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Phantomstau — Stauwellen aus dem Nichts (3D)

Über diese App

22 Autos auf einer Ringstraße: Oberhalb einer kritischen Dichte wird aus einem kurzen Bremsen eine Stauwelle, die rückwärts wandert. Weg-Zeit- und Fundamentaldiagramm zeigen, warum dichtes Auffahren den Fluss senkt und wenige ACC-Autos die Wellen glätten.

Worum es geht

Ein Phantomstau entsteht ohne Unfall, Baustelle oder Engstelle. Oberhalb einer kritischen Verkehrsdichte ist gleichmäßiger Fluss instabil: Bremst ein Auto kurz, bremst das folgende etwas später und etwas stärker, das nächste noch stärker. Die Störung wächst zu einer Stauwelle, die gegen die Fahrtrichtung wandert, typischerweise mit 15 bis 20 km/h. Die Autos fahren hinten in die Welle hinein und vorne wieder heraus. Im Experiment von Sugiyama u. a. (2008) bildete sich mit 22 Autos auf einem Kreis von 230 m nach kurzer Zeit ein solcher Stau.

Was die App zeigt

Die 3D-Ringstraße nimmt das Experiment auf: 8 bis 36 Autos fahren im Kreis, jedes nach dem Intelligent Driver Model mit Wunschtempo 50 km/h. Ein Weg-Zeit-Diagramm zeichnet jede Fahrt als Linie, die Stauwelle erscheint als Band, das nach unten läuft. Das Fundamentaldiagramm trägt den Fluss über der Dichte auf, markiert den instabilen Bereich und zeigt den gemessenen Zustand, der im Stau unter der Kurve liegt. Dazu kommen Durchschnittstempo, langsamstes Auto und Geschwindigkeit der Welle.

Selbst ausprobieren

Wähle die Szenarien „Sugiyama“, „Freie Fahrt“, „Ein Bremser“ oder „ACC hilft“. Tippe ein Auto an, damit es kurz bremst, und beobachte, ob die Störung abklingt oder wächst. Verkleinere die Zeitlücke T: Dichteres Auffahren schiebt den Verkehr in den instabilen Bereich, der gemessene Fluss sinkt. Mit dem Regler „ACC-Autos“ mischst du bis zu vier Fahrzeuge mit einem glättenden Regler ein, angelehnt an Stern u. a. (2018). Die Kamera wechselt zwischen Übersicht, tiefer Sicht und Mitfahren.

Häufige Fragen

Wie entsteht ein Stau aus dem Nichts?
Bei hoher Verkehrsdichte reagieren Fahrer verzögert und etwas zu stark auf das Bremsen des Vordermanns. Eine kleine Störung verstärkt sich so von Auto zu Auto, bis einzelne Fahrzeuge anhalten. Es braucht dafür keine äußere Ursache, nur eine Dichte oberhalb der Stabilitätsgrenze.
Warum wandert eine Stauwelle rückwärts?
Am vorderen Ende der Welle beschleunigen Autos wieder heraus, am hinteren Ende kommen neue Autos an und bremsen. Dadurch verschiebt sich die Zone mit stehenden oder langsamen Autos entgegen der Fahrtrichtung, auf Autobahnen typischerweise mit 15 bis 20 km/h. Die Welle bewegt sich also anders als die einzelnen Fahrzeuge.
Was zeigt das Fundamentaldiagramm des Verkehrs?
Das Fundamentaldiagramm trägt den Verkehrsfluss (Fahrzeuge pro Stunde) über der Dichte (Fahrzeuge pro Kilometer) auf. Bei geringer Dichte steigt der Fluss mit der Dichte, ab einer kritischen Dichte sinkt er wieder. Im gestauten Bereich liegt der gemessene Fluss unter dem Wert, den gleichmäßiger Verkehr erreichen würde.
Welches Modell steckt hinter der App?
Jedes Auto folgt dem Intelligent Driver Model mit Wunschtempo 50 km/h, Mindestabstand 2 m und einstellbarer Zeitlücke; „Trödeln“ fügt eine zufällige Beschleunigungsstörung hinzu. Die Simulation hat eine Spur, keine Spurwechsel und keine Reaktionszeit als eigene Größe. Die Stabilitätsgrenze im Fundamentaldiagramm stammt aus der linearen Analyse des Modells.

Fach: Logistik & Supply Chain

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