Jonathan Lundqvist: Självkörande bilar kan förändra trafiken i grunden

Om samma vägnät kunde transportera 20–30 procent fler fordon utan nya körfält skulle värdet av den befintliga infrastrukturen öka kraftigt. Kortare och kanske framför allt mer förutsägbara restider skulle göra det möjligt att planera transporter mer exakt och utnyttja både fordon och personal bättre. Företag får tillgång till en bredare pool av kompetens och arbetskraft, samtidigt som fler människor kan välja mellan fler arbetsgivare. Det brukar i sin tur ge produktivitetsvinster i ekonomin.

Vägar, broar och trafikplatser hör till samhällets dyraste investeringar, men används ändå ofta ineffektivt. Självkörande bilar, som kommunicerar med varandra och med infrastrukturen runt om, skulle kunna revolutionera utnyttjandet av vägar och transportsystem.

Samtidigt, om transporter blir snabbare, billigare och bekvämare tenderar människor att resa mer – ett fenomen som transportekonomer kallar inducerad efterfrågan. Om längre pendling blir mer attraktiv, eller om ”robottaxibilar” kör tomma mellan olika uppdrag, kan en del av den frigjorda kapaciteten gradvis fyllas av nya resor.

Byggt för begränsningar

Svårigheten att använda vägarna effektivare hänger samman med en grundläggande egenskap hos dagens trafiksystem: det är dimensionerat efter de mänskliga sinnenas begränsningar.

Vägar, trafikljus och korsningar måste ta hänsyn till hur snabbt vi reagerar, hur väl vi kan förutse andra trafikanters beteende och hur stora säkerhetsmarginaler som krävs för att kompensera för felbedömningar. Två sekunders reaktionstid i motorvägsfart motsvarar drygt 60 meter vägsträcka.

Självkörande fordon som kan kommunicera med varandra – och med den omgivande infrastrukturen – förändrar förutsättningarna i grunden. Genom att dela information om position, hastighet och planerade rörelser kan fordonen agera utifrån en betydligt mer fullständig bild än den som en enskild förare kan uppfatta.

– I det enklaste fallet, när autonoma bilar möts i en korsning och fortsätter åt olika håll, finns ingenting som säger att någon av dem behöver stanna. Bilen i sig tar i princip ingen plats och kan ”förhandla” med korsningen och de omgivande bilarna för att anpassa fart, säger Karl Henrik Johansson, professor vid KTH och forskare inom nätverksanslutna styrsystem, cyberfysiska system och hybridsystem.

Sekunder avgör

På en motorväg bestäms kapaciteten i hög grad av tidsluckan mellan fordonen. En enkel tumregel säger att två sekunders genomsnittlig tidslucka motsvarar omkring 1 800 fordon i timmen per körfält. Om tidsluckan halveras till en sekund fördubblas den teoretiska kapaciteten till 3 600 fordon i timmen.

Den mänskliga reaktionstiden får dessutom större konsekvenser när flera fordon är inblandade. När bilen framför bromsar måste föraren bakom först upptäcka händelsen, tolka situationen och flytta foten till bromsen. Nästa förare reagerar ännu lite senare. För varje bil kan störningen växa, tills den har utvecklats till en kö trots att det inte finns något hinder på vägen. Inom trafikforskningen kallas fenomenet fantomkö.

Trafikflödets anpassningar efter självkörande bilar

Autonoma fordon kan faktiskt förbättra trafikflödet även om de är i minoritet. I ett amerikanskt experiment körde drygt 20 bilar runt på en cirkulär bana. Förarna skapade återkommande stopp- och kövågor. När forskarna lät ett enda fordon reglera sin hastighet automatiskt blev trafikrytmen betydligt jämnare. De kraftiga inbromsningarna minskade och kövågorna dämpades.

För att åstadkomma en mer generell kapacitetsökning krävs däremot att en betydligt större del av fordonsflottan delar information och agerar gemensamt. Flera forskargrupper pekar på att tydliga systemeffekter kan uppstå när kommunicerande och automatiserade fordon står för omkring 40–70 procent av trafikvolymen. Då blir det möjligt att samordna accelerationer, inbromsningar och körfältsbyten i större skala.

Svår övergång

Dagens trafikljus visar hur mycket av systemets kapacitet som försvinner till reaktionstider och säkerhetsmarginaler. När signalen slår om till grönt börjar inte hela kön röra sig samtidigt. Den första föraren ska upptäcka signalen och reagera. Sedan sätter nästa bil fart och därefter nästa. Först efter några fordon uppstår ett jämnt flöde genom korsningen.

– I en helt automatiserad korsning kommunicerar de självkörande fordonen med korsningen. Den talar sedan om för bilen vilken hastighet den ska hålla och hur den ska köra för att bara kunna passera. Det problemet är enkelt att lösa. Svårigheten uppstår i den situation vi befinner oss i nu: när det exempelvis finns fem helt självkörande fordon och tio bilar med mänskliga förare, säger Karl Henrik Johansson.

I en helt automatiserad korsning skulle fordonen få individuella instruktioner om hastighet och färdväg. De skulle anpassa sina rörelser till varandra med målet att kunna passera utan att stanna. Därmed skulle både restider och energiförbrukning kunna minska samtidigt som korsningens kapacitet ökar.

Tekniken avgör inte ensam hur stor den samhällsekonomiska nyttan blir. Den kan skapa mer kapacitet och göra resandet mer effektivt. Om utrymmet sedan används till mer produktiva transporter eller snabbt fylls av nya resor är i slutänden en fråga om hur trafiksystemet planeras, prissätts och regleras.

Det är först när den tekniska effektiviteten omsätts i ekonomisk effektivitet som vägen verkligen blir mer värd.