Unfallvermeidung in städtischer Umgebung durch situationsspezifische Kombination von Brems- und Lenkeingriffen.

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1 UR:BAN KAB Übersicht KAB Kollisionsvermeidung durch Ausweichen und Bremsen Zielsetzung Unfallvermeidung in städtischer Umgebung durch situationsspezifische Kombination von Brems- und Lenkeingriffen. Motivation und Anwendungsfelder Fokus von Fahrerassistenzsystemen lag bisher auf Verkehrssituationen außerhalb der Stadt, jedoch geschehen vor allem innerorts relativ viele Unfälle mit Personenschaden. KAB unterstützt den Fahrer, wenn es in der aktuellen Verkehrssituation aufgrund von Unachtsamkeit oder Auftreten eines plötzlichen Ereignisses zwangsläufig zu einer Kollision kommen würde. Nutzenszenarien und Versuchstechnik Funktionsweise Das KAB-System erfasst die Verkehrsteilnehmer im Umfeld des Fahrzeugs und die Fahrbahninfrastruktur. Wird eine drohende Kollision erkannt, reagiert die KAB-Funktion mit einem kurzzeitigen, automatischen Eingriff in Bremse und/oder Lenkung, so dass die Gefahr entschärft wird. Distanz zum Objekt Unfallvermeidung durch Bremsen und Lenken möglich Ausweichen Bremsen Kollision nicht vermeidbar Geschwindigkeit Aktueller Status Gemeinsame KAB-Funktionsspezifikation erstellt Versuchsfahrzeuge aufgebaut KAB-Szenarien zur Funktionsentwicklung in Simulationsumgebung implementiert Nächste Schritte Weiterentwicklung und prototypische Umsetzung der partnerspezifischen KAB-Funktionsausprägungen Test und Validierung der Wirksamkeit sowie der Akzeptanz der KAB-Funktionen Adam Opel AG AUDI AG

2 Vernetzung mit anderen UR:BAN-Teilprojekten KAB Kollisionsvermeidung durch Ausweichen und Bremsen Teilprojekt Ziel Status MV-MMI Gemeinsame Erarbeitung einer Warn- und Eingriffsstrategie für KAB Anforderungen seitens KAB definiert Generische MMI-Strategie erarbeitet Umsetzung eines KAB-MMI-Konzepts im DLR-Simulator MV-VIE I Übernahme von Modulen zur Fahrerintentionserkennung und -prädiktion Anforderungen abgestimmt MV-KON Kontrollierbarkeit der KAB- Funktion durch den Fahrer absichern KAB-Systemspezifikation und Szenarienkatalog an KON übergeben Teilnahme am KON-Expertenkreis durch KAB-Vertreter KA-UEM Entwicklung von Modulen zur Umgebungserfassung und Situationsanalyse Szenarienspezifische Herleitung der KAB- Anforderungen an UEM kommuniziert Konzept zur Umfeldwahrnehmung und -repräsentation partnerspezifisch zusammen mit UEM erarbeitet KA-SVT Abstimmung hinsichtlich Nutzenszenarien und Eingriffsstrategie Funktionsschwerpunkte abgestimmt KA-Simulatorszenario abgestimmt KA-SQL KAB-Funktion auch bei aktiver kontinuierlicher Quer- und Längsführung Spezifikationen abgestimmt KA-Simulatorszenario abgestimmt KA-WER Wirkfeld- und Effektivitätsanalyse für KAB sowie Diskussion rechtlicher Aspekte Unfallanalyse durchgeführt und Wirkfeld von möglichen KAB-Ausprägungen ermittelt Rechtsworkshop: Klassifizierung der KAB Funktion und Identifizierung rechtlich relevanter Anforderungen Adam Opel AG AUDI AG

3 Sichere Quer- und Längsführung in der Stadt SQL Sichere Querund Längsführung in der Stadt Motivation und Ziele Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr durch innovative Stadt-Assistenzsysteme Steigerung der Kapazität des Straßennetzes durch vorausschauendes und situationsangepasstes Fahrverhalten Quelle: Gerald Kempel, Wien Use Cases Erwartete Ergebnisse Fahrerunterstützung in städtischen Engstellen Vermeidung von Kollisionen mit stehenden Hindernissen Verkehr in eigener Richtung Gegenverkehr Spurwechsel assistiert auf Fahrerkommando Unterstützung Spurwechsel durch Rundumsicht mit Freiraumerkennung auf Nachbarfahrspuren aktive Querführung Kontinuierliche Unterstützung Kontinuierliche Unterstützung durch Umgebungsabhängige Geschwindigkeitsempfehlung haptisches Feedback am Gaspedal Forschungsschwerpunkte Szenarien- und Funktionsspezifikation Versuchsträgeraufbau Situationsabhängige Handlungsstrategien Prototypische Umsetzung Funktionserprobung und -bewertung

4 Engstellenassistent SQL Sichere Querund Längsführung in der Stadt Motivation, Ziele, Kundennutzen Unterstützung in Engstellen im fließenden Stadtverkehr durch: Typische Nutzenszenarien: Engstellen verursacht durch Information über Abstand zu seitlichen Hindernissen und Breite einer vorausliegenden Durchfahrt Aktiver Lenkeingriff beim Passieren/Überholen von: stationären Hindernissen (parkende Fahrzeuge, Poller, Bordsteinkanten) Verkehr in eigener Fahrtrichtung Optional: Teilbremsung bei nicht passierbaren Durchfahrten Stationäre Hindernisse Einfluss auf das Unfallgeschehen: Adressierte Unfalltypen: Front-/Seitenkollisionen Erwartete Wirksamkeit: Vermeidung/Schwereminderung, Fahrerentlastung und Steigerung der Aufmerksamkeit Umfelderfassung: Partnerspezifische Sensorkonfiguration: Verkehr in der eigenen Fahrtrichtung Abdeckung Frontbereich: Stereo-Video, Fernbereichsradar Abdeckung Seitenbereich: Mono-Video, Nahbereichsradare Lösungsansätze und Umsetzung Innenstadtszenarien erfordern Erweiterung bekannter Ansätze zur Umfeldrepräsentation > Objektliste: Bewegte Verkehrsteilnehmer > Belegungsgitter: Unstrukturiertes stehendes Umfeld Visualisierung Belegungsgitter und Fahrkorridor Front-Sensorik Vorverarbeitung Sensordaten Umfeldrepräsentation Situationsanalyse Seiten-Sensorik Ansteuerung, Anzeige, Bremse und Lenkung Aktionsplanung Umfeldsensoren aller Partner Systemarchitektur des Engstellenassistenten

5 Umgebungsabhängige Geschwindigkeitsempfehlung SQL Sichere Querund Längsführung in der Stadt Motivation, Ziele und Kundennutzen Dem Fahrer jederzeit vermitteln, wie die Längsgeschwindigkeit angepasst werden sollte Vorausschauendes energieeffizientes Fahren Höheres Sicherheitsgefühl für unerfahrene und ältere Menschen in urbanen Bereichen Lösungsansätze und Umsetzung Aktives Gaspedal mit einstellbarer Rückstellkraft Änderung der Gaspedalkennlinie Kontinuierlicher haptischer Eingriff Systemauslegung sowie Akzeptanzfrage untersuchen Beitrag zur sicheren und effizienten kontinuierlichen Längsführung erproben Enge Zusammenarbeit mit den Teilprojekten Urbanes Fahren und Stadtgerechte MMI von UR:BAN-MV Beispiel-Szenarien Anpassung an Geschwindigkeitsbegrenzung Folgefahrt Engstelle Fahrzeug fährt 50 km/h auf gerader Stadtstraße Verkehrs zeichen mit 30 km/h Fahrzeug fährt hinter einem Vorderfahrzeug geringe Durchfahrbreite > Dem Fahrer wird übermittelt, dass er > > das Gaspedal zurück nehmen sollte um die Geschwindigkeit anzupassen. Dem Fahrer wird übermittelt die Geschwindigkeit so anzupassen, dass sich ein ausreichend großer Abstand zum Vorausfahrzeug ergibt. Dem Fahrer wird angezeigt, die Geschwindig keit situationsbedingt zu reduzieren.

6 Gegenverkehrassistent SQL Sichere Querund Längsführung in der Stadt Motivation, Ziele und Kundennutzen Vermeidung von Zusammenstößen mit entgegenkommenden Fahrzeugen im Stadtverkehr Kollisionsvermeidung mit stehenden Fahrzeugen oder Hindernissen Szenarien Städtische Engstellen mit Gegenverkehr Lösungsansätze und Umsetzung Engstellenassistent ist aktiv Zusätzliche Beobachtung von Gegenverkehr mit Radar und Stereokamera Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass Durchfahren möglich ist b1 d4 d5 d3 v2 b2 v1 d2 Fahrerunterstützung Anzeige von erkannten Engstellen mit gleichzeitigem Gegenverkehr Warnung und falls erforderlich Bremseingriff, wenn Durchfahrbreite für beide Fahrzeuge zu gering Unterstützendes Lenkmoment, falls seitliche Kollision bei Durchfahrt einer Engstelle mit Gegenverkehr droht

7 Spurwechselassistent SQL Sichere Querund Längsführung in der Stadt Motivation Zielsetzung Entwicklung eines Spurwechselassistenten zur Unterstützung des Fahrers durch Längs- und Querführung für einen sicheren und komfortablen Spurwechsel in der Stadt Funktionsablauf Szenarien Ausgangssituation: Längsregelung mit Spurhaltefunktion Spurwechsel auf vorausfahrendes Fahrzeug Übergabe des Spurwechselwunsches durch Fahrer System überprüft, ob Spurwechsel möglich ist Spurwechsel mit Unterstützung durch Längsund Querregelung (Gas, Bremse, Lenkung) Nach erfolgreichem Spurwechsel wird die Längsregelung mit Spurhaltefunktion fortgesetzt Fahrer hat jederzeit die Möglichkeit, den Spurwechsel durch Betätigen von Gas, Bremse oder Lenkeingriff zu übersteuern Spurwechsel vor einem Fahrzeug auf der Zielspur Spurwechsel hinter einem Fahrzeug auf der Zielspur Vorgehensweise Entwicklung Funktion Spurwechselassistent: Umfelderfassung und -repräsentation Situationsanalyse und -prädiktion Verhaltensentscheidung und Aktionsplanung Längs- und Querregelung

8 Übersicht Motivation Fußgänger Fahrradfahrer Motorradfahrer NAFTA-Staaten BRIC-Staaten , 2 EU-24, , % % % Fußgänger Fahrradfahrer Motorradfahrer NAFTA-Staaten BRIC-Staaten 14 % 21 % , 2 EU-24, , % % 4 % 6 % 13 % 2 % % 14 % 21 % 4 % 6 % 2 % 13 % 28 % % 20 % , 2 20 % 28 % % , 2 EU EU SVT Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern % % 19 % 7 % 18 % 14 % 7 % 10 % % 2 % 14 % 39 % 10 % 19 % % % % 2 % % % % 9 % 26 % % 39 % 4 % 27 % 2 % % 3 % 59 % % 18 % 22 % 3 % 38 % 17 % 36 % 16 % 35 % 9 % 26 % % 4 % 27 % 2 % 28 % 3 % 59 % % Getötet % 1 Zielsetzung Entwicklung kognitiver benutzergerechter Systeme zum wirksamen und vorausschauenden Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern in der Innenstadt Erhöhung der Schutzwirkung der Systeme durch Erweiterung der Nutzenfälle auf bisher nicht erfasste Unfallszenarien Erhöhung der Effektivität und Robustheit der Systeme in den adressierten Unfallszenarien Szenarien / Use Cases Kollisionsvermeidung bei plötzlichem Auftauchen von schwächeren Verkehrsteilnehmern im Gefahrenbereich vor dem Fahrzeug sowie bei Unachtsamkeit des Fahrers Adressierte Unfallszenarien: Frontalunfälle Abbiegeunfälle Unfälle mit teilweiser Sichtverdeckung Geplante Ergebnisse Entwicklung und Evaluation der Schlüsseltechnologien zur robusten Gesamtfunktion eines Schutzsystems für schwächere Verkehrsteilnehmer: Sensorbasierte Erkennung relevanter Verkehrsteilnehmer Tieferes Situationsverständnis kombiniert mit objektspezifischer Verhaltensprädiktion Situationsabhängige Handlungsstrategien zur Unfallvermeidung oder -folgenminderung (Bremsen und Ausweichen) BMW Forschung und Technik GmbH MAN Truck & Bus AG

9 Neue Szenarien adressieren SVT Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern Abbiegen Motivation 10 % aller Fußgängerunfälle mit Personenschaden ereignen sich beim Abbiegen Abbiegeszenarien werden von aktuellen Systemen nicht adressiert Vorgehen Umfelderfassung mit großem, lateralen Sensorsichtbereich > Weitwinkel- und Seitenkameras Genaue Vorhersage der Fahrzeugtrajektorie während des gesamten Abbiegevorgangs > kontextgestützte Prädiktion des Ego-Fahrzeugs durch Einbeziehung von Umfeldmerkmalen und Kartendaten Verdeckungen Motivation Bei 30 % aller Fußgängerunfälle mit Personenschaden erscheint Fußgänger aus Verdeckung Kann von aktuellen Systemen nur begrenzt adressiert werden Vorgehen Schnelle und zuverlässige Situationserkennung Verbesserung der Klassifikation von teilverdeckten Fußgängern BMW Forschung und Technik GmbH MAN Truck & Bus AG

10 Besser Reagieren SVT Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern Absichtserkennung Ziel: Präzise Fußgänger und Radfahrer Trajektorien-Prädiktion (0.5 2 s) für eine verbesserte Situationsanalyse und höhere Systemschutzwirkung Posen- und Handlungserkennung Verwendung von Bewegungsmodellen Einbeziehung von Szenenkontext Detailanalyse Grundlage für Absichtserkennung: Erfassung von Detailmerkmalen aus der Umgebung, insbesondere der Fußgängerpose Ausrichtung Kopf Ausrichtung Torso Einzelanalyse von Kopf, Torso und Beine Bewegungsrichtung Erkennung der Gesamtpose BMW Forschung und Technik GmbH MAN Truck & Bus AG

11 Schutz durch Rundumsicht im Nutzfahrzeug SVT Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern Ziele Entwicklung eines Multikamerasystems für Nutzfahrzeuge zur Entlastung des Fahrers in komplexen und unübersichtlichen Situationen Schutz schwächerer Verkehrsteilnehmer durch optimale Visualisierung bisher schlecht oder nicht einsehbarer Bereiche im Fahrzeugumfeld Vorgehen Analyse der häufigsten Unfallursachen Identifikation nutzfahrzeugspezifischer Fahrsituationen Fahrerbefragung (in Kooperation mit Teilprojekt MMI) Generierung der für jede Fahrsituation optimalen Ansicht Prototypische Umsetzung in einem Stadtbus Vernetzung Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten KAB Funktionsauslegung Kollisionsvermeidung UEM SQL UEM Sensorik und Umfeldmodellierung KAB SVT WER SQL Abstimmung Prüfmethodik Effektivitäts- und Wirkanalyse WER Effektivitäts- und Wirkanalyse MMI Auslegung MMI Komponenten VIE Fahreraufmerksamkeit und Fahrerreaktion MMI SIM KON Absicherung Systemverhalten VIE KON SIM Simulationsumgebung BMW Forschung und Technik GmbH MAN Truck & Bus AG

12 Umgebungserfassung und Umfeldmodellierung UEM Umgebungserfassung und Umfeldmodellierung Motivation Das Verstehen komplexer urbaner Verkehrssituationen erfordert neue, leistungsfähigere Methoden der Umgebungserfassung und aussagekräftige Modellierungen der Umwelt Randsteine Baustellen Engstellen Fußgänger Ampeln Zielsetzung Verstehen komplexer innerstädtischer Situationen für alle UR:BAN-KA Applikationen Entwicklung einer fusionierten 360 Umgebungserfassung und applikationsübergreifender Umfeldmodellierung Entkopplung von Wahrnehmung und Funktionen durch generische Repräsentationen Partnerübergreifendes Verständnis der Konzepte einer Umgebungserfassung für den sicheren Verkehr der Zukunft Generische Repräsentationen Bisherige Ergebnisse Gemeinsames Glossar der Umfelderfassung Umfeldrepräsentationen in Versuchsträgern integriert und heute erlebbar Konzept der Entkopplung von Wahrnehmung und Funktionen bestätigt AUDI AG BMW Forschung und Technik GmbH

13 Umfeldsensoren im Automobil UEM Umgebungserfassung und Umfeldmodellierung Eingesetzte Sensoren Moderne Sensoren erlauben eine umfassende Wahrnehmung der Umgebung rund um das Fahrzeug. Sie ergänzen sich dank ihrer unterschiedlichen Fähigkeiten und Erfassungsbereiche. Redundanz erhöht zudem die Sicherheit für anspruchsvolle Anwendungen Radar Laserscanner hohe Reichweite witterungsrobust hohe Reichweite feine Winkeltrennung großer Öffnungswinkel 360 Abdeckung der Fahrzeugumgebung Mono-Video Stereo-Video Verkehrszeichen, Markierungen etc. Klassifikation von Objekten Detaillierte 3D-Messung im Nahbereich AUDI AG BMW Forschung und Technik GmbH

14 Situationswahrnehmung UEM Umgebungserfassung und Umfeldmodellierung Zielsetzung Im Rahmen der Situationswahrnehmung werden die funktionsrelevanten Situationsmerkmale basierend auf den Umfeldrepräsentationen extrahiert Scene Labeling Zebrastreifen Hierarchische Fahrstreifenerkennung Fahrpfade Kolonnen Frei-/Belegtraumextraktion Methodik Die Interpretation von Situationsmerkmalen erfolgt in den jeweiligen Funktionen anhand funktionsspezifischer Kriterien. Beispiel: abgesenkter Bordstein Querführung im Fahrstreifen Ausweichen im Notfall Fazit Komplexe urbane Szenarien sind durch die Erkennung von Situationsmerkmalen beschreibbar und damit maschinell interpretierbar Für die Fahrerassistenz-Funktionen ist dies die Grundlage für mehr Sicherheit im urbanen Verkehr AUDI AG BMW Forschung und Technik GmbH

15 Modelle und Fusion UEM Umgebungserfassung und Umfeldmodellierung Zielsetzung Funktionsübergreifende Modellierung des Fahrzeugumfelds in urbaner Umgebung und Integration von Informationen unterschiedlicher Quellen Modellierung Entwicklung verschiedener Repräsentationen um eine umfassende Beschreibung der Umgebung zu erhalten 3D Objektgrid Intervallkarte 2D Grid Stixel Objekte Fusion Gewinnung von Informationen höherer Qualität durch Nutzung der Messwerte mehrerer Sensoren mit diversitären Erfassungsbereichen und Eigenschaften Aufbau eines durchgängigen konsistenten Umfeldmodells aus den verschiedenen eingesetzen Sensoren Typische Sensorsichtbereiche Ergebnis der Fusion AUDI AG BMW Forschung und Technik GmbH

16 Das Teilprojekt: Wirkfeld, Effektivität, Recht (WER) WER Wirkfeld, Effektivität, Recht Motivation Relativanteil von Innerortsunfällen mit Personenschaden steigt Begleitung des Entwicklungsprozesses von Fahrerassistenzsystemen mit innerorts komplexer werdenden Anforderungen Zielsetzung Wirkfeldermittlung von Fahrerassistenzsystemen Effektivitätsbewertung von Fahrerassistenzsystemen Rechtliche Einordnung der in den Applikationsprojekten entwickelten Systeme Datengrundlage: reale Unfälle 1. Wirkfeldermittlung 2. Nachweis des Nutzens (Effektivität) > GIDAS Datenbank als Grundlage für den deutschen Markt > Bestimmung der potenziell adressierbaren Unfälle eines bestimmten Systems innerhalb von GIDAS > Bestimmung des tatsächlichen Nutzens des Systems innerhalb des Wirkfeldes > Feldeffektivitätsanalyse Wirkfeld GIDAS Unfalldatenbank GIDAS Wirkfeld Wirkfeld Nutzen Nutzen Arbeitsschwerpunkte Wirkfeldermittlung der in UR:BAN und insbesondere der in der Projektsäule Kognitive Assistenz (KA) entwickelten Systeme und Bewertung der sog. Feldeffektivität (Poster: Wirkfeld und Effektivität) Betrachtung der in UR:BAN entwickelten Systeme aus rechtlicher Sicht (Poster: Recht) Bisherige Ergebnisse Unfalldatenanalyse Ermittlung Wirkfelder (GIDAS) Abbildung erster Funktionen in Effektivitäts-Software Applikationsbezogener rechtlicher Workshop Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)

17 WER: Recht WER Wirkfeld, Effektivität, Recht Motivation Aufzeigen der rechtlichen Rahmenbedingungen für die Entwicklung der Fahrzeugautomatisierung Identifizierung der rechtlichen Hindernisse für die Markteinführung Rechtskonforme Funktionsausgestaltung warnender / informierender Systeme kontinuierlich wirkender Systeme Notfallsysteme Arbeitsschwerpunkte Durchführung eines applikationsbezogenen Rechtsworkshops Identifikation spezifischer Anforderungen der technischen Ausgestaltung nach dem Produkthaftungsrecht Verhaltensrecht Definitorische Einordnung automatisierter Funktionen in Kategorien der Automatisierung Identifizierung rechtlich relevanter Aspekte der Notfallsysteme Relevanz der Kontrollierbarkeit Bisherige Ergebnisse Rechtliche Bewertung der Applikationen SQL, SVT und KAB Input für die Entwicklung und Markteinführung der Applikationen Analyse problematischer Rechtsfragen unter dem Gesichtspunkt der Fahrzeugtypengenehmigung Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)

18 WER: Wirkfeld und Effektivität WER Wirkfeld, Effektivität, Recht Vorgehen WER-Toolkette 1. Ausgangsituation ohne System : Unfallgeschehen innerorts 2. Fallauswahl durch Auswahl potentiell adressierbarer Unfälle 3. Abbildung des Fahrerassistenzsystems 4. Virtuelle Simulation mit System : verändertes Unfallgeschehen 5. Bewertung des Nutzens des Systems als Vergleich zwischen Ausgangssituation ohne System und virtueller Simulation mit System & verringerte Verletzungsschwere Systemkonfiguration Sensor Algorithmus Fahrermodell Konzept-, Modell- und Realalgorithmen Aktor rateeffect 3 4 PC-Crash PC-Crash PC-Crash Verletzungsrisikofunktion 2 5 GIDAS PreCrash-Matrix Deutsches Unfallgeschehen Aktuelles Sicherheitsniveau Konzept-, Modell- und Realalgorithmen 1 Wirkfeld Adressierte Unfälle 8% 1,75% Auswertung 1830 Berechnete Unfälle (Wirkfeld) 739 Beeinflusste Unfälle 1091 Nicht beeinflusste Unfälle Schritte 1-2 der WER-Toolkette: Definition der Aktionsräume von verschiedenen FAS-Varianten mit anschließender Potentialbewertung anhand des Unfallgeschehens: 1. Beschreibung Wirkbereiche von FAS-Varianten 2. Analyse Unfallgeschehen innerorts 3. Wirkfeld Geschwindigkeitsbereich (EGO-Fahrzeug) Geschwindigkeitsbereich (pot. Unfallgegner) bis 30 km/h km/h 50 bis 70 km/h bis 30 km/h km/h 50 bis 70 km/h x x x x x x x x Variante 1 Variante 2 Wirkfeldbetrachtung in UR:BAN WER Gemeinsames Unfallgeschehen drei Analyseansätze SVT: Analyse von Szenarien für Fußgänger und Radfahrer bzw. funktionsrelevante Charakteristika KAB: Abgrenzung von Unfällen, in denen Ausweichen oder Bremsen zur Kollisionsvermeidung möglich ist SQL: Analyse urbaner Abkommens- und Längsverkehrsunfälle zusätzlich: Fahrerentlastung Unfallszenarien Fahrsituation SQL KAB SVT Kollision UR:BAN Teilprojekte: SVT Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern KAB Kollisionsvermeidung durch Ausweichen und Bremsen SQL Sichere Quer- und Längsführung Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)