Zukünftige Fahrerassistenzsysteme - Ein Beitrag zur Steigerung der aktiven Sicherheit

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1 1. Deutscher Nutzfahrzeugsicherheitstag des Auto Club Europa (ACE) und der Gesellschaft für Technische Überwachung (GTÜ) in Berlin, 26. Januar 2004 Prof. Dr.-Ing. habil. Egon-Christian von Glasner, CEng, FIMechE, JSAE, JUMV, SAE, VDI Europäische Vereinigung für Unfallforschung und Unfallanalyse (EVU) Zukünftige Fahrerassistenzsysteme - Ein Beitrag zur Steigerung der aktiven Sicherheit 1 Lebenslauf Prof. Dr.-Ing. habil. Egon-Christian von Glasner CEng, FIMechE, JSAE, SAE, JUMV, VDI Europäische Vereinigung für Unfallforschung und Unfallanalyse, Hamburg DaimlerChrysler AG, Stuttgart Geboren 1942 bis 1969 Studium an der Technische Universität München bis 1975 Im PKW-Bereich der Daimler-Benz AG, Stuttgart 1973 Promotion auf dem Gebiet der Bremsmechanik 1978 Leiter des Nutzfahrzeug-Prüffelds 1980 Lehraufträge an den Universitäten Karlsruhe und Stuttgart 1981 Ehrenmedaille der Universität Belgrad (Jugoslawien) 1987 Habilitation auf dem Gebiet der Fahrdynamik 1989 Leiter der "Vorentwicklung Leichte Nutzfahrzeuge" 1991 Lehrauftrag an der Universität Dresden 1992 Verleihung des McFarland Award durch SAE (USA) seit 1993 Leiter der Grundsatzentwicklung für Fahrwerk und Triebstrang 1994 Außerplanmäßiger Professor der Universität Stuttgart seit 1994 Lehrauftrag an der Universität Budapest 1994 Europäischer Sicherheitspreis für Nutzfahrzeuge 1996 Präsident der Europäischen Vereinigung für Unfallforschung und Unfallanalyse 1997 Ernennung zum Senator h.c. der Universität Budapest 1998 Ehrenmitglied des jugoslawischen Ingenieurverbandes 2001 Ernennung zum "Fellow of the Institution of Mechanical Engineers (Grossbritannien) 2003 Ehrenmedaille der Fakultät für Verkehrswesen der Universität Budapest 2 Vortragsgliederung Aktivitäten zu Fahrerassistenzsystemen weltweit Bremssystemmanagement als Plattform für Assistenzsysteme Existierende und zukünftige Fahrerassistenzsysteme - Integrierte Dauerbremsanlagen - Stabilitätssysteme mit Überschlagverhinderung - Koppelkraftregelung, aktive Kupplung für Anhängefahrzeuge - Bremsbelagverschleissharmonisierung - Bremsassistent - Abstandsregeltempomat - Spurassistent - Systeme zur Verbesserung der Nachtsicht - Kommunikation der Fahrzeuge untereinander - Umfeldüberwachung - Verkehrsteilnehmer- und Verkehrszeichenerkennung - Autonomes Fahren mit X-by-Wire-Systemen Fazit: Gedanken zu Fahrerassistenzsystemen 0358 /

2 Prognosen zur Entwicklung des Strassengüterverkehrs in Deutschland Jahr 2002 Binnenschifffahrt Strassengüterverkehr 13 % 70 % Eisenbahn 14 % Pipeline 3 % Öffnung des Eisernen Vorhangs Prognosen 1995/96 max min Prognose Mrd tkm 353 Mrd tkm Gesamtaufkommen des Gütertransports: 505 Billion tkm Jahr 4 Permanent zunehmender Güterverkehr auf den Strassen Europas - die Konsequenzen Höherer Kraftstoffverbrauch Zunehmende Geräusch- und Schadstoffemissionen Zusätzlicher Flächenbedarf für Strassen und Fahrzeuge Anstieg des Sicherheitsrisikos 5 Entwicklung des Verbrauchs und der Fahrgeschwindigkeit von Sattelzügen auf gleichen Fahrstrecken 6

3 Fortschritte bei der Geräuschminderung db(a) Noise Level (dba) Truck < 3.5 t GVWR Truck > 12 t GVWR /157/EWG 77/212/EWG 84/424/EWG 92/97/EWG Der Geräuschpegel eines LKW aus dem Jahre 1970 entspricht dem Geräuschpegel von 12 heutigen LKW Emissionen in Deutschland (nach einer Prognose der Universität Wien, 1999) Trotz weiter steigender Gesamtfahrleistungen (1995 bis 2020 : 25%) werden die Abgasemissionen deutlich sinken. Die CO 2 -Emissionen überschreiten um 2000 ein Maximum und sinken bis 2020 um ca. 7%. HC-, CO-, NOx-, Partikel - HC-, CO-, NOx-, Emissionen Partikel*10 - Emissionen [kt/a] [kt/a] HC CO*10-1 Partikel*10 Fahrleistung CO 2 NOx Fahrleistung [Mrd.km/a] / 0802 Sicherheit? 9

4 Tote Getötete im Strassenverkehr in der Bundesrepublik Deutschland Insassen Radfahrer Fussgänger Jahr 10 Prozentuale Beteiligung an Strassenverkehrsunfällen mit Personenschäden Pkw 67 % Others Motorräder 8% 5 % Passenger Cars 62% Jahr Motorcycles Passenger PKWCars Fahrräder 12% 70 11% 60 Buses 1% 50 Sonstige 40 Pkw 10% 30 Lkw und Zugmaschinen 20 Trucks and LKWTractors 6 % 10 Kraftomnibusse 1% Lkw Unfallreduktion durch vorverlegte Reaktion des Gesamtsystems Fahrer/Fahrzeug/Umwelt Ca untersuchte Unfälle 12

5 Informationsaufnahme und deren Verarbeitung durch den Fahrer im Gesamtsystem Fahrer/Fahrzeug/Umwelt Umwelt Nachlassende Aufmerksamkeit im Verkehr bei unterschiedlichen Arbeitszeitbedingungen Aufmerksamkeit im Verkehr Frühschicht Nachtschicht Spätschicht Zeitraum der Messung (4 Stunden Fahrzeit) 14 Nachlassende Aufmerksamkeit im Verkehr bei LKW-Fahrten mit und ohne Anhängefahrzeug während der Frühschicht Aufmerksamkeit im Verkehr Fahren ohne Anhängefahrzeug (Frühschicht) Fahren mit Anhängefahrzeug Zeitraum der Messung (4 Stunden Fahrzeit) 15

6 Haupteinsatzgebiete von mechatronischen Fahrerassistenzsystemen Telematik Achsaufhängung Bremsen Überwachung des Fahrzeugumfelds Lenkung Triebstrang 16 Prinzip der elektronischen Bremsanlage (EBS) (Erste Darstellung im Nutzfahrzeug: 1987) ECU Konzept: von Glasner/Micke/Pflug, Drehzahlsensor 2 Bremsbelagverschleisssensor 3 Regelventl 4 Bremszylinder Vorderrad 5 Bremszylinder Hinterrad 6 Elektronikeinheit 7 Bremspedal 8 Druckluftbehälter 9 Druckluftversorgung für Anhängefahrzeug 10 Steuerleitung für Anhängefahrzeug 11 Koppelkraftermittlung 12 Lenkradwinkelsensor 13 Giergeschwindigkeits- /Querbeschleunigungssensor 14 Aktivierung von Retarder- und Motorbremssystem Entwurf Subsysteme eines modernen Bremsenmanagements Aktivierung der Bremskräfte, Bremskraftverteilungsoptimierung, ABS- und ASR-Einsatz. Regelung der Bremskräfte von Motorbremssystemen und Retardern, Koppelkraftkompension, Bremsbelagverschleissregelung. Automatische Rückrollsperre, Bremsassistent, Fahrstabilitätsregelung mit Kippschutz. 18

7 Integration von Motorbremssystemen Bremsleistung [kw] 600 Voith Aquatarder (MAN Pritarder) 400 Derzeit bekannte Motorbremssysteme Motordrehzahl [min-1] 19 Integration eines Retarders in die elektronische Betriebsbremsanlage (Beispiel: Iveco) Ii Bremsmoment des Retarders [Nm] Abbremsung 0,3 0,2 0,1 0 Bremsdruck [bar] FahrzeugabbremsungFahrerwunsch Betriebsbremsanlage 2 4 [s] 6 Retarder Betriebsbremsanlage 2 4 [s] 6 Bremszeit Bremszeit 20 Zeitlicher Verlauf von Koppelkräften zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Lastzug 2 Lastzug 1 (meist anzutreffende Situation) 21

8 Koppelkraftregelung zwischen Zug- und Anhängefahrzeug Korrektur des Bremsdrucks im Anhängefahrzeug innerhalb der ECE R13-Abbremsungsbänder Variationsmöglichkeit für die Regelung der Koppelkräfte 22 Arbeitsprinzip des Bremsassistenten 23 Stabilitätssystem ESP (Fahrstabilität) 24

9 Stabilitätssystem ESP (Kippstabilität) mit ESP ohne ESP 25 Entwicklung der Fahrerassistenzsysteme 26 Aktivitäten zu Fahrerassistenzsystemen in Nutzfahrzeugen weltweit (1) Elektronisches Bremssystem (EBS, als Plattform für Fahrerassistenzsysteme) mit Integration von ABS und ASR sowie Retarder- und/oder Motorbremssystem als Minimalausstattung, Stabilitätssystem (ESP/FDR) mit Überschlagverhinderung, Koppelkraftregelung zwischen Zug- und Anhängefahrzeug, Anfahrregelung am Berg, Bremsbelagverschleissregelung, Bremsassistent, Radar/Laser Abstandsregeltempomat, Spurassistent, Kraftschlussermittlung zwischen Reifen und Fahrbahn, Regensensor, Reifendruckkontrolle, Warnhinweise basierend auf Informationen des Navigationssystems, 27

10 Aktivitäten zu Fahrerassistenzsystemen in Nutzfahrzeugen weltweit (2) Systeme zur Verbesserung der Sicht (kurven- und kreuzungsabhängige Beleuchtung, Nachtsichthilfen), Fussgänger-, Radfahrer- und Verkehrszeichenerkennung, Parkassistent (Einparken und Rangieren), Stabilitätssystem (ESP/FDR) und Spurassistent mit Lenkeingriff, Intelligenter Abstandsregeltempomat mit Stop-and-Go-Automatisierung, Informationsaufnahme durch Kommunikation der Fahrzeuge untereinander, Überwachung des Fahrzeugumfelds (Kreuzungs- und Abbiegeassistent, Rückwärtsfahr - und Totwinkelüberwachung), Autonomes Fahren mit elektronischer Deichsel ( Platooning ), Autopilot, X-by-Wire Systemen (Power-by-Wire, Shift-by-Wire, Steer-by-Wire, Suspension-by-Wire und Brake-by-Wire), etc. 28 Überwachung des Fahrzeugumfelds 29 Systeme zur Abstandsregelung (Distronic, ART) 30

11 Abstandsregeltempomat (ART) Symbol bei ART ein Sollgeschwindigkeit Istabstand zu vorausfahrendem Fahrzeug 31 Strategie für ein Notbremssystem Elektronische Knautschzone kleine Verzögerungen Warnung an Fahrer Beginn der automatischen Notbremsung 32 Funktion des Spurassistenten 33

12 Spurassistent 34 Verkehrszeichenerkennung 35 Personenerkennung 36

13 Entwicklung von Nachtsichtsystemen 37 Aktives Kurvenlicht Bis zu 90% bessere Fahrbahnausleuchtung bei Kurvenfahrt + 25 m Aktives Kurvenlicht 30 m Herkömmliches Abblendlicht 38 Vergleich Passives / aktives Kurvenlicht Herkömmliches Abblendlicht mit asymmetrischer Lichtverteilung Abblendlicht mit aktivem Kurvenlicht 39

14 Bessere Nachtsicht mit Hilfe der Infrarot-Technik 40 Fahrerassistenzsysteme mit kommunikativer Vernetzung SAE-Paper Drive - by - wire Konzept:: von Glasner/Edenhofer, / Beispiel: Drive-by-Wire System 42

15 Heutige Vernetzung von Fahrerassistenzsystemen FAHRZEUG-MANAGEMENT Artificiel Intelligence Übergeordnete Informationsgewinnung und Steuerung Übergeordnete Informationsgewinnung und Steuerung CAN-Busse 43 Fazit zu Fahrerassistenzsystemen (1) Mechatronische (= mechanische + elektronische) Fahrerassistenzsysteme können die heutigen Unfallzahlen nocheinmal erheblich mindern. Der Schlüssel zur Unfallminderung liegt in der Elektronik, da die Reaktionszeiten mechatronischer Systeme deutlich kürzer als die konventioneller, mechanischer Systeme sind. Ein unkonzentrierter, übermüdeter Fahrer kann durch Fahrerassistenzsysteme rechtzeitig vor einer Unfallsituation gewarnt werden. Notfalls kompensiert das System die fehlerhafte Reaktion des Fahrers durch selbständigen Regeleingriff. 44 Fazit zu Fahrerassistenzsystemen (2) Die sichere Erkennung bei Tag und Nacht vor allem von Fussgängern und Radfahrern, aber auch von Verkehrszeichen, ist für zukünftige Fahrerassistenzsysteme besonders wichtig, um rechtzeitig reagieren und Unfälle verhindern zu können. Stabilitätsregelungen, Spurhaltesysteme und Abstandsregelungen in Kombination mit der Elektronischen Knautschzone können Unfallzahlen dramatisch verringern. Dies würde den Forderungen der EU, bis 2010 die Anzahl der Toten auf unseren Srassen zu halbieren, stark entgegenkommen. Der Fahrer muss von allen Aufgaben, die ihn ablenken oder stark belasten, entlastet werden. Vernetzte Fahrerassistenzsysteme werden ihm dabei helfen. 45

16 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 46