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Simulation des hochautomatisierten Fahrens auf Autobahnen mit kollektiver Streckenbeeinflussung
(2022)
Die meisten Streckenbeeinflussungsanlagen (SBA) in Deutschland basieren auf dem Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechner- und Unterzentralen (MARZ 99). Das darin beschriebene Steuerungsmodell wurde für die damaligen Verkehrsverhältnisse, die technischen Möglichkeiten der Sensorik, Aktorik und Übertragungstechniken sowie die damaligen Fahrzeugeigenschaften entwickelt. Der technische Fortschritt mit Fahrerassistenzsystemen und der zunehmenden Fahrzeugautomatisierung bis hin zu hochautomatisierten Fahrzeugen (HAF) werden in den verwendeten Steuerungsverfahren nicht ausreichend berücksichtigt. Es wird erwartet, dass zukünftig hochautomatisierte Fahrzeuge einen signifikanten Einfluss auf den Verkehrsablauf und damit wiederum Auswirkungen auf die Steuerungsalgorithmen und die Wirksamkeit der SBA haben werden.
Dieses Projekt hat zum Ziel, die Auswirkungen von hochautomatisierten Fahrzeugen auf die SBA-Steuerung zu untersuchen und mögliche Anpassungen des Steuerungsmodells zu erarbeiten. Nach einer Literaturrecherche zum Stand der Technik bezüglich Fahrzeugautomatisierung und der Wirkung bestehender Verkehrsbeeinflussungsanlagen werden zwei valide mikroskopische Simulationsmodelle für Strecken in Bayern und NRW erstellt. Anschließend werden die dortigen Unterzentralen softwaretechnisch abgebildet und an die Simulation angebunden. Um die Wirkung und Reaktion der Fahrzeuge auf die SBA in der Simulation abzubilden wird ein Wirkmodell aus Realdaten entwickelt und ebenfalls an die Simulation angeschlossen.
Gemeinsam mit den im Projekt beteiligten Straßenbetreibern werden Anforderungen an das Fahrzeugsteuerungsverhalten von automatisierten Fahrzeugen mit dem Ziel der Verkehrsflussoptimierung aus Betreibersicht definiert und in einem Fahrverhaltensmodell in der Simulation umgesetzt. Zudem werden zwei weitere Fahrzeugsteuerungsverhalten aufgestellt, um die Szenarien von progressivem bis konservativem Verhalten zu erfassen. Die drei Fahrverhaltensmodelle unterscheiden sich im Beschleunigungs- und Abstandsverhalten und werden jeweils mit unterschiedlichen Durchdringungsraten in der Simulation umgesetzt.
Geeignete Kenngrößen werden ausgewählt, um die Wirkungen auf den Verkehrsablauf in der Simulation zu erfassen. Die Auswirkungen werden für die verschiedenen Durchdringungsraten und Fahrverhaltensmodelle mit dem Nullfall (nur menschliche Fahrer) verglichen.
Basierend auf den Auswertungen werden Anforderungen an das Fahrverhalten von HAF sowie Anpassungen und Erweiterungen der SBA Steuerung diskutiert. Es werden Handlungsempfehlungen, die sich aus den einzelnen Maßnahmen für den Betrieb und die Steuerung von SBA und für die automatisierte Fahrzeugsteuerung ergeben, ermittelt und in einen zeitlichen Bezug gebracht.
Aufgabe der Studie war es, die Ausstattung der Pkw in Deutschland mit Fahrzeugsicherheitssystemen umfassend zu erheben. Nach 2013, 2015 und 2017 hat infas die Studie in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika) 2019/2020 erneut durchgeführt, um Veränderungen bei der Marktdurchdringung der Systeme festzustellen. Dazu wurden 5.049 Haushalte zur Ausstattung eines ihnen zur Verfügung stehenden Fahrzeugs befragt.
Für die Befragung wurden insgesamt 62 Fahrzeugsicherheitssysteme ausgewählt. Die weiteste Verbreitung haben weiterhin passive Sicherheitssysteme wie Airbags. Sowohl Front- als auch Seitenairbags gehören zur Standardausstattung in allen Fahrzeugsegmenten. Gleiches gilt mittlerweile auch für Seat Belt Reminder und Gurtstraffer. Neuere passive Systeme, insbesondere zum Fußgängerschutz, sind dagegen überwiegend in neueren Modellen der oberen Mittel- und Oberklasse vorhanden. Zur Fahrzeugausstattung gehören gleichzeitig aktive Systeme, die Risiken vermeiden oder auch einzelne Fahraufgaben übernehmen. Die häufigsten Vertreter aus dieser Gruppe sind Bremsassistent, ESP und Tempomat. Bereits über 85 Prozent der Fahrzeuge sind mit ESP ausgestattet, das seit 2011 gesetzlich vorgeschrieben ist. Auch die Tagfahrleuchte ist aufgrund einer EU-Richtlinie bereits in mehr als der Hälfte aller Fahrzeuge verbaut und wird in Zukunft eine volle Marktdurchdringung erreichen. Zu den neueren Entwicklungen gehören Systeme, die bereits den Automatisierungslevel 1 (bzw. Level 2) der Norm SAE J3016 aufweisen, wie der erweiterte ACC oder der Lenkassistent. Diese sind aufgrund der teuren und aufwendigen Technik jedoch bislang nur bei einem kleinen Teil der oberen Mittel- und Oberklasse sowie in Geländewagen/SUV zu finden.
In den letzten Jahren nimmt besonders die Ausstattung im Segment SUV stark zu, sodass Fahrzeuge dieses Segments inzwischen bei vielen Systemen ähnlich hoch ausgestattet sind wie Fahrzeuge der oberen Mittel- und Oberklasse. Dies hängt auch mit der stetig wachsenden Anzahl der Neuzulassungen in diesem Bereich zusammen. Die Anzahl der Sicherheitssysteme nimmt mit der jährlichen Fahrleistung und der Nutzungshäufigkeit ebenso zu wie bei jüngeren Fahrzeugen und Dienstwagen. Betrachtet man die Ausstattungsraten nach Fahrzeugsegmenten zeigt sich ein Muster: Sind Systeme insgesamt selten, unterscheiden sich die Anteile innerhalb der verschiedenen Fahrzeugsegmente teilweise erheblich.
Aufgabe der Studie war es, die Ausstattung der Pkw in Deutschland mit Fahrzeugsicherheitssystemen umfassend zu erheben. Nach 2013 und 2015 hat infas die Studie in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika) 2017/2018 erneut durchgeführt, um Veränderungen bei der Marktdurchdringung der Systeme festzustellen. Dazu wurden 5.207 Haushalte zur Ausstattung eines ihnen zur Verfügung stehenden Fahrzeugs befragt. Für die Befragung wurden insgesamt 59 Fahrzeugsicherheitssysteme ausgewählt. Die weiteste Verbreitung haben passive Sicherheitssysteme wie Airbags. Sowohl Front- als auch Seitenairbags gehören inzwischen zur Standardausstattung in allen Fahrzeugsegmenten. Neuere passive Systeme, insbesondere zum Fußgängerschutz, sind dagegen überwiegend in neueren Modellen der oberen Mittel- und Oberklasse vorhanden. Zur Fahrzeugausstattung gehören gleichzeitig aktive Systeme, die Risiken vermeiden oder einzelne Fahraufgaben übernehmen. Die häufigsten Vertreter aus dieser Gruppe sind Bremsassistent, ESP und Tempomat. Bereits über 80 Prozent der Fahrzeuge sind mit ESP ausgestattet, das seit 2011 gesetzlich vorgeschrieben ist. Auch die Tagfahrleuchte ist aufgrund einer EU-Richtlinie bereits in knapp der Hälfte aller Fahrzeuge verbaut und wird in Zukunft eine volle Marktdurchdringung erreichen. Zu den neuesten Entwicklungen gehören Systeme, die bereits den Automatisierungslevel 1 der Norm SAE J3016 aufweisen, wie der erweiterte ACC oder der Lenkassistent. Diese sind aufgrund der teuren und aufwendigen Technik jedoch bislang nur bei einem kleinen Teil der oberen Mittel- und Oberklasse sowie in Geländewagen/SUV zu finden. In den letzten Jahren nimmt besonders die Ausstattung im Segment SUV stark zu, so dass Fahrzeuge dieses Segments inzwischen bei vielen Systemen ähnlich hoch ausgestattet sind wie Fahrzeuge der oberen Mittel- und Oberklasse. Dies hängt auch mit der hohen Anzahl der Neuzulassungen in diesem Bereich zusammen. Die Anzahl der Sicherheitssysteme nimmt mit der jährlichen Fahrleistung und der Nutzungshäufigkeit ebenso zu wie bei jüngeren Fahrzeugen und Dienstwagen. Betrachtet man die Ausstattungsraten nach Fahrzeugsegmenten zeigt sich ein Muster: Sind Systeme insgesamt selten, unterscheiden sich die Anteile zwischen den verschiedenen Fahrzeugsegmenten teilweise erheblich.
Lkw-Notbremsassistenzsysteme
(2020)
Notbremsassistenzsysteme für Lkw können einen großen Beitrag zur Verkehrssicherheit leisten, indem sie Unfälle, die von schweren Lkw verursacht werden, wirkungsvoll vermeiden helfen. Die aktuellen Anforderungen für diese Notbremsassistenzsysteme wurden allerdings vor über zehn Jahren festgelegt. Der Stand der Technik hat sich seitdem stark weiterentwickelt. Aufgabe der Bundesanstalt für Straßenwesen war daher, zu überprüfen, ob die technischen Anforderungen für Notbremsassistenz noch zeitgemäß sind oder ob eine Anpassung sinnvoll für die Verkehrssicherheit ist. Der technische Fortschritt im Bereich der Fahrerassistenzsysteme ist so groß, dass die vor knapp 10 Jahren festgelegten Anforderungen an Notbremssysteme heute nicht mehr dem Stand der Technik entsprechen – sowohl hinsichtlich der in den derzeit geltenden Vorschriften explizit erlaubten Abschaltbarkeit der Notbremssysteme als auch hinsichtlich der geforderten Bremsleistung beziehungsweise des Geschwindigkeitsabbaus. Es war daher zunächst zu prüfen, ob die derzeit zulässige Abschaltbarkeit erforderlich ist, und falls ja, ob sie auf bestimmte Verkehrssituationen und Fahrzeugtypen eingeschränkt werden kann. Es war weiterhin zu prüfen, ob höhere Mindestverzögerungswerte gefordert werden können, ob insbesondere im Falle von stehenden Fahrzeugen vor dem Fahrzeug (z. B. am Stauende) Notbremsungen mit deutlich höherer Geschwindigkeitsreduktion eingeleitet werden können und durch die Systeme auch kleinere Fahrzeuge als bisher vorgeschrieben erkannt werden müssen. In Notbremssituationen ist es denkbar, dass Fahrer unabsichtlich eine Übersteuerung (und damit eine Abschaltung des Notbremssystems) vornehmen, indem sie beispielsweise „in das Pedal fallen“. Es sollte daher untersucht werden, ob dieser Fall relevant ist und Abhilfe bedarf. Auch eine Anpassung der Regelkriterien an unterschiedliche Straßenverhältnisse (Niedrigreibwert) sowie die Möglichkeit einer Warnung von Fahrern bei geringen Sicherheitsabständen sollte geprüft werden. Insbesondere die erforderlichen automatischen Geschwindigkeitsreduktionen bei bevorstehenden Kollisionen auf stehende Ziele können deutlich angehoben werden. Aus fahrdynamischen Grundlagen wurden, je nach Ausgangsfahrgeschwindigkeit, unterschiedliche Zeitpunkte für Bremseingriffe bestimmt. Als Voraussetzung für automatische Bremseingriffe wurde angenommen, dass diese spätestens dann gerechtfertigt sind, wenn ein menschlicher Fahrer keine Möglichkeit mehr hat, einem Zielobjekt auszuweichen. Messungen zeigen eine gute Übereinstimmung eines aus den Annahmen abgeleiteten Simulationsmodells mit den tatsächlichen Bremseingriffszeitpunkten und Bremseingriffen eines mit einem modernen Notbremssystem ausgerüsteten Lkw. Als Ergebnis wurden durchaus erzielbare Geschwindigkeitsreduktionen in Abhängigkeit von Ausgangsgeschwindigkeit und Fahrbahnoberfläche ermittelt, die sich als Anforderung für internationale Vorschriften eignen. Bezüglich der Abschaltbarkeit von Notbremsassistenzsystemen wurde anhand der durchgeführten Untersuchungen festgestellt, dass sich Fehlwarnungen im Fahrbetrieb, selbst unter Nutzung eines der derzeit am weitesten entwickelten Notbremssysteme, nicht gänzlich vermeiden lassen. Grund dafür ist im Wesentlichen die unzureichende Erkennbarkeit der Fahrerintention in bestimmten Verkehrssituationen. Fehlwarnungen in ungestörter Autobahnfahrt (= außerhalb von Autobahnbaustellen) konnten aber nicht gefunden werden. Aus technischer Sicht ist es daher sinnvoll, die Deaktivierbarkeit eines Notbremssystems nur in solchen Verkehrssituationen zu erlauben, in denen es durch Fehlinterpretationen seitens des Systems (Objekte abseits der Fahrbahn) zu Fehlfunktionen kommen kann. Ein Indikator hierfür kann eine bestimmte Geschwindigkeitsgrenze sein. Für eine zusätzliche frühzeitige Warnung des Fahrers bei zu geringem Mindestabstand ist gegebenenfalls eine Verbesserung der Verkehrssicherheit denkbar. Der tatsächliche Nutzen einer Abstandswarnung hängt aber davon ab, ob der Abstand irrtümlich oder bewusst gering gehalten ist und ob die Lkw-Fahrenden auf eine Warnung durch eine Vergrößerung des Abstands reagieren.
In den nächsten Jahren ist mit einer steigenden Anzahl autofahrender Seniorinnen und Senioren (1) im Straßenverkehr zu rechnen. Mit zunehmendem Alter gehen jedoch zahlreiche fahrrelevante Leistungsveränderungen und Einschränkungen einher. Ein relativ neuartiger Ansatz zur Kompensation altersbedingter Einschränkungen und zur Senkung des Unfallrisikos ist der gezielte Einsatz von Fahrerassistenz- und -informationssystemen (FAS/ FIS). Im Rahmen dieses Projekts werden die personalen Voraussetzungen älterer Autofahrer für Erwerb und Nutzung derartiger Systeme untersucht. In einer Literaturanalyse werden Möglichkeiten zur Erhöhung der Verkehrssicherheit durch den Einsatz von FAS/FIS dargestellt. Basierend auf einem Überblick über Akzeptanzuntersuchungen von FAS/FIS werden Faktoren herausgearbeitet, die speziell für Senioren von hoher Bedeutung sind. Im empirischen Teil des Projekts werden über zwei verschiedene methodische Zugänge Informationen über die personalen Voraussetzungen des Erwerbs und der Nutzung von FAS/FIS durch ältere Autofahrer gesammelt. Zum einen über Einzelinterviews von Autohändlern, die in Kontakt mit älteren Kunden stehen, zum anderen über Fokusgruppendiskussionen direkt mit der Zielgruppe. Die Autohausbefragungen zeigen, dass der Verkaufsberater eine entscheidende Rolle bei der Information älterer Fahrer spielt. Das Thema „Fahrerassistenzsystem“ wird selten von den Kunden selbst angesprochen, sondern muss vom Kundenberater gezielt adressiert werden. Während jüngere Kunden sich Fahrerassistenzsysteme oft aus Komfort- und Prestigegründen kaufen, ist bei älteren Kunden der Sicherheitsaspekt das bedeutendste Argument für den Kauf eines Systems. Sehr große Bedeutung messen die interviewten Verkaufsberater Probefahrten zu: Sie können Ängste und Bedenken nehmen und teilweise auch Skeptiker überzeugen. Als Kauf- und Nutzungsbarrieren nannten die Berater Zweifel hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Systems und die relativ hohen Kosten für FAS/FIS. Anliegen der Fokusgruppendiskussionen ist es, Vertreter der Zielgruppe „ältere Autofahrer“ direkt zu befragen. Der Großteil der Fokusgruppenteilnehmer hat sich bis zum Workshop mit dem Thema FAS/FIS noch sehr wenig auseinandergesetzt und entsprechend auch nur sehr wenig Vorwissen zum Thema aufgebaut. Interessanterweise lässt sich aber bei sehr vielen Teilnehmern bereits durch eine sehr knappe Information zur Funktionsweise einzelner Systeme zumindest eine Nutzungs- bei manchen sogar eine Kaufintention erzeugen. Basierend auf den Erkenntnissen der Literaturanalyse, der Autohausbefragungen und der Fokusgruppendiskussionen wird ein Arbeitsmodell zum Einfluss personaler Faktoren auf die Nutzungsintention älterer Autofahrer von FAS/FIS entworfen. Dieses Arbeitsmodell soll OEMs, Verbände usw. darin unterstützen, konkrete Maßnahmen zu einer weiteren Verbreitung von FAS/FIS unter älteren Fahrern abzuleiten. Zur Quantifizierung einzelner Einflussfaktoren wurde ein Fragebogen entwickelt, den mittels einer Online-Umfrage 585 Personen beantworteten. Mittels logistischer Regression werden die im Arbeitsmodell spezifizierten Prädiktoren daraufhin überprüft, ob sie einen relevanten Einfluss auf die Nutzungsintention verschiedener FAS/FIS haben. Die Ergebnisse zeigen, dass ein einziges Modell zur Vorhersage einer Nutzung von FAS/FIS im Allgemeinen fehlschlagen muss. Jedes FAS/FIS weist gewisse Merkmale auf, die es von anderen FAS/FIS unterscheidet und die offensichtlich auch einen Unterschied hinsichtlich einer Nutzungsintention machen. So werden an ein sehr selten agierendes Notsystem andere Kriterien angelegt, als an ein System, das kontinuierlich in das Fahrgeschehen eingreift. Bereits heute sind einige Voraussetzungen gegeben, die eine weitere Verbreitung von FAS/FIS unabhängig vom Geschlecht und Alter potenzieller Nutzer in den nächsten Jahren sehr wahrscheinlich machen. Beschleunigen lässt sich dieser Prozess durch weitere gezielte Informationsverbreitung hinsichtlich der Möglichkeiten, bestimmte physische/ kognitive Einschränkungen (die nicht unbedingt nur eine bestimmte Altersgruppe betreffen) mithilfe vom FAS/FIS zu kompensieren. Über eine Analyse des Mobilitätsverhaltens und potenzieller Einschränkungen sollten potenziellen Neuwagenkäufern FAS/FIS gezielt und bedarfsgerecht angeboten werden. Zentrale Bedenken hinsichtlich FAS/FIS hatten viele Befragte in Bezug auf zu erwartende Folgekosten sowie zu Fragen der Datensicherheit. Hier ist eine transparente Informationspolitik hilfreich, die den Kunden Sicherheit bezüglich zu erwartender Folgekosten und der Datensicherheit vermittelt.
(1) Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird im Text weitgehend die männliche Form gewählt. Die Angaben beziehen sich jedoch auf Angehörige beider Geschlechter, sofern nicht ausdrücklich auf ein Geschlecht Bezug genommen wird.
Systematik zur Bewertung der Auswirkungen von Sicherheitseinrichtungen im Kraftfahrzeug (BASE)
(2000)
BASE kann als eine Art "Guide" zur Unterstützung im Prozess der Evaluation von Informations- und Sicherheitseinrichtungen (ISE) in Hinblick auf psychologische Auswirkungen eingesetzt werden. Es ist in Bewertungsbereiche gegliedert, die ihrerseits wiederum den verschiedenen Phasen der Marktdurchdringung zugeordnet sind: (1) Phase vor der eigentlichen Nutzung, (2) Phase der Nutzung und (3) Phase nach vorangeschrittener Diffusion der neuen Technologie. Für die Entwicklung von Informations- und Sicherheitseinrichtungen im Fahrzeug ist es erforderlich, die Sicherheitsanforderungen an solche Einrichtungen zu definieren. Hier stellt das vorliegende Bewertungssystem BASE einen umfassenden Rahmen dar. Ebenso lässt es sich zur Bewertung bereits bestehender Einrichtungen heranziehen. Dabei stehen neben den sensorischen, kognitiven, motivationalen, affektiven und verhaltensbezogenen Reaktionen einer Person auch die Auswirkungen der ISE auf die Sicherheit des Verkehrssystems zur Bewertung an. In diesem Zusammenhang werden der Prozess der reaktiven Verhaltensanpassung und der Marktdurchdringung als Einflussfaktoren auf die Verkehrssicherheit diskutiert.
A methodology to derive precision requirements for automatic emergency braking (AEB) test procedures
(2015)
AEB Systems are becoming important to increase traffic safety. Test procedures in testing for consumer information, manufacturer self-certification and technical regulations are used to ensure a certain minimum performance of these systems. Consequently, test robustness, test efficiency and finally test cost become increasingly important. The key driver for testing effort and test costs is the required repeatable accuracy in a test design - the higher the accuracy, the higher effort and test costs. On the other hand, the performance of active safety systems depends on time discretization in the environment perception and other sub-systems: for instance, typical sensors supply information with a cycle time of 50 - 150 ms. Time discretization results in an inherent spread of system performance, even if the test conditions are perfectly equal. The proposed paper shows a methodology to derive requirements for a test setup (e.g. test repeats, use of driving robots, ...) as function of AEB system generation and rating method (e.g. Euro NCAP points awarded, pass/fail, ...). While the methodology itself is applicable to AEB pedestrian and AEB Car-Car scenarios, due to the lack of sufficient test data for AEB Car-Car, the focus of this paper is on AEB pedestrian scenarios. A simulation model for the performance of AEB Pedestrian systems allows for the systematic variation of the discretization time as well as test condition accuracy. This model is calibrated with test results of 4 production vehicles for AEB Pedestrian, all fully tested by BASt according to current Euro NCAP test protocols. Selected parameters to observe the accuracy of the test setup in case of pedestrian AEB is the calculated impact position of pedestrian on the vehicle front (as if no braking would have occurred), and the test vehicle speed accuracy. These variable was shown in real tests to be repeatable in the range of ± 5 cm and ± 0,25 km/h, respectively, with a fully robotized state of the art test setup. The sensitivity of AEB performance (measured in achieved speed reduction as well as overall rating result according to current Euro NCAP rating methods) towards discretization and the sensitivity of performance towards test accuracy then is compared to identify economic yet robust test concepts. These comparisons show that the available repeatability accuracy of current test setups is more than sufficient for today's AEB system capabilities. Time discretization problems dominate the performance spread especially in test scenarios with a limited pedestrian dummy reveal time (e.g. child behind obstruction, running adult scenarios with low car speeds). This would allow to increase test tolerances to decrease test cost. A methodology which allows to derive the required tolerances in active safety tests might be valuable especially for NCAPs of emerging countries that do not have the necessary equipment (e.g. driving robots, positioning units) available for the full-scale and high tolerance EuroNCAP active safety procedures yet still want to rate active safety systems, thus improving the global safety.
Accidents between right turning trucks and straight riding cyclists often show massive consequences. Accident severity is much higher than in other accidents. The situation is critical especially due to the fact that, in spite of the six mirrors that are mandatory for ensuring a minimum field of sight for the truck drivers, cyclists in some situations cannot be seen or are not seen by the driver. Either the cyclist is overlooked or is in a blind spot area that results from the turning manoeuvre of the truck and its articulation if it is a truck trailer or truck semitrailer combination. At present driver assistance systems are discussed that can support the driver in the turning situation by giving a warning when cyclists are riding parallel to the truck just before or in the turning manoeuvre. Such systems would generally bear a high potential to avoid accidents of right turning trucks and cyclists no matter if they ride on the road or on a parallel bicycle path. However, performance requirements for such turning assist systems or even test procedures do not exist yet. This paper describes the development of a testing method and requirements for turning assist systems for trucks. The starting point of each development of test procedures is an analysis of accident data. A general study of accident figures determines the size of the problem. In-depth accident data is evaluated case by case in order to find out which are representative critical situations. These findings serve to determine characteristic parameters (e.g. boundary conditions, trajectories of truck and cyclist, speeds during the critical situation, impact points). Based on these parameters and technical feasibility by current sensor and actuator technology, representative test scenarios and pass/fail-criteria are defined. The outcome of the study is an overview of the accident situation between right turning trucks and straight driving cyclists in Germany as well as a corresponding test procedure for driver assistance systems that at this first stage will be informing or warning the driver. This test procedure is meant to be the basis for an international discussion on introducing turning assist systems in vehicle regulations.
Effects of time pressure on left-turn decisions of elderly drivers in a fixed-base driving simulator
(2019)
In countries with right lane traffic left-turn maneuvers at intersections are known to be particularly critical for elderly drivers. It has been suggested that the implementation and use of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) might offer a solution to compensate for age-related weaknesses in driving-related skills. In the present paper an experiment is reported which explored the effects of time pressure on the performance of left-turn manoeuvers supported by an ADAS function (time gap assistant). The study was performed in a fixed-base driving simulator with 20 younger (22-37) and 21 elderly drivers (60-84) who were observed when negotiating left-turn manoeuvers on rural roads with and without the assistance function active. Subjects performed the task once under conditions of time pressure once without. Results indicate that both age groups used the assistance function to perform the left-turn manoeuvers with shorter time gaps. Under conditions of time pressure this effect was more pronounced, and the effects of time pressure were stronger for the elderly. However, there were only weak indications for a specific benefit of the assistance function for the elderly.
Neue Herausforderungen an die Unfallforschung durch Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren
(2019)
Unfallrekonstruktion hat die Ableitung von Maßnahmen zur Minimierung der Unfallfolgen ermöglicht, vor allem durch Verbesserungen bei passiven Sicherheitseinrichtungen, aber auch durch die Verbesserung der Rettungskette, beispielsweise eCall. Heute können aktive Sicherheitssysteme die Unfallfolgen bereits vor der eigentlichen Kollision reduzieren oder durch Umfeldwahrnehmung und mittels Eingriff in die Fahrzeugsteuerung gegebenenfalls sogar vollständig verhindern. Funktionen, die aktiv in die Fahrzeugsteuerung eingreifen, lassen sich nach ihrer Wirkweise unterscheiden: zum einen handelt es sich um kontinuierlich automatisierende Funktionen, die meist länger aktiv bleiben (zum Beispiel ACC). Zum anderen um Funktionen, die in kritischen Fahrsituationen temporär in die Fahrzeugsteuerung eingreifen. Aufgezeigt wird, welche Konsequenzen und Risiken in Bezug auf diese Systeme sowie für bestimmte (zum Beispiel kritikale) Fahrsituationen anzunehmen sind. Zur Bewertung von aktiven Reglern, die in kritischen Fahrsituationen eingreifen, sind Unfalldaten nur noch eingeschränkt tauglich. Ähnliches gilt für die Bewertung von Ereignissen/ Zuständen im Rahmen kontinuierlicher Fahrzeugsteuerung, vor allem, wenn diese weiter vorausliegen. Wirkzusammenhänge automatisierter Fahrfunktionen müssen jedoch - gerade für den Mischverkehr mit konventionell gesteuerten Fahrzeugen - identifiziert werden. Dafür wird eine Szenariendatenbank mit relevanten Verkehrssituationen benötigt, in die Daten aus Naturalistic Driving Studies (NDS), aus Fahrversuchen oder Versuchen im Fahrsimulator eingehen können. Die zunehmende Durchdringung der Fahrzeugflotte mit kontinuierlich automatisierten Fahrfunktionen lässt eine Abnahme kritischer Fahrsituationen und eine Reduktion der Zahl der Verkehrsopfer erwarten. Allerdings verbleibt eine Restzahl an systemimmanenten Unfällen, die als unvermeidbar gelten müssen.
The "Autonomous driving on the roads of the future: Villa Ladenburg Project" by the Daimler und Benz-Stiftung looks at degrees of automation that will only become technically feasible in the distant future. The treatment of the legal questions in the present chapter therefore draws heavily on the description of the use cases, which begin to provide a concrete basis for evaluating individual issues. Uncertainties in predicting future technical developments can be expected and will have a commensurate impact on the assumptions and conclusions of this chapter. The resulting uncertainty is nevertheless unavoidable if one wants to press ahead with important interrelated issues. This chapter is therefore intended as a contribution to the debate on societal aspects of automated driving from a legal perspective and not as a legalistic evaluation of the subject. The consideration will largely focus on the situation within the context of current German law. The legal views expressed are those of the author and are based on nine years of experience in the field of driver assistance system research. In terms of the underlying conception presented here, the societal dimension of autonomous vehicles addressed in the present project goes well beyond the adjustments to the legal framework currently being called for in Germany. The following will examine the question of "societal acceptance" in the context of the legal questions raised by autonomous vehicles. This line of investigation is not immediately obvious and covers only a segment of the more thoroughgoing focus of the project.
The term driver assistance systems in the chapter title shall be understood to include vehicle automation. This chapter starts with a homogeneous and consistent classification and nomenclature of all kinds of driver assistance systems known and under discussion today (including vehicle automation). It thereby builds upon familiar classification schemes by the German Federal Highway Research Institute (BASt) and the standardization body SAE international. Detailed evaluation of the German legal situation for driver assistance systems and vehicle automation is provided in the following Sect. 2. In Sect. 3, an overview is given on the legal system in the US to reveal aspects relevant for vehicle automation. This is intended as initial information for those not acquainted to the US legal system which has been the first to regulate automation in several federal states. Finally, in Sect. 4, the current rating scheme of the European New Car Assessment Programme (EuroNCAP) is presented in comparison to legal instruments. The model of a consumer protection based approach proves to be a flexible instrument with great advantages in promoting new technologies. Technical vehicle regulations on the other hand rule minimum requirements. Both approaches are needed to achieve maximum vehicle safety.
Jahresbericht 2018
(2019)
Mit diesem Jahresbericht gibt die BASt dem Forschungsjahr 2018 Gesichter. Ein Teil ihrer Arbeit ist präsent und steht im Fokus der Öffentlichkeit, beispielsweise der Feldversuch Lang-Lkw, das einzigartige Forschungsareal duraBASt im Autobahnkreuz Köln-Ost oder das innovative Messfahrzeug MESAS zur Zustandserfassung von Fahrbahnen im fließenden Verkehr. Ein großer Teil der Arbeit der BASt ist weniger öffentlichkeitswirksam aber nicht minder wichtig, etwa die unerlässliche Fortschreibung von Regelwerken, die Prüfung und Zulassung von Produkten und Verfahren sowie die Erstellung von Prognosen und Statistiken. Über 50 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter berichten über ihre Forschungstätigkeiten und geben so einen Einblick in die Aufgaben der BASt mit ihren Kernbereichen Fahrzeugtechnik, Verkehrssicherheit, Verkehrstechnik, Straßenbau sowie Brücken- und Ingenieurbau. Schlaglichter sowie Zahlen und Fakten in kurzer und knapper Form ergänzen den Bericht.
Senioren als Verkehrsteilnehmer stehen seit einigen Jahren vermehrt im Fokus der Verkehrspsychologie und der Unfallforschung. Da der Anteil der Senioren an der Gesamtbevölkerung immer weiter zunimmt, erhöht sich entsprechend auch deren Anteil an Autofahrern und anderweitigen Verkehrsteilnehmern. Die Unfälle älterer Kraftfahrer unterscheiden sich von denen jüngerer Generationen in der Art der zugrundeliegenden Fahrfehler. Diese Fehler lassen sich wiederum auf bestimmte altersbedingte Rückgänge der sensorischen, kognitiven und motorischen Fähigkeiten zurückführen. Daher gilt es, Möglichkeiten für und Anforderungen an technische Unterstützung für ältere Autofahrer auszuloten. Ein Ansatz könnte sein, der Einschränkung des nutzbaren Sehfeldes (Useful Field of View) entgegenzuwirken, da alterskorrelierte Schwierigkeiten in der visuell-räumlichen Informationsverarbeitung teils darauf zurückgeführt werden, dass sich das nutzbare Sehfeld mit dem Alter verringert und damit Einbußen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Aufmerksamkeitssteuerung einhergehen. Vorangegangene Laboruntersuchungen der BASt zu Aufmerksamkeitsprozessen und Sehfeld zeigten mithilfe von Doppeltätigkeitsparadigmen mit einer Spurhalte- und einer Reaktionsaufgabe, dass Senioren auf Lichtreize, die bilateral im peripheren Gesichtsfeld (60°-Sehwinkel vom zentralen Punkt des Sehens) präsentiert wurden, langsamer und weniger korrekt reagierten als auf Reize, die nahe dem zentralen Sehfeld (20°-Sehwinkel) dargeboten wurden. Ereigniskorrelierte Potenziale (ERP) aus dem Elektroenzephalogramm (EEG) der Älteren wiesen darauf hin, dass augenscheinlich nicht die abnehmende Sehleistung die Ursache der abnehmenden Leistungen der Älteren ist, sondern Schwierigkeiten in der kognitiven Verarbeitung von visuell-räumlichen Aufmerksamkeitsprozessen. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden nach einer umfassenden Literaturanalyse zwei Fahrsimulatorstudien durchgeführt, einmal mit und einmal ohne EEG-Messung. Mit einem ähnlichen Paradigma wie in den Vorgängerstudien, aber in einer realitätsnäheren Fahrumgebung, wurde untersucht, inwieweit ein Sehfeld-Assistent insbesondere ältere Fahrer bei der peripheren Objekterkennung von verkehrsrelevanten Reizen unterstützen kann. Ein solches Assistenzsystem wäre in der Lage, periphere Verkehrsinformationen in den zentraleren Bereich des Gesichtsfeldes zu bringen. Durch diesen Hinweis könnten Fahrer ihre Aufmerksamkeit in die angezeigte Richtung lenken, wodurch sich die Zeit bis zu einer angemessenen Reaktion verkürzen sowie die Reaktionsbereitschaft erhöhen könnte. In beiden Studien wurde eine ältere Teilnehmergruppe (65+) mit einer jüngeren Kontrollgruppe (bis 45) verglichen. Es wurden sowohl Verhaltensdaten (Bremsreaktionszeit) als auch Blickbewegungen erfasst. Die Teilnehmer mussten, während sie geradeaus blickten, auf peripher (bei 60° Sehwinkel) auftauchende, vorfahrtsberechtigte Fahrzeuge reagieren und das Bremspedal betätigen – in der Hälfte der Fälle mit einer gleichzeitig zentral eingeblendeten Warnung (das Wort ACHTUNG! bei 20° Sehwinkel). Im ersten Experiment wurden zusätzlich EEG-Daten erhoben, um den neuronalen Informationsverarbeitungsprozess abzubilden, beziehungsweise Erkenntnisse über eventuelle Unterschiede zwischen den Bedingungen (mit Warnung / ohne Warnung) und Altersgruppen zu erhalten. Um den EEG-Anforderungen gerecht zu werden, bestand die Simulation im ersten Experiment aus einer dichten Abfolge sehr vieler sich ähnelnder Kreuzungssituationen. Im zweiten Experiment lag der Fokus auf einem realitätsnahen Szenario im Fahrsimulator mit weniger Kreuzungen, aber unterschiedlichen, nicht so vorhersehbaren Vorfahrtssituationen. Die Ergebnisse zeigen erwartungsgemäß, dass mit zentral eingeblendeter Warnung schneller auf die peripher erscheinenden Fahrzeuge mit Bremsen reagiert wurde, sowohl bei Senioren als auch bei der Kontrollgruppe. …
Motorcycling is a fascinating kind of transportation. While the riders' direct exposure to the environment and the unique driving dynamics are essential to this fascination, they both cause a risk potential which is several times higher than when driving a car. This chapter gives a detailed introduction to the fundamentals of motorcycle dynamics and shows how its peculiarities and limitations place high demands on the layout of dynamics control systems, especially when cornering. The basic principles of dynamic stabilization and directional control are addressed along with four characteristic modes of instability (capsize, wobble, weave, and kickback). Special attention is given to the challenges of braking (brake force distribution, dynamic over-braking, kinematic instability, and brake steer torque induced righting behavior). It is explained how these challenges are addressed by state-of-the-art brake, traction, and suspension control systems in terms of system layout and principles of function. It is illustrated how the integration of additional sensors " essentially roll angle assessment " enhances the cornering performance in all three categories, fostering a trend to higher system integration levels. An outlook on potential future control systems shows exemplarily how the undesired righting behavior when braking in curves can be controlled, e.g., by means of a so-called brake steer torque avoidance mechanism (BSTAM), forming the basis for predictive brake assist (PBA) or even autonomous emergency braking (AEB). Finally, the very limited potential of brake and chassis control to stabilize yaw and roll motion during unbraked cornering accidents is regarded, closing with a promising glance at roll stabilization through a pair of gimbaled gyroscopes.
Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern: kommende Anforderungen aus Gesetzgebung und Euro NCAP
(2017)
Systeme der aktiven Fahrzeugsicherheit, insbesondere Notbremsassistenzsysteme und automatische Notbremssysteme, haben in den letzten zwei Dekaden große technische Fortschritte gemacht, und das im Wesentlichen ohne "Druck" von Gesetzgeber oder unabhängigen Testorganisationen " diese können aber durch passende Anforderungen den Vormarsch der Systeme in die Breite und die Ausnutzung von ansonsten für den Hersteller vielleicht nicht wirtschaftlichen Potentialen unterstützen. Dieser Bericht hat das Ziel, einen Überblick über die kommenden Anforderungen an Schutzsysteme für schwächere Verkehrsteilnehmer zu geben und diese Anforderungen in den Kontext Euro NCAP (=welchen Einfluss haben diese Anforderungen auf die Gesamtbewertung?) sowie Gesetzgebung (schwächere Anforderungen, aber dafür ein Markteintrittskriterium) zu stellen: - Anforderungen und Testprozeduren für Notbremsassistenz Fahrradunfälle 2018 und 2020 in Euro NCAP; - Anforderungen und Testprozeduren für Notbremsassistenz bei Nachtunfällen mit Fußgängern in Euro NCAP 2018; - Anforderungen und Testprozeduren für Abbiegeassistenzsysteme zum Schutz von Radfahrern in Unfallsituationen mit rechtsabbiegenden Lkw innerhalb der Fahrzeugtypgenehmigung.
Accidents between right turning trucks and straight driving cyclists often show massive consequences. Accident severity in terms of seriously or fatally injured cyclists that are involved is much higher than in accidents of other traffic participants in other situations. It seems clear that adding additional mirrors will very likely not improve the situation. At ESV 2015, a methodology to derive test procedures and first test cases as well as requirements for a driver assist system to address blind spot accidents has been presented. However, it was unclear if and how testing of these cases is feasible, to what extent characteristics of different truck concepts (e.g. articulated vehicles, rigid vehicles) influence the test conduction and outcome, and what tolerances should be selected for the different variables. This work is important for the acceptance of a draft regulation in the UN working group on general safety. In the meantime, three test series using a single tractor vehicle, a tractor-semitrailer combination and a rigid vehicle have been conducted. The test tools (e.g. surrogate devices) have been refined. A fully crashable, commercially available bicycle dummy has been tested. If used correct, this dummy does follow a straight line quite precisely and it does not cause any damage to the truck under test in case of accidental impact. The dummy specifications are freely available. During testing, the different vehicle categories resulted in different trajectories being driven. Articulated vehicle combinations did first execute a turn into the opposite direction, and on the other hand, single tractor vehicles did behave comparable to passenger cars. A possible solution to take these behaviors into account is to require the vehicles to drive through a corridor that is narrow for a precise straight-driving phase and extends during the turn. Other investigated parameters are the dummy and vehicle speed tolerances. The results from this research make it possible to draft a regulation for a driver assistance system that helps to avoid blind spot accidents: test cases have been refined, their feasibility has been checked, and corridors for the vehicles and for important parameters (e.g. test speeds) have been set. The test procedure is applicable to all types of heavy goods vehicles. In combination with the accidentology (ESV 2015 paper), the work provides the basis for a regulation for such an assistance system.
Advancing active safety towards the protection of vulnerable road users: the PROSPECT project
(2017)
Accidents involving Vulnerable Road Users (VRU) are still a very significant issue for road safety. According to the World Health Organisation, pedestrian and cyclist deaths account for more than 25% of all road traffic deaths worldwide. Autonomous Emergency Braking Systems have the potential to improve safety for these VRU groups. The PROSPECT project (Proactive Safety for Pedestrians and Cyclists) aims to significantly improve the effectiveness of active VRU safety systems compared to those currently on the market by expanding the scope of scenarios addressed by the systems and improving the overall system performance. The project pursues an integrated approach: Newest available accident data combined with naturalistic observations and HMI guidelines represent key inputs for the system specifications, which form the basis for the system development. For system development, two main aspects are considered: advanced sensor processing with situation analysis, and intervention strategies including braking and steering. All these concepts are implemented in several vehicle prototypes. Special emphasis is put on balancing system performance in critical scenarios and avoiding undesired system activations. For system validation, testing in realistic scenarios will be done. Results will allow the performance assessment of the developed concepts and a cost-benefit analysis. The findings within the PROSPECT project will contribute to the generation of state -of-the-art knowledge, technical innovations, assessment methodologies and tools for advancing Advanced Driver Assistance Systems towards the protection of VRUs. The introduction of a new generation safety system in the market will enhance VRU road safety in 2020-2025, contributing to the "Vision Zero" objective of no fatalities or serious injuries in road traffic set out in the Transport White Paper. Furthermore, the test methodologies and tools developed within the project shall be considered for the New Car Assessment Programme (Euro NCAP) future roadmaps, supporting the European Commission goal of halving the road toll in the 2011-2020 timeframe.
The presence and performance of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) has increased over last years. Systems available on the market address also conflicts with vulnerable road users (VRUs) such as pedestrians and cyclists. Within the European project PROSPECT (Horizon2020, funded by the EC) improved VRU ADAS systems are developed and tested. However, before determining systems" properties and starting testing, an up-to-date analysis of VRU crashes was needed in order to derive the most important Use Cases (detailed crash descriptions) the systems should address. Besides the identified Accident Scenarios (basic crash descriptions), this paper describes in short the method of deriving the Use Cases for car-to-cyclist crashes. Method Crashes involving one passenger car and one cyclist were investigated in several European crash databases looking for all injury severity levels (slight, severe and fatal). These data sources included European statistics from CARE, data on national level from Germany, Sweden and Hungary as well as detailed accident information from these three countries using GIDAS, the Volvo Cars Cyclist Accident database and Hungarian in-depth accident data, respectively. The most frequent accident scenarios were studied and Use Cases were derived considering the key aspects of these crash situations (e.g., view orientation of the cyclist and the car driver- manoeuvre intention) and thus, form an appropriate basis for the development of Test Scenarios. Results Latest information on car-to-cyclist crashes in Europe was compiled including details on the related crash configurations, driving directions, outcome in terms of injury severity, accident location, other environmental aspects and driver responsibilities. The majority of car-to-cyclist crashes occurred during daylight and in clear weather conditions. Car-to-cyclist crashes in which the vehicle was traveling straight and the cyclist is moving in line with the traffic were found to result in the greatest number of fatalities. Considering also slightly and seriously injured cyclists led to a different order of crash patterns according to the three considered European countries. Finally the paper introduced the Use Cases derived from the crash data analysis. A total of 29 Use Cases were derived considering the group of seriously or fatally injured cyclists and 35 Use Cases were derived considering the group of slightly, seriously or fatally injured cyclists. The highest ranked Use Case describes the collision between a car turning to the nearside and a cyclist riding on a bicycle lane against the usual driving direction. A unified European dataset on car-to-cyclist crash scenarios is not available as the data available in CARE is limited, hence national datasets had to be used for the study and further work will be required to extrapolate the results to a European level. Due to the large number of Use Cases, the paper shows only highest ranked ones.
Since its creation in 2011 the Pre-Crash-Matrix (PCM) offers the possibility to observe the pre-crash phase until five seconds before crash for a wide range of accidents. Currently the PCM contains more than 8.000 reconstructed accidents out of the GIDAS (German In-Depth Accident Study) database and is enlarged continuously by more than 1.000 cases per year. Hence, a detailed investigation of active safety systems in real accident situations has been made feasible. The PCM contains all relevant data in database format to simulate the pre-crash phase until the first collision of the accident for a maximum of two participants. This includes the definition of the participants and their characteristics, the dynamic behavior of the participants as time-dependent course for five seconds before crash as well as the geometry of the traffic infrastructure. The digital sketch of the accident and information from GIDAS as well as from supplementary databases represent the main input for the simulation of the pre-crash phase of an accident with the VUFO simulation model VAST (Vufo Accident Simulation Tool). This simulation in turn embodies the foundation of the PCM. The PCM underlies continual improvements and enhancements in consultation with its users. In addition to collisions of cars with other cars, pedestrians, bicycles and motorcycles the PCM now also covers car to object and car to truck collisions. The paper illustrates car to truck collisions as a showcase and explains perspectives for further developments. In 2016 a more detailed definition of the contour of the vehicle was added. Furthermore, the geometrical surroundings of the accident site will be provided in a new structure with a higher level of detail. Thus, a precise classification of road marks and objects is possible to further improve the support of developing and evaluating ADAS. This paper gives an overview about the latest developments of the PCM with its innovations and provides an outlook to upcoming enhancements. Besides potential areas of application for the development of ADAS are shown.