Samenvatting

De westerse maatschappij is in de laatste decennia in toenemende mate geconfronteerd met verkeersproblemen. De stijgende verkeersvraag leidt tot congestie en heeft een negatief effect op verkeersveiligheid, uitstoot van uitlaatgassen en energieconsumptie. De verwachtingen van ICT-toepassingen in het wegverkeer zijn hoog, omdat deze technologie kan leiden tot systeeminnovaties die op de lange termijn kunnen bijdragen aan oplossingen voor de verkeersproblemen. Het is aannemelijk dat in de komende jaren de automobilist een verscheidenheid aan Intelligente Transport Systemen (ITS) tot zijn/haar beschikking krijgt. ITS die een bestuurder assisteren bij hun bestuurderstaken worden bestuurdersondersteunende systemen genoemd. Een bestuurdersondersteunend systeem dat eind jaren negentig is geïntroduceerd door de automobielindustrie is ‘Adaptive Cruise Control’ (ACC). ACC is een systeem dat is ontworpen om het comfort voor de bestuurder op snelwegen te verhogen door de bestuurder te vrijwaren van de noodzakelijkheid om continue zijn/ haar snelheid aan te passen aan de snelheid van de voorganger. Voertuig-voertuig communicatie heeft de mogelijkheid om de ontwikkeling van bestuurdersondersteunende systemen te verhogen. Onlangs is voertuig-voertuig communicatie toegevoegd aan het ACC systeem. Dit systeem draagt de naam ‘Co-operative Adaptive Cruise Control’, kortweg CACC.

Verschillen tussen Cruise ControlsystemenVoertuig-voertuig communicatie verschaft het ACC systeem meer en betere informatie over de directe voorligger en stelt een voertuig daarmee in staat om sneller en geleidelijker te reageren op acceleraties en deceleraties van de directe voorligger. Ondanks het feit dat CACC voornamelijk is ontworpen als een comfort verhogend systeem, is het aannemelijk om te veronderstellen dat CACC, indien het door veel bestuurders wordt gebruikt, een positief effect heeft op doorstroming en capaciteit van een snelweg. Echter, omdat CACC zich in een vroeg stadium van ontwikkeling bevindt, is er weinig onderzoek gedaan naar doorstromingseffecten. Het doel van deze studie is de impact van CACC op een verkeersstroom op een Nederlandse snelweg te bestuderen. Omdat CACC nog niet is geïntroduceerd in de markt en derhalve veldexperimenten nog niet kunnen worden uitgevoerd, wordt er onderzoek gedaan met behulp van het microscopische verkeersmodel ‘MIXIC’. MIXIC is in staat om het gedrag van voertuigen op snelwegen gedetailleerd te beschrijven. Dit maakt het mogelijk om de effecten op doorstroming van het CACC systeem, dat ingrijpt op voertuigniveau, te verkennen. De functionaliteit van CACC is uitgewerkt in specificaties voor MIXIC en MIXIC is vervolgens uitgebreid met een CACC model.

Een modelexperiment met twee met CACC uitgeruste voertuigen op een snelweg met één rijstrook stelt vast dat, wanneer voertuigen elkaar volgen in de CACC modus, de volgtijd veilig kan worden verkleind tot 0.5 seconden. Een tweede experiment met een peloton van 4 voertuigen die een langzamer voertuig naderen in de CACC modus toont aan dat de stabiliteit in afstand tussen voertuigen in het peloton verbetert ten opzichte van een peloton met uitsluitend handmatig bestuurde voertuigen. Een kleine, bijna verwaarloosbare vertraging in de communicatie, vervangt zowel de reactietijd van de bestuurder als de vertraging in de sensor van de ACC. Dit verbetert het volggedrag van het voertuig.

MIXIC simulaties, uitgevoerd met data gemeten op een 4-strooks snelweg met een bottleneck als gevolg van een wegversmalling naar 3 rijstroken, bewijzen dat CACC de potentie heeft om de verkeersprestatie te verbeteren. De mate waarin CACC een positief effect heeft op de stabiliteit en doorstroming op een snelweg is afhankelijk van de conditie van de verkeersstroom en de penetratiegraad van CACC. Bij hoge intensiteiten is er een hoge mate van interactie tussen voertuigen, waardoor veel voertuigen kunnen participeren in een CACC peloton (op voorwaarde dat ze uitgerust zijn met CACC). Omdat CACC volgtijden verkleint en de stabiliteit in een peloton vergroot, heeft CACC een grotere positieve impact in druk verkeer en bij een hoge penetratiegraad.

De stabiliteit van de verkeersstroom verbetert bij stijgende fracties van CACC. Dit is gemeten als een reductie van het aantal schokgolven, variërend van 25% (20% CACC) tot 90% (100% CACC) op het snelweggedeelte waarop intensiteiten hoog zijn (vóór de bottleneck). Bij een lage CACC penetratiegraad (<40%) leidt deze verbetering in verkeersstabiliteit niet tot een betere doorstroming. Zelfs lagere gemiddelde snelheden zijn gemeten. Wanneer het grootste deel van het wagenpark is uitgerust met CACC (>60%) wordt een verbetering in doorstroming gemeten ten opzichte van de referentie situatie van uitsluitend handmatig bestuurde voertuigen (tot 10% verbetering op het weggedeelte vóór de bottleneck).

Het effect op doorstroming bij vervanging van een reguliere rijstrook door een rijstrook die uitsluitend gebruikt mag worden door met CACC uitgeruste voertuigen (CACC-strook) is sterk afhankelijk van de penetratiegraad van CACC. Een lage aanwezigheid van CACC (<40%) leidt tot een significante verslechtering van doorstroming van verkeer. Dit is aangetoond door lagere snelheden, hogere variatie in snelheden en meer schokgolven. Een verklaring hiervoor is een intensiteitstijging op de reguliere rijstroken en een relatief hoog aantal rijstrookwisselingen, omdat de niet met CACC uitgeruste voertuigen de linker rijstrook moeten verlaten voordat deze een CACC-strook wordt. Als gevolg hiervan ontstaat een ongebalanceerde verdeling over de rijstroken. De potentiële verbetering in verkeersprestatie van een CACC-strook in vergelijking met een snelwegconfiguratie zonder CACC-strook kan uitsluitend worden bevestigd voor hoge CACC fracties (>50%) en voor het snelweggedeelte vlak voor de bottleneck (waarop de intensiteiten relatief hoog zijn).

Omdat in dit onderzoek uitsluitend longitudinale communicatie wordt beschouwd en er geen beperkingen zijn voor de lengte van CACC pelotons, ontstaan er problemen bij het invoegen van voertuigen als gevolg van een bottleneck. Een hoge penetratiegraad van CACC leidt tot de formatie van lange CACC pelotons op het snelweggedeelte vóór de bottleneck. Deze lange CACC pelotons beperken andere voertuigen in het uitvoeren van een rijstrookwisseling, omdat de ruimte tussen twee voertuigen kleiner is dan de door de bestuurder geaccepteerde ruimte om een rijstrookwisseling uit te voeren. Dit onveilige neveneffect van CACC uit zich in een stijgend aantal voertuigen dat uit de simulatie wordt verwijderd als gevolg van conflicten, wanneer meer voertuigen uitgerust worden met CACC. Aanbevolen wordt om mogelijke oplossingen voor dit invoegprobleem te onderzoeken. Opties voor verbetering zijn (1) het limiteren van de lengte van de CACC pelotons, (2) een baken in de infrastructuur, dat communiceert naar voertuigen op de strook voor de bottleneck dat een grotere volgtijd moet worden aanhouden voor voertuigen die willen ritsen en (3) het toevoegen van een zogenaamde ‘Co-operative Merging’ applicatie aan het CACC systeem dat voertuigen in staat stelt hun laterale bewegingen (bijvoorbeeld rijstrookwisselingen) met elkaar te communiceren.

Het introduceren van CACC in de markt is niet uitsluitend een zaak van het demonstreren van technologische ontwikkeling en verbetering van de verkeersprestatie, maar vereist gebruikersacceptatie op het gebied van aansprakelijkheid, comfort en socio-economische effecten. Daarom is het van belang de effecten van het introduceren van CACC in de markt al in een vroegtijdig stadium van ontwikkeling te analyseren. Er is een verkennende studie naar de context van het CACC systeem uitgevoerd om kansen en bedreigingen voor het inzetten van CACC te identificeren. Actoren die betrokken zijn bij de ontwikkeling van ADA systemen en CACC in het bijzonder hebben verschillende interesses in dit systeem en nemen als gevolg hiervan hun eigen houding aan ten opzichte van een eventuele introductie van CACC. Op basis van de sterke en zwakke punten van het CACC systeem en de kansen en bedreigingen voor een marktintroductie van CACC kunnen verschillende voorwaarden voor een succesvolle marktintroductie van CACC worden geïdentificeerd:

-

De beschouwing van menselijke factoren, het bewustzijn van de bestuurder en de wensen van de gebruiker in de ontwikkeling van CACC.

-

Het verduidelijken van de effecten van CACC door onderzoek te intensiveren.

-

Het verkrijgen van autonome ACC in een stadium waarin het systeem breed wordt gebruikt.

-

De ontwikkeling van strategieën ten aanzien van het omgaan met de lage gebruikersmogelijkheden wanneer slechts een beperkt aantal CACC systemen zijn geïntroduceerd in de markt.

-

Het bereiken van overeenstemming over standaarden voor een betrouwbaar communicatie systeem.