Adaptive Cruise Control

Transkript

1 Adaptive Cruise Control Im Autonome Fahrzeuge Seminar Marc-Andre Genzel Joaquin Rivera Padron Freie Universität Berlin, SoSe 05

2 Inhalt - Ziel: Unfälle zu vermeiden. - Mittel: Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS). -Markt state of the art. - Länderprojekten und Zukunft.

3 Das Problem

4 Unfälle, Studien und Statistik Jährlich ereignen sich auf Europas Straßen rund 1,5 Millionen Unfälle. Mehr als ein Drittel aller Unfälle ist durch Spurwechsel und durch unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur ausgelöst. Etwa ein weiteres Drittel der Unfälle ist durch Auffahren und durch Frontalzusammenstöße verursacht. In Deutschland sind Kollisionen mit vorausfahrenden oder kreuzenden Fahrzeugen rund 40 % aller Verkehrsunfälle. Etwa ein Drittel aller Autounfälle beruht auf Kollisionen mit Fahrzeugen oder Objekten auf der Fahrbahn. Mehr als zwei Drittel aller Auffahrunfälle entstehen durch Unachtsamkeit. In weiteren 11 % kommt zur Unaufmerksamkeit noch zu dichtes Auffahren hinzu, in 9 % aller Auffahrunfälle ist zu dichtes Auffahren der alleinige Grund. Bei fast 50 % der Kollisionsunfälle bremst der Fahrer gar nicht und in weiteren etwa 20 % zu leicht. Bruchteile von Sekunden zu reagieren: Studien ergeben, daß rund 60 % der Auffahrunfälle und fast ein Drittel der Frontalzusammenstöße gar nicht passieren würden, wenn der Fahrer nur eine halbe Sekunde früher reagieren könnte.

5 Die Lösung

6 Advanced Driver Assistance Systeme Driver Impairment Monitoring Zukunft Automated Vehicle Guidance Speed Assistant Systems Stop and Go (low speed ACC) Lane Keeping Assistant Lane departure warning Collision Avoidance Collision Warning Systems Adaptive Cruise Control Vision enhancement (night vision) Kooperative Infrastruktur: GPS Strassengeometrie-Datenbanken, kommunikativen Wägen. Unfälle Um Unfälle zu vermeiden, sind die Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS) die Lösung. Die bieten eine Fahrerunterstützung in unfallkritischen Situationen an. Zur Zeit gibt es verschieden Systeme (links), je mit einer bestimmte Aufgaben. Zur Hilfe können externen Systeme (rechts) nutzen werden.

7 Geeignete Sensoren für ADAS Die ADAS nutzen Sensoren, um die Umfeld des Wagens zu erkennen. Sensoren in ADAS: Laser Radar Kamera Sensoren bestimmen die Eigenschaften des Systems. Jeder Sensor besitzt bestimmte Vor und Nachteile. Zusätzliche Sensoren (für sekundären Einsatz): Ultraschall Infrarot

8 Adaptive Cruise Control Systeme in Fernbereich Fahrer wählt Geschwindigkeit und Abstand bis Wagen vorne Sensor erfasst Wagen vorne ACC - Systeme halten sie ein, wenn kein Hindernis vorne liegt ACC war für Autobahnen & Schnellstraßen konzipiert Sensorik Anforderungen (um eine Reagierungszeit von 2 Sekunden anzubieten) minimale Reichweite von über 100 Meter ACC in Kurven - Sichtfeld von ±6 benötigt 0.5 Azimuth-Winkel Genauigkeit 100-msec Ermittlungsdauer Messgenauigkeit der Geschwindigkeit < 1 m/s des Abstand <1 m Stichwörter: radiale Geschwindigkeit und Abstand Ermittlung Langsamer Wagen? Relativgeschwindigkeitsund Abstandsermittlung Bremsen Schneller Wagen? Gas geben eigene Geschwindigkeit

9 Collision Warning und Avoidance Systeme Warnung System - passives System: warnt den Fahrer, um Kollisionen zu vermeiden Vermeidungssystem reagiert um die Kollisionen zu vermeiden Kollision Warnung Warnung! Tracking Wagen vorne Berechnung von Time to Contact und Kollision Fahrtrichtung Kollision Vermeidung Reaktion Wagen naht? Wirken im Nahbereich (0 bis 40 Metern) Es gibt Forward, Side und Rear Impact Warnung Systeme auf dem Markt Erforderlich: deutlich größeres Sichtfeld der Sensoren Sensoren Anforderungen: Trennfähigkeit ermöglicht die Objektkontur zu ermitteln Objekten müssen verfolgt werden Für diesen Einsatz sind Laser und Kamera basierte Systeme sehr geeignet Stichwörter: Objekte Erkennung, und Tracking Kontur Ermittlung

10 Lane Keeping Assistent und Lane Departure Warning Lane Departure Warnung Systeme - warnen wenn der Wagen ohne Absicht des Fahrers die Fahrspur verläßt source: Iteris, Inc Die Spur ist erkennt Lane Keeping Systeme wirken um die eigene Spur zu behalten Wirkung im Nahbereich (0 40 Metern) Erforderlich: Visuellbereich Verarbeitung Laser und Kamera Systemen sind dazu sehr geeignet Fahrspur zu verlassen? eigene Wagen Position Stichwörter: Visuell (Licht) basierte Verarbeitung passives Verhalten aktives Verhalten Warnung! ansteuern (in Spur bleiben)

11 ACC Systemen im Stadtbereich und Stop and Go Funktion Systeme zur Nutzung im Nahbereich, z.b. im Stadtverkehr Wirken bei geringeren Wagengeschwindigkeiten Erforderlich: Hoch genauen Kurzentfernung - Sensoren komplette Erfassungsfähigkeit um den Wagen Blitzschellen Messzeiten Source: Macom web site

12 Curve Speed Assistent: Erhaltung der Wagengeschwindigkeit bei Kurven Bremslicht Assistent: Erfassung von Bremslichte der Wägen vorne Verkehrszeichen Assistent: Erkennung von Verkehrszeichen und Warnung Low Speed Following: Erhaltung vom Abstand bei niedrigen Geschwindigkeiten Side impact, rear impact: Scannen um den Wagen und Warnung Andere Systeme, die es gibt Crossroad Scanner: Scannen von Objekte bei Kreuzungen Source: IBEO Toter Winkel Systemen: Scannen des toten Winkels des Wagens Full-Speed-Range ACC: ACC in hohen Geschwindigkeitsbereiche IBEO Konfiguration für die Erkennung von Fahrspur und kreuzenden Fahrzeugen bei Kreuzungen.

13 ADAS auf dem Markt

14 In Japan seit 1997, in Europa seit 1999, und in den USA seit 2000 In Autos, Bus und Lkw: Europa Electronic Stability Control Adaptive Cruise Control Lane Departure Warning Low Speed Following Japan Adaptive Cruise Control Lane Keeping Assistance Lane Departure Prevention Collision mitigation braking Low Speed Following Automated Parallel Parking USA ACC Forward Alert Lane Departure Warning System Pre-Crash Brake Assist Collision Mitigation Braking System Markt state of the art

15 Das Full Speed Range ACC von Robert Bosch ACC, Fahrspur - Erkennung -System Basiert auf Radar und Kamera Vernetzung von Video- und Radarsensorik Befindet sich seit 2000 auf dem Markt Doppler FM Dauersender Radar: ±8 Horizontalwinkel 76 bis 77 GHz 4 Strahlen-Radar Reichweite: m, Abstandsmessgenauigkeit: ±0,5 m Relativgeschwindigkeit -60 bis +20 m/s, Messgenauigkeit ±0,25 m/s Bilder: Bosch Bosch plant für 2006 eine Serieneinführung der zweiten Generation des Predictive Safety Systems mit Warnfunktion

16 ACC Systemen auf dem Markt Forewarn von Delphi Corporation ( Automotive News PACE 2000 Award ACC, Objekt Detektierung, Forward Warnung 76 GHz Radar. Reichweite 150 Meter Eingebaut in Jaguar XKE (seit 1999), Cadillac XLR Distronic von DaimlerChrysler 77-GHz, Pulse Doppler Radar von M/A-Com ( Reichweite 150 Meter. 3 Strahlen Antenne, 3 Strahlenbreite Eingebaut in Mercedes S-Klasse (seit 1999) EAT 300 von Eaton VORAD Technologies ( Collision Warning System, Obstacle Detection und ACC Forward / Side Monopulse GHz Radar. Reichweite: 1 110m. Sichtfeld: ±6 Relativgeschwindigkeit km/h. Eigene Geschwindigkeit: km/h ACC Reagierungszeit 2.25 s s Eingebaut in LKW und Busse Wagen Hersteller: BMW, Jaguar, Renault, Audi, Volkswagen, Porsche, Opel/GM, Volvo, DaimlerChrysler, Fiat, Toyota, Mitsubishi Systemen Hersteller: Bosch, Delphi, Fujitsu-Ten, Valeo Raytheon Systems, M/A-Com, and Visteon

17 Das Kamera basiert EyeQTM von MobileEye NV Kamera basiert ACC Das EyeQTM fordert: Lane Departure Warning / Keeping, Forward Collision Warning, Lane Change Assistent, Toter Winkel Detektion, Fußgänger Erkennung Das Kamera - ACC kann auch als zusätzliches System von einem ACC System verwendet werden Kamera ACC: Sichtfeld: breites 50 schmales 24 Tracking Reichweite: 0 110m 5 220m Ermittlungsreichweite: 5 60m 5 100m Systemfrequenz: 30 Hz (30 Frames pro Sekunde) Das Toter Winkel Detektion System kann auch als Frontaler Toter Winkel bei LKWs genutzt werden Preisgünstiges System Wetterabhängig Toter Winkel Detektion

18 Kamera Systeme auf dem Markt AutoVue, von Iteris, Inc ( PACE Award (Automotive Suppliers & OEMs Contributions to Excellence) Eingebaut in: Nissan Infiniti FX und Infiniti M45. Preis: $4, LKW Century und Argosy LKW. Preis: $200 to $300 SafeTRAC, von Assistware Technology ( Warnt: Lane Departure, Lane Change ohne Signalisieren, Fahrerunachtsamkeit Indikator Ermittelt: Position in Fahrspur, Straßen Geometrie, lateral Geschwindigkeit Aglaia GmbH Berlin ( Fahrspur, Objekt und Verkehrsschilder Erkennung Rückwärts Kamera. Scheinwerfer und Schlussleuchte Erkennung Die Systeme erschienen zuerst in Mercedes LKWs, gefolgt von Freightliner (AutoVue) und SafeTRAC

19 Das ALASCA Laser System von IBEO Automobile Sensor GmbH Fähigkeiten: Objekte Erkennung und Tracking (auch teilweise versteckt), Fußgänger Erkennung, PreCrash Erkennung Horizontales Sichtfeld 220. Winkelauflösung 0.5 Reichweite m (wird zu 200 m am Ende 2005) Objekt Tracking 80.0 m (wird zu 150 m am Ende 2005) Abstand Messgenauigkeit 1 cm Ausgezeichnete Wetterunabhängigkeit INTERSAFE Konfiguration: Kamera + Laserscanner System Laser erkennt Objekte, die Kamera die Fahrspur Optimal geeinigt um Fahrspur und kreuzenden Fahrzeugen in Kreuzungen zu erkennen INTERSAFE Wagen Konfiguration

20 Laser Systeme auf dem Markt Omron Automotive Electronics ( ACC Fernbereich, Stop & Go ACC, Fahrspur Erkennung Reichweite m, 30 Grad Sichtfeld, mehrere Objekte Erkennung Ausgezeichnete Wetterunabhängigkeit Dynamic Laser Cruise Control von Lexus. ACC, mit oder ohne Pre-Collision Systeme Vertikales Sichtfeld: 4.4. Sichtfeld: 16 Preis im Luxury Package ($5,935) Eingebaut in Lexus LS430 Laser basierte Systeme dominieren den Markt in Japan Wagen Hersteller: Toyota Celsior, Toyota Progress, Mitsubishi Diamante, Lexus

21 Länderprojekten und Zukunft

22 Sicherheitsziele bei Ländern Europa esafety Initiative: - Reduktion des 50% der Strassentodesfälle bei % der neuen Wägen ausgestattet mit Driver Assistance Systems Japan: Reduktion des 50% der Straßentodesfälle bei 2013 Australien: Reduktion des 40% der Straßentodesfälle bei 2010 USA: Reduktion der Unfallrate im 1/3 bei England: Reduktion des 40% der Straßentodesfälle und erheblichen Verletzungen bei 2010

23 Das INVENT (Intelligenter Verkehr und Nutzergerechte Technik) Projekt Begann im 2001, endete im April Millionen Euro geförderte Projekt: 32M Bundesforschungsministerium Deutschlands 41M Schlüsselakteure der deutschen Automobil- und Zuliefererindustrie Schwerpunkte des INVENT: Fahrumgebungserfassung und Interpretation Vorausschauende Aktive Sicherheit Stauassistenz Fahrerassistenz und Mensch-Maschine-Interaktion Verkehrliche Wirkung, Recht und Akzeptanz Verkehrsleistungsassistenz Netzausgleich Individualverkehr Verkehrsmanagement in Transport und Logistik Künftige Forschungsprojekte (mit 15 Millionen Euro gefordert): Verkehrsmanagement 2010: das Verkehrsaufkommen optimal zu verteilen und unnötige Fahrten zu vermeiden Mikrosystemtechnik für Fahrassistenzsysteme: soll die Sicherheit im Straßenverkehr steigern In acht Teilprojekten zu den Bereichen Fahrerassistenz, Verkehrsmanagement und Logistik arbeiteten seit 2001 insgesamt 24 Projektpartner in Deutschland und Weltweit

24 Relevant Events to ADAS Transportation Research Board Workshop on Research Needed to Support Vehicle- Infrastructure Cooperation July in Troy, Michigan Developing research agenda to contribute to VII discussions Truck Automation: Opportunities & Deployment Paths July 22 in Troy, Michigan Summer Workshop of International Task Force on Vehicle-Highway Automation International Task Force on Vehicle-Highway Automation ADAS and cooperative vehicle-highway systems October in Nagoya, Japan 2005 World Congress, San Francisco USDOT National Intelligent Vehicle Meeting Vehicle demonstration.

25 Gracias Danke

26 Literatur AIDE IST IP. Report on the review of the available guidelines and standards. Draft version. INFORMATION SOCIETY TECHNOLOGIES (IST) PROGRAMME Ankel, M. ACC Sensoren in Test, Voraussetzungen und Machbarkeit. Vortrag, Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen Audi. Automotive Distance Control Systems (ADC). Bundesministerium für Bildung und Forschung Website. Bishop Consulting. BMW. Christian Domsch, Dirk Neunzig. Werkzeuge und Testverfahren zur Entwicklung und Analyse von ACC Systeme. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen Continental Automotive Systems. DaimlerChrysler. Delphi-Delco Electronic Systems. EDN von Reed Electronics Group. Bastiaensen, Edwin. Ministry of Transport - the Netherlands, AVV Transport Research Center.Advanced Driver Assistance Systems (ADA). Session 76, Advanced Vehicle Operation, Review (1). ITS World Congress, Sydney, October 2nd Fujitsu. IBEO Automobile Sensor GmbH. Infineon. Inglish, John. General Manager, Utah Transit Authority (2003). Transit IVI Technology Applications. Intelligent Transportation Society of America. M/A-COM Automotive. Massimo Bertozzi, Alberto Broggi, Massimo Cellario, Alessandra Fascioli, Paolo Lombardi, and Marco Porta, Artificial Vision in Road Vehicles, Proceedings of the IEEE - Special issue on "Technology and Tools: Visual Perception", 90(7): , July MEDEA+ Publications. Mitsubishi Electric. MobileEye NV: products brochures and scientific papers. Peter Clarke. Adaptive cruise control takes to the highway. eet.com/story/oeg s0007 Robert Bosch GmbH. TRW Automotive Inc. Valeo Raytheon Systems. Visteon. Volkswagen. Volvo. Willie D. Jones. Keeping Cars from Crashing. und alle oben stehend