Schutz verletzlicher Verkehrsteilnehmer

Ko-TAG Peilantenne

Auf einen Blick

Das Verbundprojekt Ko-TAG erforscht kooperative Sensortechnologie auf Basis von Funk. Diese Technologie wird vor allem in Hinblick auf die Anwendungsbereiche "Schutz von verletzlichen Verkehrsteilnehmern" und "Fahrzeug-Fahrzeug-Sicherheit" untersucht.

Ziel der übergeordneten Forschungsinitiative »Ko-FAS« ist es, wesentliche Beiträge zur Steigerung der Verkehrssicherheit zu leisten, also die Zahl von Verkehrsunfällen zu reduzieren sowie deren Folgen weit möglichst zu mindern. Innerhalb des Teilprojektes »Ko-TAG« wird hierzu kooperative Sensortechnologie auf Basis von Transpondersystemen erforscht.

Zusammen mit Partnern aus dem Verbundprojekt Ko-TAG erhielten die Fraunhofer-Wissenschaftler am 2. Oktober 2013 dafür in Alzenau den Mobilitätspreis des ADAC in Bayern.

Ko-TAG und Ko-FAS werden in Zusammenarbeit mit Projektpartnern aus der Automobilindustrie durchgeführt und von dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Ko-TAG Projektpartner:

Der Schwerpunkt der Arbeiten des Fraunhofer IIS liegt dabei in der Entwicklung eines Teiles des Ortungssystems. Das Fraunhofer IIS hat dabei den Schwerpunkt auf die Winkelmessung und Inertialsensorik. Außerdem forscht Fraunhofer an der Bewegungsklassifikation verletzlicher Verkehrsteilnehmer, um Gefahren frühzeitig und zuverlässig zu erkennen.

Ko-TAG dient vor allem den Anwendungsbereichen »Schutz von verletzlichen Verkehrsteilnehmern« und »Fahrzeug-Fahrzeug-Sicherheit«. Dazu werden Ortungseinheiten in Fahrzeugen verwendet, welche von anderen Verkehrsteilnehmern mitgeführte Transponder abfragen. Die Transponder antworten auf die Abfragen der Ortungseinheiten mit spezifischen Informationen. Aus den Antworten schließt die Ortungseinheit auf die Relativpositionen sowie den Typ der anderen Verkehrspartner im Verkehrsumfeld und kann daraus mögliche Kollisionsrisiken berechnen. Dabei liefert das Fraunhofer IIS Schlüsselkomponenten sowohl für die Ortungseinheiten als auch für die Transponder.

Technische Beschreibung

Nahaufnahme der Rückseite der Ko-TAG Peilantenne
© Foto Fraunhofer IIS/Thomas Endres

Ko-TAG Peilantenne

Das Fußgängerschutzsystem basierend auf kooperativer Sensortechnik ortet, identifiziert und klassifiziert Fußgänger und ist speziell für Verdeckungsfälle konzipiert. Verletzliche Verkehrsteilnehmer, wie Fußgänger oder Radfahrer, werden mit aktiven Sendern ausgestattet. Diese können in Kleidung, Schulranzen oder Mobiltelefone integriert werden.

Die im Fahrzeug verbaute Ortungstechnologie erkennt mit einem Mehrfachantennensystem Fußgänger und Radfahrer per Funk anhand des aktiven Senders. Befindet sich der Fußgänger in der Nähe des Autos, identifiziert ihn die Technologie eindeutig als verletzlichen Verkehrsteilnehmer. Das System bestimmt den Abstand und die Richtung, in der sich der mobile Sender und damit der Fußgänger befindet. Bei drohender Kollision wird der Fahrer gewarnt oder das System löst Maßnahmen zur Unfallvermeidung und Unfallfolgenminderung aus. Dies funktioniert auch dann, wenn der Fußgänger von parkenden Autos oder Bussen verdeckt ist.

Das in Ko-TAG integrierte Fußgängerschutzsystem verfolgt zunächst alle mit einem Transpondersystem ausgestatteten Fußgänger im Erfassungsbereich des Fahrzeuges. Ein in das Fahrzeug integriertes Mehrfachantennensystem misst Abstand und Winkel der verfolgten Objekte. Im Falle einer optischen Verdeckung bleibt der Kontakt zwischen Ortungssystem und Sender erhalten.

Das Tracking stützt sich neben der boardautonomen Winkel- und Abstandsmessung auch auf eine Inertialsensorik, die im Sendeempfänger integriert ist und die Informationen über den Bewegungsvektor des Fußgängers ermittelt. Diese gesammelten Informationen werden mit in das Tracking einbezogen und verbessern die Ortungsqualität weiter.

Ein weiterer Vorteil der Integration eines Inertialsensors in das Transpondersystem liegt in der Möglichkeit der Anwendung einer energiesparenden Deaktivierung, falls es für längere Zeit nicht bewegt wird. Als Konsequenz kann die Sende-/Empfangseinheit abgeschaltet werden, um den Stromverbrauch zu minimieren.

Durch das Tracking optisch verdeckter Fußgänger ist es möglich, mit Methoden der Datenfusion, z.B. mit den Daten videogestützter Bildverarbeitung, einen weiteren Zusatznutzen darzustellen. Da aufgrund des aufgezeichneten Bewegungspfads des Fußgängers der Punkt bekannt ist, an dem dieser im Falle optischer Verdeckung die Straße betreten wird, kann im Sinne einer Aufmerksamkeitssteuerung eine intensive Bildverarbeitung in einem kleinen Bildbereich begrenzt erfolgen. Dort wird dann intensiv nach dem Erscheinungsbild von Fußgängern oder auch nur sichtbaren Teilumrissen von Fußgängern (z.B. Beine, Brustbereich, Kopf, etc.) gesucht.

Durch Ko-TAG wird also auch wertvolles Zusatzwissen für die bildbasierte Fußgängererkennung generiert. Durch die Kombination beider Systeme ergibt sich eine sehr hohe Datenqualität bezüglich der lateralen Position des Fußgängers, Abstand und zweifelsfreier Klassifizierung als Fußgänger. Dies bildet die Grundlage für weitreichende Schutzmaßnahmen, die bis hin zur autonomen Notbremsung reichen können.

Ist ein Fußgänger durch das System erkannt worden und liegt aufgrund des Trackings eine Orts- und Geschwindigkeitsinformation vor, kann das Risiko für eine Kollision mit dem Fußgänger errechnet werden. Die Risikoberechnung stellt sich kompliziert dar, da sowohl der Fußgänger als auch der Autofahrer gewisse Handlungsspielräume besitzen, die erst sehr spät mit absoluter Sicherheit eine Kollision vorhersagen lassen.

In der Regel muss das Schutzsystem deutlich vorher Maßnahmen ergreifen, um den potentiellen Unfall positiv zu beeinflussen. Dazu ist es nötig, die realistischen Handlungsspielräume des Fußgängers genau abzuschätzen, da dieser im Vergleich zum Fahrzeug über eine größere Manövrierfähigkeit verfügt und kurzzeitig eine sehr hohe Eigendynamik entwickeln kann.

Zur Prädiktion des Fußgängerverhaltens wird die statistische Verhaltensmodellierung genutzt. Bei dieser Methode wird ein Modell des Fußgängerverhaltens aus im Vorfeld gemachter Beobachtung einer Vielzahl von Fußgängern abgeleitet und je nach Situation eine Wahrscheinlichkeit für das weitere Verhalten des Fußgängers ermittelt.

Ausgehend von den physiologischen Randbedingungen bei der Bewegung von Menschen lassen sich durch Verhaltensbeobachtung Verhaltensmuster auffinden, die typisch für gewisse bevorstehende Änderungen im Bewegungsablauf sind und daher z.B. das plötzliche Betreten der Straße als wahrscheinlich erscheinen lassen. Konkret wird anhand von Frühindikatoren, die aus der Verfolgung der Fußgängerbewegung und den Informationen des Inertialsensors gewonnen werden, auf eine gefährliche Verhaltensänderung des Fußgängers geschlossen.

Übersteigt die Kollisionswahrscheinlichkeit einen Schwellwert, so wird die Zeit bis zum Kontakt mit dem Fußgänger (time to collision, TTC) vom Fahrzeug aus berechnet. Je nach verbleibender TTC, Eigengeschwindigkeit und Verkehrssituation wird nun im geplanten Demonstrationssystem eine gewisse Handlung eingeleitet.

Ist die TTC größer als 1,5 Sekunden, kann eine Warnung des Fahrers noch Wirkung zeigen. Parallel dazu kann das Fahrzeug bereits auf eine Notbremssituation vorbereitet werden, d.h. es erfolgt eine Vorkonditionierung der Bremse und ein Optimieren der Bremskennlinie.

Ist eine Kollision mit hoher Wahrscheinlichkeit unvermeidlich, kann das System eine autonome Notbremsung durchführen. Neben dem Bremseingriff können durch Betätigung von Gurtstraffern und Kopfstützen die Insassen optimal auf die Notbremsung vorbereitet werden. (Quelle: http://ko-fas.de/)

Anwendung

Um den Nutzen des Ko-TAG Systems zu erweitern, bietet es sich an, die vor dem Fahrzeug “aufgebaute” Schutzzone zur Detektion von Fußgängern und anderen verletzlichen Verkehrsteilnehmern auf weitere Verkehrsteilnehmer auszudehnen. Eine Rundumortbarkeit von mit Transpondern ausgestatteten Fahrzeugen böte erstmals die Möglichkeit, Gefahren zu erkennen, die bisherige Sensorik bislang nicht detektieren kann.

Hierzu zählt beispielsweise ein drohender Seitencrash an einer Kreuzung oder einer nicht einsehbaren Straßeneinmündung. Hierbei kommt vor allem die Möglichkeit des Ko-TAG Systems zur Detektion und Verfolgung (Tracking) optisch verdeckter Objekte und zur präzisen Ortung des Kollisionsgegners im Precrash-Bereich zur Geltung. Durch die Miteinbeziehung von gleichzeitig durch Kommunikation übertragenen Momentangeschwindigkeiten und Dimensionen von Fahrzeugen, lassen sich mögliche Kollisionspfade exakter vorhersagen, als dies mit aktuellen (kooperativen und autonomen) Technologien möglich ist. Bei einer drohenden Kollision können die Fahrer somit noch rechtzeitig gewarnt werden.

Potenzielle Applikationen die durch eine Ko-TAG Rundumsicherheit adressierbar sind, sind beispielsweise Frontcrash, Heckaufprall, Seitencrashs, ggf. Schleuderunfälle sowie Kreuzungs- und Abbiegeassistenzsysteme.

Da für eine Rundumabdeckung die vorhandenen Eigenschaften des Fußgängerschutzsystems vollständig übernommen und erweitert werden, ist das Fußgängerschutzsystem auch die Voraussetzung für das Rundum-Schutzsystem.

Zu den unterscheidbaren Objekten kommen, neben Fußgängern und Radfahrern, bei der Rundumsicherheit nun auch motorisierte Verkehrsteilnehmer wie PKW, LKW oder Motorräder hinzu, die ihre ganz spezifischen Bewegungseigenschaften haben. Entsprechende Bewegungsmodelle sind hierfür zu entwickeln, aus denen sich dann wiederum mögliche Kollisionspfade berechnen und erforderliche Auslösealgorithmen ableiten lassen müssen. (Quelle: http://ko-fas.de/)

Angebot

Mit den Ideen aus dem Fraunhofer IIS kommt leistungsfähige Elektronik ins Auto. Die damit ausgestatteten Fahrzeuge passen zu den Umweltkonzepten der Zukunft und bieten Fahrer, Insassen und anderen Verkehrsteilnehmern erhöhte Sicherheit. Für die Automobilindustrie bedeutet das Fortschritt und Wettbewerbsfähigkeit.

Das Fraunhofer IIS bietet Ihnen alle Kompetenzen, die für eine vollständige kundenspezifische Systemlösung im Bereich Lokalisierung und Navigation nötig sind.

Aufgrund unserer umfassenden Erfahrungen im Bereich Antennen- und Funktechnik können wir Ihre Ideen und Ansätze neutral bewerten, diskutieren und erweitern. Fraunhofer begleitet Sie bei der gesamten Entwicklung bis hin zu messbaren und nachhaltigen Erfolgen für neue strategische Lösungen.

Auf vorhandenes Know-how, sowie Hard- und Software kann im Rahmen eines F&E-Auftrags bzw. eines Lizenzvertrags zugegriffen werden.