Präventiver Fußgängerschutz mittels kooperativer

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1 Präventiver Fußgängerschutz mittels kooperativer Ortungsverfahren Stephan Zecha Stefan Kern, Dr. Gunnar Jürgens, Daniel Westhofen München, Mai 2012

2 Inhalte Kooperative Technologien in der Forschungsinitiative Ko-FAS Kooperative Transponder: Ortungsprinzip Einsatzbereiche Systemunterschiede Ko-TAG 1.0 und 2.0 Vorausschauender Fußgängerschutz Potenziale Kooperative Fusionskonzepte Ortungsqualität mit unterschiedlichen Fusionskonzepten Kollisionsrisikoberechnung Überprüfung der Wirksamkeit im Bezug auf normierte Testszenarien Schlußfolgerungen 2 / Zecha/ 2011 Continental AG

3 Kooperative Technologien in der Forschungsinitiative Ko-FAS Zielsetzung: Sicherheit für Alle und Unfallfreies Fahren durch kooperative Technologien Partner: Forschungsschwerpunkte: Kooperative Ortung: Kooperative Perzeption: Kooperative Komponenten: 3 / Zecha/ 2011 Continental AG

4 Ortungsprinzip Kooperative Transponder im Vergleich zu GPS Ortung Ortungsverfahren: Kooperative Transponder GPS-basierte Relativortung 4 / Zecha/ 2011 Continental AG

5 Ortungstechnologie Systemarchitektur Ko-TAG 1.0 und Ko-TAG 2.0 KO-TAG 1.0 Ko-TAG 2.0 alität Funktion Ortung Eingeschränkte Mehrnutzerfähigkeit über TDMA (< 20 Verkehrspartner) ) Arbeitsfrequenzband: 2.4 GHz (ISM) Ortung verknüpft mit p Kommunikation Umfassende Mehrnutzerfähigkeit (mehrere hundert Verkehrspartner) Ab Arbeitsfrequenzband: b GHz Zusätzlich: Elevationsmessung Zusätzlich: Intertialsensorik r rchitektur Ar [1] Quelle BMW 5 / Zecha/ 2011 Continental AG

6 Ortungstechnologie Systemarchitektur Ko-TAG 1.0 und Ko-TAG 2.0 [1] KO-TAG 1.0 Ko-TAG 2.0 [1] Ortungs- einheit Fahrzeug- integration Ortungs- einheit Antenne ToF- DoA- Einheit Rechner Goniometer Antenne Fahrzeug- Komponenten [1] Quelle BMW 6 / Zecha/ 2011 Continental AG

7 Ortungstechnologie Systemarchitektur Ko-TAG 1.0 und Ko-TAG 2.0 KO-TAG 1.0 Ko-TAG 2.0 nsponder heiten Tra ein Komm unikation nskonzep pt TDMA Zeitschlitzverfahren Kanalnutzung angelehnt an p: Management-Kanal DoA-Kanal Winkelmessung / Daten ToF-Kanal zur Abstandsmessung Selektive Abfrage TAGs möglich 7 / Zecha/ 2011 Continental AG

8 Schutzpotenzial vorausschauender Fußgängerschutz Sekundäraufprall (28%) Adressierbar mit präventiven Schutzsystemen Adressierbar mit aktiver Motorhaube Motorhaube (5%) Vorderkante Motorhaube (5%) Stoßfänger (20%) Windschutzscheibe (20%) Rahmen Windschutzscheibe (16%) Source: Accident analysis Ko-TAG 8 / Zecha/ 2011 Continental AG

9 Fußgängerunfälle: Auftretenshäufigkeiten Unfalltypen und Adressierbarkeit Adressierbar mit Umfeldsensoren > 60 % Car Moving straight; 3,30% Car Backing up; 10,40% Miscellaneous; 13,10% Pedestrian crossing in line-of sight; 41,30% Adressierbar mit kooperativen Systemen > 85 % Car turning left / right; 10,70% Pedestrian crossing with obstruction; 17,70% 9 / Zecha/ 2011 Continental AG

10 Konventionelles Fusionskonzept: Ko-TAG 1.0 Sensor Modules Locating Unit DIST Polar PHI Polar Tracking TAG Data Fusion Module POSITION Cartesian Collision Risk Module Vehicle Vehicle dynamics Homograph. Transform. High-Level Fusion Camera RoI Generation Pattern Recognition Warning / Actuation Module Misc. ADAS Sensor Tracking 10 / Zecha/ 2011 Continental AG

11 Hybrides Fusionskonzept: Kooperative Entfernungsmessung und Mono-Kamera Sensor Modules Fusion Module Collision Risk Module Locating DIST Tracking Unit Polar DIST Data Vehicle Vehicle dynamics Tracking POSITION Data Camera Homograph. Transform. RoI Window Generation Pattern Recognition PHI Polar Warning / Actuation Module 11 / Zecha/ 2011 Continental AG

12 Qualitativer Vergleich Fusionskonzepte Ko-TAG-Hypothese Ko TAG Hypothese Kamera-Detektion Kamera Detektion Kamera-Tracking Kamera-Winkel, Ko-TAG-Distanz 12 / Zecha/ 2011 Continental AG

13 Kollisionsrisikoberechnung Bewegungsmodell Fahrzeug: Erweitertes Einspurmodell Bewegungsmodell Fußgänger: Gewichtetes physiologisches Fußgängermodell 13 / Zecha/ 2011 Continental AG

14 Kollisionsrisikoberechnung Kollisionsrisikomodell Area-Pedestrian-Car (APC) Kollisionsrisikomodell Probabilistic Monte Carlo (PMC) 14 / Zecha/ 2011 Continental AG

15 Kollisionsrisikoberechnung Vergleich der Modellierungsansätze Häufigstes Unfallszenario: Querender Fußgänger Vergleich Anstieg Risikoschwellwert Weighted motion model Δt= ca. 250ms Physiological motion model 15 / Zecha/ 2011 Continental AG

16 Kooperativer Fußgängerschutz Anwendbarkeit in Verdeckungssituationen Querender Fußgänger: Unverdeckt Verdeckt 16 / Zecha/ 2011 Continental AG

17 Nachweis der Funktionsgüte im Realversuch: Pedestrian Target Demonstrator (PTD) Aluminium Trusswork: Easy assembly In various setups Guide Rail: Easy assembly In various setups Including curves Carriage: Cable driven, with robust dummy suspension Control Room: For control, data aquisition and power source, heated Width: 18m Clearance: 2.9m Light barrier trigger: (not in picture), Lightbarrier for triggering of movement with adjustable delay Soft Shell Dummy: Strikeable, interchangeable, Adult / Child dummy Electric Drive: Precise positioning with external absolute encoder 17 / Zecha/ 2011 Continental AG

18 Schlußfolgerungen Kooperative Systeme ermöglichen Die sichere Klassifizierung von Verkehrspartnern (v.a. Vulnerable Road User) Eine präzise Ermittlung der Relativposition Die Detektion (teil-)verdeckter Verkehrsteilnehmer Ko-TAG 2.0 bringt wesentliche Verbesserungen durch Die Anbindungsmöglichkeit an die C2C / C2X Welt eine umfassende Wahrnehmung komplexer Verkehrsszenarien mit hoher Teilnehmerzahl (Multi-Objekt Tracking) Die transponderbasierte Ortung kann wesentlich vereinfacht werden mittels hybrider Fusion von kooperativer Entfernungsmessung mit der Winkelmessung einer Mono-Kamera 18 / Zecha/ 2011 Continental AG

19 Präventiver Fußgängerschutz mittels kooperativer Ortungsverfahren Stephan Zecha Stefan Kern, Dr. Gunnar Jürgens, Daniel Westhofen München, Mai 2012