Autonomes Fahren & Verkehrsflusstheorie
Aus dem Buch “Autonomes Fahren” die Frage nach der Wirkung Autonomer Fahrzeuge im Verkehrsfluss – von Bernhard Friedrich.
Die Vorteile beim Autonomen Fahren werden oftmals mit einem besseren Verkehrsfluss angeführt. Die Abhandlung von Friedrich will dieser Frage nachgehen. Dabei geht man von der bestehenden Infrastruktur aus, die beispielsweise mit Ampeln ausgestattet ist. Derart gilt in Städten die Frage der Kapazität im Kontext der Zeit und auf der Autobahn die Kapazität in Bezug auf das Verkehrsaufkommen.
Die der Überprüfung zu Grunde liegenden Einheiten sind auf der Mikroebene: 1) zeitlicher-, 2) räumlicher Abstand, sowie 3) die Geschwindigkeit. Auf der Makroebene ist es die Verkehrsstärke, -dichte und die durchschnittliche Geschwindigkeit. Die einzelnen Werte muss man in einer reziproken Abhängigkeit sehen. Daher die Formel: Verkehrsstärke = Dichte mal Durchschnittsgeschwindigkeit. Diese Grundformel kann durch Regressionsrechnung und Ableitungen verändert werden, es ergibt sich eine parabolischer Zusammenhang zwischen Verkehrsstärke und -Dichte.
Durch zur Hilfenahme von Statistiken und Diagrammen lässt sich eine Schwelle errechnen, von stabil zu instabil – durch zu hohes Verkehrsaufkommen. Die Folge der Instabilität des Flusses ist der Stau. Daraus leiteten die Forscher May und Keller drei Arten des Verkehrs ab: A) Freie verkehr und geringem Aufkommen, B) teilgebundener Verkehr bis zur Schwelle mit optimaler Geschwindigkeit und Verkehrsaufkommen und C) gebundener Verkehr mit hohen Dichte und geringer Geschwindigkeit. Die Schwelle ist erreicht, wenn die Dichte und Geschwindigkeit, im Durchschnitt, zu hoch wird.
Ein weiterer Faktor ist die Reaktionszeit, die mit einem halben Tachoabstand, im Durchschnitt mit 1,8 Sekunden angelegt wird. Allerdings gibt es auch Ausreißer. Daher gibt es keine konkrete Zahl an Fahrzeugen, die man nennen kann, zumal der Verkehr zufällig entsteht.
Bei der Annahme, dass es Autonome Fahrzeuge sind, wird von eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 80 km/h und in der Länge rund 4,5 Meter angenommen. Das ändert sich natürlich bei Lkws auf der Straße. Als Abstand wird eine Dauer von 0,5 Sekunden angenommenen, da Autonome Autos schneller reagieren können. Wenn man nun die Daten einträgt erhöht sich die Kapazität deutlich. Durchschnittlich würde sich die Fahrzeugaufnahmemöglichkeit der Verkehrswege um gerundet 80 Prozent erhöhen. Nimmt man einen 15prozentigen Lkw Anteil in die Berechnung auf, so vermindert das die Erhöhung nur geringfügig.
Bei einer Trennung von Auto- und Lkw-Verkehr könnte man sogar eine stärkere Kapazitätsauslastung erreichen. Andere Faktoren, die den Verkehrsfluss beeinflussen, sind nicht berücksichtigt worden. Mit Blick auf die Vernetzung der Fahrzeuge dürfte sich der Verkehr darüber hinaus weiter verflüssigen und die Schwelle vermieden werden.
In urbanen Gebieten sind es vor allem die Ampeln, die Verkehrsfluss regulieren. Mit dem Anfahren ergibt sich eine Verzögerung durch die Reaktionszeit von durchschnittlich 1,8 Sekunden. Beim Autonomen Verkehr reduziert sich der Wert auf 0,6 Sekunden. Bei gemischtem Verkehr – manuell und autonom – erhöht sich der Wert wieder.
Derart ergibt sich ein Kapazitätsgewinn mit Autonomen Fahrzeugen, für eine optimale Auslastung bedarf es nur Autonomer Fahrzeuge. Erkennbare Vorteile erschließen sich durch eine kritische Anzahl solcher Fahrzeuge.
Als Lösungsansatz für die Übergangszeit empfiehlt man separierte Fahrbahnen auf Autobahnzubringern und entsprechenden Straßen. Das gleiche gilt für die urbanen Gebiete. Außerdem glaubt Friedrich an eine Kommunikation dieser Autos untereinander, was die Problematik entschärfen würde.
