De file-simulatie op www.kennislink.nl/fileprobleem kent vier verkeerssituaties: de ringweg, de oprit, de wegversmalling en de helling. Elke situatie heeft unieke kenmerken, maar file-experts hebben ook algemene eigenschappen van verkeersopstoppingen ontdekt.

Zo ontstaan er altijd snelheidsgolven in een file, waarbij een auto eerst stilstaat, dan kan optrekken en steeds sneller rijden, tot hij de volgende blokkade tegenkomt en weer moet afremmen. De fronten van zo’n stop and go-golf reizen met 15 km/h tegen de rijrichting in. De snelheid van zo’n golffront hangt niet af van de details van de file; of die nu door een wegversmalling of oprit wordt veroorzaakt, de golven van remmen en optrekken reizen altijd met 15 km/h.

Samenhangend met de snelheidsgolven: als een rij auto’s na stilstand de vrijheid krijgt, trekken ze altijd op dezelfde manier op. Nooit beginnen alle auto’s in de rij tegelijkertijd met rijden, altijd zorgt de reactietijd ervoor dat de auto achter je net iets later begint met rijden dan jij startte. Kijk er maar eens naar in de volgende vier situaties uit de simulator.

Oprit

De simulator opent met deze situatie actief, dus laten we die als eerste bekijken. Met de opstartinstellingen ontstaan er snel golven van remmen en optrekken. De oprit dient als ‘generator’ voor deze golven, die zich tegen de rijrichting in voortbewegen.

Speel eens wat met de instellingen: bij een verkeersdrukte van 2000 voertuigen/uur blijft de voertuigenstroom tot 20 minuten lang stabiel, maar op een gegeven moment ontstaan toch files. De oorzaak ligt hem vaak in een onhandig invoegende automobilist, een stel trucks dat achter elkaar de oprit voorbij rijdt en die even verspert, enzovoorts.

Bij 1600 voertuigen/uur ontstaat er in een normale verkeerssituatie geen file, maar als er al een file is, lost die bij deze verkeersdrukte niet op! De weg heeft een soort ‘geheugen’ voor zijn vorige toestand. Natuurkundigen kennen het verschijnsel als hysterese: elektro-magneten hebben er ook last van.

Voer bij een verkeersdrukte van 1600 voertuigen/uur het aantal auto’s op de invoegstrook op naar 800 voertuigen/uur. Dan ontstaat een stationaire file bij het aansluitpunt, maar de rest van de weg blijft vrij. Krijgt de invoegstrook nog meer auto’s per uur te verwerken, dan ontstaan weer de kenmerkende golven voor de invoegstrook.

Toch overtuigd dat sociaal rijden een file kan helpen voorkomen? Speel dan maar eens met de sociale factoren: de beleefdheidsfactor van de invoegers en de neiging tot invoegen.

Ringweg

Op dit ronde circuit (denk aan de Indianapolis-ring) zijn een paar verschillende situaties te onderscheiden, afhankelijk van het aantal auto’s op de weg. Ze zijn te onderscheiden met het getal rho, de autodichtheid:

- rho < 8 voertuigen/km/rijstrook: vrij verkeer, slechts zelden oponthoud doordat twee vrachtwagens naast elkaar rijden - rho tussen 8 en 15 voertuigen/km/rijstrook: meer rijen achter inhalende vrachtwagens - rho tussen 15 en 25 voertuigen/km/rijstrook: verkeersdrukte is zo groot dat auto’s gemiddeld langzamer rijden dan de maximumsnelheid van vrachtwagens – daardoor is de verkeersdrukte overal even groot, er zijn geen opvallende wachtrijen achter trucks (eigenlijk staat iedereen al in zo’n rij) - rho tussen 25 en 50 voertuigen/km/rijstrook: de gladde verkeersstroom wordt instabiel en kleine verstoringen door de trucks groeien ineens ‘uit het niets’ uit tot spookfiles. De bekende golven van remmen en optrekken ontstaan - rho > 50 voertuigen/km/rijstrook: een paar regio’s waar het verkeer stilstaat, omgeven door langzaam rijdend verkeer

Gesloten rijstrook en snelheidslimiet

Dit scenario is een simulatie voor het rijgedrag bij wegversmallingen. Allemaal met dezelfde maximum-snelheid rijden blijkt daarbij verrassend goed te werken: de gladde, homogene verkeersstroom is veel minder gevoelig voor files. In de startstand van deze simulatie is de snelheidslimiet 80 km/uur; alleen de auto’s hebben daar last van, want het is de normale maximumsnelheid van de vrachtwagens in de simulatie. Er ontstaat een gladde verkeersstroom zonder opstoppingen.

Hef nu de snelheidslimiet maar eens op. Auto’s mogen nu 140 km/uur rijden (de simulatie is van Duitse oorsprong, en onze Oosterburen houden nogal van doorrijden op de Autobahn). Theoretisch gezien kan de weg nu meer verkeer verstouwen, dus bij dezelfde verkeersdrukte als vóór het opheffen van de snelheidslimiet zou je weer geen files verwachten. In de praktijk werkt het anders. Auto’s op de ene baan kunnen nu niet meer veilig invoegen, omdat het verkeer op de andere baan te snel rijdt. Daardoor raakt de trage baan overbelast – file!

Met een maximumsnelheid onder de 80 km/uur ontstaan er óók files. Er is dus een optimum snelheid (rond de 80 km/uur) waarbij het verkeer soepel door kan rijden zonder dat er spookfiles ontstaan. Een snelheidslimiet werkt als filevoorkomend middel, maar jammergenoeg alleen bij dit soort wegversmallingen en bij een grote verkeersdrukte…

En files op een berghelling? Hier stelt de natuur een maximumsnelheid in – in de simulatie en in de werkelijkheid worden vooral vrachtwagens daardoor geraakt. De maximumsnelheid die voertuigen op de berg kunnen halen is met een schuifbalk in te stellen. De files die door die vertraging ontstaan lijken sterk op de files bij bottlenecks als invoegstroken of wegversmallingen, maar hier werkt een maximum snelheid instellen jammergenoeg niet.

In de file

Nieuwsgierig geworden naar de wetenschap van files? Kennislink heeft speciaal voor deze simulatie een aantal artikelen over de plaag van de rijbaan geschreven. Over gezondheidseffecten van in de file staan, het (on)nut van extra asfast en over de werking van de Java-applet zelf.