Adaptive Cruise Control

Im Autonome Fahrzeuge SeminarMarc-Andre Genzel

Joaquin Rivera Padron (joahking@yahoo.com)

Freie Universität Berlin, SoSe 05

- Ziel: Unfälle zu vermeiden.

- Mittel: Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS).

- Markt state of the art.

- Länderprojekten und Zukunft.

Inhalt

Das Problem

Unfälle, Studien und Statistik

Jährlich ereignen sich auf Europas Straßen rund 1,5 Millionen Unfälle.

Mehr als ein Drittel aller Unfälle ist durch Spurwechsel und durch unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur ausgelöst.

Etwa ein weiteres Drittel der Unfälle ist durch Auffahren und durch Frontalzusammenstöße verursacht.

In Deutschland sind Kollisionen mit vorausfahrenden oder kreuzenden Fahrzeugen rund 40 % aller Verkehrsunfälle.

Etwa ein Drittel aller Autounfälle beruht auf Kollisionen mit Fahrzeugen oder Objekten auf der Fahrbahn.

Mehr als zwei Drittel aller Auffahrunfälle entstehen durch Unachtsamkeit. In weiteren 11 % kommt zur Unaufmerksamkeit noch zu dichtes Auffahren hinzu, in 9 % aller Auffahrunfälle ist zu dichtes Auffahren der alleinige Grund.

Bei fast 50 % der Kollisionsunfälle bremst der Fahrer gar nicht und in weiteren etwa 20 % zu leicht.

Bruchteile von Sekunden zu reagieren: Studien ergeben, daß rund 60 % der Auffahrunfälle und fast ein Drittel der Frontalzusammenstöße gar nicht passieren würden, wenn der Fahrer nur eine halbe Sekundefrüher reagieren könnte.

Die Lösung

Advanced Driver Assistance Systeme

Adaptive Cruise Control

Lane departure warning

Vision enhancement (night vision)

Stop and Go (low speed ACC)

Lane Keeping Assistant

Collision Warning SystemsCollision Avoidance

Speed Assistant Systems

Um Unfälle zu vermeiden, sind die Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS) die Lösung. Die bieten eine Fahrerunterstützung in unfallkritischen Situationen an. Zur Zeit gibt es verschieden Systeme (links), je mit einer bestimmte Aufgaben.

Zur Hilfe können externen Systeme (rechts) nutzen werden.

Driver Impairment Monitoring

Unfälle

Kooperative Infrastruktur:

GPS

Strassengeometrie-Datenbanken,

kommunikativen Wägen.

ZukunftAutomated Vehicle

Guidance

Die ADAS nutzen Sensoren, um die Umfeld des Wagens zu erkennen.

Sensoren in ADAS:• Laser• Radar• Kamera

Sensoren bestimmen die Eigenschaften des Systems. Jeder Sensor besitzt bestimmteVor – und Nachteile.

Zusätzliche Sensoren (für sekundären Einsatz):• Ultraschall• Infrarot

Geeignete Sensoren für ADAS

Adaptive Cruise Control Systeme in FernbereichFahrer wählt Geschwindigkeit und Abstand bis Wagen vorne

ACC - Systeme halten sie ein, wenn kein Hindernis vorne liegt

Stichwörter:radiale Geschwindigkeit und Abstand Ermittlung

ACC war für Autobahnen & Schnellstraßen konzipiert

Sensorik Anforderungen(um eine Reagierungszeit von 2 Sekunden anzubieten)

• minimale Reichweite von über 100 Meter • ACC in Kurven - Sichtfeld von ±6 ° benötigt• 0.5° Azimuth-Winkel Genauigkeit• 100-msec Ermittlungsdauer• Messgenauigkeit

der Geschwindigkeit < 1 m/sdes Abstand <1 m

eigene Geschwindigkeit

Sensor erfasst Wagen vorne

Bremsen

Relativgeschwindigkeits-und Abstandsermittlung

Langsamer Wagen?

Schneller Wagen?

Gas geben

Collision Warning und Avoidance SystemeWarnung System - passives System: warnt den Fahrer, um Kollisionen zu vermeiden

Vermeidungssystem reagiert um die Kollisionen zu vermeiden

Wirken im Nahbereich (0 bis 40 Metern)

Es gibt Forward, Side und Rear Impact Warnung Systeme auf dem Markt

Erforderlich: deutlich größeres Sichtfeld der Sensoren

Warnung ! Reaktion

Kollision Vermeidung

Kollision Warnung

Tracking Wagen vorne

Wagen naht?Berechnung von Time to Contactund Kollision Fahrtrichtung

Sensoren Anforderungen:• Trennfähigkeit ermöglicht die Objektkontur

zu ermitteln• Objekten müssen verfolgt werden

Für diesen Einsatz sind Laser und Kamerabasierte Systeme sehr geeignet

Stichwörter:Objekte Erkennung, und TrackingKontur Ermittlung

Lane Keeping Assistent und Lane Departure Warning

Lane Departure Warnung Systeme - warnen wenn der Wagen ohne Absicht des Fahrers die Fahrspur verläßt

Lane Keeping Systeme wirken um die eigene Spur zu behalten

Wirkung im Nahbereich (0 – 40 Metern)

Erforderlich:Visuellbereich Verarbeitung

Laser und Kamera Systemen sind dazu sehr geeignet

Stichwörter: Visuell (Licht) basierte Verarbeitung

Die Spur ist erkennt

Warnung!ansteuern

(in Spur bleiben)

eigene Wagen Position

aktives Verhalten

passives Verhalten

Fahrspur zu verlassen?

source: Iteris, Inc

ACC Systemen im Stadtbereich und Stop and Go Funktion

Wirken bei geringeren Wagengeschwindigkeiten

Erforderlich:

• Hoch genauen Kurzentfernung - Sensoren

• komplette Erfassungsfähigkeit um den Wagen

• Blitzschellen Messzeiten

Source: Macom web site

Systeme zur Nutzung im Nahbereich, z.B. im Stadtverkehr

Andere Systeme, die es gibt

• Curve Speed Assistent: Erhaltung derWagengeschwindigkeit bei Kurven

• Bremslicht Assistent: Erfassung von Bremslichte der Wägen vorne

• Verkehrszeichen Assistent: Erkennung von Verkehrszeichen und Warnung

• Low Speed Following: Erhaltung vom Abstand bei niedrigen Geschwindigkeiten

• Side impact, rear impact: Scannen um den Wagen und Warnung

• Crossroad Scanner: Scannen von Objekte bei Kreuzungen

• Toter Winkel Systemen: Scannen des toten Winkels des Wagens

• Full-Speed-Range ACC: ACC in hohen Geschwindigkeitsbereiche

Source: IBEO

IBEO Konfiguration für die Erkennung von Fahrspur und kreuzenden Fahrzeugen bei Kreuzungen.

ADAS auf dem Markt

In Japan seit 1997, in Europa seit 1999, und in den USA seit 2000

In Autos, Bus und Lkw:

• Europa– Electronic Stability Control– Adaptive Cruise Control– Lane Departure Warning– Low Speed Following

• Japan – Adaptive Cruise Control– Lane Keeping Assistance– Lane Departure Prevention– Collision mitigation braking– Low Speed Following– Automated Parallel Parking

• USA– ACC– Forward Alert– Lane Departure Warning System– Pre-Crash Brake Assist– Collision Mitigation Braking System

Markt state of the art

Doppler FM Dauersender Radar:

• ±8 ° Horizontalwinkel• 76 bis 77 GHz• 4 Strahlen-Radar• Reichweite: 2 - 150 m, Abstandsmessgenauigkeit: ±0,5 m• Relativgeschwindigkeit -60 bis +20 m/s,

Messgenauigkeit ±0,25 m/s

Bosch plant für 2006 eine Serieneinführung der zweiten Generation des Predictive Safety Systems mit WarnfunktionBilder: Bosch

Vernetzung von Video- und Radarsensorik

Das Full Speed Range ACC von Robert BoschACC, Fahrspur - Erkennung - System

Basiert auf Radar und Kamera

Befindet sich seit 2000 auf dem Markt

Forewarn ® von Delphi Corporation (www.delphi.com). Automotive News PACE 2000 AwardACC, Objekt Detektierung, Forward Warnung76 GHz Radar. Reichweite 150 MeterEingebaut in Jaguar XKE (seit 1999), Cadillac XLR

EAT – 300 von Eaton VORAD Technologies (www.eaton.com/VORAD). Collision WarningSystem, Obstacle Detection und ACCForward / Side Monopulse 24.725 GHz Radar. Reichweite: 1 – 110m. Sichtfeld: ±6 °Relativgeschwindigkeit 0.4 – 160 km/h. Eigene Geschwindigkeit: 0.8 – 190 km/hACC Reagierungszeit 2.25 s - 3.25 sEingebaut in LKW und Busse

Distronic von DaimlerChrysler77-GHz, Pulse Doppler Radar von M/A-Com (www.macom.com). Reichweite 150 Meter. 3 Strahlen Antenne, 3° StrahlenbreiteEingebaut in Mercedes S-Klasse (seit 1999)

Wagen Hersteller: BMW, Jaguar, Renault, Audi, Volkswagen, Porsche, Opel/GM, Volvo, DaimlerChrysler, Fiat, Toyota, Mitsubishi

Systemen Hersteller: Bosch, Delphi, Fujitsu-Ten, Valeo Raytheon Systems, M/A-Com, and Visteon

ACC Systemen auf dem Markt

Das EyeQTM fordert:

Lane Departure Warning / Keeping, Forward CollisionWarning, Lane Change Assistent, Toter Winkel Detektion, Fußgänger Erkennung

Das Kamera - ACC kann auch als zusätzliches System von einem ACC System verwendet werden

Kamera ACC:• Sichtfeld: breites 50 ° schmales 24 °• Tracking Reichweite: 0 – 110m 5 – 220m• Ermittlungsreichweite: 5 – 60m 5 – 100m• Systemfrequenz: 30 Hz (30 Frames pro Sekunde)

Das Toter Winkel Detektion System kann auch als Frontaler Toter Winkel bei LKWs genutzt werden

Preisgünstiges System

Wetterabhängig

Toter Winkel Detektion

Kamera basiert ACC

www.mobileeye.com

Das Kamera basiert EyeQTM von MobileEye NV

Kamera Systeme auf dem Markt

SafeTRAC, von Assistware Technology (www.assistware.com)Warnt: Lane Departure, Lane Change ohne Signalisieren, Fahrerunachtsamkeit IndikatorErmittelt: Position in Fahrspur, Straßen Geometrie, lateral Geschwindigkeit

AutoVue, von Iteris, Inc (www.iteris.com). 2005 PACE Award (Automotive Suppliers’ & OEMs Contributions to Excellence)

Eingebaut in: Nissan Infiniti FX und Infiniti M45. Preis: $4,200.00

LKW Century und Argosy LKW. Preis: $200 to $300

Aglaia GmbH Berlin (www.aglaia-gmbh.de)Fahrspur, Objekt und Verkehrsschilder Erkennung Rückwärts Kamera. Scheinwerfer und Schlussleuchte Erkennung

Die Systeme erschienen zuerst in Mercedes LKWs, gefolgt von Freightliner (AutoVue) und SafeTRAC

Das ALASCA Laser System von IBEO Automobile Sensor GmbH

INTERSAFE Konfiguration: Kamera + Laserscanner System

Laser erkennt Objekte, die Kamera die Fahrspur

Optimal geeinigt um Fahrspur und kreuzenden Fahrzeugen in Kreuzungen zu erkennen

INTERSAFE Wagen Konfiguration

Fähigkeiten: Objekte Erkennung und Tracking (auch teilweise versteckt), Fußgänger Erkennung, PreCrash Erkennung

• Horizontales Sichtfeld 220 °. Winkelauflösung 0.5 °• Reichweite 0.3 – 80.0 m (wird zu 200 m am Ende 2005)• Objekt Tracking 80.0 m (wird zu 150 m am Ende 2005)• Abstand Messgenauigkeit 1 cm• Ausgezeichnete Wetterunabhängigkeit

Omron Automotive Electronics (www.omron.com)

ACC Fernbereich, Stop & Go ACC, Fahrspur ErkennungReichweite 1 - 150 m, 30 Grad Sichtfeld, mehrere Objekte Erkennung

Ausgezeichnete Wetterunabhängigkeit

Laser Systeme auf dem Markt

Laser basierte Systeme dominieren den Markt in Japan

Wagen Hersteller: Toyota Celsior, Toyota Progress, Mitsubishi Diamante, Lexus

Dynamic Laser Cruise Control von Lexus. ACC, mit oder ohne Pre-Collision Systeme

Vertikales Sichtfeld: 4.4°. Sichtfeld: 16°

Preis im Luxury Package ($5,935)

Eingebaut in Lexus LS430

Länderprojekten und Zukunft

Sicherheitsziele bei Ländern

• Europa eSafety Initiative: - Reduktion des 50% der Strassentodesfälle bei 2010- 20% der neuen Wägen ausgestattet mit Driver Assistance Systems

• Japan:Reduktion des 50% der Straßentodesfälle bei 2013

• Australien:Reduktion des 40% der Straßentodesfälle bei 2010

• USA:Reduktion der Unfallrate im 1/3 bei 2008.

• England:Reduktion des 40% der Straßentodesfälle und erheblichen Verletzungen bei 2010

• Begann im 2001, endete im April 2005• 76 Millionen Euro geförderte Projekt:

– 32M Bundesforschungsministerium Deutschlands– 41M Schlüsselakteure der deutschen Automobil- und

Zuliefererindustrie• Schwerpunkte des INVENT:

– Fahrumgebungserfassung und Interpretation– Vorausschauende Aktive Sicherheit– Stauassistenz– Fahrerassistenz und Mensch-Maschine-Interaktion– Verkehrliche Wirkung, Recht und Akzeptanz – Verkehrsleistungsassistenz– Netzausgleich Individualverkehr– Verkehrsmanagement in Transport und Logistik

• Künftige Forschungsprojekte (mit 15 Millionen Euro gefordert):– Verkehrsmanagement 2010: das Verkehrsaufkommen optimal zu verteilen und unnötige

Fahrten zu vermeiden– Mikrosystemtechnik für Fahrassistenzsysteme: soll die Sicherheit im Straßenverkehr

steigern

In acht Teilprojekten zu den Bereichen Fahrerassistenz, Verkehrsmanagement und Logistik arbeiteten seit 2001 insgesamt 24 Projektpartner in Deutschland und Weltweit

Das INVENT (Intelligenter Verkehr und Nutzergerechte Technik) Projekt

• Transportation Research Board Workshop on Research Needed to Support Vehicle-Infrastructure Cooperation

– July 20-21 in Troy, Michigan– Developing research agenda to contribute to VII discussions

• Truck Automation: Opportunities & Deployment Paths– July 22 in Troy, Michigan– Summer Workshop of International Task Force on Vehicle-Highway Automation

• International Task Force on Vehicle-Highway Automation– ADAS and cooperative vehicle-highway systems– October 14-15 in Nagoya, Japan

• 2005 World Congress, San Francisco– USDOT National Intelligent Vehicle Meeting– Vehicle demonstration.

Relevant Events to ADAS

GraciasDanke

AIDE IST-1-507674-IP. Report on the review of the available guidelines and standards. Draft version. INFORMATION SOCIETY TECHNOLOGIES (IST) PROGRAMME

Ankel, M. ACC – Sensoren in Test, Voraussetzungen und Machbarkeit. Vortrag, Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen 1998.

Audi. www.audi.comAutomotive Distance Control Systems (ADC). www.adc-gmbh.deBundesministerium für Bildung und Forschung Website. www.bmbf.deBishop Consulting. www.IVsource.netBMW. www.bmw.comChristian Domsch, Dirk Neunzig. Werkzeuge und Testverfahren zur Entwicklung und Analyse von ACC – Systeme. Aachener Kolloquium

Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen 2000.Continental Automotive Systems. www.conti-online.comDaimlerChrysler. www.daimlerchrysler.comDelphi-Delco Electronic Systems. www.delphi.comEDN von Reed Electronics Group. www.edn.comBastiaensen, Edwin. Ministry of Transport - the Netherlands, AVV Transport Research Center.Advanced Driver Assistance Systems (ADA).

Session 76, Advanced Vehicle Operation, Review (1). ITS World Congress, Sydney, October 2nd 2001.Fujitsu. www.fujitsu.comIBEO Automobile Sensor GmbH. www.ibeo-as.comInfineon. www.infineon.comInglish, John. General Manager, Utah Transit Authority (2003). Transit IVI Technology Applications.Intelligent Transportation Society of America. www.itsa.orgM/A-COM Automotive. www.macom.comMassimo Bertozzi, Alberto Broggi, Massimo Cellario, Alessandra Fascioli, Paolo Lombardi, and Marco Porta, Artificial Vision in Road Vehicles,

Proceedings of the IEEE - Special issue on "Technology and Tools: Visual Perception", 90(7):1258-1271, July 2002.MEDEA+ Publications. www.medea.orgMitsubishi Electric. www.mitsubishielectric.comMobileEye NV: products‘ brochures and scientific papers. www.mobileye.comPeter Clarke. Adaptive cruise control takes to the highway. http:// eet.com/story/OEG19981020S0007Robert Bosch GmbH. www.bosch.comTRW Automotive Inc. www.trwauto.comValeo Raytheon Systems. www.valeo.comVisteon. www.visteon.comVolkswagen. www.vw.comVolvo. www.volvo.comWillie D. Jones. Keeping Cars from Crashing. http://www.spectrum.ieee.org/WEBONLY/publicfeature/sep01/intel1.html

…und alle oben stehend

Literatur