es die weiteren Schritte bis zur vollst ndigen Integration des Fahrzeugs hochautomatisiert durchzuf hren Der Fahrer des orangen Fahrzeugs bleibt dabei in der Verantwortung und muss die Syste me berwachen Durch die C2CC k nnen Informationen zur Geschwindigkeit der Ko Ionne mit dem neuen Kolonnenteilnehmer ausgetauscht werden sodass dieser stets etwas langsamer f hrt und die Kolonne aufschlie en l sst Sofern der linke Fahrstreifen frei ist wechselt das F hrungsfahrzeug anschlie end hochautomatisiert oder je nach System durch Eingreifen des Fahrers nach links um den neuen Kolonnenteilnehmer zu berholen siehe Abbildung 49 Mitte Durch die Kommunikationsm glichkeit ist innerhalb der Kolonne bekannt dass ein Fahrzeugbei tritt von vorn
297. s umfang verwendbar was die Systeme wiederum auch f r Fahrzeuge der Kompakt klasse preislich interessant machen w rde 2 1 1 3 Bedienung und Sicherheitskonzepte Die Bedienung von ACC Systemen sowie die Visualisierung der Informationen sollten m glichst einfach gestaltet sein um den Fahrer nicht zu stark zu fordern Jeder Her steller setzt dabei i d R eigene Bedienkonzepte um F r ACC werden h ufig Lenk stockhebel oder Lenkradtasten verwendet Die Informationen der ACC f r den Fahrer VuV 2013 24 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik werden im Kombiinstrument und oder ber Head Up Displays in der Windschutzschei be aufbereitet dargestellt Hierzu geh ren i d R die aktuelle sowie die eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit die Sollzeitl cke bzw der Folgeabstand und Informationen ber erkannte Zielobjekte Bez glich der Sicherheitskonzepte ist an erster Stelle zu erw hnen dass der Fahrer stets die Verantwortung f r die Fahrzeugf hrung hat vgl Kapitel 7 2 Es muss also sichergestellt werden dass der Fahrer jederzeit das ACC z B durch eine Bet tigung des Bremspedals bersteuern kann Des Weiteren wird vom ACC ein Fail Safe Verhalten gefordert d h dass bei erkannten Fehlern der Sensor deaktiviert und die Aktuatoren Antriebs und Bremssubsysteme nicht mit Sollwerten beaufschlagt wer den d rfen vgl Reif 2010b Da es sich beim ACC um ein sicherheitsrelevantes Sys tem handelt ist eine berwachun
298. s sich selbst organisierendes Netzwerk engl Active Front Steering berlagerungslenkung Definitionen nach BASt F83 2012 e Nicht automatisiert Fahrzeugf hrung durch den Fahrer e Assistiert Fahrer bernimmt dauerhaft entweder die Quer oder die L ngsf hrung des Fahrzeugs berwacht die vom System bernomme ne Aufgabe st ndig und muss die gesamte Fahrzeugf hrung stets wie der bernehmen k nnen e Teilautomatisiert Quer und L ngsf hrung durch das System Fahrer berwacht das System dauerhaft und muss die Fahrzeugf hrung stets wieder bernehmen k nnen e Hochautomatisiert Quer und L ngsf hrung durch das System keine dauerhafte berwachung durch den Fahrer notwendig und bernahme der Fahrzeugf hrung erst mit ausreichender Zeitreserve e Vollautomatisiert vollst ndige Quer und L ngsf hrung durch das Sys tem keine berwachung durch den Fahrer notwendig und bernahme der Fahrzeugf hrung erst mit ausreichender Zeitreserve ohne Fahrerreaktion stellt das System selbstst ndig den risikominimalen Zu stand her Antriebs Schlupf Regelung f r bessere Fahrstabilit t im Antriebsfall Bremsassistent baut bei einer Panikbremsung selbstst ndig den maximalen Bremsdruck auf unter Ber cksichtigung der ABS Regelung engl Car to Car Communication Kommunikation zwischen Fahrzeugen engl Car to Infrastructure Communication Kommunikation zwischen Fahr zeugen und Infrastruktureinrichtungen
299. s der Anspruchsteller den Fehlernachweis f hren und den Zusammenhang mit dem entstan denen Schaden aufzeigen vgl BASt F83 2012 Zus tzlich kann sich der Hersteller durch entsprechende Hinweise und Instruktionen z B in einer Bedienungsanleitung absichern Bei Fahrerassistenzsystemen die der Fahrer nach wie vor berwachen und jederzeit bersteuern k nnen muss ist die Instruktion des Fahrers durch den Fahr zeugherstellers daher besonders wichtig Eine Instruktion ist jedoch auch bei hoch und vollautomatisierten Fahrzeugen zwingend notwendig Bei den hoch und vollautomatisierten Fahrzeugen wird auch vorausgesetzt dass der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr berwachen muss Die bernahme der Fahrzeug steuerung durch den Fahrer erfolgt erst nach einer gewissen zeitlichen Verz gerung weshalb die hoch und vollautomatisierten Systeme so ausgelegt sein m ssen dass sie alle Situationen bew ltigen k nnen BASt F83 2012 Bei der vollautomatisierten Fahrt w rde also vordergr ndig der Hersteller haften Ausnahmen sind hier jedoch die F lle und Situationen die durch andere Verkehrsteilnehmer entstehen da sich ein Verkehrsteilnehmer nach heutigem Recht ebenfalls nicht auf das Fehlverhalten ande rer Verkehrsteilnehmer einstellen muss In diesem Fall liegt also nicht zwingend ein Produktfehler vor vgl ebenfalls BASt F83 2012 Eine weitere Ausnahme stellt der bereits erw hnte Nothalteassistent dar der aufgrund seiner Eigenschaften produkth
300. s der des Roll widerstandes und der Term dadurch negativ wird Dies entspricht einer Energier ck gewinnung Vereinfachend werden daher negative Fahrwiderstandskr fte auf den Wert Null gesetzt 10 2 1 1 Reduktion des Luftwiderstands Wie eingangs bereits erw hnt kann der Energiebedarf durch einen kleineren Luftwi derstandsbeiwert cw der Kolonnenfahrzeuge verringert werden Ursache hierf r sind die aerodynamischen Interferenzerscheinungen bei denen sich die Umstr mung der betrachteten K rper gegenseitig beeinflusst In Bezug auf hintereinander fahrende Fahrzeuge wird auch meist der Begriff Windschatteneffekt verwendet VuV 2013 191 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Die Interferenzerscheinungen sind stark abh ngig von den betrachteten K rpern de ren Anzahl und deren Folgeabst nde Abbildung 71 cw Wert beim Windschattenfahren bezogen auf c Solofahrzeug 0 05 TG 45 2 Folgeabstand a bezogen auf Fahrzeugl nge o N c Re ge S un ee ke z kes o e Z p D pus tw k E al m oO li z 2 o o N ked 4 S e N o pei e J o Abbildung 71 Einfluss des Folgeabstands auf den cw Wert von Pkw in Abh ngigkeit vom Folgeabstand oben und der Fahrzeuganzahl unten Hucho 1999 S 192 und S 193 Eine bei Hucho 1999 aufgef hrt Untersuchung f r jeweils identische Fahrzeuge zeigt dass diese unterschiedlich stark
301. s zwischen Handlungen des F hrungsfahrzeugs und zwischen Handlungen der Folgefahrzeuge unterschieden Ferner flie en die verschiedenen M glichkeiten der Kolonnenzusammensetzung in die berlegungen mit ein 9 1 Interaktion innerhalb der Fahrzeugkolonne 9 1 1 Bilden einer Kolonne Um eine Kolonne bilden zu k nnen sind ein F hrungsfahrzeug und mindestens ein Folgefahrzeug notwendig In diesem Kapitel soll zun chst die Situation betrachtet wer den in der ein potentielles F hrungsfahrzeug seine Bereitschaft zur Kolonnenbildung anmeldet und sich daraufhin das erste Folgefahrzeug anschlie t Der Ausgangszustand ist eine gew hnliche Verkehrssituation auf einer Autobahn oder autobahn hnlichen Stra e bei der alle Fahrzeuge im nicht gekoppelten Zustand sind Der Fahrer eines potentiellen F hrungsfahrzeugs kann ber das HMI die Bereitschaft zur Kolonnenbildung signalisieren und seine Wunschgeschwindigkeit einstellen Diese Geschwindigkeit muss im Rahmen der f r Kolonnen gesetzten Geschwindigkeitsbe schr nkungen liegen siehe Kapitel 8 2 und darf die aktuelle Geschwindigkeitsbegren zung nicht berschreiten Die Fahrerassistenzsysteme zur L ngs und Querf hrung unterst tzen den Fahrer des potentiellen F hrungsfahrzeugs nach der Anmeldung sei ner F hrungsbereitschaft sp testens von nun an bei der Einhaltung der Geschwindig keit und bei der Spurf hrung Die Bereitschaft zur Kolonnenf hrung kann mittels C2CC via WLAN an andere poten
302. schaft Die L ngs und Querf hrung der Folgefahrzeuge einer Kolonne werden mindestens als hochautomatisiert betrachtet Die hierf r notwendigen technischen Systeme sind in Form verschiedener Fahrerassistenzsysteme bereits verf gbar oder kurz vor der Se rieneinf hrung F r die elektronische Kopplung der Kolonnenfahrzeuge wird die Fahr zeugkommunikation verwendet Ein hersteller bergreifender bertragungsstandard auf WLAN Basis befindet sich derzeit in der Serienentwicklung W hrend auf der techni schen Seite vor allem noch Themen wie Standardisierung und Systemabsicherung bearbeitet werden m ssen sind auf der rechtlichen Seite noch prinzipielle Aspekte zum automatisierten Fahren sowie zur Haftung bei Unf llen zu kl ren Neben der Betrachtung der technischen Komponenten in Form bereits verf gbarer oder in Entwicklung befindlicher Assistenzsysteme werden grundlegende berlegun gen zur autonomen Kolonnenfahrt vorgestellt Hierzu geh ren u a die Ermittlung des Folgeabstands der gekoppelten Kolonnenfahrzeuge sowie verschiedene Handlungs strategien f r Interaktionen innerhalb der Fahrzeugkolonnen und Interkationen mit an deren nicht gebundenen Verkehrsteilnehmern VuV 2013 2 Zusammenfassung Abstract This research paper presents a system for autonomous driving in platoons on motor ways A platoon consists of a leading vehicle and at least one following vehicle The vehicles are electronically coupled by Car to Car Com
303. sches Taschenbuch 26 Auflage Friedr Vieweg amp Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden Robert Bosch GmbH 2011 ESP Pflicht f r neue Automodelle Schleuderschutz wird zu Serienausstattung online verf gbar bei Bosch Media Service unter http www bosch presse de presseforum details htm txtID 5412 heruntergela den am 28 04 2013 Robinson T Chan E Coelingh E 2010 Operating Platoons On Public Motorways An Introduction To The SARRTE Platooning Programme online verf gbar auf der SARTRE Projekthomepage unter http www sartre project eu en publications Documents SARTRE_Overview_Final_Paper_ITS_World_Congress_2010 pdf heruntegeladen am 11 05 2013 R bke Doerr P 2006 Staumelder Die Unterschiede zwischen TMC und TMC Pro online verf gbar bei Heise unter http www heise de mobil artikel Die Unterschiede zwischen TMC und TMCpro 223283 html heruntergeladen am 14 05 2013 SARTRE 2013 Press Image gallery online verf gbar auf der SARTRE Projektnomepage unter http www sartre project eu en press imagegallery Pub lishinglmages 03 20SARTRE jpg heruntergeladen am 19 05 2013 VuV 2013 216 Verzeichnisse Sautter U 2012 Lkw Unfall auf der A8 Wieder Unfall mit Testfahrer Artikel ver f fentlich am 27 06 2012 online verf gbar bei der S dwestpresse unter http www swp de goeppingen lokales voralb Lkw Unfall auf A8 Wieder Unfall mit Testfahrer art5775 1518666 heruntergeladen am 28 05 2013 S
304. schwieri gen Umgebungsbedingungen wie Nebel oder Gischt Durch die Kombination zweier oder mehrerer verschiedener Sensorkonzepte z B Radar und Bildverarbeitung oder Nah und Fernbereichsradar k nnen deren Vorteile zusammengef hrt werden Winner et al 2012 Informationen zum 6D Vision System siehe http www 6d vision de zuletzt abgerufen am 08 05 2013 weitere Literatur zu den genannten Techniken ist z B bei Winner et al 2012 sowie Reif 2010b zu finden VuV 2013 56 Sensorik f r die Umfelderfassung F r Fahrerassistenzsysteme spielt vor allem die Detektion Vorhandensein eines Ob jekts sowie das Tracking Ermittlung von Position und Geschwindigkeit eines Objekts und Klassifizierung Zuordnung eines Objekts z B Fahrzeug Person Geb ude eine gro e Rolle Diese verschiedenen Anforderungen kann durch Datenfusion mehrerer Umfeldsensoren besser entsprochen werden wie bei Winner et al 2012 aufgef hrt wird So k nnen G te und Robustheit der Objektsch tzungen verbessert werden da die verschiedenen Sensoren redundante sowie sich erg nzende Informationen ber dasselbe Objekt liefern Nachteilig ist jedoch die zunehmende Komplexit t des Ge samtsystems was sich auch auf die Kosten auswirkt F r die Kolonnenfahrt wird die Datenfusion verschiedener Umfeldsensoren eine wichti ge Rolle spielen Dabei werden f r die L ngsf hrung der einzelnen Fahrzeuge exakte und vor allem auch hochdynamische Informat
305. se eine Geschwindigkeitsanpassung oder falls m glich einen Fahrstreifenwechsel vorschlagen Um auch Fahrzeuge ohne Kommunikationsm glichkeit zu erfassen k nnte auf Detek toren in der Zufahrt des Einf delstreifens zur ckgegriffen werden die ihre Daten via C2IC an die heranfahrende Kolonne senden Alternativ k nnen mit Lichtsignalanlagen gesteuerte Zuflussdosierungsanlagen zum Einsatz kommen die die Einfahrt auf die Autobahn sperren sobald sich eine Fahrzeugkolonne n hert Eine fl chendeckende Umsetzung von Infrastrukturma nahmen an tausenden europ ischen Autobahnein fahrten darf jedoch angezweifelt werden Sobald sich ein Fahrzeug ohne Kommunika tionsm glichkeit auf dem Einf delstreifen befindet kann es auch von der Umfeldsenso rik des F hrungsfahrzeugs erfasst werden Jedoch ist dann nur eine kurzfristige und gegebenenfalls nicht optimale Anpassung der Kolonne m glich Eine Vergr erung der Fahrzeugfolgeabst nde beziehungsweise eine kurzfristige Unterteilung der Fahrzeug kolonne in Teilkolonnen bereits vor Erreichen des Einf delstreifens k nnte hier f r Ab hilfe sorgen birgt jedoch die Gefahr dass sich andere Verkehrsteilnehmer in diese L cken einordnen Daher ist eine intelligente Regelung zu entwerfen so dass die L cke f r die einfahrenden Fahrzeuge nur im Bereich des Einf delstreifens in ausrei chender Gr e vorhanden ist Sofern kein Fahrstreifenwechsel nach links m glich ist sind weitere Strategien
306. sf hige Fahrzeuge bermittelt Zu dem k nnen die Informationen ber im Fahrzeug vorhandene Mobilfunkmodule an VuV 2013 148 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Verkehrsleitzentralen gesendet werden worauf die Meldung in die Verkehrsnachrich ten aufgenommen sowie mit dem Radio oder Mobilfunksignal an andere Verkehrsteil nehmer ohne C2CC bermittelt wird siehe Kapitel 5 3 Gefahr durch N sse besteht haupts chlich dann wenn Wasser auf der Fahrbahnober fl che nicht mehr abflie t wodurch es zum Aufschwimmen der Reifen Aquaplaning kommen kann Da an den betroffenen Reifen weder L ngs noch Querkr fte bertra gen werden k nnen ist das Fahrzeug nicht mehr steuerbar und dieser Zustand somit unbedingt zu vermeiden Die Gefahr des Aufschwimmens ist stark geschwindigkeits abh ngig so dass die Fahrzeugkolonne lediglich vorab ihre Geschwindigkeit anpassen muss Die Fahrzeugfolgeabst nde sollten vergr ert werden da sich die Bremswege der Kolonnenteilnehmer bei N sse deutlich unterscheiden k nnen Verantwortlich hier f r sind einerseits der Zustand des Reifens in Form der Profiltiefe sowie dessen sonsti gen N sseeigenschaften vgl Haken 2008 und andererseits das Fahrzeuggewicht Ein Pkw beginnt daher bei gleicher Geschwindigkeit aufgrund seines geringeren Ge wichts weitaus fr her aufzuschwimmen als ein Lkw Erreicht die Fahrzeugkolonne eine Meldung zu Schnee oder Eisgl tte so ist die Ko
307. sfahrenden Fahrzeugs ab Hierf r ist wie bereits erw hnt eine Umfeldsensorik notwendig Die besonderen Anforderungen an die Umfeldsensorik f r ACC Systeme werden in diesem Abschnitt betrachtet die Grundprinzipien der Umfeldsensorik werden in Kapitel 3 erkl rt ACC Regelung Da die Umsetzung der vom ACC vorgegebenen Sollbeschleunigungen nun in ihren Grundz gen bekannt ist stellt sich die Frage wie das ACC System die Sollbeschleu nigung ermittelt Die ACC Regelung besteht aus insgesamt drei Regelmodulen die f r die in Abschnitt 2 1 1 1 beschriebenen Funktionen verantwortlich sind Bosch 2007 die Fahrgeschwindigkeitsregelung Freifahrtregelung die Folgeregelung Abstandsre gelung sowie der die Regelung bei Kurvenfahrt siehe auch Abbildung 3 Wird von der Umfeldsensorik kein vorausfahrendes Fahrzeug erfasst wird vom ACC die vom Fahrer eingestellte Sollgeschwindigkeit eingeregelt Bosch 2007 Bei einem von der Umfeldsensorik erkannten vorausfahrenden Fahrzeug wird zur Folgeregelung gewechselt Dabei wird nicht der r umliche sondern der zeitliche Abstand Zeitl cke zum vorausfahrenden Fahrzeug geregelt Bosch 2007 Die Definition der Zeitl cke basiert auf der berlegung dass ein sich aus der Reaktionszeit ergebender Relativweg ausreichend ist um eine Kollision mit dem vorausfahrenden Fahrzeug zu vermeiden Dabei wird eine mindestens gleichwertige Verz gerungsf higkeit vorausgesetzt vgl Winner et al 2012 In der
308. sierung ist im Vergleich zu einem einzeln fahrenden vollautomatisierten Fahrzeug vergleichsweise einfach da die Kolonnenteilnehmer sich lediglich der Kolonne anschlie en und dem F hrungsfahr zeug automatisiert folgen m ssen Da das System vollst ndig kompatibel zu Fahrzeu gen ist die sich konventionell fortbewegen ndert sich f r Fahrzeuge die nicht an der autonomen Kolonnenfahrt teilnehmen m chten beziehungsweise die nicht ber die technischen M glichkeiten hierf r verf gen kaum etwas Um jedoch Konflikte an Ein und Ausfahrten zu vermeiden soll die maximale Teilnehmerzahl auf 15 Folgefahrzeu ge begrenzt werden Auf die Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmern wird auch in Kapitel 9 2 eingegangen F r eine Zulassung des Systems m ssen technische Fehler praktisch ausgeschlossen sein Hierf r bietet der Einsatz redundanter Systeme L sungsm glichkeiten Der Fahr betrieb in der Fahrzeugkolonne muss auch bei Notbremsungen oder pl tzlichen Aus weichman vern zuverl ssig funktionieren Eine weitere Herausforderung stellt die R ckgabe der autonomen Fahrzeugf hrung an den Fahrer dar Sollte die Kolonne auf gel st werden oder tritt ein Fehler auf muss der Fahrer gewarnt und wieder aktiviert werden um die Fahrzeugf hrung zu bernehmen Verschiedene L sungsans tze hier f r werden derzeit entwickelt Sie befinden sich aber noch nicht in einem serienreifen Zustand vgl Pudenz 2012a Goppelt 2012 Robinson et al 20
309. sierungsm glichkeiten somit auch auf innerst dtischen Stra en und kleineren Nebenstra en gegeben sein sollen Der sogenannte TPEG Standard Transportation Protocol Experts Group wird neben ausf hrlichen Verkehrsmeldungen u a auch Informationen zu Parkst nden und einen Wetterservice beinhalten vgl IRT 2013 Die M glichkeit hierf r schafft die bertragung via DAB Digital Audio Broadcasting digitaler bertragungsstandard f r den Empfang von Digitalradio mit einer Datenrate von bis zu 1 5 Mbit s oder aber ber WLAN vgl Winner et al 2012 F r die Verkehrsinformation erlaubt es TPEG jeden Verkehrspunkt in einer digitalen Karte genau zu lokalisieren und Verkehrsereignisse detaillierter zu beschreiben vgl IRT 2013 W hrend TMC die Lokalisierung eines Staus nur ber die nahegelegenen Autobahnanschlussstellen definieren kann k nnen die Position und L nge des Staus mit TPEG exakter bestimmt werden Die ARD strahlt TPEG inzwischen aus und es wird erwartet dass noch im Jahr 2013 erste Navigati onsger te angeboten werden die diese Daten verarbeiten k nnen vgl M bius 2013 Um Verkehrsmeldungen detailliert und mit genauen Ortsangaben zu bertragen bietet TPEG bereits eine gute M glichkeit um Informationen in das Fahrzeug zu bringen und Verkehrsteilnehmer gezielt warnen zu k nnen Jedoch ist eine hohe Datenaktualit t sicherzustellen TMC Pro ist ein weiterer Dienst zur bermittlung von Verkehrsmeldungen der sich in ve
310. sitionsbestimmung von Na vigationssystemen erfolgt heute in der Regel ber das Satellitenortungssystem GPS Eine Positionsbestimmung mittels GPS ist weltweit m glich 24 zusammenwirkende Satelliten bilden hierf r ein Netz und umkreisen die Erde in etwa 20 000 km H he auf sechs verschiedenen Umlaufbahnen siehe Abbildung 22 Ein Umlauf eines Satelliten um die Erde dauert 12 Stunden Die Satelliten sind derart ber den Horizont verteilt dass an jedem Punkt der Erde stets mindestens vier Satelliten sichtbar sind Jeder Satellit sendet dabei 50 mal pro Sekunde Positions Identifikations und hochgenaue Zeitsignale aus Die gesendeten Signale treffen bei einem GPS Empf nger auf der Erdoberfl che aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten zeitversetzt ein Mit den ge sendeten Informationen und dem Zeitversatz wird mithilfe des Trilaterationsverfahrens die Position des Empf ngers berechnet Abbildung 22 Satellitenortungssystem GPS Reif 2010b S 193 Abbildung 23 zeigt dieses Vorgehen in einer vereinfachten zweidimensionalen Darstel lung Die Position der Satelliten und die gemessen Laufzeiten t und t sind bekannt Die Schnittpunkte A und B der beiden Kreise sind m gliche Positionen des Empf n gers Aus Plausibilit tsgr nden resultiert Punkt A als Position des GPS Empf ngers In der Realit t bewegen sich Erde und Satelliten jedoch in einem dreidimensionalen Raum sodass f r eine zweidimensionale Positionsbestimmung geographisch
311. sonstige Fahrzeuge k nnen ebenfalls an den Kolonnenregler sowie das HMI bermittelt werden 8 1 3 Systemsicherheit Das allgemeine Risiko bzw die Gefahren durch automatisierte Fahrsysteme in allen Funktionsstufen d rfen f r die betroffenen Verkehrsteilnehmer nicht h her sein als das im aktuellen Zustand ohne diese Systeme vorhandene Gefahren bzw Risikoniveau Winner et al 2012 Dies muss auch f r die rechtliche Zulassung durch anerkannte Methoden nachgewiesen werden was laut Winner et al 2012 mitunter die gr te Herausforderung f r die Zulassung von autonom agierenden Assistenzsystemen ist vgl Abschnitt 7 2 Durch die bisher bekannten Testmethoden Dauerlauf etc ist dies VuV 2013 113 System bersicht und Zusammensetzung der autonomen Kolonnenfahrt jedoch nicht wirtschaftlich nachweisbar weshalb hier neue Methoden und Verfahren entwickelt werden m ssen vgl Abschnitt 7 3 Relevanz hat in diesem Zusammenhang auch die Ausfallsicherheit des Gesamtsys tems Bei den mechanischen elektro mechanischen und elektrohydraulischen Sub Systemen bzw Komponenten ist diese zulassungsbedingt bereits gegeben z B Zwei kreisbremsanlage und andere R ckfallebenen vgl Kapitel 2 Da f r die Kolonnenfahrt ein bergeordnetes elektronisches System verwendet wird muss hier speziell die funk tionale Sicherheit betrachtet werden Um dieser gerecht zu werden m ssen zahlrei che Normen ber cksichtigt werden wobei f r
312. sst sich dagegen vom F hrungsfahrzeug berho len und ordnet sich somit zwischen dem F hrungsfahrzeug und dem dahinterliegenden Folgefahrzeug ein siehe Abbildung 49 VuV 2013 139 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt 9 1 2 2 Beitritt in eine Kolonne mit Lkw F hrungsfahrzeug Eine Fahrzeugkolonne mit einem Lastkraftwagen als F hrungsfahrzeug erlaubt die Aufnahme von Pkw Lkw und Reisebussen als neue Kolonnenteilnehmer Zun chst sollen die M glichkeiten des Kolonnenbeitritts f r einen Pkw betrachtet wer den Hierbei muss zwischen zwei grunds tzlichen Varianten unterschieden werden N hert sich der neue Kolonnenteilnehmer von hinten so positioniert er sich hinter dem letzten Folgefahrzeug der Kolonne Wird der neue Kolonnenteilnehmer jedoch von der Kolonne eingeholt so muss er vom F hrungsfahrzeug Lkw zun chst berholt werden um der Kolonne vollst ndig beizutreten analog Abbildung 49 auf Seite 137 Eine Besonderheit ergibt sich wenn dem F hrungsfahrzeug mindestens ein weiterer Lkw oder Reisebus folgen siehe Abbildung 51 Da sich ein Pkw in einer Fahrzeugko lonne nicht vor einem Lkw oder einem Bus befinden darf m ssen alle Lkw und Busse der Fahrzeugkolonne den Pkw berholen Abbildung 51 zeigt dies f r ein Beispiel mit zwei Lastkraftwagen Der Kolonnenregler muss dabei klar definieren welche Fahrzeu ge dem F hrungsfahrzeug auf den linken Fahrstreifen folgen Inwiefern dieses Fahr man ver hocha
313. st tzung verschiedenste Zusatz Assistenzfunktionen umgesetzt werden Auf Fahrzeugebene sind hier unter anderem der Parklenkassistent eine fahrdynami sche Lenkmomentempfehlung sowie die sp ter betrachteten Spurf hrungs und Spur wechselsysteme zu nennen vgl Pfeffer amp Harrer 2011 Die EPS Lenksysteme bilden VuV 2013 36 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik vor allem auch aus regelungstechnischer Sicht die technische Grundlage f r die Quer f hrung der verschiedenen Automatisierungsgrade Lenks ule Momentensensor ECU BLDC Motor Kugelgewindetrieb__ N Drehstab p a l l I I I Zahnstange Riemenscheibe Ritzel N Systemgrenze Abbildung 10 Prinzipieller Systemaufbau einer achsparallelen elektromechanischen Servolenkung Pfeffer amp Harrer 2011 S 157 berlagerungslenkung Bei konventionellen Lenkungen ist die Lenk bersetzung weitestgehend konstant Es k nnen lediglich kleine nderungen durch angepasste W lzkreisdurchmesser an der Zahnstange erzielt werden Daher ist bei der Lenk bersetzung stets ein Kompromiss zwischen einer direkten Lenkung und geringen Lenkkr ften z B beim Parkieren zu finden Bei der sogenannten berlagerungs bzw Aktivlenkung AFS engl Active Front Steering kann die bersetzung aktiv dynamisch angepasst werden Dadurch k nnen die Lenkeigenschaften z B in Abh ngigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel ver ndert werd
314. sten Situationen zuerst die Aufmerksamkeit des Fahrers erregt ihm die Situation dann erkl rt und er anschlie end unterst tzt werden Die Warnungen k nnen dabei entweder akustisch ber Warnt ne optisch ber Informationen im Kombiinstru ment Head up Display HUD oder haptisch z B durch einen Bremsruck oder ein ein gepr gtes Lenkmoment erfolgen Kombinationen sind ebenfalls m glich bzw sogar sinnvoll Die Warnsysteme werden auch unter dem Fachbegriff Collision Warning ge f hrt F r Beschreibungen zur zeitlichen Abfolge der Warnsysteme sowie zur Ausf h rung der Warnung wird auf die verwendete Literatur verwiesen Folgt auf die genannten Warnstufen keine Reaktion des Fahrers Ausweichen oder Bremsen so kommt die Notman ver Strategie zum Einsatz Damit soll kurz vor dem prognostizierten Unfall dieser nach M glichkeit noch aktiv verhindert bzw dessen Fol gen minimiert werden sog Collision Mitigation Systeme Generell kann der Fahrer bei kritischen Situationen im L ngsverkehr entweder dem Hindernis Ausweichen oder vor diesem Anhalten Bei Ausweichvorg ngen k nnte die Situation durch autonome Lenk impulse entsch rft werden wenn dabei weitere Folgeunf lle z B Frontalzusammen sto mit dem Gegenverkehr ausgeschlossen werden k nnen Eine Umsetzung schei tert bisher jedoch an der notwendigen Umfeldsensorik Im Gegensatz dazu sind auto nome Notbremssysteme bereits verf gbar wobei diese aufgrund der aktuellen Ge setzgebung
315. sverm gen und den Ruck in den verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gestellt ACC kann auch auf kurvigen Strecken eingesetzt werden dabei sind diverse Punkte zu beachten wie sie bei Reif 2010b beschrieben werden Die L ngsbeschleunigung im Kurvenbereich darf nicht zu stark ausfallen da das ACC als Komfortsystem ausge legt ist Bei zu schneller Kurvenfahrt muss ACC die Geschwindigkeit selbstst ndig ver ringern Au erdem muss verhindert werden dass bei Folgefahrt das ACC zu stark be schleunigt wenn das vorausfahrende Fahrzeug z B in einer engen Kurve aus dem Erfassungsbereich des Umfeldsensors herausf hrt hier muss generell die m gliche Beschleunigung an die Sichtweite des Umfeldsensors angepasst werden Details hier zu werden in Kapitel 2 1 1 2 erkl rt 2 1 1 2 Funktionsweise und Systemaufbau Grundstruktur und Stellglieder Die Grundstruktur und Komponenten eines ACC Systems sind in Abbildung 3 zu se hen ACC ist kein selbstst ndiges System sondern vernetzt verschiedene Partnersys teme ber das Steuerger tenetzwerk CAN Controller Area Network Zu den Partner systemen geh ren die Motor und Getriebesteuerung der Fahrdynamikregler im Bild mit ESP bezeichnet siehe hierzu auch Abschnitt 2 1 2 sowie die in Abbildung 3 nicht VuV 2013 19 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik dargestellten Bedienelemente und das Kombiinstrument Reif 2010b Auf die Abbil dung wird im weiteren Verlauf noch
316. szentralen erhalten aus den ge sendeten Informationen der Fahrzeuge bessere Verkehrsdaten die eine effizi entere Steuerung des Verkehrs erm glichen e Service Anbieter mit der technischen Ausstattung um an der Fahrzeugkommu nikation teilzunehmen k nnen ebenfalls Informationen senden und empfangen z B Tankstellen Werkst tten VuV 2013 85 Fahrzeugkommunikation Generell lassen sich bei der Fahrzeugkommunikation auch drei verschiedene Anwen dungsszenarien unterscheiden Sicherheitsanwendungen die beispielsweise vor Stra Bengl tte oder Gegenst nden auf der Fahrbahn warnen Verkehrsanwendungen zur Verbesserung des Verkehrsflusses und zuletzt Infotainment oder Serviceanwendun gen Sicherheitsanwendungen haben zum Ziel die aktive Sicherheit zu steigern d h das Entstehen gef hrlicher Situationen m glichst vollst ndig zu vermeiden Typische Gr nde f r Auffahrunf lle sind beispielsweise abgelenkte Fahrer oder ein zu geringer Sicherheitsabstand der ein rechtzeitiges Bremsen nicht mehr m glich macht Da durch die Fahrzeugkommunikation st ndig Daten zu Position Geschwindigkeit und Fahrtrich tung der Fahrzeuge aus dem eigenen Umfeld vorliegen kann der Fahrer gewarnt wer den sobald beim vorausfahrenden Fahrzeug starkes Bremsen festgestellt wird Ein Datenaustausch zwischen Fahrzeugen ist auch denkbar wenn eine Kollision nicht mehr zu vermeiden ist In diesem Fall lassen sich Daten zur genauen Fahrzeugposition und z
317. t 1958 wurde ebenfalls von Chrysler erstmalig eine Geschwindigkeitsregelanlage unter der Bezeichnung Cruise Control angeboten Viehmann 2010 In Europa wurde die Geschwindigkeits regelanlage 1962 unter dem in Deutschland gebr uchlichen Namen Tempomat von Mercedes Benz eingef hrt Viehmann 2010 Moderne Systeme wie z B diverse ACC Entwicklungsstufen ACC engl Adaptive Cruise Control adaptive Geschwindig keitsregelanlage bzw Abstandsregeltempomat k nnen die L ngsf hrung auch voll st ndig durchf hren der Fahrer ist jedoch nach wie vor f r die Fahrzeugf hrung ver antwortlich Bosch 2007 Systeme wie ACC haben ihren Ursprung in Forschungspro jekten wie dem europ ischen Projekt PROMETHEUS Programme for a European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety 1986 1994 vgl Winner et al 2012 und Wiehen 2013 das vor allem die Entwicklung der Funktionalit ten und der Umfeldsensorik beeinflusste Statistiken zeigen dass auf Autobahnen eine nicht an die Situationen angepasste Ge schwindigkeitswahl sowie nicht ausreichende Folgeabst nde zu den h ufigsten Unfall ursachen z hlen 39 7 bzw 28 0 aller Autobahnunf lle in Deutschland nach ACE 2011 Fahrerassistenzsysteme wie ACC z hlen zwar zu den aktiven Komfortsyste men haben jedoch auch Auswirkungen auf die Sicherheit und damit auch das Poten zial die Zahl der Unf lle durch z B zu geringe Folgeabst nde zu verringern Im Fol genden
318. t entsprechenden passiven Sicher heitssystemen erreicht werden Ein Schritt um diese Ziele zu erreichen ist die ab 2013 von der EU vorgeschriebenen Ausstattungspflicht bestimmter Nutzfahrzeuge mit Notbrems und Spurhaltewarnsysteme und die ESC Ausr stungspflicht f r alle EU Neufahrzeuge ab Oktober 2014 Die in diesem Kapitel vorgestellten bereits verf gbaren bzw in der Entwicklung befind lich Fahrerassistenzsysteme und Kooperationskonzepte zwischen Fahrer und Fahr zeug sind wichtige Meilensteine auf dem langen Weg zum vollautomatisierten Fahren Das hoch und vollautomatisierte Fahren wird im Rahmen verschiedener Forschungs projekte seit geraumer Zeit entwickelt und erprobt Auf eine Auswahl aktueller Projekte wird in Kapitel 6 eingegangen VuV 2013 51 Sensorik f r die Umfelderfassung 3 Sensorik f r die Umfelderfassung F r die Umsetzung der in Kapitel 2 beschriebenen Assistenzsysteme werden Informa tionen ber die Fahrzeugumgebung ben tigt ebenso f r eine elektronisch gebunde ne Kolonnenfahrt Die Erfassung der Fahrzeugumgebung erfolgt durch die sogenann te Umfeldsensorik Die damit zu erfassenden Bereiche um das eigene Fahrzeug wer den in Abschnitt 3 1 aufgezeigt Anschlie end werden die einzelnen Sensortechniken vorgestellt 3 1 Erfassungsbereiche der Umfeldsensorik Der zu erfassende Bereich um das Egofahrzeug kann grob in einen Nah und Fernbe reich eingeteilt werden Bei Reif 2010b werden diese
319. t zur Fahrzeugverz gerung wird an das ESP Steuerger t Abbildung 3 weiter gegeben und dort umgesetzt Aufgrund der Zielsetzungen bzgl des Komforts werden an den Bremskraftaufbau und die Stelldynamik hohe Anforderungen gestellt auf die hier jedoch nicht weiter eingegangen wird Die technischen Voraussetzungen bzw Umsetzungen zum Bremssystem werden im Abschnitt 2 1 2 betrachtet Wie bereits erw hnt gibt ACC dem Antriebssubsystem lediglich die Sollbeschleuni gung vor und berl sst diesem wie die notwendigen Momente eingestellt werden Es kann entweder das Motormoment angepasst werden oder bei automatisierten Getrie ben die Getriebe bersetzung siehe auch Abbildung 3 Dabei werden wie beim Bremskraftaufbau hohe Anforderungen an die Regelung gestellt um alle relevanten VuV 2013 20 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Fahrsituationen komfortabel abdecken zu k nnen Bei Fahrzeugen mit Handschaltge trieben kann lediglich das Motormoment vorgegeben werden der Fahrer erh lt jedoch bei Bedarf Schalthinweise Kommt der Fahrer diesen nicht nach kann die Motorsteue rung die ACC Funktion deaktivieren um ein Abw rgen des Motors zu vermeiden Da die notwendigen Stellglieder elektronisch geregeltes Antriebssystem sowie ein regelbares Bremssystem mit aktivem Bremskraftaufbau i d R in modernen Fahrzeu gen vorhanden sind h ngt die ACC Funktion von der Kenntnis des eigenen Bewe gungszustands sowie der Bewegung des vorau
320. tdauern f r das Aufl sen der Kolonne verhalten sich analog zu den zur ckgelegten Wegstre cken Das Aufl sen einer Fahrzeugkolonne aus zwei Kolonnenteilnehmern dauert etwa 40 s w hrend Kolonnen aus elf Teilnehmern je nach betrachteter Verz gerung ca 95 bis 110 s ben tigen Im Hinblick auf die Ergebnisse f r sehr lange Fahrzeugkolonnen mit mehr als acht Teilnehmern ist zu untersuchen wie h ufig mit solchen Kolonnen zu rechnen ist und ob ein derart langes Fahrman ver sinnvoll erscheint Der verst rkte Anstieg der Wegstrecke bei mehr als sechs Kolonnenteilnehmern resultiert aus der Beschr nkung dass das letzte Folgefahrzeug maximal 20 km h langsamer als das F hrungsfahrzeug fahren soll Diese Vorgabe f hrt dazu dass die Differenzgeschwin digkeiten zwischen den Fahrzeugen kleiner werden und somit mehr Zeit in Anspruch genommen wird um den gew nschten Fahrzeugfolgeabstand herzustellen Es sei au erdem darauf hingewiesen dass in der Systemauslegung f r ein m glichst optimales Aufl seman ver mehrere Zielkonflikte zu ber cksichtigen sind So kann ein rasches Abbremsen der Folgefahrzeuge die Dauer des Man vers reduzieren das an schlie ende Beschleunigen steigert jedoch den Kraftstoffverbrauch Aus energetischer Sicht w re es sinnvoller wenn die Folgefahrzeuge den Abstand allein durch die Fahr widerst nde und das Motorschleppmoment vergr ern w rden ohne Bet tigung der Bremsen Es ist dabei zu berpr fen inwiefern die
321. te vorgestellt werden die den Weg zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt aufzeigen und einen allgemeinen berblick zum aktuellen Entwicklungsstand geben Neben den Neuerungen und Vorteilen die diese Systeme mit sich bringen soll dabei auch auf m gliche Einschr nkungen und zuk nftige Entwicklungsherausforderungen eingegan gen werden Technisch basieren diese Systeme weitestgehend auf den in den Kapiteln 2 bis 5 beschriebenen Assistenzsystemen und M glichkeiten zur Umfelderfassung sowie zur Fahrzeugkommunikation Cramer 2013 betont dass Systeme zum automa tisierten Fahren zun chst f r Autobahnen oder f r autobahn hnliche Stra en realisiert werden k nnen Auf Stadt und Landstra en treten dagegen mit Fu g ngerverkehr Kreuzungen sowie Gegen und Querverkehr weitaus komplexere Verkehrssituation auf Sofern nicht anders erw hnt beziehen sich die nachfolgenden Ausf hrungen auf die am jeweiligen Kapitelende angegebenen Quellen 6 1 Automatisiertes Fahren Automatisiertes Fahren stellt eine Grundvoraussetzung f r die autonome Kolonnen fahrt dar Dabei ist es nicht relevant ob es nur darum geht einem Fahrzeug in dichtem Abstand zu folgen oder als F hrungsfahrzeug Geschwindigkeit und Fahrtrichtung selbst festzulegen In beiden F llen m ssen Fahrzeuge ihr Umfeld zuverl ssig be obachten und interpretieren sowie selbst ndig bremsen beschleunigen und lenken Der Fahrer soll dabei den Vorteil genie en nebenbei a
322. teilnahme lediglich auf Autobahnabschnitten mit Tempolimit oder VuV 2013 154 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt dichtem Verkehrsaufkommen nutzen um danach wieder selbst die Fahrzeugsteuerung zu bernehmen Beim Verlassen einer Kolonne kann zwischen den Handlungsstrate gien f r die folgenden drei Varianten unterschieden werden e Variante 1 Der hinterste Kolonnenteilnehmer verl sst die Kolonne e Variante 2 Ein Kolonnenteilnehmer aus dem Inneren der Kolonne verl sst die Kolonne auf freier Strecke e Variante 3 Ein Kolonnenteilnehmer verl sst die Kolonne an einer Ausfahrt Bei Variante 1 meldet sich der Fahrer des hintersten Folgefahrzeugs von der Kolonne ber das HMI ab Dabei ist abzufragen ob er die Kolonne sofort oder erst an der n chsten Ausfahrt verlassen m chte siehe Variante 3 Daraufhin wird die Abmeldung an den Kolonnenregler im F hrungsfahrzeug bermittelt und gegebenenfalls die Be zahlung der Kolonnenteilnahme vorgenommen Der Kolonnenregler best tigt den Ko Ionnenaustritt in einer R ckantwort Da es sich hier um das hinterste Folgefahrzeug der Kolonne handelt sind keine weiteren Informationen an die anderen Kolonnenteilneh mer notwendig Beim Wunsch nach einem sofortigen Kolonnenaustritt beginnt das hin terste Folgefahrzeug unmittelbar nach Erhalt der Best tigung des Kolonnenreglers automatisiert die Geschwindigkeit zu reduzieren und somit den Abstand zum voraus fahrenden
323. teilnahme nutzen steigt die Kapazit t des Streckenabschnitts deutlich an siehe auch Kapitel 10 1 1 Die dadurch entstehenden freien Verkehrsr ume erm glichen es ein fahrenden Fahrzeugen mit gr erer Wahrscheinlichkeit ohne Blockade den Fahrstrei VuV 2013 187 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt fen zu wechseln Zudem steigt auch die Wahrscheinlichkeit dass sich Verkehrsteil nehmer auf der durchgehenden Hauptfahrbahn kooperativ verhalten k nnen E Reisezeit einfahrender Pkw E Reisezeit einfahrender Lkw mittlere Reisezeit s 25 25 50 50 75 75 100 100 Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen E Anteil blockierter Pkw E Anteil blockierter Lkw N Ka Anteil blockierter Fahrzeuge 8 8 25 25 50 50 75 75 100 100 Anteil Pkw Kolonnen Lkw Kolonnen Abbildung 69 Reisezeit und Anteil blockierter einfahrender Fahrzeuge Szenario 2 Nachfolgend sollen die zuvor gezeigten Ergebnisse aus Szenario 1 und Szenario 2 in einem gemeinsamen Diagramm gezeigt werden Hierf r werden die mittleren Reisezei ten beziehungsweise die Anteile der blockierten Fahrzeuge ber der Anzahl der Kolon nen auf der Hauptfahrbahn aufgetragen Aus Gr nden der bersichtlichkeit sind in Abbildung 70 die Reisezeit und der Anteil blockierter Fahrzeuge lediglich f r einfahren de Pkw dargestellt Wie die Auswertungen in Abbildung 68 und Abbildung 69 jedoch bereits gezeigt haben ergeben si
324. teme bergen jedoch die Gefahr dass sich der Fahrer zu sehr auf die Systeme verl sst worunter wiederum die Aufmerksamkeit leidet Dadurch k nnen Situationen vom Fahrer falsch erfasst werden und im schlimmsten Fall misslingt die bernahme der vollst ndigen Fahrzeugkontrolle Daher besteht die Forderung nach integrierten Gesamtkonzepten bzw nach kooperativen Fahrzeugf hrungskonzepten zwischen Fah rer und automatisiertem System Ans tze hierf r werden im Folgenden kurz vorgestellt Neben der zu Beginn des Kapitels 2 vorgestellten Einteilung hinsichtlich passiver und aktiver Komfort und Sicherheitssysteme k nnen die Systeme auch abh ngig von der Unterst tzungsebene in Bezug auf die menschliche Informationsverarbeitung eingeteilt werden vgl Habenicht 2012 Diese Einteilung ist in Abbildung 15 dargestellt Die menschliche Informationsverarbeitung erfolgt dabei in den drei Schritten Perzeption Kognition und Handlung die entsprechend durch Assistenzsysteme unterst tz werden k nnen Menschliche Informationsverarbeitung Assistenzsysteme Perzeption 1 Stufe Fahrerinformation Informationszugang Fahrerwarnung Informationsaufnahme Kognition 2 und 3 Stufe Man verbasierte Assistenz Informationsverarbeitung systeme Zielsetzung Handlung 4 Stufe Man verbeauftragung Ausf hrung Vollautonomes Fahren Abbildung 15 Klassifizierung von Assistenzsystemen in Abh ngigkeit der menschli chen Informationsverarbeitung
325. ten zum manuellen Fahren beim Verlassen der Kolonne und umgekehrt beim Beitritt zur Kolonne An dieser Stelle wird jedoch bzgl der MMS Konzepte nur auf abgeschlossene bzw laufende Projekte z B SARTRE CityMobil sowie weitere Literatur z B Habenicht 2012 Winner et al 2012 verwiesen Letztendlich sollten auch Anforderungen an den technischen Zustand der beteiligten Fahrzeuge gestellt werden um die Sicherheit der ganzen Kolonne und der anderen Verkehrsteilnehmer zu gew hrleisten Vor allem die Fahrzeughalter m ssen hier in die Pflicht genommen werden Als Beispiel kann an dieser Stelle die bereits erw hnte Sommerreifen Problematik bei winterlichen Stra enverh ltnissen herangezogen wer den Fortschritte in der Fahrzeugeigendiagnose sind jedoch ebenfalls sehr hilfreich und notwendig z B Belagsverschlei messung Sensorkalibrierung usw Im Gegensatz zu ACC Systemen die auch in gewissen Grenzen f r Fahrzeuge mit manuellem Schaltgetriebe verwendet werden k nnen vgl Kapitel 2 1 1 m ssen Fahrzeuge f r die autonome Kolonnenfahrt bzw allgemein f r eine automatisierte L ngsf hrung ber automatisch schaltende Getriebe verf gen Ansonsten w re an Steigungen z B ein Schaltvorgang durch den Fahrer notwendig und somit keine vollau tomatisierte L ngsf hrung gegeben Die aufgezeigten Bereiche sollten mindestens durch Kooperationen verschiedener Fahrzeughersteller und Zulieferer besser durch Normen und oder gesetzliche Vo
326. tentielle Folgefahrzeuge dar ber informiert Es ist jedoch auch vorstellbar dass Fahrer potentieller Folgefahrzeuge signalisieren dass sie auf der Suche nach einer Fahrzeugkolonne beziehungsweise einem F hrungsfahrzeug sind Sofern gew nscht kann dies auch vom Fahrzeug automatisch bernommen wer VuV 2013 134 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt den um die Nutzungsh ufigkeit des Systems zu forcieren Im Cockpit eines potentiellen F hrungsfahrzeugs kann dann angezeigt werden wie viele potentielle Folgefahrzeuge sich in seinem Umfeld befinden Daraufhin kann der Fahrer entscheiden ob er die Rol le eines F hrungsfahrzeugs bernehmen m chte und potentielle Folgefahrzeuge dar ber informiert Der weitere Handlungsablauf orientiert sich anschlie end am oben beschriebenen Vorgehen 9 1 2 Beitritt zu einer Kolonne In diesem Kapitel sollen verschiedene Szenarien betrachtet werden bei denen potenti elle Folgefahrzeuge einer bestehenden Fahrzeugkolonne beitreten W hrend in Kapitel 9 1 1 die elektronische Kopplung eines ersten Folgefahrzeugs hinter dem F hrungs fahrzeug betrachtet wird gibt es beim Beitritt zu einer bestehenden Kolonne in Abh n gigkeit ihrer Zusammensetzung mehrere M glichkeiten ein Fahrzeug darin zu platzie ren Die Informationsverbreitung an potentielle Folgefahrzeuge zur m glichen Teilnah me an einer bestehenden Fahrzeugkolonne orientiert sich dabei am in Kapitel 9 1 1 beschrieben Vo
327. ter schiede kleiner ausfallen als bei Pkw Abbildung 64 unten a 0 0 Pkw e A m 0 50 Pkw r N A 25 50 Pkw Pr 25 50 Pkw Kolonne 100 100 Pkw Kolonne mittlere Anzahl Bremsvorg nge 105 110 115 mittlere Reisegeschwindigkeit km h 0 0 Lkw m 0 50 Lkw 4 0 50 Lkw Kolonne 25 50 Lkw t 25 50 Lkw Kolonne 100 100 Lkw Kolonne Effektivwert Beschleunigung m s 2 82 83 mittlere Reisegeschwindigkeit km h Abbildung 64 Mittlere Anzahl der Bremsman ver f r Pkw oben sowie Mittelwert des Beschleunigungseffektivwerts f r Lkw unten bei bestehendem Lkw berholverbot und verschiedenen Kolonnenanteilen Wie bei Pkw verbessert sich die Kenngr e mit steigendem Kolonnenanteil Die Simu lationsergebnisse k nnen in gewissem Rahmen durch die Ergebnisse der von Ben mimoun et al 2013 ausgewerteten Feldstudie zur Auswirkung der Abstandsregelung verifiziert werden In der Feldstudie konnte durch die Verwendung von ACC und FCW ein R ckgang bei der Zahl und Frequenz starker Bremsvorg nge bei gleichzeitig ge steigerter Durchschnittsgeschwindigkeit ermittelt werden Die hier nicht aufgef hrten VuV 2013 179 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Ergebnisse zum Beschleunigungseffektivwert von Pkw bzw zur Anzahl der Bremsma n ver von Lkw sind in Anlage 7 zu finden Steigende Verkehrsst rken wurden aufgrund der zahlreichen
328. tergabe Innerhalb des Fahrzeugs wirken Fahrerinformationssysteme Prim re Informationssys teme liegen in der N he des direkten Sichtbereichs des Fahrers und zeigen beispiels weise Fahrgeschwindigkeit einfache Navigationshinweise oder ACC Betriebsgr en im Kombiinstrument oder in einem Head up Display HUD in der Windschutzscheibe an Sekund re Informationssysteme befinden sich auf der Mittelkonsole und liefern weniger wichtige Informationen wie Kartendarstellung des Navigationssystems Radio sender oder Innenraumtemperatur Weitere M glichkeiten zur Fahrerinformation bieten akustische Signale wie sie bei Einparkpiepsern verwendet werden oder haptische Signale beispielsweise in Form von Vibrationen im Lenkrad beim berfahren einer durchgezogenen Fahrstreifenmarkierung Au erhalb des Fahrzeugs unterscheidet Reif 2010b zwischen dem Vorausschaube reich dem Kommunikationsbereich und dem sensierbaren Bereich siehe Abbildung 20 Navigationssysteme wirken im Vorausschaubereich und erlauben eine Positionsbe stimmung des eigenen Fahrzeugs Mithilfe von Kartendaten sind Fahrtrouten erstellbar Je nach Ausstattung des Systems werden auch aktuelle Verkehrsinformationen in die Routenwahl miteinbezogen Mobilfunknetze wirken ebenfalls ber gro e Distanzen und k nnen dem Vorausschaubereich zugeordnet werden Auch wenn sie heute haupt s chlich der privaten Kommunikation dienen ist auch eine Verwendung beispielsweise f r das automatische A
329. terwegs via Smartphone ber das Angebot an Kolonnenfahrten zu informieren Hier k nnen beispielsweise Speditionen hnlich wie bei einer Plattform f r Mitfahrgelegenheiten Abfahrtsorte und Abfahrtszeit sowie Reiseziel angeben Ein potentieller Kolonnennutzer muss dann zum richtigen Zeitpunkt auf die Autobahn auffahren und sich der Kolonne anschlie en Neben der M glichkeit anderen T tigkeiten w hrend der Autofahrt nachzugehen profitiert ein Kolonnenteil nehmer infolge des verringerten Luftwiderstands von einem geringeren Spritverbrauch Der Serviceanbieter der die M glichkeit zur Kolonnenfahrt bietet ist der F hrungs Lkw und dessen ausgebildeter Fahrer der die Verantwortung tr gt Daher ist es nachvoll ziehbar dass von den Nutzern der Fahrzeugkolonne eine Geb hr eingezogen werden soll und der Fahrer beziehungsweise der Anbieter des F hrungsfahrzeugs eine Verg tung erh lt Meldungen oder Warnungen des Systems m ssen von den Fahrern wahr genommen und umgesetzt werden Kommen sie dieser Aufforderung nicht nach k n nen sie mit Strafzahlungen belangt werden Das System zur Regelung des Kostenas pekts soll dabei nach Vorgaben der Projektpartner so organisiert sein dass sich das Buchen und die Teilnahme an einer Kolonnenfahrt einfacher gestaltet als die Nutzung von ffentlichen Verkehrsmitteln Die Fahrversuche des SARTRE Projekts haben gezeigt dass eine autonome Kolon nenfahrt auf Autobahnen umsetzbar ist Die technische Reali
330. tet der Fahrer das Fahrzeug durch Man verw nsche z B Fahr streifen wechseln Fahrzeug berholen die in einem sogenannten Man verkatalog VuV 2013 49 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik abgelegt sind Es handelt sich also um ein seriell sequenzielles System vgl Abbildung 16 unten Das Fahrzeug f hrt die Befehle dann entsprechend der Situation aus Die Mensch Maschine Schnittstelle MMS wird zur Man verschnittstelle Das Unterst t zungsniveau vgl Abbildung 15 Seite 46 von CbW ist abh ngig vom Umfeld Auto bahn oder Stadtverkehr und von den M glichkeiten der vorhandenen Umfeldsensorik Beim geringsten Unterst tzungsniveau hat das CbW System eine seriell simultane Auspr gung da die Richtungseingaben des Fahrers ber die MMS z B durch ein Steer by Wire System umgesetzt werden Das Conduct by Wire Konzept wird an der TU Darmstadt zur Entwicklung man verba sierter Fahrzeugf hrungs und Assistenzkonzepte verwendet 2 3 2 3 H Mode Das H Mode Konzept beschreibt die Kooperation zwischen Fahrer und Automation ber eine Reiter und Pferd Metapher H f r engl Horse Pferd Das Unterst tzungs niveau kann dabei flie end zwischen Tight Rein also straffe Z gel und Loose Rein lockere Z gel variiert werden Abbildung 17 Loose Rollen analog zu Rein hochauto Kutscher und Kutschpferd matisiert Abbildung 17 H Mode Metapher Winner et al
331. teuert wird muss er dabei den gesetzlich vorgeschriebenen Mindestabstand einhalten Um Verwechslungen beim Auffinden des F hrungsfahrzeugs zu vermeiden und um Sicher zustellen dass sich das Folgefahrzeug hinter dem richtigen Fahrzeug befindet k nnen weitere Daten zur Fahrgeschwindigkeit oder zur aktuellen Position abgeglichen wer den Sobald sich das Folgefahrzeug hinter dem F hrungsfahrzeug befindet und die Fahrzeugsensorik dies erkennt z B durch eine Datenfusion aus Positionsbestimmung und Umfeldsensorik kann eine Abfrage erfolgen ob man die Steuerung des Fahr zeugs an das System bergeben m chte Bei Best tigung dieser Abfrage bernimmt das Fahrzeug die vollst ndige L ngs und Querf hrung Anschlie end wird der Ab stand zum F hrungsfahrzeug verringert und auf einen vom Kolonnenregler im F h rungsfahrzeug vorgegebenen Wert siehe auch Kapitel 8 2 eingeregelt elektronische Deichsel Die Kolonne besteht nun aus einem F hrungsfahrzeug und einem Folge fahrzeug womit die Kolonnenbildung abgeschlossen ist Neben dem oben beschriebenen Vorgehen zur Signalisierung der Bereitschaft eine Fahrzeugkolonne zu f hren besteht auch die M glichkeit eine Kolonnenfahrt vorab auf einer Internetplattform zu publizieren vgl SARTRE Kapitel 6 2 2 Dieses Vorgehen bietet sich beispielsweise f r Speditionen an die regelm ig und zu bestimmten Zeiten eine gewisse Strecke befahren Mit Angaben zu Abfahrtsort Abfahrtszeit und Reisez
332. ti elle Kolonnenteilnehmer mit derselben Fahrtrichtung in einem gewissen Umkreis mit geteilt werden Dabei sollte die Nachricht entsprechend codiert sein dass nur potentiel le Kolonnenteilnehmer angesprochen werden Zudem muss eine Information zur beab sichtigten Fahrgeschwindigkeit und zur aktuellen Position des F hrungsfahrzeugs bermittelt werden Optional und hilfreich kann zudem die Angabe aus der Routenpla nung sein f r wie viele Kilometer das F hrungsfahrzeug voraussichtlich auf der aktuel len Stra e bleibt und inwiefern sich die Fahrzeit bei Kolonnenteilnahme von der Fahr zeit bei freier Fahrt im nicht gebundenen Verkehr unterscheidet Dies kann besonders dann relevant sein wenn sich ein Reisebus oder ein Pkw bei freiem Verkehrsfluss ei nem Lkw F hrungsfahrzeug anschlie en m chte und folglich nur noch eine geringere VuV 2013 131 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Reisegeschwindigkeit erreicht Sofern die Kolonnenfahrt an ein Bezahlsystem gebun den ist ist es dar ber hinaus vorstellbar potentielle Kolonnenteilnehmer ber die vo raussichtlichen Kosten aber auch ber die m glichen Spriteinsparungen zu informie ren Ist ein F hrungsfahrzeug bereits mit einer Geschwindigkeit unterwegs die der aktuell geltenden Geschwindigkeitsbegrenzung entspricht soll die Nachricht nur an Fahrzeu ge versendet werden die sich vor diesem Fahrzeug befinden Sie m ssen sich bei Interesse an der Teilnahme
333. tigkeiten in einer Fahrzeugkolonne Larburu et al 2010 S Ve a E e A e a E e A A E A 100 Abbildung 39 System bersicht zur autonomen Kolonnenfahrt gt 111 VuV 2013 208 Verzeichnisse Abbildung 40 M glicher Wirk Regelkreis der autonomen Kolonnenfahrtt 113 Abbildung 41 Beschleunigungsf higkeit in der Ebene jeweils Fahrzeug Nullfall 118 Abbildung 42 Anhalteweg in Abh ngigkeit vom Kraftschlussbeiwert u bei Steigung 0 f r Pkw Lkw und Bus Lkw und Bus fast deckungsgleich 444444en 121 Abbildung 43 Ermittlung des Folgeabstands in Abh ngigkeit von den fahrzeugindividuellen Reaktions und Bremswegen 244sssnennnnsnnennnnnnnnnnnnnnn nn 122 Abbildung 44 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Lkw Kolonne 124 Abbildung 45 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Reisebus Kolonne 126 Abbildung 46 Ermittelte Folgeabst nde f r eine Pkw Kolonne 127 Abbildung 47 Meldung in einem potentiellen Folgefahrzeug ber das Angebot zum Anschluss an ein F hrungsfahrzeug In Anlehnung an BMW 2013b 132 Abbildung 48 Anzeigefeld zur Unterst tzung eines potentiellen Folgefahrzeugs beim Auffinden des F hrungsfahrzeugs In Anlehnung an BMW 2013b 133 Abbildung 49 Integration eines neuen Kolonnenteilnehmers von vorne In
334. tonome Kolonnen VuV 2013 200 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt fahrt bietet hier die M glichkeit dass lediglich der Fahrer des F hrungsfahrzeugs ar beitet w hrend die Fahrer der Folgefahrzeuge pausieren Da Fahrer von Folgefahrzeugen durch die bergabe der Fahrzeugsteuerung an das System und den reduzierten Spritbedarf deutliche Vorteile im Vergleich zu Fahrern von F hrungsfahrzeugen genie en ist die Einf hrung eines Verg tungssystems f r die Kolonnennutzung sinnvoll Dabei ist das Verg tungssystem m glichst so zu gestalten dass sowohl f r das F hrungsfahrzeug als auch f r die Folgefahrzeuge eine Win Win Situation entsteht um die Kolonnenfahrt attraktiv zu machen Gegebenenfalls ist auch an ein dynamisch anpassbares Bezahlsystem zu denken dass die Teilnahmekosten in Abh ngigkeit der Kolonnenl nge bestimmt Des Weiteren ist zu berlegen ob private und gewerbliche Fahrten auf unterschiedliche Art und Weise abgerechnet werden k n nen da auch hier ein verschieden gro er Nutzen f r die Fahrer der Fahrzeuge ent steht 10 5 Einfluss von Fahrzeugkolonnen auf den Fahrkomfort Der Fahrkomfort wird von verschiedenen Parametern des Fahrzeugs beeinflusst In Bezug auf das Fahrwerk zeichnet sich ein hoher Fahrkomfort dadurch aus dass die gefederte Masse des Fahrzeugs lediglich geringen Beschleunigungen ausgesetzt ist vgl Popp amp Schiehlen 2010 Weitere den Fahrkomfort beeinflussende Eigenschaften sind
335. ttern im Einsatz dass die Ger usche nachbildet die beim berfahren von Markierungspunkten z B in Baustellenbereichen entstehen In Pro bandenversuchen wurde das Nagelbandrattern von den Fahrern positiv aufgenommen da es besonders bei Ablenkung und M digkeit effektiv warnt Eine deutlich gr ere Akzeptanz haben laut Winner et al 2012 haptische Warnun gen Bei Vibrationen im Lenkrad wird der Fahrer unmittelbar darauf hingewiesen dass er die Lenkung korrigieren muss Alternativ k nnen auch Lenkradmomente aufgebracht werden oder die haptische Warnung ber Vibratorelemente im Fahrersitz erfolgen Diese Varianten haben zus tzlich die M glichkeit Empfehlungen an den Fahrer wei terzugeben Die Vibrationen entweder im Lenkrad oder im Fahrersitz sollten sich je doch f r eine bessere Wahrnehmbarkeit von den anderen blichen Vibrationen im VuV 2013 39 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Fahrzeug abh ngig vom Stra enbelag und der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschei den Die Warnungen sind im Hinblick auf die Akzeptanz stets kritisch zu betrachten da der Fahrer nicht bevormundet oder irritiert werden soll Hier soll ein erweitertes Spurhalte warnsystem ALDW Advanced LDW die Akzeptanz durch ein transparentes Verhalten verbessern Durch eine Erkennung der Fahrerabsichten k nnte z B auf kurvigen Landstra en die Warnschwelle angepasst werden Zudem wird die Information des Fahrers ber den Systemzustand
336. uf dem Einf delstreifen f hrt aber gleichzeitig gro genug ist um sp ter eventuelle negative Aus wirkungen durch Fahrzeugkolonnen erkennen zu k nnen Diese Ermittlung erfolgt durch die Untersuchung des Standardfalls mit 2500 Fz h auf der Hauptfahrbahn 85 Pkw 15 Lkw keine Kolonnen und einer schrittweisen Erh hung der Verkehrsst rke auf dem Einf delstreifen ebenfalls 85 Pkw 15 Lkw Die Auswertung ob berm ige Blockierungen des einfahrenden Verkehrs statt finden erfolgt ber die Betrachtung der Reisezeiten zwischen der Zufahrt des Einf delstreifens und einem weiteren Messpunkt nach dem Ende des Einf delstreifens Abbildung 67 zeigt hierzu dass mit steigenden Verkehrsst rken auf dem Einf delstrei fen die durchschnittlichen Reisezeiten der einbiegenden Fahrzeuge zunehmen Be sonders ab einer Verkehrsst rke von 650 Fz h wird die ben tigte Reisezeit im Zusam menhang mit 2500 Fz h auf der Hauptfahrbahn deutlich negativ beeinflusst Um einen gewissen Abstand zu dieser ermittelten Schwelle zu ber cksichtigen wird f r die nach folgenden Simulationen eine Verkehrsst rke von 500 Fz h auf dem Einf delstreifen festgelegt VuV 2013 184 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Einbiegende Pkw Einbiegende Lkw gt oO ka v N v v 7 w in 400 450 500 550 600 Verkehrsst rke Einf delstreifen Fz h Abbildung 67 Reisezeit bei verschiedenen V
337. ulator z B eine regelbare zweikreisige Hydraulikpumpe wird vom Fahrdynamikregler ange steuert und regelt den Bremsdruck z B ABS Eingriff bei Bremsvorg ngen Die wich tigsten verschiedenen Bremssysteme sowie deren Wirkpfade werden im Folgenden kurz vorgestellt VuV 2013 29 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Verz gerungs management Stillstand management Bremskraft Bremskraft aufteilung Radbremsmoment Koordination der Radbrems momente Hydraulisches Modell Bremskraft bertragung Generierung Modulation Bet tigung Rad Reifen Generator Muskelkraft Rad le ee Fu kraft ensc Branson A Modulator Hilfskraft m rien Fremdkraft k Fahrbahn boseopesesssste m nnnnnnnee bertragung mechanisch bertragung hydraulisch Energieversorgung Vakuum hydraulisch Energieversorgung elektrisch Signale Abbildung 7 Wirkketten in Pkw Bremssystemen Winner et al 2012 S 250 Hydraulische Bremssysteme Das hydraulische Bremssystem ist in Pkw sehr weit verbreitet Als bertragungsmedi um kommt eine spezielle Hydraulikfl ssigkeit zum Einsatz die als praktisch inkom pressibel betrachtet werden kann Die vom Fahrer aufgebrachte mechanische Bet ti gungsenergie in Form von Kraft und Weg wird in hydraulische Energie Druck und Vo lumen umgewandelt und zus tzlich durch eine Fremdenergie verst rkt Winner et al VuV 2013 30 Fahre
338. um Fahrzeugtyp austauschen Mithilfe dieser Informationen k nnen Sicherheits systeme wie die Gurtvorspannung oder die Airbags vorbereitet und die Sitzlehnen au tomatisch aufrecht gestellt werden Gefahrenstellen wie Stra engl tte k nnen bei spielsweise durch die Raddrehzahlsensoren erkannt mit dem Positionssignal verkn pft und an andere Verkehrsteilnehnmer gesendet werden An station ren Transmittern ist dann eine bertragung an die Stra enmeisterei oder die Verkehrszentrale m glich um auch dort auf die Gefahrenstelle hinzuweisen Die Car to X Communication kann zur Verbesserung des Verkehrsflusses beitragen indem Fahrzeuge an station ren Transmittern Informationen ber den Verkehrsfluss preisgeben Nach Auswertung dieser Daten in einer Verkehrszentrale kann das Navi gationssystem gegebenenfalls eine g nstigere Alternativroute anbieten Innerst dtisch soll die Fahrzeugkommunikation zuk nftig die M glichkeit bieten mit Lichtsignalanla gen zu kommunizieren und dem Fahrer eine Geschwindigkeit zu empfehlen mit der er die Lichtsignalanlage w hrend der Freigabezeit erreicht An Einfahrten mit Einf de lungsstreifen bietet die Fahrzeugkommunikation ebenfalls M glichkeiten den Ver kehrsfluss zu optimieren Der st ndige Datenaustausch im VANET sorgt daf r dass die Fahrzeuge auf der Hauptfahrbahn informiert sind wenn ein weiteres Fahrzeug auf die Hauptfahrbahn einbiegen m chte Ein rechtzeitiger und gezielter Informationsaus tausc
339. und die Reduktion des Energiebedarfs einen gro en wirtschaftlichen Anreiz f r die Betreiber von Lkw Flotten darstellt VuV 2013 206 Verzeichnisse 12 Verzeichnisse 12 1 Abbildungsverzeichnis Titelbild Beispiel einer autonomen Fahrzeugkolonne auf einer Autobahn online ver f gbar unter hittp www euinfrastructure com news road trains heruntergeladen am 14 05 2013 Abbildung 1 Sicherheits und Komfortfunktionen auf der Basis der Fahrzeug Umfelderfassung Reif 2010b S 110 42424444440Rnn nn Ran nnnnnnnnnnnnnnnnnn nennen 16 Abbildung 2 ACC Funktion Wechsel von Freifahrt zu Folgefahrt und zur ck Winner etal 2012 S 4B a Rerik 18 Abbildung 3 Grundstruktur und Komponenten der ACC Regelung am Beispiel von Distronic Mercedes Benz Winner et al 2012 S 483 4444snsennnnn nennen 20 Abbildung 4 Schritte zur Zielauswahl und geometrische Gr en rechts Winner et 21 20127 ION a a nee 23 Abbildung 5 Bremsungen mit und ohne Bremsassistent BA Reif 2012 S 78 27 Abbildung 6 Blockdiagramm f r ein Bremssystem Reif 2010b S 74 30 Abbildung 7 Wirkketten in Pkw Bremssystemen Winner et al 2012 S 250 30 Abbildung 8 EHB am Beispiel der Bosch SBC Reif 2010a S 153 32 Abbildung 9 Konzept einer hydraulischen Zahnstangenservolenkung Winner et al 2012 82 00er ee TAATAI T ASE TARTEAN 35 Ab
340. ung Fahrstreifen begrenzung Fahrstreifen Fahrstreifen begrenzung 2 pi D g E a lose F hrung b enge F hrung c komfortbetonte Abstimmung Abbildung 13 Eingepr gtes Spurhaltehilfsmoment in Abh ngigkeit der Spurabwei chung von der Fahrstreifenmitte Winner et al 2012 S 555 Das Spurhaltemoment kann entweder ber das Lenk oder das Bremssystem aufge bracht werden Bei Verwendung des Bremssystems werden einseitige Bremseingriffe durchgef hrt die ein Moment um die Fahrzeughochachse bewirken Bei Eingriffen ber das Lenksystem was zumeist umgesetzt wird kommen vor allem die beschriebe nen elektromechanischen Lenksysteme bzw die berlagerungslenkung zum Einsatz 2 2 2 3 Ausblick Momentan liegt der Entwicklungsschwerpunkt sowohl bei den LDW als auch bei den LKS Systemen vor allem bei der Verbesserung der Fahrstreifenerkennung Hier sollen verbesserte Algorithmen die Ber cksichtigung z B von Leitpfosten sowie weitere In formationen aus anderen Umfeldsensoren wie Radar oder LIDAR verwendet werden Auch die Erkennung der Fahrerabsichten soll verbessert werden um dessen Intention besser absch tzen und damit falsche Systemreaktionen vermeiden zu k nnen 2 2 3 Spurwechselsysteme Spurwechselassistenzsysteme sollen den Fahrer bei Fahrstreifenwechselvorg ngen unterst tzen Diese weisen ein sehr hohes Fehlerpotential auf wie sich auch aus di versen Unfallstatistiken herauslesen l sst Dabei werden
341. ung der Auswirkungen infolge der autonomen Kolonnenfahrt auf freier Strecke d h ohne Ein und Ausfahrten erfolgt auf einem 25 km langen Autobahn abschnitt mit zwei Fahrstreifen F r die Simulation werden die vier Fahrzeugtypen Pkw Pkw Kolonne Lkw und Lkw Kolonne sowie ihre Wunschgeschwindigkeiten definiert Sowohl f r die Lkw als auch f r die Pkw Kolonnen werden Kolonnen verschiedener L nge erstellt und mit unterschiedlichen relativen H ufigkeiten versehen so dass kurze VuV 2013 173 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Kolonnen im Vergleich zu langen Kolonnen tendenziell h ufiger auftreten Der Lkw Anteil orientiert sich mit 15 an Werten die in Deutschland im Rahmen von Verkehrs z hlungen auf Autobahnen ermittelt wurden Die Verkehrsst rke ist mit 2500 Fahrzeu gen pro Stunde so gew hlt dass Fahrzeuge h ufig miteinander beziehungsweise mit Fahrzeugkolonnen in Interaktion treten der Verkehrsfluss aber dennoch nicht zusam menbricht Gr ere Verkehrsst rken werden f r bestimmte F lle bzw bei der Kapazi t tsanalyse in Abschnitt 10 1 1 und 10 1 2 3 betrachtet F r die Durchf hrung der Simulationen m ssen weitere verschiedene Randbedingun gen f r den betrachteten Autobahnabschnitt festgelegt werden Die Fahrzeugtypen und deren Wunschgeschwindigkeitsverteilungen sind in Anlage 4 zusammengefasst F r die Standardfahrzeuge wird das Fahrverhaltensmodell nach Wiedemann verwendet F r die Kolonnen wird
342. utomatisiert durchgef hrt werden kann ist von den Systemeigenschaf ten der Assistenzsysteme und der Umfeldsensorik in den Fahrzeugen abh ngig Eine genauere Betrachtung zum Verhalten der Kolonnenteilnehmer beim berholen anderer Fahrzeuge erfolgt in Kapitel 9 2 1 Bei dem in Abbildung 51 gezeigten Vorgehen f r die Integration eines Pkw in eine Lkw gef hrte Kolonne stellt sich allerdings die Frage ob diese Strategie der Integration f r die Praxisanwendung sinnvoll ist Gem StVo 2013 gilt in Deutschland f r Last kraftwagen mit einem zul ssigen Gesamtgewicht ber 3 5 Tonnen eine zul ssige H chstgeschwindigkeit von 80 km h Der zu integrierende neue Kolonnenteilnehmer m sste diese Geschwindigkeit f r einen schnellen Kolonnenbeitritt deutlich unterschrei ten und aufpassen dass er dabei andere Verkehrsteilnehmer nicht behindert Selbige berlegung gilt auch wenn sich Reisebusse oder andere Lkw von vorne in die Kolon ne integrieren lassen m chten Diese Strategie kann jedoch Anwendung finden wenn die maximal zul ssige Geschwindigkeit ohnehin auf 80 km h reduziert ist und somit keine gro en Geschwindigkeitsdifferenzen zu anderen Verkehrsteilnehmern bestehen Dies ist auf deutschen Autobahnen ein seltener Fall kann jedoch auf autobahn hnli chen Bundesstra en besonders im Bereich von Ballungsr umen h ufig vorkommen Inwiefern ein Fahrer eines Pkw oder auch eines Reisebusses bereit ist diese Art der Integration zu nutzen ist
343. von der Folgefahrt in Abh ngigkeit vom Folgeab stand profitieren bzw benachteiligt werden siehe Diagramme oben in Abbildung 71 Der Luftdruck am Heck des F hrungsfahrzeugs wird durch das Folgefahrzeug angeho ben wodurch der Luftwiderstand des F hrungsfahrzeugs reduziert wird Die Auswir kungen auf den Luftwiderstand des Folgefahrzeugs sind vom Folgeabstand abh ngig VuV 2013 192 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt Werden diese Ergebnisse f r die gesamte Kolonne betrachtet so ergibt sich im Mittel eine Luftwiderstandsreduzierung von ca 20 f r den gesamten Fahrzeugzug Abbildung 71 unteres Diagramm Die Auswirkungen k nnen aufgrund der unbekannten Fahrzeugzusammensetzung und Fahrzeugtypen nur ungenau ermittelt werden F r genauere Ergebnisse und Abh n gigkeiten w ren Str mungssimulationen Windkanal und Feldversuche notwendig Es kann daher auch kein allgemeing ltiger optimaler Folgeabstand im Hinblick auf die energetische Betrachtung angegeben werden Man kann jedoch die Aussage treffen dass im Allgemeinen f r Kolonnen mit mehr als zwei Fahrzeugen durch m glichst ge ringe Folgeabst nde im Mittel die gr te Reduktion des cw Wertes bezogen auf das Einzelfahrzeug erreicht wird Aus diesem Grund werden die in Kapitel 8 2 4 und 8 2 5 ermittelten Folgeabst nde bernommen F r die Betrachtung des Energiebedarfs von homogenen Kolonnen werden daher die in Abbildung 72 dargestellten Werte angenommen d
344. w Bus Abbildung 42 Anhalteweg in Abh ngigkeit vom Kraftschlussbeiwert u bei Steigung 0 f r Pkw Lkw und Bus Lkw und Bus fast deckungsgleich 8 2 3 3 Ermittlung des Folgeabstands Auf Basis der Verz gerungsf higkeit die anhand des Anhalte bzw Bremswegs bei einer Vollbremsung betrachtet wurde kann f r jede Kombination von vorausfahrendem und folgendem Fahrzeug ein Folgeabstand ermittelt werden Der ermittelte Folgeab stand entspricht dem technisch umsetzbaren Mindest Abstand damit die Fahrzeuge am Ende der Abbremsung noch einen sicherheitsbedingten Abstand haben Der Folgeabstand kann z B aus der Betrachtung von Reaktions und Bremswegen ermittelt werden Abbildung 43 Die beiden Fahrzeuge bewegen sich zum Zeitpunkt to mit identischer Geschwindigkeit und Fahrzeug 1 f hrt eine Vollbremsung mit dem indi viduellen Bremsweg Ssg durch Fahrzeug 2 folgt Fahrzeug 1 mit dem Abstand dr Bei Einleitung der Vollbremsung z B durch ein Notbremssystem k nnte dies auch sofort ber C2CC an die Folgefahrzeuge weitergeleitet werden wodurch die Reaktionszeit der Folgefahrzeuge verk rzt werden k nnte Bei Fahrzeug 1 wird jedoch vereinfacht nur der Bremsweg betrachtet Zum Zeitpunkt t ist die Vollbremsung beendet und beide Fahrzeuge sind im Abstand ds zum Stehen gekommen Der Anhalteweg von Fahrzeug 2 setzt sich aus den im vorhergehenden Abschnitt eingef hrten Reaktionsweg so gt und dem Bremsweg s gt zusammen VuV 2013
345. w berholen und sich hinter dem letzten Reisebus in einer L cke ein ordnen analog Abbildung 52 auf Seite 142 VuV 2013 143 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Die Handlungsstrategien f r den Beitritt eines potentiellen Folgefahrzeugs zu einer bestehenden Fahrzeugkolonne orientieren sich dabei stets an den Pr missen dass die richtige Reihenfolge von Lkw Reisebussen und Pkw eingehalten wird sowie dass notwendige berholman ver so durchzuf hren sind dass sie f r eine m glichst kurze Belegung anderer Fahrstreifen sorgen 9 1 3 Anpassung einer Kolonne Unter Anpassung einer Kolonne wird im Folgenden die Reaktion einer bestehenden Fahrzeugkolonne auf eine sich ndernde Situation verstanden In diesem Kapitel wer den m gliche Handlungsstrategien f r vier verschiedene Szenarien vorgestellt die eine Anpassung der Kolonne erfordern 9 1 3 1 Interaktion an Steigungen An Steigungsstrecken besteht die Gefahr dass einzelne Fahrzeuge innerhalb der Ko Ionne die eingestellte Geschwindigkeit nicht mehr halten k nnen worauf die Kolonne zu einer Reaktion gezwungen ist Je nach Fahrzeug k nnen sowohl Lkw Reisebusse als auch Pkw betroffen sein Die F higkeit eine bestimmte Geschwindigkeit auch an Steigungen beizubehalten ist haupts chlich beeinflusst durch die H he der Geschwin digkeit die H he der Steigung die absolute Motorleistung und den Beladungszustand des Fahrzeugs siehe auch Kapitel 8 2 3
346. weis an die Folgefahrzeuge Sofern sich dort ein Fahrer innerhalb einer fest gelegten Zeitspanne zur bernahme der Kolonnenf hrung bereit erkl rt behalten alle dahinter befindlichen Fahrzeuge weiterhin den Status eines Folgefahrzeugs Fahrer von Fahrzeugen die sich vor dem neuen F hrungsfahrzeug befinden oder alle Fah rer falls sich kein neues F hrungsfahrzeug finden l sst m ssen jedoch auf die ber nahme der Fahrzeugsteuerung vorbereitet werden Das Fahrzeug muss dabei ber M glichkeiten verf gen die Aufmerksamkeit des Fahrers zu berpr fen Es bietet sich an dass der Fahrer die Aufforderung zur bernahme des Fahrzeugs ber das HMI best tigen muss Falls diese Best tigung eine gewisse Zeit ausbleibt und somit nicht sichergestellt ist dass der Fahrer die Fahrzeugf hrung bernehmen wird soll der Not halteassistent eingreifen und das Fahrzeug sicher auf dem Standstreifen anhalten siehe Kapitel 6 1 3 Nach Best tigung der Meldung zur Fahrzeug bernahme beginnt das Fahrman ver zur Kolonnenaufl sung Stellvertretend wird die Aufl sung der gesamten Fahrzeugkolonnen betrachtet Im ge nerellen Ablauf ergeben sich jedoch keine Unterschiede wenn sich ein bisheriges Fol gefahrzeug als neues F hrungsfahrzeug anbieten sollte und lediglich ein Teil der Ko Ionne aufgel st werden muss Bei der Kolonnenaufl sung beginnt dabei das hinterste Fahrzeug automatisiert seine Geschwindigkeit zu reduzieren und somit den Abstand zum vo
347. wer den Die bertragungsm glichkeiten sind bei Fahrzeugen und festeingebauten Naviga tionssystemen die mit SIM Karten und Mobilfunkmodulen ausgestattet sind gegeben In Bezug auf das autonome Fahren oder die autonome Kolonnenfahrt bedeutet dies dass relevante Ereignisse von vorausfahrenden Fahrzeugen gemeldet und nachfol gende Fahrzeuge gewarnt werden k nnen Geht man dabei von einer Geschwindigkeit von 120 km h und einer Aktualisierung der Verkehrsdaten im 2 Minuten Takt aus so wird ein Bereich erfasst der mindestens 0 bis 4 km vor dem Fahrzeug liegt Bei der derzeitigen Aktualisierungsrate sind Gefahrenmeldungen wie beispielsweise eine Voll bremsung eines direkt vorausfahrenden Fahrzeugs noch nicht rechtzeitig bermittel bar Die Aktualisierungsfrequenz k nnte f r gezielte Warnungen sicher gesteigert wer den jedoch entstehen bei jeder Nutzung des Mobilfunknetzes Kosten und je nach Auspr gung des Fahrzeugkommunikationssystems k nnen sehr gro e Datenmengen anfallen F r eine kleinr umigere Kommunikation muss daher ein anderer bertra gungsweg genutzt werden der in Kapitel 5 5 beschrieben wird 5 4 Automatische Notrufsysteme Im September 2011 beschloss die Europ ische Kommission dass ab 2015 zugelasse ne Pkw mit einem sogenannten eCall System Kurzform f r emergency call ausge VuV 2013 77 Fahrzeugkommunikation r stet werden sollen Ziel des Systems ist es Rettungskr fte schneller zu alarmieren un
348. werden die adaptive Geschwindigkeitsregelanlage ACC und deren verschie dene Funktions und Entwicklungsstufen betrachtet Anschlie end wird auf verschie dene Bremssysteme eingegangen Dabei gibt es bei den beiden genannten System gruppen berschneidungen was die Verwendung technischer Komponenten angeht 2 1 1 Adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen 2 1 1 1 Funktionen ACC wird den aktiven Komfortassistenzsystemen zugeordnet vgl Abbildung 1 auf Seite 16 Die Grundfunktion von ACC entspricht einer normalen Geschwindigkeitsreg lung Abbildung 2 oberes Bild Mittels Umfeldsensorik i d R Radar oder Lasermess technik siehe Kapitel 2 1 2 2 bzw 3 wird zus tzlich der Bereich vor dem Fahrzeug berwacht Bei einem vorausfahrenden oder einscherenden Fahrzeug wird die Ge VuV 2013 17 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik schwindigkeit entsprechend angepasst Abbildung 2 mittleres Bild Ist der Bereich vor dem Fahrzeug wieder frei so wird wieder auf die vom Fahrer definierte Sollgeschwin digkeit eingeregelt Abbildung 2 unteres Bild ACC greift sowohl auf das Antriebssys tem als auch auf das Bremssystem zur ck um die Wunschgeschwindigkeit bzw einen vorgegebenen Abstand einzuregeln IO EZT N N rand im Abbildung 2 ACC Funktion Wechsel von Freifahrt zu Folgefahrt und zur ck Winner et al 2012 S 478 F r die ACC Systeme Standard ACC bzw nur als ACC
349. wird die hell reflektierende Bitumenfuge als Fahrbahnmarkierung erfasst Im rechten Bild ist die rechte Fahrbahnmarkierung durch Schnee verdeckt es kann nur die mittlere Markie rung erkannt werden Diese beiden F lle zeigen wie schwierig eine zuverl ssige Fahr streifenerkennung ist Abbildung 12 Extrembeispiele der Fahrstreifenerkennung reflektierende Bitumenfugen links mit Schnee bedeckte Fahrbahn rechts Winner et al 2012 S 547 W hrend bei den LDW Systemen im einfachsten Fall die Information ausreicht ob ge rade ein Fahrstreifen berfahren wird sind die Anforderungen bei LKS Systemen we sentlich h her da ansonsten keine Regelung m glich ist Es m ssen beide Fahrbahn markierungen erfasst werden um daraus die Fahrstreifenmitte und die Orientierung des Fahrzeugs im Fahrstreifen ermitteln zu k nnen Des Weiteren muss die Geometrie des vorausliegenden Abschnitts erkannt werden Je nach Systemauslegung kann der Eingriff bei LKS Systemen entweder den Sicherheitsaspekt abdecken indem das ein gepr gte Spurhaltemoment erst kurz vor der Fahrstreifenbegrenzung aufgepr gt wird oder mehr den Komfortaspekt ber cksichtigen bei dem das Spurhaltemoment bei Ab weichungen zur Fahrstreifenmitte st ndig zunimmt siehe Abbildung 13 VuV 2013 41 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik Spurhaltehilfsmoment Spurhaltehilfsmoment Spurhaltehilfsmoment Spurab weichung Fahrstreifen mitte Fahrstreifen begrenz
350. wird dieses Vorgehen dargestellt Abbildung 52 Integration eines Lkw in eine gemischte Fahrzeugkolonne In Anleh nung an Ricardo 2009 VuV 2013 142 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Der blaue Lkw stellt dabei den neuen Kolonnenteilnehmer dar der sich in die gr ne Fahrzeugkolonne integrieren m chte Durch die M glichkeit der Fahrzeugkommunika tion sind die Kolonnenteilnehmer ber den Beitritt des Lkw in die bestehende Fahr zeugkolonne informiert Der Kolonnenregler muss dabei vorgeben an welcher Position der Fahrzeugfolgeabstand f r den Beitritt vergr ert wird Sobald der Fahrer des blau en Lkw sein Fahrzeug neben der L cke platziert hat wird er aufgefordert die Steue rung an das System zu bergeben die das Fahrzeug selbstst ndig in die endg ltige Position innerhalb der Kolonne bringt Die Integration eines Lkw wie sie in Abbildung 52 zu sehen ist ist nur m glich wenn die Kolonne langsamer als die zul ssige H chstgeschwindigkeit f r Lkw unterwegs ist F r das Szenario eines Lkw Beitritts ist es notwendig dass kooperative Handlungsstra tegien entworfen werden Diese Strategien k nnen beispielsweise vorsehen dass die Geschwindigkeit der Kolonne kurzzeitig f r den Zeitraum der Integration reduziert wird um den Vorgang z gig abschlie en zu k nnen F r die Integration eines Reisebusses kann auf bereits vorgestellte Handlungsstrate gien zur ckgegriffen werden Im Falle
351. ystem vo rausgesetzt was durch eine entsprechende Anpassung des Fahrverhaltensmodells umgesetzt wird siehe Anlage 5 Um auch den Einfluss h herer Geschwindigkeiten bei Pkw Kolonnen erfassen zu k nnen wird zun chst ein Geschwindigkeitsbereich von 110 km h bis 130 km h f r Pkw Kolonnen und ein Geschwindigkeitsbereich von 80 bis 90 km h f r Lkw Kolonnen gew hlt Anschlie end wird die Geschwindigkeit der Pkw Kolonnen ebenfalls auf 80 bis 90 km h reduziert um die Ergebnisse der Simulation mit der theoretischen Berechnung aus Kapitel 10 1 1 vergleichen zu k nnen F r die Ermittlung der maximal m glichen Kapazit t des Stra enquerschnitts wird die Soll Verkehrsst rke in der Simulation schrittweise gesteigert und anschlie end die tat s chlich erreichte Verkehrsst rke ausgewertet Die Ergebnisse der Simulation sind in Abbildung 66 dargestellt Auf der x Achse sind die untersuchten Soll Verkehrsst rken in einer Schrittweite von 500 Fz h aufgetragen Auf der y Achse werden ebenfalls Ver VuV 2013 181 Auswirkungen der autonomen Kolonnenfahrt kehrsst rken in Fz h aufgetragen dabei wird jedoch zwischen folgenden Verkehrsst r ken unterschieden e Blaue Balken Soll Verkehrsst rke diese Verkehrsst rke entspricht der Ein gangsgr e siehe x Achse und dient als Vergleichswert e Rote Balken erreichte Verkehrsst rke in der Simulation inhomogene Ge schwindigkeitsverteilung e Gr ne Balken erreichte Verkehrsst rke
352. ystemfehlern Alle Teilnehmer einer Fahrzeugkolonne sind darauf angewiesen dass sich die gesam te technische Ausstattung ihrer Fahrzeuge in einwandfreiem Zustand befindet Die Verantwortung hierf r obliegt dem Halter In Bezug auf die autonome Kolonnenfahrt sind dies im Einzelnen die Module Kommunikation und Bedienung sowie die L ngs und Querf hrung inklusive der dazugeh rigen Sensorik siehe Kapitel 8 1 1 Um die Sicherheit des Systems zu gew hrleisten m ssen alle Funktionen vollumf ng lich nutzbar sein Tritt an einer Systemkomponente ein Problem auf so ist die Kolon nenteilnahme f r das betroffene Fahrzeug ausgeschlossen auch wenn redundante Komponenten vorhanden sein sollten Diese sind nur f r Notfallsituationen und nicht f r den Regelbetrieb vorgesehen Das hei t dass die Anmeldung eines potentiellen Ko VuV 2013 151 Handlungsstrategien bei der autonomen Kolonnenfahrt Ionnenteilnehmers egal ob als F hrungs oder als Folgefahrzeug unterbunden wird sobald die Fahrzeugdiagnose einen relevanten Fehler im System identifiziert hat Der Fahrer soll bei Erkennen des Fehlers informiert werden Es ist dar ber hinaus denkbar dass das Fahrzeug via Mobilfunk eine Nachricht an die Werkstatt sendet die daraufhin den Fahrer f r eine Terminabsprache kontaktiert und gegebenenfalls sofort die Bestel lung eines Ersatzteils einleitet Ein Systemfehler kann dann problematisch werden wenn dieser w hrend der Kolon nenteiln
353. zeuge siehe Definition in Kapitel 7 1 automatisch gef hrt werden sollen In Serie werden bereits die Systeme ACC und LKS angeboten die den Fahrer sowohl in der L ngs als auch gleichzeitig in der Querf hrung unterst tzen k nnen Als neues tes Beispiel kann hier die im Mai 2013 vorgestellte Mercedes Benz S Klasse Typ W V 222 aufgef hrt werden deren ACC System auch f r den Stop amp Go Verkehr ausgelegt ist w hrend der Lenk Assistent den Fahrer bei der Querf hrung unterst tzt und durch ein gezieltes Aufbringen von Lenkmomenten das Fahrzeug in der Fahrstreifenmitte halten kann mit Hands on Erkennung Bei geringer Geschwindigkeit kann das Spur haltesystem sich ber die Stereokamera auch am vorausfahrenden Fahrzeug orientie ren falls die Fahrbahnmarkierungen nicht sichtbar oder nicht eindeutig sind Daimler VuV 2013 45 Fahrerassistenzsysteme Stand der Technik AG 2013b Vor allem diese Funktion wird f r die Querf hrung der Folgefahrzeuge bei der autonomen Kolonnenfahrt relevant sein Wie allgemein bekannt ist muss der Fahrer stets die Kontrolle ber die Fahrzeugf h rung haben vgl Kapitel 7 2 Wie bei Winner et al 2012 aufgef hrt wird f hrt dies jedoch dazu dass vom Fahrer eine neue und erweiterte Bedienf higkeit dieser Syste me verlangt wird da er st ndig dazu bereit sein muss wieder die vollst ndige Fahr zeugf hrung zu bernehmen und die Assistenzsysteme zu bersteuern Die Assis tenzsys
354. zeugherstellern und Zuliefer betrieben nun die M glichkeit auf dieser Basis z B aktive Sicherheitssysteme zu ent wickeln und Ma nahmen f r eine rasche Marktdurchdringung zu erarbeiten 5 5 2 Nachrichten bermittlung durch Ad Hoc Netzwerke Gem den Absichten des Car to Car Communication Consortium soll die Fahrzeug kommunikation zuk nftig ber sogenannte Ad Hoc Netzwerke realisiert werden Im Fall der fahrzeugbezogenen Anwendung bezeichnet ein Ad Hoc Netzwerk ein unabh ngi ges sich selbst organisierendes Netz aus mobilen Teilnehmern Knoten Pl Rl 2008 S 7 Die Selbstorganisation bedeutet dass eine Vernetzung der Knoten automatisch Fahrzeughersteller Audi BMW Daimler Honda MAN Opel Peugeot Renault Volkswagen Volvo Trucks Volvo Cars Ford Zulieferer u a Bosch Continental Denso Delphi VuV 2013 81 Fahrzeugkommunikation erfolgt sobald sich diese in Reichweite befinden Die Daten bertragung wird ber eine Funkverbindung realisiert Da sich die Knoten st ndig und eher zuf llig bewegen un terliegt die Netztopologie st ndigen Ver nderungen Wird eine Nachricht nur einmal gesendet ohne danach weitergeleitet zu werden so hat die Nachricht einen sogenannten Single Hop Charakter Da jeder Teilnehmer im Netz werk gleichzeitig Sender und Empf nger sein kann ergibt sich die M glichkeit Nach richten auch ber mehrere Teilnehmer weiterzuverbreiten Multi Hop Charakter und somit die ursp
355. zie hungsweise Fahrzeugen verbaute SIM Karten liefern Informationen ber die Ge schwindigkeiten auf einem bestimmten Streckenabschnitt an eine Zentrale Dort wer den die erfassten Daten mit den Verkehrsmeldungen der Polizei Sensordaten von Autobahnen und Bundesstra en verf gbaren Informationen aus Floating Car Data und zum Teil kommunalen Verkehrsleitsystemen verkn pft vgl Pudenz 2011a Eine B ndelung verschiedenster Quellen wird als wichtiger Baustein f r eine umfassende Verkehrslageerfassung die eine dynamische sowie intelligente Routenf hrung erst m glich macht angesehen vgl Connect 2008 Die so erfasste Verkehrslage kann via Mobilfunk an das Fahrzeug oder Navigationsge r t bermittelt und als Grafik dargestellt werden siehe Abbildung 28 In diesem Fall geben die Farben gr n keine Verkehrsst rung gelb z hflie end orange stop amp go und rot Stau Auskunft ber den aktuellen Verkehrszustand Riser gt A wDIRg ENN Abbildung 28 Optische Darstellung der Verkehrslage bei Echtzeitsystemen BMW 2013b Da die Verkehrslage st ndig erfasst wird und die Informationen zeitnah weitergegeben werden bezeichnen die Anbieter ihre Systeme als Echtzeitsysteme In der Regel er folgt eine aktualisierte Verkehrsinformation alle zwei bis drei Minuten vgl Pudenz 2011a und TomTom 2013b Durch die Nutzung des Mobilfunknetzes entstehen Kosten wobei oft ein j hrlicher Datenvertrag abgeschlossen werden muss B
356. zsyste me beispielsweise bei den Koppelvorg ngen relevant sein wenn diese vom Fahrer durchgef hrt werden m ssen Dabei k nnen sie den Fahrer dar ber informieren wel che Position er in der Kolonne einnehmen soll oder wie und wann er die Kolonne ver lassen sollte z B in Abh ngigkeit von den nicht zur Kolonne geh renden Verkehrsteil nehmern F r die Erstellung der Handlungsempfehlungen muss das gesamte Fahr zeugumfeld berwacht werden wobei hier auch die Informationsweitergabe ber die Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation verwendet werden kann siehe Kapitel 5 F r eine detailliertere Beschreibung dieser Systeme wird an dieser Stelle auf die wei terf hrende Literatur verwiesen z B auf den Fahrstreifenwechselassistent von Habe nicht 2012 die Ausf hrungen bei Winner et al 2012 und Knake Langhorst 2013 2 3 2 Man verbasierte Fahrzeugf hrungssysteme Man verbasierte Fahrzeugf hrungssysteme unterst tzen den Fahrer bei der Man ver ausf hrung oder f hren diese partiell automatisiert durch vgl Habenicht 2012 Bei Winner et al 2012 werden diese Konzepte auch als kooperative Fahrzeugf hrung bzw kooperative Automation bezeichnet Diese k nnen die Grundlage f r z B teil automatisierte Kopplungsvorg nge bei der Bildung von Fahrzeugkolonnen Kapitel 9 1 und 9 2 sein und werden daher kurz vorgestellt Falls nicht anderweitig erw hnt be ziehen sich die Beschreibungen auf die bei Winner et al 201
357. zu verhindern oder abzumildern EG Verordnung Nr 661 2009 S 8 Im Folgenden soll ein berblick ber die Warnsysteme bis hin zu den eben erw hnten Notbremssystemen gegeben werden Diese Systeme werden z B bei Winner et al 2012 unter dem Begriff Frontalkollisionsschutzsysteme zusammengefasst Bremssys teme die selbstst ndig die vollst ndige Bremskraft aufbauen k nnen sind f r die au tonome Kolonnenfahrt zwingend notwendig und bilden mit dem ACC System das tech nische Grundger st f r die automatische L ngsf hrung innerhalb der Kolonnen 2 1 2 1 Bremssysteme und Entwicklungsstufen Bremsassistent BAS Wie anhand der einleitend genannten GIDA Studie klar wird spielt einerseits die Un aufmerksamkeit der Fahrer eine wichtige Rolle bei Auffahrunf llen andererseits eine nicht ausreichende Verz gerung Bei letzteren auch als Teilbremsung bezeichneten Verz gerungen reagieren die Fahrer zwar meist schnell genug jedoch nicht mit der letzten Konsequenz wie es in Abbildung 5 exemplarisch dargestellt wird Dieses Verhalten hat einen l ngeren Bremsweg zur Folge dem der Bremsassistent BAS entgegenwirken soll Hierzu wird die Bet tigungsgeschwindigkeit des Bremspe dals berwacht und beim berschreiten einer empirisch ermittelten Schaltschwelle schnellstm glich der maximale Bremsdruck durch den BAS aufgebaut Winner et al 2012 Der Fahrdynamikregler bzw das ABS sind dabei nach wie vor aktiv und regeln den vom B
358. zur Umfelderkennung und mit entsprechender Software ausgestattete Versuchstr ger bie tet neben den Funktionsumfangsumf ngen wie sie im HAVEIt Projekt implementiert sind Bremsen Beschleunigen Lenken weitere intelligente L sungen f r die automa tisierte Fahrt auf Autobahnen hnliche Projekte befinden sich auch bei weiteren Au tomobilherstellern in Bearbeitung Unter anderem erprobt Mercedes Benz einen inno vativen Autobahnpiloten der im Vergleich zum angesprochenen BMW Projekt einen sehr hnlichen Funktionsumfang bietet vgl Deppe 2013 Im Rahmen des BMW Projekts stehen das Ausloten der Grenzen und M glichkeiten von automatisierten Fahrfunktionen sowie das Erforschen zuk nftiger Assistenzfunkti onen im Vordergrund Das Ziel einer unmittelbaren und zeitnahen Serieneinf hrung wie es beim HAVEIt Projekt verfolgt wurde spielt hier eine untergeordnete Rolle Im Gegenzug werden in diesem Projekt bereits neuartige Funktionen in der Praxis erprobt Das System verf gt beispielweise ber die Funktion langsamere Verkehrsteilnehmer automatisch zu berholen siehe Abbildung 34 Auch auffahrende Fahrzeuge an Auto bahnauffahrten werden erkannt worauf sich der Prototyp kooperativ verh lt Wenn m glich wird durch einen Fahrstreifenwechsel der rechte Fahrstreifen frei gemacht VuV 2013 94 Forschungsprojekte zum automatisierten Fahren und zur autonomen Kolonnenfahrt oder die Geschwindigkeit angepasst um anderen Verkehrsteilneh
359. zur Fahrzeugkolonne zur ckfallen lassen Fahrzeuge hin ter dem F hrungsfahrzeug m ssten dagegen die Geschwindigkeitsbegrenzung ber schreiten um das F hrungsfahrzeug erreichen zu k nnen Dies soll durch einen ent sprechend eingeschr nkten Empf ngerkreis vermieden werden Soll jedoch auch po tentiellen Folgefahrzeugen hinter dem F hrungsfahrzeug die Kolonnenteilnahme er m glicht werden ist ein kooperatives System notwendig bei dem das F hrungsfahr zeug die Geschwindigkeit kurzzeitig reduziert um diese Fahrzeuge aufschlie en zu lassen Wie die Meldung eines potentiellen F hrungsfahrzeugs bei einem Empf nger aussehen kann zeigt Abbildung 47 10 41 87 5 MHz AA SCEN Hinweis Kolonne in Reichweite Position 500 m voraus Geschwindigkeit 120 km h Gemeinsame Strecke 64 km Beitreten Abbrechen Abbildung 47 Meldung in einem potentiellen Folgefahrzeug ber das Angebot zum Anschluss an ein F hrungsfahrzeug In Anlehnung an BMW 2013b Zur Verdeutlichung der vorangehenden Beschreibung und den getroffenen Einschr n kungen sollen an dieser Stelle verschiedene Musterf lle betrachtet werden e Pkw meldet sich als F hrungsfahrzeug an Der Fahrer bermittelt zudem seine Wunschgeschwindigkeit Empf nger der Nachricht sind andere C2XC f hige Pkw die ber die technischen Voraussetzungen zur Teilnahme an einer Fahr zeugkolonne verf gen und das F hrungsfahrzeug ohne berschreiten der gel tenden Geschwindigkeits

Studienarbeit Nr. 21 - Institut für Straßen

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