Intelligente Steuerung für sichere Straßen: Entwicklung und Erprobung fortgeschrittener adaptiver Abstands- und Geschwindigkeitsregelungssysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Antoine Tordeux
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546728715

Stop-and-go-Wellen sind ein häufiges Phänomen auf Autobahnen, bei denen sich Staus, manchmal auch Phantomstaus genannt, ohne erkennbaren Grund ausbreiten und Autofahrende zum Abbremsen und Wiederanfahren zwingen. Stop-and-go-Wellen sind komplexe, sich entwickelnde kollektive Phänomene, die täglich auf den Straßen zu beobachten sind. Die Stop-and-go-Dynamik ist nicht nur von wissenschaftlichem Interesse, sondern hat auch Auswirkungen auf die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer, ihre Reisezeiten und die Umwelt. Obwohl seit den 1950 Jahren an dem Phänomen geforscht wird bleibt das Verständnis der Entstehung der Stop-and-go-Dynamik im Verkehr eine wissenschaftliche Herausforderung. Selbst heutige adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme (ACC) können in Experimenten eine instabile Dynamik zeigen. Die Gründe dafür sind vielfältig: Verzögerungen in der Fahrzeugsteuerung, Unsicherheiten in der Wahrnehmung der Umgebung und externe Störungen können gleichförmige Verkehrsflüsse destabilisieren. Die Regler von ACC-Systemen müssen durch Antizipationsmechanismen und andere Filter dynamisch kompensiert werden, um lokale und kollektive Stabilitätsbedingungen zu erreichen. In diesem Projekt entwickeln, analysieren und testen wir einheitliche Rahmenbedingungen für fortschrittliche ACC-Systeme, die in der Lage sind, gleichzeitig Verzögerungen und stochastisches Rauschen in der Dynamik zu reduzieren. Wir integrieren ausgewählte lineare und nichtlineare Fahrzeugfolgestrategien in die obere Ebene von ACC-Systemen und erweitern die Steuerung durch den Einsatz von Kompensatoren und Filtern auf einer niedrigeren Steuerungsebene. Die durch Rauschfilter verursachte Verzögerung wird ebenfalls in einem einheitlichen Modellierungsrahmen berücksichtigt. Für die Sicherheitsbewertung werden starke Stabilitätsbedingungen einschließlich gedämpfter und überdämpfter Dynamik abgeleitet. Die Untersuchung der Phasendiagramme ausgewählter nichtlinearer Systeme durch Simulation ermöglicht die Identifizierung von Phasentrennungen, den entsprechenden kritischen Parametereinstellungen, den Stabilitätsbereichen sowie den Betriebsgrenzen der entwickelten fortschrittlichen ACC-Systeme. Ausgewählte ACC-Systeme werden mit einem Simulator und der Open-Source-Software CARLA getestet. Der Schwerpunkt liegt auf sicherheitskritischen Szenarien. Weitere Experimente werden mit bis zu 40 ferngesteuerten Modellfahrzeugen auf einer Kreisbahn durchgeführt. Ziel ist es, die entwickelten ACC-Systeme in realistischen Situationen zu testen und zu evaluieren, indem künstlich mit Verzögerungen und Störungen in der Dynamik gespielt wird. Des Weiteren zielen wir darauf ab, kürzlich durchgeführte Experimente mit ACC- ausgestatteten Fahrzeugen zu reproduzieren und zu verstehen, um dadurch sichere und robuste ACC-Systeme bereitstellen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen