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It is commonly agreed that active safety will have a significant impact on reducing accident figures for pedestrians and probably also bicyclists. However, chances and limitations for active safety systems have only been derived based on accident data and the current state of the art, based on proprietary simulation models. The objective of this article is to investigate these chances and limitations by developing an open simulation model. This article introduces a simulation model, incorporating accident kinematics, driving dynamics, driver reaction times, pedestrian dynamics, performance parameters of different autonomous emergency braking (AEB) generations, as well as legal and logical limitations. The level of detail for available pedestrian accident data is limited. Relevant variables, especially timing of the pedestrian appearance and the pedestrian's moving speed, are estimated using assumptions. The model in this article uses the fact that a pedestrian and a vehicle in an accident must have been in the same spot at the same time and defines the impact position as a relevant accident parameter, which is usually available from accident data. The calculations done within the model identify the possible timing available for braking by an AEB system as well as the possible speed reduction for different accident scenarios as well as for different system configurations. The simulation model identifies the lateral impact position of the pedestrian as a significant parameter for system performance, and the system layout is designed to brake when the accident becomes unavoidable by the vehicle driver. Scenarios with a pedestrian running from behind an obstruction are the most demanding scenarios and will very likely never be avoidable for all vehicle speeds due to physical limits. Scenarios with an unobstructed person walking will very likely be treatable for a wide speed range for next generation AEB systems.
Als Grundlage des Forschungsprojektes FE 02.0378/2014/CGB „Analyse von Straßenbestandsobjekten aus Laserpunktwolken durch Mustererkennung/Objekterkennung einschließlich der Georeferenzierung“ wurden Messdaten der Mobile Mapping Fahrzeuge IRIS5 und IRIS12 der Firma LEHMANN+PARTNER GmbH (LP) eingesetzt. Die georeferenzierten Punktwolken entstanden mit Hilfe eines an den Fahrzeugen montierten CPS Laserscanners vom Projektpartner, dem Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik, IPM, Freiburg. Die Aufgabe des Forschungsprojektes bestand in der Erforschung von Methoden und Algorithmen zur automatisierten Mustererkennung von speziellen Objekten in dreidimensionalen Punktwolken. Die ausschließliche Analyse bzw. Extraktion von Objekten auf Grundlage der reinen Punktwolke erwies sich am Anfang des Projektes als nicht zielführend. Größter limitierender Faktor war die mit der Entfernung zunehmende Dichteverringerung in den Daten der Punktwolken. Dies führte zum Teil zu unterrepräsentativen Abbildungen von kleinen oder schmalen Objekten. Um dieses Defizit auszugleichen, wurden die georeferenzierten Bilddaten der Mobile Mapping Fahrzeuge als Analysehilfe verwendet. Die Bilddaten weisen ein vielfach höheres Auslösungsvermögen im Vergleich zur Punkwolke auf. Zur Analyse der Daten kamen verschieden Neuronale Netze zum Einsatz, die zunächst die Bildinformationen analysierten. Nach der Trainingsphase des Neuronalen Netzes wurden Objekte einer messtechnischen Aufnahme (Scene) detektiert. Durch die georeferenzierten Bilddaten konnten alle automatisch gefundenen Objektinformationen in die Punktwolke übertragen werden. Hierbei wurde eine weitaus größere Diversität der Extraktionsergebnisse als mit der Analyse der reinen Punktwolke erzielt. Die finale Lösung der automatischen Extraktion bestand in der Projektion der einzelnen Objekte vom Neuronalen Netz in die Punktwolke. Dadurch, dass jedes Objekt mehrfach in jeder Bildszene erfasst wurde, besitzt jeder Laserscanner Punkt mehrere automatisch generierte Objektlable. Mit Hilfe von Clusteranalysen und Mehrheitsentscheidungen konnte die Ausgangspunktwolke in einzelne Objekte vollautomatisch zerlegt werden. Für die Verwendung in einem GIS oder für die OKSTRA konforme Speicherung mussten die Daten weiter aufbereitet werden. Hierzu wurden die einzelnen Objektklassen einer Repräsentationsklasse zugeordnet, sodass eine eindeutige Darstellung in einem GIS erfolgen konnte. Zur Kontrolle und Validierung der Extraktionsergebnisse wurde eine unbekannte Teststecke (Rundkurs bei Köln-Rösrath) aufgenommen. Die Digitalisierung jedes Referenzobjektes erfolgte manuell. Der Vergleich der Objekte erfolgte aufgrund Lage, Ausprägung und Objekttyp. Hierbei stellte es sich heraus, dass insgesamt 66% der Objekte komplett oder teilweise extrahiert werden konnten. Nur 4% der automatisch detektierten Flächenobjekte konnte im Referenzdatensatz nicht gefunden werden. Bestes Extraktionsergebnis lieferte der Objekttyp „Markierungslinien“ mit 90% Übereinstimmung mit dem Referenzdatensatz auf dem Testabschnitt der BAB. Zuordnungsdefizite kamen hauptsächlich aus den Label-Zuordnungsfehlern, die sich zum Teil aus der Abbildungsgeometrie schmaler und kleiner Objekte in der Punktwolke ergaben. An dieser Stelle besteht noch erhebliches Potential zur Verbesserung der Extraktionsergebnisse, welche im Rahmen dieser Forschungsarbeit nicht weiter optimiert werden konnte. Das Forschungsvorhaben zeigte, dass aus einer Punktwolke unter Zuhilfenahme von georeferenzierten Bildern der gleichen Szene vollautomatisch Objekte zu extrahieren sind. Im Ergebnis liegen georeferenzierte Objekte, die in einem Geoinformationssystem abgebildet werden können, vor.
Nowadays human-created systems are increasing in complexity due to the interaction of humans and technology. Especially road traffic systems are composed of multitudinous resources (e.g. personnel, vehicles, organizations, etc.), which make it even harder to anticipate the positive and negative effects on safety. One key in achieving a significant reduction of fatalities is seen in driver assistant systems counterbalancing the lack of drivers' capabilities. But the actual outcome of implementing these sophisticated technologies especially on influencing driver's capabilities are yet unknown. Latest research exemplifies an increase of reaction times of drivers in case of dysfunctional driver assistant systems. This research paper applies STAMP/STPA (STAMP = systems-theoretic accident model and processes; STPA = systems-theoretic process analysis) to the German automobile traffic system focusing on the effects of driver assistant systems on drivers. By doing so, the potential hazards caused by technology can be identified.
Aufgrund der Wichtigkeit individueller Mobilität nutzen viele Menschen heutzutage ein Auto zur Fortbewegung. Hierbei scheint es normal zu sein, neben dem Fahren zusätzliche, nicht fahrbezogene Aktivitäten auszuüben. Obwohl die Fahrzeugführung an sich bereits anspruchsvoll ist und die menschlichen Kognitionsressourcen begrenzt sind, geschehen relativ selten schwere Unfälle. Empirische Studien des fahrergesteuerten Fahrens deuten darauf hin, dass Fahrer Strategien besitzen, die es ihnen ermöglichen, auch im Mehrfachaufgabenkontext eine sichere Fahrleistung zu garantieren: Sie scheinen einen Fahrleistungszielwert zu besitzen, den sie im kontinuierlichen Abgleich mit der aktuellen Fahrleistung versuchen zu erreichen. Darüber hinaus scheinen Fahrer die Bearbeitung nicht fahrbezogener Aufgaben zu reduzieren, sobald sie sich einer kritischen Fahrsituation nähern. In den vergangenen Jahren machte die Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen deutliche Fortschritte. Dies führte zu tiefgreifenden Veränderungen der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, da Fahrer im Normalverkehr des automatisierten Fahrens (SAE Level 3) nicht mehr die Verantwortung für die Fahrzeugführung tragen und es ihnen freisteht, sich mit nicht fahrbezogenen Aufgaben zu beschäftigen. Hiervon ausgehend stellt sich die Frage, ob und wenn ja, welche Rolle die Fahrerstrategien im Kontext des automatisierten Fahrens spielen. Das aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit dieser Thematik: Basierend auf der Idee eines Fahrleistungszielwerts wurden Grenzwerte akzeptierter Fahrleistungsbereiche in Abhängigkeit verschiedener Personen- und Situationsfaktoren bestimmt. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern Fahrern ihre Strategien auch in Übernahmesituationen des automatisierten Fahrens in Abhängigkeit verschiedener Systemkonfigurationen zur Verfügung stehen. Abschließend wurden die Erkenntnisse dieser beiden Schritte zur Ableitung von Gestaltungsempfehlungen für zukünftige automatisierte Systeme genutzt.
The levels of continuous vehicle automation have become common knowledge. They facilitate overall understanding of the issue. Yet, continuous vehicle automation described therein does not cover "automated driving" as a whole: Functions intervening temporarily in accident-prone situations can obviously not be classified by means of continuous levels. Continuous automation describes the shift in workload from purely human driven vehicles to full automation. Duties of the driver are assigned to the machine as automation levels rise. Emergency braking, e.g., is obviously discontinuous and intensive automation. It cannot be classified under this regime. The resulting absence of visibility of these important functions cannot satisfy " especially in the light of effect they take on traffic safety. Therefore, in order to reach a full picture of vehicle automation, a comprehensive approach is proposed that can map out different characteristics as "Principle of Operation" at top level. On this basis informing and warning functions as well as functions intervening only temporarily in near-accident situations can be described. To reach a complete picture, levels for the discontinuous, temporarily intervening functions are proposed " meant to be the counterpart of the continuous levels already in place. This results in a detailed and independent classification for accident-prone situations. This finally provides for the visibility these important functions deserve.
The utilisation of secondary-safety systems to protect occupants has attained a very high level over the past decades. Further improvements are still possible, but increasingly minor progress is only to be had with a high degree of effort. Thus, a key aspect must be the impact to overall safety in an accident. If reliable information is available on an imminent crash, measures already taken in the pre-crash phase can result in a significantly great influence on the outcomes of the crash. With this background preventive measures are the key to a sustainable further reduction of the figures of crash victims on our roads. This paper aims to show a preventive approach that can contribute to lessening the consequences of a crash by creating an optimum interaction of measures in the fields of primary and secondary safety. To further enhance vehicle safety, driver assistant systems are already available that warn the driver of an imminent front-to-rear-end crash. The next step is to support him in his reactions or if he fails to react sufficiently, to even initiate an automatic braking when the crash becomes unavoidable. Automatic pre-crash braking can, in an ideal situation, fully prevent a crash or can significantly reduce the impact speed and thus the impact energy (and the severity of the accident). If a vehicle is being braked in the pre-crash phase, the occupants are already being pre-stressed by the deceleration. The information available about the imminent crash can be used to activate the belt tensioners and likewise other secondary safety systems in the vehicle right before the impact. The pre-crash deceleration also causes the front of the vehicle to dip. Conventional crash tests do not take this specific impact situation into consideration. This is why, for example, the influences of the pre-crash displacements of the occupants are not recorded in the test results. Furthermore, a reproducible representation of the benefit of the vehicle safety systems which prepare the occupants for the imminent impact is not possible. In order to demonstrate the functions of automated pre-crash braking and to investigate the differences during the impact as a consequence of the altered occupant positions as well as the initiation of force and deformations of the vehicle front, DEKRA teamed up with BMW to carry out a joint crash test with the latest BMW 5 series vehicle. It involved the vehicle braking automatically from a starting test speed of 64 km/h (corresponding to the impact speed set by Euro NCAP) down to 40 km/h. The test was still run by the intelligent drive system of the crash test facility. This required several modifications to be made to the test facility as well as to the vehicle. The paper will describe and discuss some relevant results of the crash test. In addition, the possible benefits of such systems will also be considered. The test supplemented the work of the vFSS working group (vFSS stands advanced Forward-looking Safety Systems).
Except for corrective steering functions automatic steering is up to now only allowed at speeds up to 10 km/h according to UN Regulation No. 79. Progress in automotive engineering with regard to driver assistance systems and automation of driving tasks is that far that it would be technically feasible to realise automatically commanded steering functions also at higher vehicle speeds. Besides improvements in terms of comfort these automated systems are expected to contribute to road traffic safety as well. However, this safety potential will only be exhausted if automated steering systems are properly designed. Especially possible new risks due to automated steering have to be addressed and reduced to a minimum. For these reasons work is currently ongoing on UNECE level with the aim to amend the regulation dealing with provisions concerning the approval of steering equipment. It is the aim to revise requirements for automatically commanded steering functions (ACSF) so that they can be approved also for higher speeds if certain performance requirements are fulfilled. The paper at hand describes the derivation of reasonable system specifications from an analysis of relevant driving situations with an automated steering system. Needs are explained with regard to covering normal driving, sudden unexpected critical events, transition to manual driving, driver availability and manoeuvres to reach a state of minimal risk. These issues form the basis for the development of test procedures for automated steering to be implemented in international regulations. This holds for system functionalities like automatic lane keeping or automatic lane change as well as for addressing transition situations in which the system has to hand over steering to the driver or addressing emergency situations in which the system has to react instead of the driver.
The UN Regulation No. 79 is going to be amended to allow automatically commanded steering functions (ACSF) at speeds above 10 km/h. Hence, requirements concerning the approval of automatically performed steering manoeuvres have to be set in order to allow safe use of automatic steering on public roads as well as improve overall road safety for the driver and the surroundings. By order of the German Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI), BASt developed and verified physical test procedures for automatic steering to be implemented in UN Regulation No. 79. The usability of currently available test tools was examined. The paper at hand describes these test procedures and presents results from verification tests. The designated tests are divided in three sections: functionality tests, verifications for the transition of control and emergency tests. System functionality tests are auto matic lane keeping, automatic lane change and an automatic abort of an initiated lane change due to traffic. Those tests check if the vehicle remains in its lane (under normal operating conditions), is able to perform safe automatic lane change manoeuvres and if it considers other road users during its manoeuvres. Transition tests examine the vehicle's behaviour when the driver fails to monitor the system and in situations when the system has to hand over the steering control back to the driver. For instance these tests provoke driver-in-the-loop requests by approaching system boundary limitations, like missing lane markings, surpassing maximum lateral acceleration in a bend or even a major system failure. Even further the driver and his inputs are monitored and if the system detects that he is overriding system actions or contrary want to quit the driving task and unfastens the seat belt, it has to shut down and put the human back into manually control and the responsibility of driving. The last series of test consists of two emergency situations in which the system has to react to a time critical event: A hard decelerating vehicle and a stationary vehicle in front both with no lane change possibility for the ACSF vehicle. Some of the tests, especially the emergency manoeuvres, require special target vehicles and propulsion systems. Since no fully automatic steering vehicles are available, a current Mercedes E-Class with Mercedes' "drive pilot" system was used. It was shown that the vehicle is automatically able to brake to a full stop towards a static Euro NCAP target from partial-automatic driving at 90 km/h, that it could brake towards a rapidly decelerating lead vehicle when travelling at 70 km/h, that it was able during partially automatic driving to remain in its lane in normal operation conditions and to perform a automatic (driver initiated) lane change while surveilling the driver- activities.
Bisher liegt der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten im Bereich der automatisierten Fahrzeugführung auf generellen Automatisierungseffekten, die implizit einen fahrerfahrenen Fahrer annehmen. Welches Potenzial Fahrerassistenzsysteme und Fahrzeugautomatisierung für Fahrschüler und Fahranfänger während des Kompetenzerwerbs haben, ist bisher nicht ausreichend erforscht. Anhand einer Literaturrecherche und eines Expertenworkshops werden in diesem Bericht Forschungsfragen aus dem Bereich des Fahrkompetenzerwerbs im Kontext zunehmender Fahrzeugautomatisierung erarbeitet. Im Rahmen der Literaturrecherche werden zunächst relevante Begrifflichkeiten aus der Expertise- und Kompetenzforschung definiert (z.B. Experte, Experteneigenschaften) sowie allgemeingültige Modelle zum Expertise- und Kompetenzerwerb aufgeführt. Mit Hilfe dieser Grundlagen wird anschließend der Kompetenzerwerb konkret auf das Autofahren übertragen und der Prozess des Fahrkompetenzerwerbs (z.B. Lernbedingungen während der Fahrausbildung und des darauffolgenden selbstständigen Fahrens, Unfallgeschehen der Fahranfänger) betrachtet. Nach GASSER, SEECK und SMITH (2015) lassen sich Fahrerassistenzsysteme sowie die Stufen der Fahrzeugautomatisierung nach ihrer Wirkweise in drei grundlegende Funktionskategorien einteilen (Funktionen der Wirkweisen A, B und C). Heute verfügbare Systeme werden in diese drei grundlegenden Funktionskategorien eingeordnet. Schließlich werden in diesem Bericht Fahrkompetenz und Wirkweisen zusammengeführt: Für jede Wirkweise werden die bestehenden Anforderungen an den Fahrer und damit verbundene Erkenntnisse zum Erwerb und der Entwicklung von Fahrkompetenz dargestellt. Es stehen als Nutzergruppen die Fahrschüler und die Fahranfänger im Fokus. Als weitere Nutzergruppe werden fahrerfahrene Fahrer berücksichtigt. Der durchgeführte Expertenworkshop diente dazu, eine anwendungsbezogene Ergänzung zur Literaturanalyse zu schaffen. Mit Vertretern der Fahrlehrerverbände, der Forschung und fahrerfahrenen Fahrern wurden Fragen diskutiert, die sich für die Wirkweisen A, B und C im Zusammenhang mit dem Fahrkompetenzerwerb ergeben. Die Befunde der Literaturrecherche werden zusammen mit den Ergebnissen des Expertenworkshops zur Ableitung des Forschungsbedarfs herangezogen. Der Forschungsbedarf wird – strukturiert nach den Wirkweisen – für jede Nutzergruppe dargestellt. Für die Nutzergruppen allgemein (d. h. alle Fahrer) ergibt sich Forschungsbedarf bezüglich der Bestimmung des Trainingsbedarfs zum Erlernen des richtigen Umgangs mit Funktionen der Wirkweisen A bis C sowie der Entwicklung entsprechender Trainingskonzepte (Schwerpunkt: Wirkweise B). Die Entwicklung von Trainingskonzepten zur Deckung dieses Trainingsbedarfs sollte unter Berücksichtigung der Kompetenzen der einzelnen Nutzergruppen erfolgen. Weiterhin sollten in der Forschung zukünftig sowohl der Anforderungswandel an das Aufmerksamkeitsmanagement der Fahrer bei Nutzung von Funktionen der Wirkweise B als auch Veränderungen in der Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern im künftigen Mischverkehr Berücksichtigung finden. Für die Nutzergruppe der Fahrschüler ergibt sich Forschungsbedarf bezüglich der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Fahrausbildungs- und Fahrprüfungsinhalten für Funktionen der Wirkweisen A bis C. Für Funktionen der Wirkweisen A und B (Level 1) zeigt sich ein Potenzial zur Unterstützung des Kompetenzerwerbs beim Fahrenlernen, das zukünftig untersucht werden sollte. Von einem ausschließlichem Gebrauch von Funktionen der Wirkweise B während der Fahrschulausbildung sollte abgesehen werden, da potenziell ein Risiko des Nicht-Erwerbs von Fahrkompetenz besteht. Für die Nutzergruppe der Fahranfänger zeigt sich ein Potenzial zur Unterstützung des nach dem Fahrerlaubniserwerb andauernden Kompetenzerwerbs für Funktionen der Wirkweisen A und B (Level 1), welches zukünftig in der Forschung berücksichtigt werden sollte. Ähnlich wie bei der Gruppe der Fahrschüler besteht auch für Fahranfänger das potenzielle Risiko eines Nicht-Erwerbs von Fahrkompetenz bei ausschließlichem Gebrauch von Funktionen der Wirkweise B. Für die Nutzergruppe der fahrerfahrenen Fahrer ergibt sich zum einen Forschungsbedarf für die Bestimmung des notwendigen Trainingsumfangs für Funktionen der Wirkweisen A und B. Zum anderen sollte zukünftig in der Forschung die Relevanz möglicher Verschlechterungen psychomotorischer Fertigkeiten bei überdauernder Nutzung von Funktionen der Wirkweise B (hauptsächlich Level 2 und 3) berücksichtigt werden.
Automatische Lenkfunktionen sind abgesehen von korrigierenden Lenkeingriffen entsprechend der UN-Regelung Nr. 79 bisher nur in einem Geschwindigkeitsbereich bis 10 km/h erlaubt. Die Weiterentwicklung der Technik im Bereich der Fahrerassistenzsysteme und der Automatisierung der Fahraufgabe wuerden es jedoch technisch erlauben, automatische Lenkfunktionen auch bei höheren Geschwindigkeiten einzusetzen. Neben einem Zugewinn an Komfort wird von diesen Systemen auch ein Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit erwartet. Dieses Verkehrssicherheitspotenzial wird man jedoch nur ausschöpfen können, wenn die automatisierten Lenksysteme entsprechend gestaltet sind. Insbesondere sollten mögliche Risiken auf Grund automatischen Lenkens minimiert sein. Aus diesen Gründen laufen derzeit Arbeiten auf UNECE-Ebene, die Regelung Nr. 79 über einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Fahrzeuge hinsichtlich der Lenkanlage in Bezug auf automatische Lenkfunktionen (ACSF = Automatically Commanded Steering Functions) zu überarbeiten, um diese unter bestimmten Bedingungen auch bei höheren Geschwindigkeiten genehmigen zu können. Der vorliegende Beitrag reflektiert diese Arbeiten und stellt die Entwicklung der technischen Anforderungen an automatisches Lenken und der für die fahrzeugtechnischen Vorschriften vorgesehenen Testprozeduren dar.