Den 14 augusti 2010 började något extraordinärt hända på motorvägen G110 väster om Peking. Det som inleddes som en vanlig trafikstockning skulle utvecklas till en av världshistoriens mest extrema köer – mer än tio mil lång och med fordon som knappt rörde sig en kilometer per dygn. Vissa bilister fastnade i fem dagar och tvingades äta, sova och tvätta sig i sina bilar. Lokala entreprenörer längs vägen gjorde goda affärer genom att sälja snabbnudlar för fyra gånger det vanliga priset. Först efter tolv dygn, den 26 augusti, kunde kön lösas upp med hjälp av omfattande insatser från myndigheter och polis.

För de flesta av oss är sådana extrema trafikstockningar en avlägsen verklighet, men fenomenet trafikköer är ett globalt och växande problem som drabbar både utvecklade länder och utvecklingsländer.

”Trafiken ökar dag för dag. Även i utvecklingsländer är det ett av de största problemen att hantera”, säger Arvind Kumar Gupta, professor i matematik vid Indian Institute of Technology Ropar i Rupnagar i delstaten Punjab i Indien.

Forskare delar in trafikstockningar i två huvudkategorier. Den ena typen beror på fysiska flaskhalsar som skapar långa köer vid specifika punkter. Den andra typen är mer gåtfull och kallas fantomtrafikstockning, där trafiken plötsligt stannar av och sedan åter sätter fart utan någon uppenbar anledning.

”Fantomtrafikstockningar är störningar i trafiken som inte har en tydlig orsak”, förklarar Dirk Helbing, professor vid institutionen för humaniora, samhällsvetenskap och statsvetenskap vid tekniska högskolan ETH i Zürich i Schweiz.

Genom experiment där bilar har körts i en ring och förarna har ombetts hålla en jämn hastighet har forskare kunnat visa hur dessa mystiska trafikstockningar uppstår. När densiteten av bilar blir för hög räcker det med en minimal störning för att skapa en kedjereaktion.

”Det krävs bara att en bil råkar sakta ner lite grann för att skapa en trafikstockning”, säger Dirk Helbing. Nästa förare måste anpassa sin hastighet med en liten fördröjning på grund av hjärnans reaktionstid. Föraren bakom måste i sin tur reagera ännu mer och bromsa hårdare. ”Det blir en kedjereaktion, eller en dominoeffekt, där bilar måste bromsa in och köra långsammare”, förklarar han.

Det märkliga är att bilarna längst fram snart kan börja köra snabbt igen, samtidigt som nya bilar fylls på bakifrån. Hela fantomtrafikstockningen rör sig då bakåt med en hastighet av ungefär 15 kilometer i timmen. Detta skapar potentiellt mycket farliga situationer.

”Om någon kör på en motorväg i 130 kilometer i timmen, och det är en trafikstockning bakom en krök som han inte ser, då blir den relativa hastigheten 145 kilometer i timmen, och han har inte mycket utrymme för att bromsa in”, varnar Dirk Helbing.

Risken för fantomtrafikstockningar ökar när hastigheten på en motorväg sjunker under ett kritiskt tröskelvärde, vanligen omkring 80 eller 85 kilometer i timmen. Då blir trafikflödet instabilt. Helbing rekommenderar förare i denna situation att inte vara påstridiga eller otåliga, utan istället försöka balansera flödet för att minska risken.

Inte ens självkörande bilar utgör någon fullständig lösning på problemet. ”En enskild bil kan köra bra, men har man många självkörande bilar kan variationer i trafiken förstärkas, och fantomtrafikstockningar skapas”, säger Dirk Helbing.

I Sverige väcker de mötesfria 2+1-vägarna en del debatt. Många upplever att andra bilister kör fort där det finns två filer och sedan sänker hastigheten när vägen blir enfilig. Johan Olstam, forskningsledare på Statens väg- och transportforskningsinstitut VTI och biträdande professor vid Linköpings universitet, förklarar att det finns en tendens att förare kör långsammare när de upplever att vägen blir trängre.

”Man kan jämföra hur det är att köra på en bred väg med långa avstånd till eventuella sidohinder med att köra på en gata med parkerade bilar”, säger han. Samtidigt blir det en flaskhals där den enfiliga vägsträckan börjar. ”Där ska ju två flöden vävas ihop till ett, vilket kan kräva en del inbromsningar som kan göras mer eller mindre smidigt”, förklarar Olstam.

När det är mycket trafik kan omkörningsfältet till och med ställa till mer problem än det löser. Därför har Trafikverket gjort försök med att stänga av omkörningsfältet på E4:an norr om Gävle under påskhelgen. ”Annars blir det lätt trängningseffekter när någon försöker köra om så många som möjligt och skapar nya lokala flaskhalsar istället för att alla kör på ett led”, säger Olstam.

Att bygga nya och bredare vägar leder dessutom inte alltid till färre trafikstockningar, ett fenomen som kallas Braess paradox. Ett klassiskt exempel är när en ny motorväg byggdes i Stuttgart i Västtyskland 1969. På motorvägen flöt trafiken bra, men det blev trafikstockningar när alla skulle ta sig till vägen eftersom kapaciteten inte räckte på andra ställen.

”De förändrade rutterna skapade nya flaskhalsar”, säger Johan Olstam. Ett annat grundläggande problem är att trafiken varierar så mycket under dygnet. ”Alla vill åka ungefär samtidigt, så vi designar systemet för att klara den timmen. Sedan har vi onödigt mycket kapacitet under den största delen av dygnet”, konstaterar han.

På forskningsfronten finns det dock vissa ljuspunkter. Arvind Kumar Gupta och hans medarbetare har nyligen publicerat en studie i tidskriften Royal Society Open Science med en matematisk modell som kan göra trafikstockningar lättare att förutsäga. Till skillnad från tidigare studier som bara tittat på ett enskilt mätvärde, undersöker den nya studien flera värden samtidigt. På så sätt har forskarna identifierat tolv olika varningssignaler som kan tyda på att en trafikstockning är på väg att bildas. Med hjälp av dem skulle störningen kunna avvärjas innan den inträffar.

För vanliga bilister som planerar sin semester ger Dirk Helbing konkreta råd: försök undvika rusningstrafik, åk inte när alla andra åker, och påbörja helst semesterresan på en tisdag istället för fredag eller lördag. Ta många pauser och kör kortare turer istället för en lång körning. Om hastigheten på motorvägen sjunker till 80 eller 85 kilometer i timmen är det viktigast att inte vara otålig utan istället försöka stabilisera och utjämna flödet.

Själv föredrar Dirk Helbing att låta andra köra. ”Jag har körkort, och jag kör ibland, men det är inget jag tycker om att göra. Jag tycker mer om att studera föraren och trafiken. Det har nog bidragit till min forskning”, säger han.