Auslegung, Simulation und Bewertung von Verkehrsassistenzsystemen durch die Kopplung mit Verkehrsflussmodellen

Langenberg, Jens

doi:10.24355/dbbs.084-201601280924-0

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Auslegung, Simulation und Bewertung von Verkehrsassistenzsystemen durch die Kopplung mit Verkehrsflussmodellen

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Bisher werden Fahrerassistenzsysteme zur Steigerung des Fahrkomforts verwendet und können im Einzelfall einen Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit leisten. Um den wachsenden Verkehrsproblemen in Form von Staus und dichtem Verkehr zu begegnen, wird in Forschungsarbeiten der Anwendungsbereich von Assistenzsystemen um den Aspekt der Verkehrsflusssteigerung erweitert. Fahrerassistenzsysteme werden zu sogenannten Verkehrsassistenzsystemen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird durch die Verknüpfung der Wissenschaftsgebiete Fahrerassistenz und Verkehrsdynamik erstmals ein prognostisches Instrument entwickelt, welches generisch für die simulative Auslegung und Bewertung der verkehrlichen Wirkung von Verkehrsassistenzsystemen nutzbar ist. Als Grundlage werden dafür zunächst die möglichen Auswirkungen von Assistenzsystemen auf den Verkehrsfluss ermittelt. Basierend auf dem Fundamentaldiagramm des Verkehrs wird anschließend das verkehrliche Optimierungspotenzial hergeleitet. Darauf aufbauend wird der Regelkreis Fahrer-Fahrzeug um Verkehrsassistenzsysteme erweitert. Dieser wird auf das mikroskopische Verhaltensmodell einer Fahrer-Fahrzeug-Einheit übertragen und eine systematische Modellkopplung zwischen Assistenzsystem- und Verkehrsflussmodell entworfen. Für die Auslegung und Bewertung von Verkehrsassistenzsystemen wird eine neue Kenngröße unter Berücksichtigung der verkehrlichen Effizienz des individuellen Fahrverhaltens hergeleitet. Anhand dieser räumlich-zeitlichen Straßenbelegung kann das Fahrverhalten eines Assistenzsystems verkehrlich optimiert werden. Weiterhin wird eine Abschätzung der Auswirkungen von Verkehrsassistenzsystemen auf den gesamten Verkehr hinsichtlich des räumlich-zeitlichen Fahrzeugdurchsatzes, des Verkehrsflusses und der Verkehrsdichte auch ohne die Durchführung einer Simulationsuntersuchung ermöglicht. Für die Anwendung der Modellkopplung und der erarbeiteten Kenngröße wird ein neues Simulationswerkzeug entwickelt. Dieses ermöglicht die Untersuchung der Assistenzsysteme in beliebigen Verkehrsszenarien. Durch die prototypische Untersuchung eines Ampelphasenassistenzsystems und eines Stauassistenzsystems wird die Funktionsfähigkeit des prognostischen Instruments bestehend aus Modellkopplung, Kenngröße und Simulationswerkzeug nachgewiesen. Die Beispiele bestätigen das verkehrliche Potenzial von Verkehrsassistenzsystemen und zeigen, dass solche Assistenzsysteme zur zielgerichteten Optimierung des Verkehrs genutzt werden sollten.

Driver assistance systems are used to increase comfort and, in certain cases, can contribute to improved road safety. To meet the growing traffic problems of congestion and heavy traffic, current research projects extend the scope of assistance systems to aspects of traffic flow. Such driver assistance systems are known as traffic assistance systems. The effect on traffic flow is achieved by the specific adaptation of the driving behaviour based on the traffic situation. In the present work a prognostic tool is developed, by combining the fields of science about driver assistance and traffic dynamics. This can be used generically for the simulative design and assessment of the traffic impact for traffic assistance systems. The possible impact of assistance systems on traffic flow is determined as a basis. Based on the fundamental diagram of traffic, the potential for optimization is derived. The effective types of traffic systems are identified related to the classifications strategy, level and concept. Using the results of the impact analysis the driver-vehicle control loop is combined with traffic assistance systems. This loop is transferred to the microscopic behavior model of a driver-vehicle-unit and a systematic model coupling of models of assistance systems and traffic flow is formed. A new characteristic is derived for the design and evaluation of traffic assistance systems, taking into account the traffic efficiency of the individual driving behavior. Based on this characteristic the behavior of an assistance system can be optimized for traffic flow. Furthermore, the impact of traffic assistance systems on traffic flow and traffic density can be estimated without conducting a simulation study. A new simulation tool is developed that makes use of the model coupling and the associated characteristics. This allows the study of the assistance systems in user defined traffic scenarios. A prototype study of a traffic light assistance system and a congestion assistance system has been undertaken to demonstrate the functioning of the prognostic instrument consisting of the model coupling, the characteristic and the simulation tool. The examples confirm the potential of traffic assistance systems and provide evidence of the benefits of using such assistance systems for optimization of traffic.