4.36 Kooperative systemer

Kapitlet er skrevet i 2015 av Alena Høye (TØI)

Kooperative systemer har det til felles at kjøretøy utveksler informasjon enten med andre kjøretøy eller med kommunikasjonsenheter som er en del av infrastrukturen (f.eks. i kryss). Slike systemer kan redusere ulykker ved å varsle førere, eller ved å overstyre førernes handlinger, i situasjoner som er vanskelige eller umulige å forutsi av føreren eller sensorer i kjøretøyet. Virkningen på ulykkene er ikke undersøkt empirisk, men studier som er basert på analyser av ulykkesstatistikk og kjøreforsøk på testbaner eller i simulator tyder på at kooperativ autonom avstandsregulering og varsling av køer, hendelser, ulykker eller vanskelige kjøreforhold kan redusere antall ulykker. 

Problem og formål

Førerstøttesystemer som er basert på informasjon som kjøretøyet registrerer via ulike sensorer fra omgivelsene (f.eks. Automatic Cruise Control, nødbremseassistent, feltskiftevarsler, fartstilpasning) eller digitale kart, er avhengige av at bilens sensorer fanger opp korrekt informasjon om alle situasjoner som kan gjøre at føreren f.eks. må senke farten. Systemer som er basert på informasjon fra digitale kart er avhengige av at kartene alltid er oppdatert med korrekt informasjon. Formålet med kooperative systemer er å forbedre datagrunnlaget for slike systemer ved å gi kjøretøyet informasjon om hendelser eller forhold som ikke er mulig å oppdage med hjelp av sensorer eller digitale kart. Mange slike systemer har som formål å forbedre sikkerheten.

Kooperativ automatisk avstandsregulering har i hovedsak som formål å forbedre framkommeligheten ved å redusere tidsluker, og å redusere drivstofforbruket, sistnevnte især på lastebiler.

Beskrivelse av tiltaket

Det finnes ulike typer kooperative systemer med ulike formål. Fellesnevneren er informasjonsutvekslingen enten

  • Med andre kjøretøy, også omtalt som car to car (car2car, c2c) eller vehicle to vehicle (vehicle2vehicle, v2v) communication, eller
  • Med infrastruktur, også omtalt som car to infrastructure (c2i eller v2i) communication.

Slike systemer er under utvikling og finnes ikke på markedet ennå (Öörni & Schirokoff, 2013). Eksempler på tiltak er beskrevet i det følgende.

Kooperativ autonom avstandsregulering eller Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC): Dette er en utvidet variant av automatisk avstandsregulering (ACC, kapittel 4.18) med informasjonsutveksling mellom kjøretøy eller mellom kjøretøy og infrastruktur. Formålet er først og fremst å gjøre det mulig å kjøre med kortere tidsluker og dermed å bedre framkommeligheten (Jones, 2013) og å redusere drivstofforbruket.

Køvarsling: Køvarsling kan være en del av eller koblet til CACC. Køer kan varsles enten fra kjøretøy til kjøretøy eller fra infrastruktur til kjøretøy. Førere kan få informasjon f.eks. om avstand til køen eller generell informasjon om at det kan være kø lenger framme.

Hendelsesvarsling: Kooperative systemer som kan varsle ulike typer hendelser i trafikken som f.eks. havarier, ulykker eller vanskelige kjøreforhold (Öörni & Schirokoff, 2013).

Varsling i kryss og dynamisk lysregulering: Slike systemer kan, basert på informasjon fra kjøretøy, tilpasse fasevekslingen til aktuelle trafikkforhold og samtidig gi førere som kjører mot et lys- eller stoppregulert kryss informasjon om fasevekslingen og om mest hensiktsmessig fartsnivå (Öörni & Schirokoff, 2013). Det er ikke funnet studier av virkningen på ulykker.

Varsling om feil kjøreretning: For å varsle førere som kjører i feil kjøreretningkan informasjon sendes fra enheter i infrastrukturen til kjøretøy. Det er også mulig at det i tillegg sendes informasjon til andre kjøretøy på den samme vegen for å varsle om en spøkelsesbilist. Slike tiltak er hittil ikke evaluert (Öörni & Schirokoff, 2013). Varsling om feil kjøreretning er beskrevet i et eget kapittel (3.28).

Kollisjonsvarsling i kryss: Det finnes ulike typer kollisjonsvarsling i kryss, som er basert på informasjon som kjøretøyet henter inn via ulike sensorer fra omgivelsene og som delvis i tillegg utveksler informasjon med andre kjøretøy eller infrastrukturenheter. Slike systemer er beskrevet i kapittel 4.18. Ved å utvide slike systemer med v2v kommunikasjon er det mulig å utvide antall situasjoner hvor systemet kan oppdage potensielle konflikter da sensorer på kjøretøy i mange situasjoner ikke kan fange opp andre kjøretøy, især kryssende trafikk (Maile et al., 2015).

Fartstilpasning: Systemer som varsler om endringer av fartsgrensen (beskrevet i kapittel 4.34 om fartstilpasning).

Virkning på ulykker

Siden kooperative systemer ikke finnes på markedet i dag er det ikke funnet studier som empirisk har undersøkt virkningen på ulykker. For flere systemer er det likevel gjort anslag på mulige virkninger, basert på kjøreforsøk, simulatorstudier eller analyser av ulykkesstatistikk.

CACC: Nowakowski et al. (2011) viste i kjøreforsøk på testbane at førere av biler med CACC holder betydelig kortere avstander til forankjørende enn førere med vanlig ACC eller uten ACC. Med CACC kan imidlertid situasjoner som krever brå nedbremsing, oppdages tidligere (Harding et al., 2014). Samtidig kan bremsene til etterfølgende kjøretøy aktiveres fortere med CACC enn når føreren må bremse manuelt eller f.eks. med et radarbasert system. Med CACC kan nedbremsingen settes i gang som følge av at det forankjørende kjøretøyet begynner å bremse, mens et radarbasert system er avhengig av at det forankjørende kjøretøyet har begynt å redusere farten. Ved manuell bremsing kommer førerens reaksjonstid i tillegg.

Køvarsling: Systemer som gir førere informasjon om kø nedstrøms på vegen, enten basert på informasjon fra andre kjøretøy eller fra infrastruktur, har i simulatorstudier vist seg å føre til tidligere og mykere fartsreduksjoner (Alm & Nilsson, 2000; Totzke et al., 2011; Van Driel et al., 2007). Dette kan forventes å redusere risikoen for påkjøring bakfra. Derimot fant Naujoks & Totzke (2014), også i simulatorforsøk, at førere med køvarsling kjører fortere, holder kortede avstander til forankjørende og er mer opptatt med sekundæroppgaver enn førere uten køvarsling. Hvorvidt dette motvirker eller oppveier den positive effekten av tidligere nedbremsinger er ukjent.

Varsling av hendelser, glatt veg/vanskelige siktforhold, ulykkesvarsling: Mulige virkninger på antall ulykker er undersøkt i to studier som er basert på ulykkesstatistikk og studier av medvirkdende faktorer i ulykker:

  • Hendelsesvarsling: Reduksjon av antall drepte og skadde med 1-2% (Wilmink et al., 2008); reduksjon av antall drepte og skadde med henholdsvis 4,2 og 3,1% (Kulmala et al., 2007)
  • For varsling av glatt veg eller vanskelige siktforhold: Reduksjon av antall drepte og skadde på henholdsvis 13% og 7% (Wilmink et al., 2008)
  • Ulykkesvarsling: Reduksjon av antall drepte og skadde på henholdsvis 1,4 og 0,7% (Kulmala et al., 2007).

Virkning på framkommelighet

CACC har i hovedsak som formal å øke vegenes kapasitet ved å redusere tidsluker mellom kjøretøy. Tidsluker kan være omtrent halvert. Køvarsling, hendelses- og ulykkesvarsling kan også forbedre framkommeligheten ved å harmonisere trafikken som følge av færre brå nedbremsinger. Virkningene forutsetter at tiltakene har en viss utbredelse, dette gjelder især tiltak som er basert på kommunikasjon mellom kjøretøy.

Virkning på miljøforhold

CACC på tunge kjøretøy kan redusere drivstofforbruket som følge av reduserte tidsluker. Når to lastebiler kjører med CACC i omtrent 100 km/t kan den forankjørende redusere drivstofforbruket med omtrent 4,5% og den følgende med 10%. Dette viser målinger som er gjort av en produsent av slike systemer (www.peloton-tech.com).

Varsling i kryss kan redusere drivstofforbruket i kryss med opptil 7% i relevante situasjoner (Katsaros et al., 2011) og med omtrent 2% totalt (Klunder et al., 2009).

Kostnader

Det foreligger ikke informasjon om kostnader for kooperative systemer i Norge. I USA har NHTSA estimert at car2car kommunikasjonssystemer vil koste ca. 350$ per kjøretøy i 2020 (Harding et al., 2014).

Nytte-kostnadsvurderinger

Virkningene av kooperative systemer på ulykker (og framkommeligheten) anses som for usikre for å gjøre nytte-kostnadsanalyser. 

For transportselskaper kan CACC være bedriftsøkonomisk lønnsomt når bruken av systemet (på lastebiler) koster mindre enn besparelsen av drivstoff.

 

Formelt ansvar og saksgang

Initiativ til tiltaket

Kooperative systemer er i dag under utvikling.

Formelle krav og saksgang

Det er per i dag ikke utviklet noen formelle krav til kooperative systemer. Slike krav må eventuelt gis av vegmyndighetene, for eksempel gjennom typegodkjennings­ordningen.

Ansvar for gjennomføring av tiltaket

Tiltak som er basert på v2v kommunikasjon krever ingen utbygging eller innføring av ny teknologi i vegsystemet. En bilkjøper vil stå fritt til å velge en bil med slikt utstyr eller kjøpe dette som ekstra utstyr. Kostnader til utvikling av tiltaket bæres av bilprodusenten, mens bilkjøper bærer kostnadene ved et eventuelt kjøp.

Tiltak som er basert på v2i kommunikasjon derimot krever utbygging av infrastruktur med datainnsamlings- og kommunikasjonsenheter f.eks. i kryss eller langs motorveger.

Referanser

Alm, H., & Nilsson, L. (2000). Incident Warning Systems and Traffic Safety: A Comparison Between the PORTICO and MELYSSA Test Site Systems. Transportation Human Factors, 2(1), 77-93.

Harding, J., Powell, G., Yoon, R., Fikentscher, J., Doyle, C., Sade, D., Lucuc, M., Simons, J. & Wang, J. (2014). Vehicle-to-vehicle communications: readiness of V2V technology for application. Report DOT HS 812 014. National Highway Traffic Safety Administration, Washington, DC.

Jones, S. (2013). Cooperative Adaptive Cruise Control: Human Factors Analysis. Report FHWA-HRT-13-045. Science Applications International Corporation. McLean, VA.

Katsaros, K., Kernchen, R., Dianati, M., & Rieck, D. (2011). Performance study of a Green Light Optimized Speed Advisory (GLOSA) Application Using an Integrated Cooperative ITS Simulation Platform. Proceedings of the 7th IEEE International Wireless Communications and Mobile Computing Conference, 4-8 July 2011, Istanbul, Turkey.

Klunder, G. A., Li, M., & Minderhoud, M. (2009). Traffic Flow Impacts of Adaptive Cruise Control Deactivation and (Re)Activation with Cooperative Driver Behavior. Transportation Research Record, 2129, 145-151.

Kulmala, R., Leviäkangas, P., Sihvola, N. et al. (2007). CODIA Final study report. CODIA Deliverable 5. VTT Technical Research Centre of Finland.

Maile, M., Chen, Q., Brown, G., & Delgrossi, L. (2015). Intersection Collision Avoidance: From Driver Alerts to Vehicle Control. Paper presented at the Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2015 IEEE 81st.

Naujoks, F., & Totzke, I. (2014). Behavioral adaptation caused by predictive warning systems - The case of congestion tail warnings. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 26, Part A, 49-61.

Nowakowski, C., Shladover, S. E., & Cody, D. (2011). Cooperative Adaptive Cruise Control: Testing Drivers' Choices of Following Distances. California PATH Research Report UCB-ITS-PRR-2011-01. California Pertner for Advaned Transit and Highways.

Totzke, I., Naujoks, F., Mühlbacher, D., & Krüger, H.-P. (2011). Precision of congestion warnings: Do drivers really need warnings with precise information about the congestion tail´s position? In: N. M. D. d. Waard, A. H. Jamson, Y. Barnard, & O. M. J. Carsten (Eds.), Human Factors of Systems and Technology (pp. 235-248). Berlin: Springer.

van Driel, C. J. G., Hoedemaeker, M., & van Arem, B. (2007). Impacts of a Congestion Assistant on driving behaviour and acceptance using a driving simulator. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 10(2), 139-152.

Wilmink, I., Janssen, W., & Jonkers, E. (2008). Impact assessment of Intelligent Vehicle Safety Systems. eIMPACT Deliverable D4, Socio-economic Impact Assessment of Stand-alone and Co-operative Intelligent Vehicle Safety Systems (IVSS) in Europe (eIMPACT).

Öörni, R., & Schirokoff, A. (2013). Mapping of the Systems. iMobility Challenge.