DE102008062916A1

DE102008062916A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeuges mit einem Lebewesen

Info

Publication number: DE102008062916A1
Application number: DE102008062916A
Authority: DE
Inventors: Woldemar Bauer; Stephan Zecha
Original assignee: Continental Safety Engineering International GmbH
Current assignee: Continental Safety Engineering International GmbH
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010072195A2; JP2012513651A; EP2382609A2; DE112009003771A5; EP2382609B1; US20110246156A1; WO2010072195A3

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Lebewesen, bei dem das raumzeitliche Verhalten des Lebewesens mit einem Verhaltensmodell und das raumzeitlche Verhalten des Fahrzeugs mit einem kinematischen Modell modelliert wird und beginnend mit den aktuellen Positionen des Fahrzeugs und des Lebewesens jeweils wenigstens eine Trajektorie bestimmt wird. Erfindungsgemäß werden ausgehend von den aktuellen Positionen des Lebewesens und des Fahrzeugs eine Trajektorie des Fahrzeugs und des Lebewesens als Trajektorienpaar so lange berechnet, bis entweder das Trajektorienpaar eine Kollision anzeigt oder keine Kollision anzeigt, daraufhin wird die Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, ermittelt und hieraus die Kollisionswahrscheinlichkeit als Quotient aus der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, und der gesamten Anzahl der berechneten Trajektorienpaare berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Lebewesen, insbesondere einem Fußgänger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere für die Anwendung in einem Personenschutzsystem in einem Fahrzeug oder einem Fahrsimulator.
Bei einem solchen Verfahren wird mit zumindest einer Sensorik Umgebungsinformationen erfasst. Die Umgebungsinformationen werden mit einer Recheneinheit ausgewertet, um ein Lebewesen zu identifizieren. Weiter werden für das Lebewesen eine Bewegungstrajektorie und ein Bewegungszustand auf der Basis eines Verhaltensmodells des Lebewesens zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt, um die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes, beispielsweise eines Fußgängers mit dem Fahrzeug abzuschätzen.
Ein hohes Kollisionsrisiko, also ein Zusammenstoß mit hoher Wahrscheinlichkeit, kann zu unterschiedlichen, den Schutz des Fußgängers bewirkende Aktionen führen. So kann beispielsweise eine Warnung an den Fahrer und/oder den Fußgänger gerichtet werden, eine Fußgängerschutzvorrichtung ausgelöst werden oder auch autonome Fahrzeugaktionen, wie beispielsweise eine Notbremsung oder ein Ausweichmanöver durchgeführt werden.
Um das Risiko einer Kollision im Straßenverkehr zwischen Kraftfahrzeugen und Fußgängern, Radfahrern oder Tieren (allgemein Lebewesen) zu erkennen und bei entsprechend hoher Kollisionswahrscheinlichkeit entsprechende Schutzmaßnahmen einzuleiten, ist eine Erfassung und Beurteilung jeweiliger Verkehrssituationen notwendig. Anhand dieser Informationen kann einerseits ein Bewegungszustand des Fahrzeugs und andererseits ein Bewegungszustand des jeweils beobachteten Lebewesens ermittelt werden. Anhand einer Extrapolation wird das weitere Bewegungsverhalten der beiden Verkehrsteilnehmer ermittelt.
Zur Erkennung von Kollisionssituationen und zur richtigen Unterscheidung zwischen kritischen und unkritischen Situationen, müssen hochwertige Methoden zur Berechnung des vorliegenden Risikos verwendet werden.
So ist es bekannt, eine Risikobewertung entweder ausschließlich auf der Basis der statistischen Betrachtung der Fehlervarianzen der ermittelten Positionen der Fußgänger durchzuführen oder alternativ unter der Annahme einer eindimensionalen Querverteilung der Aufenthaltsbereiche von Fahrzeug und Fußgänger mittels dem mathematischen Vorgang der Faltung der beiden Querverteilungen zu berechnen.
Für die Zuverlässigkeit der Abschätzung des Kollisionsrisikos ist auch die Prognosefähigkeit des Bewegungsverhaltens des Lebewesens von entscheidender Bedeutung. Je genauer die Prognosefähigkeit ausgebildet ist, desto eher ist eine selektive Auslösung von an die Situation angepassten Schutzsystemen möglich. Hierdurch können insbesondere auch Fehlauslösungen vermieden werden, die nichts zum Schutz der Verkehrsteilnehmer beitragen und lediglich die Instandhaltungskosten des Fahrzeugs erhöhen oder im Fall von Falschwarnungen den Fahrer irritieren oder Folgeschäden nach sich ziehen.
Die DE 103 25 762 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Bildverarbeitungssystems für ein Fahrzeug. Bei diesem werden mit wenigstens einem Bildsensor Umgebungsinformationen erfasst und mit einer Recheneinheit dahingehend ausgewertet, um das Vorhandensein von Verkehrsteilnehmern zu erkennen. Dabei wird die Blickrichtung eines oder mehrerer erkannter Verkehrsteilnehmer erfasst. Hierdurch wird die Abschätzung eines Kollisionsrisikos vorgenommen, indem die Aufmerksamkeit der Verkehrsteilnehmer berücksichtigt wird. Die Erfassung der Blickrichtung eines oder mehrerer Verkehrsteilnehmer wird als Maß für die Aufmerksamkeit herangezogen. Hierbei liegt die Überlegung zu Grunde, dass die Blickrichtung eines Verkehrsteilnehmers anzeigt, ob dieser aufmerksam ist und z. B. ein herannahendes Fahrzeug durch diesen Verkehrsteilnehmer wahrgenommen wird. Das Kollisionsrisiko wird als höher eingestuft, wenn der Verkehrsteilnehmer in eine dem Bildsensor entgegengesetzte Richtung blickt als wenn dieser dagegen direkt in den Bildsensor blickt. Es ist ferner vorgesehen, in Abhängigkeit der erfassten und ausgewerteten Blickrichtung erkannten Verkehrsteilnehmer ein Wahrscheinlichkeitsmaß zur Abschätzung des Kollisionsrisikos zu bilden. Dieses wird aufgrund von Bewegungsinformationen des Fahrzeugs und/oder des oder der erkannten Verkehrsteilnehmer gebildet.
Bei der Bewegungsinformation handelt es sich um Geschwindigkeit, Richtung sowie Trajektorie, mit der sich ein Fahrzeug und/oder ein erkannter Verkehrsteilnehmer bewegen.
Ferner ist aus der EP 1 331 621 B1 ein Verfahren zum Überwachen der Umgebung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich des Gefahrencharakters eines möglichen Hindernisses bekannt, bei dem neben der Unsicherheit von Positionsmessungen auch die Unsicherheiten hinsichtlich des zukünftigen Verhaltens des Objekts berücksichtigt werden, insbesondere auch besondere und plötzliche Ereignisse, welche dazu geeignet sind, das zukünftige Verhalten des Objekts zu verändern. Um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu bestimmen, wird zunächst zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten der von dem Objekt maximal erreichbare Bereich bestimmt. Hierdurch ergibt sich ein Trajektorienschlauch, der sich in Richtung zukünftiger Zeitpunkte immer mehr aufweitet. Die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zu einem bestimmten Zeitpunkt ergibt sich dann aus dem Verhältnis der Schnittfläche der möglichen Positionen des Fahrzeugs und des Objekts zu diesem Zeitpunkt und der Fläche der möglichen Positionen des Objekts zum gleichen Zeitpunkt. Liegt keine Überschneidung vor, beträgt die Kollisionswahrscheinlichkeit Null, bei vollständiger Überschneidung 100%.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist das Beruhen des zukünftigen Verhaltens des Objekts auf einem Verhaltensmodell, das lediglich kinematische Größen, wie Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung detektiert und in die Zukunft extrapoliert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Verfahren der Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs mit einem Lebewesen anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit werden ausgehend von den aktuellen Positionen des Lebewesens und des Fahrzeugs eine Trajektorie des Fahrzeugs auf der Basis des kinematischen Modells und des Lebewesens auf der Basis des Verhaltensmodells als Trajektorienpaar so lange berechnet, bis entweder das Trajektorienpaar eine Kollision anzeigt oder keine Kollision anzeigt wird. Anschließend wird die Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, ermittelt, um hieraus die Kollisionswahrscheinlichkeit als Quotient aus der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, und der gesamten Anzahl der berechneten Trajektorienpaare zu berechnen.
Damit wird die Kollisionswahrscheinlichkeit, im Folgenden auch als Kollisionsrisikowert bezeichnet, als relative Kollisionshäufigkeit berechnet, d. h. als Verhältnis der Anzahl der Fahrzeug-Lebewesen-Trajektorienpaaren, bei denen es zu einer Kollision kommen würde, zur Gesamtzahl berechneter möglicher Fahrzeug-Lebewesen-Trajektorienpaaren.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Kollision dann angezeigt, wenn der von den Trajektorien eines Trajektorien paares angezeigte Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Lebewesen eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Eine solche Abstandsschwelle orientiert sich vorzugsweise an den menschlichen Abmessungen, insbesondere wäre beispielsweise der Halbmesser des Umkreises um den Umriss eines Fußgängers aus der Draufsicht hierfür geeignet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zu inkrementellen Zeitschritten die Verfahrensschritte

b) Ausgehend von der aktuellen Position des Fahrzeugs und des Lebewesens Durchführung einer Berechnung einer Trajektorie des Fahrzeugs und des Lebewesens als Trajektorienpaar so lange, bis entweder das Trajektorienpaar eine Kollision anzeigt oder keine Kollision anzeigt wird,
c) Ermitteln der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, und
d) Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit als Quotient aus der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen und der gesamten Anzahl der berechneten Trajektorienpaare

Dies stellt die Entwicklung des Kollisionsrisikos über den zeitlichen Ablauf des Szenarios zwischen dem Fahrzeug und dem Lebewesen, bzw. dem Fußgänger dar, so dass sich die chronologische Entwicklung der Kollisionswahrscheinlichkeit bzw. des Kollisionsrisikowerts ergibt. Dieser Kollisionsrisikowert kann dazu benutzt werden, um bei dessen Überschreitung durch einen vorgegebenen Schwellwert Fußgängerschutzsysteme auszulösen, wobei die Auslösung auch zusätzlich von dem Verlauf des Kollisionsrisikowertes abhängig gemacht werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden mittels des Verhaltensmodells für einen oder für mehrere Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte des Lebewesens unter Berücksichtigung des Bewegungszustands zum Zeitpunkt des Beginns der Berechnung eines Trajektorienpaares bestimmt.
Zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts zu einem gegebenen Zeitpunkt werden ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand auf der Basis der Verhaltensmodells für das raumzeitliche Verhalten des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmt.
Ferner wird in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zur Berechnung der Trajektorien des Lebewesens ein Verhaltensmodell zugrundegelegt, das das physikalische und physiologische Bewegungsvermögen des Lebewesens und/oder empirisch ermittelte Verhaltensmuster berücksichtigt, also davon ausgeht, dass sich das Lebewesen physiologisch bedingt nicht in alle Richtungen mit dem gleichen Beschleunigungsvermögen weiterbewegen kann und darüberhinaus bestimmte verhaltensbedingte Vorzugsrichtungen aufzeigen kann. Im Gegensatz zu konventionellen Trajektoriealgorithmen wird also nach diesem. Verfahren gerade nicht die derzeitige Bewegungsform in die Zukunft fortgeschrieben, sondern auf deren Basis ein beschränktes physiologisches Bewegungsvermögen und/oder verhaltensbedingte Vorzugsbewegungen berücksichtigt. Zudem haben Lebewesen bzw. Fußgänger im Gegensatz zu den sonst üblichen Objekten im Straßenverkehr die Möglichkeit eines abrupten Richtungswechsels durch Drehung um die eigene Achse, Schritte seitwärts oder nach hinten, was den Aufenthaltsort des Lebewesens gegenüber herkömmlichen Trajektorievorhersagen massiv verändert, wie aufgrund diverser Bewegungsstudien festgestellt werden konnte.
In der nachfolgenden Beschreibung wird unter einem Lebewesen ein Radfahrer, ein Fußgänger oder ein Tier verstanden. Unter einem Aufenthaltsort des Lebewesens wird ein Bereich verstanden, in dem sich das Lebewesen in einem zukünftigen oder nächsten Zeitpunkt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit (größer als 50%, insbesondere größer als 70% und weiter bevorzugt größer als 90%) aufhalten wird.
Durch die sensorische Aufnahme von Umgebungsinformationen, beispielsweise unter Verwendung bildgebender Verfahren, lassen sich einerseits eine Bewegungstrajektorie und andererseits ein Bewegungszustand für das Lebewesen ermitteln. Durch die Verknüpfung dieser beiden Informationen mit dem physiologischen Bewegungsvermögen des Lebewesens, das biomechanische Gegebenheiten und/oder verhaltensspezifische Vorzugsrichtungen des erfassten Lebewesens berücksichtigt, lassen sich mit größerer Genauigkeit für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte bestimmen. Diese Informationen können dann der Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit zugeführt werden.
Die Sensorik zur Erfassung der Umgebungsinformationen kann beispielsweise Radar, Lidar, Kameras, Ultraschallsensoren umfassen oder durch Kommunikationstechnologien, wie z. B. RFID (RFID = Radio Frequency Identification) oder GPS (GPS = Global Positioning System) gebildet oder unterstützt sein.
Als Parameter für die Ermittlung des Bewegungszustands und/oder des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts werden einer oder mehrere der folgenden Parameter ermittelt und verarbeitet:

– Eine Position des Lebewesens. Hierunter wird insbesondere eine Relativposition des Lebewesens zu dem Fahrzeug verstanden. Das Kriterium kann auch ein Abstand oder eine Relativposition des Lebewesens zu einem ermittelten Bewegungsverlauf des Fahrzeugs sein.
– Eine Ausrichtung des Lebewesens zur Umgebung. Hierunter wird insbesondere verstanden, in welchem Winkel das Lebewesen zur Umgebung, insbesondere zum Fahrzeug oder zu einer Fahrbahn, sich befindet. Aufgrund des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens spielt die Ausrichtung des Lebewesens zur Umgebung, z. B. mit dem Rücken zur Fahrbahn oder dem Fahrzeug stehend oder seit lich zur Fahrbahn oder dem Fahrzeug gehend, eine große Rolle für den zukünftig möglichen Aufenthaltsort.
– Eine translatorische und/oder rotatorische Geschwindigkeit des Lebewesens. Das physiologische Bewegungsvermögen und damit der zukünftig mögliche Aufenthaltsort hängen von einer Geschwindigkeit des Lebewesens ab, mit welcher sich dieses bewegt.
– Eine translatorische und/oder rotatorische Beschleunigung des Lebewesens, von welcher aufgrund des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens die von diesem erreichbare maximale Geschwindigkeit und/oder das weitere Beschleunigungsvermögen abhängen.
– Ein vorliegender Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens und/oder eine Änderung in einer Bewegungsrichtung oder eines Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens. Diesem zu berücksichtigenden Parameter liegt die Überlegung zu Grunde, dass ein Lebewesen, das bereits eine Kurve vollzieht, eine Änderung der Bewegungsrichtung und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung nur eingeschränkt vornehmen kann im Vergleich zu einem geradeaus laufenden Lebewesen.
– Ein insbesondere witterungsabhängiger Bodenreibwert des Untergrunds, welcher z. B. bei ermittelter Feuchtigkeit skaliert werden kann. Der Bodenreibwert ist von entscheidender Bedeutung für das Beschleunigungsvermögen des Lebewesens.
– Eine Klasse des Lebewesens, insbesondere das Alter des Lebewesens, ein vorgegebenes Körperabmaß (bspw. Höhe, Bein- oder Schrittlänge), ein Geschlecht oder eine Gattung (bspw. Mensch/Tier/Kind/Fahrradfahrer)
– ein Bewegungsvermögen durch einen oder mehrere Seitwärtsschritte
– ein Bewegungsvermögen durch einen oder mehrere Rückwärtsschritte
– Bewegungsvermögen in der Schwerpunktbewegung und/oder Körperneigung des Lebewesens bzw. des Fußgängers, die insbesondere im Abgleich mit empirisch ermittelten Bewe gungsmuster auf ein spezielles Bewegungsverhalten schließen lassen.

Gerade die Fähigkeiten einzig von Lebewesen, sich um die eigene Achse zu drehen, seitwärts oder zumindest aus dem Stand abrupt rückwärts zu gehen, sich also entgegen der aktuellen Ausrichtung des Körpers zu bewegen, andererseits aber eben auch gerade ein begrenztes und auch unterschiedliches physiologisches Bewegungsvermögen in alle Richtungen ergeben für die Vorhersage des wahrscheinlichen Aufenthaltsorts signifikant andere Ergebnisse als konventionelle Trajektoriealgorithmen.
Die oben aufgeführten Parameter können beispielsweise durch die Auswertung von Bildinformationen und/oder Ortsinformationen bestimmt werden.
Der Begriff Bewegungszustand eines Lebewesens bzw. eines Fußgängers umfasst auch eine Bewegungsänderung des Lebewesens bzw. des Fußgängers gefasst. Dabei sind insbesondere solche Parameter von großer Bedeutung, die auf eine kurzfristige Bewegungsänderung des Lebewesens bzw. des Fußgängers hinweisen.
Wenngleich bestimmte Parameter hiervon, wie die Position, Ausrichtung, translatorische Geschwindigkeit und Beschleunigung oder der Kurvenradius, bereits auch für konventionelle Trajektoriealgorithmen ebenfalls erfasst und berücksichtigt werden, so unterscheidet sich das vorliegende Verfahren doch daran, dass für die Vorhersage des wahrscheinlichen Aufenthaltsorts immer das physiologische Bewegungsvermögen und/oder verhaltensbedingte Vorzugsrichtungen berücksichtigt werden, wodurch keine starre Fortsetzung des bisherigen Bewegungszustands, sondern eine Einbeziehung und Begrenzung auf das aktuell physiologische Mögliche und/oder das verhaltensbedingt Wahrscheinliche erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird aus einer Datenbank oder einem Kennlinienfeld ein dem oder den ermittelten Parametern zugeordneter möglicher zukünftiger Aufenthaltsort des Lebewesens ausgelesen, indem die messtechnisch erfassten Parameter beispielsweise mit in der Datenbank oder dem Kennlinienfeld hinterlegten Parametern verglichen werden. Die der Datenbank oder dem Kennlinienfeld zu Grunde liegenden Parameter können beispielsweise durch Versuche ermittelt worden sein.
Alternativ werden einer oder mehrere der Parameter einem Modellrechner zugeführt zur Ermittlung des Aufenthaltsorts des Lebewesens, wobei dem Modellrechner ein abstrahiertes Bewegungsmodell für Lebewesen zu Grunde gelegt ist. Hierbei werden die messtechnisch erfassten Parameter dem Modellrechner zugeführt, welcher anhand des Bewegungsmodells für Lebewesen in der Lage ist, den zukünftig möglichen Aufenthaltsort zu ermitteln. Dieses Vorgehen weist den Vorteil auf, dass auf einfachere Weise unterschiedliche Klassen von Lebewesen berücksichtigt werden können, indem durch entsprechende Skalierung einzelne Parameter stärker oder schwächer berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der zukünftig mögliche Aufenthaltsort auf Basis physikalischer Gegebenheiten und empirisch ermittelter Daten bestimmt werden kann. Hierdurch lässt sich eine hohe Genauigkeit in der Vorhersage erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein Bewegungsverlauf in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit, der aktuellen Ausrichtung und der aktuellen Körperrotation ermittelt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts das maximale Beschleunigungsvermögen des Lebewesens in Abhängigkeit seiner Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt. Hierbei liegt die Überlegung zu Grunde, dass das Beschleunigungsvermögen eines Lebewesens über den von einem Lebewesen abgedeckten Geschwin digkeitsbereich nicht konstant, sondern variabel ist. Gleiches gilt für das Verzögerungsvermögen eines Lebewesens. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass das Verzögerungsvermögen eines Lebewesens größer ist als das Beschleunigungsvermögen. Diese Erkenntnis kann sich bei der Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts zu Nutze gemacht werden. Neben einem maximalen Beschleunigungsvermögen in die bisherige Bewegungsrichtung wird dabei vorzugsweise auch ein maximales Beschleunigungsvermögen entgegengesetzt zur bisherigen Bewegungsrichtung und/oder Ausrichtung des Lebewesens vorgegeben.
So werden für das Lebewesen vorzugsweise zumindest einer der folgenden Parameter vorgegeben:

– eine Maximalgeschwindigkeit, ab der das Beschleunigungsvermögen in bisherige Bewegungsrichtung Null wird, d. h. die absolute Höchstgeschwindigkeit,
– eine Maximalbeschleunigung sowohl in als auch entgegen der Ausrichtung eines stehenden Lebewesens,
– eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen in die bisherige Bewegungsrichtung maximal ist,
– eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen entgegengesetzt zur bisherigen Bewegungsrichtung und/oder Ausrichtung des Lebewesens betragsmäßig maximal ist, d. h. bei der das Lebewesen maximal abbremsen kann,
– eine Maximalgeschwindigkeit entgegen der Ausrichtung des Lebewesens, ab der das Beschleunigungsvermögen entgegen der Ausrichtung Null wird. Aus diesen Werten können dann ausgehend von einer aktuellen Bewegungsform das dementsprechende Beschleunigungsvermögen in Bewegungsrichtung sowie entgegen, also das Abbremsvermögen bestimmt werden. Alternativ können natürlich entsprechende Kennlinien hinterlegt sein.

Diese Werte sind vorzugsweise in Abhängigkeit von der Klasse des Lebewesens, insbesondere Alter, Geschlecht und Körperabmaßen variierend vorgegeben.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein minimal durchlaufbarer Kurvenradius in Abhängigkeit der vorliegenden Laufgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung berücksichtigt. Die Kenntnis eines minimal durchlaufbaren Kurvenradius ermöglicht eine Prognose wie schnell ein Lebewesen seine Richtung ändern kann, um beispielsweise über eine Fahrbahn zu laufen oder mit dem Bewegungsverlauf des Fahrzeugs zu kreuzen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein maximales Verzögerungsvermögen in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einem Kurvenradius der Bewegung des Lebewesens berücksichtigt wird. Mit dieser Information kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob ein potentiell mit dem Fahrzeug kollidierendes Lebewesen in der Lage ist, rechtzeitig vor einem Kollisionsbereich zum Stehen zu kommen oder sich von dem Kollisionsbereich zu entfernen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts einen Winkel zu berücksichtigen, in dem das Lebewesen zu einem ermittelten Fahrverlauf des Fahrzeugs steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit des Winkels ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen sich in Richtung des Fahrverlaufs drehen und im Wesentlichen gleichzeitig beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen. Die Kenntnis des Winkels sowie die von dem Lebewesen benötigte Zeit, um z. B. auf die Fahrbahn zu gelangen, ermöglichen eine präzisere Abschätzung eines zukünftig möglichen Aufenthaltsorts und damit eine verbesserte Abschätzung eines Kollisionsrisikos.
Als Winkel wird ein Winkel zwischen 150° und 210° und damit ein mit dem Rücken zum Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt. Alternativ wird insbesondere als Winkel ein Winkel zwischen 60° und 120° und damit ein seitlich zum Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen berücksichtigt. Der Fahrverlauf kann hierbei mit dem Verlauf einer Fahrbahn übereinstimmen.
Zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts wird eine Relativposition des Lebewesens zum Fahrverlauf, insbesondere ein Abstand berücksichtigt, indem das Lebewesen zu dem Fahrverlauf steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit der Relativposition ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Es ist ferner vorgesehen, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts Umgebungsinformationen und/oder Hindernisse berücksichtigt werden. Diese Informationen können beispielsweise durch digitale Karten oder die Umfeldsensorik ermittelt werden. Die Berücksichtigung von Hindernissen, z. B. einem Straßenverlauf, dem Vorhandensein von Häuserwänden und dergleichen, ermöglicht eine weitere Steigerung der Vorhersagegenauigkeit des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts.
Der so ermittelte Aufenthaltsort des Lebewesens dient als Eingangsgröße für die Berechnung der Trajektorie eines Trajektorienpaares um für die Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit verwendet werden zu können.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Aufenthaltsort in mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten unterteilt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass für einen ermittelten, zukünftig möglichen Aufenthaltsort einzelne Bereiche mit Aufenthaltswahrscheinlichkeiten versehen werden, wobei die Aufenthaltswahrscheinlichkeit ein Maß für die Wahrscheinlichkeit ist, mit der sich das Lebewesen in dein nächsten Millisekunden oder Sekunden, ausgehend von der über die Zeit gemessenen Position (Bewegung), aufhalten wird.
Anhand der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten können die fortschreitenden Teiltrajektorien von einem Fußgänger eines Trajektorienpaares bestimmt werden, die zur Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit erforderlich sind.
Die Erfindung umfasst auch ein Fahrzeug mit einem Schutzsystem für Lebewesen, vorzugsweise für Fußgänger außerhalb des Fahrzeugs, insbesondere Fußgängerschutzeinrichtungen ausgestattet zur Durchführung des Verfahrens

– mit zumindest einer Sensorik, um Umgebungsinformationen zu erfassen,
– mit einer Recheneinheit, welche die Umgebungsinformationen auswertet, um ein Lebewesen, insbesondere einen Fußgänger zu identifizieren, für das Lebewesen und das Fahrzeug eine Bewegungstrajektorie als Trajektorienpaar ermittelt und daraus ein Kollisionswahrscheinlichkeit und damit die Notwendigkeit zur Auslösung eines Schutzsystems ableitet, wobei
– insbesondere die Sensorik zur Erfassung von Parametern von Lebewesen und deren physiologischem Bewegungsvermögen ausgebildet ist sowie
– die Recheneinheit zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts zu dem gegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung eines physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Szene aus einem Fahrzeug und einem Fußgänger zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen lateralem Beschleunigungs- und Verzögerungsvermögen eines Lebewesens in Abhängigkeit einer von ihm erreichten Geschwindigkeit verdeutlicht,
3 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Rotationsvermögen eines Lebewesens in Abhängigkeit einer von ihm erreichten lateralen Geschwindigkeit verdeutlicht,
4 ein Polardiagramm, welches den Bewegungsspielraum eines stehenden Menschen unter Berücksichtigung von lateralem Beschleunigungsvermögen sowie Rotationsvermögen zeigt,
5 ein Polardiagramm, welches den Bewegungsspielraum eines stehenden Menschen unter Berücksichtigung von lateralem Beschleunigungsvermögen sowie Rotationsvermögen sowie Bewegungsvermögen seitwärts und rückwärts zeigt,
6 ein Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegenden Menschen in Längs- und Querrichtung verdeutlicht, und
7 ein Ablaufdiagramm, aus dem das Verfahren zur Bestimmung der Trajektorie eines Fußgängers hervorgeht.
Um die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen einem Fahrzeug und einem Lebewesen, insbesondere einem Fußgänger, Radfahrer oder Tier, bestimmen zu können, ist es notwendig, einerseits einen Bewegungsverlauf des Fahrzeugs (sog. Fahrschlauch) und andererseits einen Bewegungsverlauf (sogenannte Trajektorie) des Lebewesens zuverlässig zu prognostizieren. Während die Ermittlung des Fahrschlauchs eines Fahrzeugs bereits mit hoher Präzision auf der Basis eines kinematischen Modells vornehmbar ist, ist die Ermittlung des Bewegungsverlaufs des Lebewesens mit einer Vielzahl von Unsicherheitsfaktoren behaftet, die in einem Verhaltensmodell hinsichtlich des raumzeitlichen Verhaltens berücksichtigt werden müssen.
1 zeigt eine schematisch dargestellte Szene mit einem Fahrzeug 1 und einem Fußgänger 2, in der sich das Fahrzeug 1 in Richtung des Pfeils 5 bewegt.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit sind die aktuellen Positionen und Bewegungszustände des Fahrzeugs 1 und des Fußgängers 2 zu einem Zeitpunkt T₀.
Ausgehend von diesen Positionen wird sowohl für das Fahrzeug 1 auf der Basis eines kinematischen Modells als auch für den Fußgänger 2 auf der Basis eines Verhaltensmodells der weitere Bewegungsverlauf auf der Basis von inkrementellen Zeitschritten Δt’s synchron ermittelt, wobei ein Δt jeweils ein Vorhersagezeitraum ist. Somit lässt sich über die aufeinanderfolgenden Vorhersagezeiträume Δt’s gleichzeitig eine fortschreitende Trajektorie für das Fahrzeug 1 als auch für den Fußgänger 2 als Trajektorienpaar bestimmen, die sich jeweils aus für den Vorhersagezeitraum Δt bestimmten Teiltrajektorien zusammensetzen. Da sich für den Fußgänger 2 für jeden Vorhersagezeitraum Δt mehrere Bewegungsmöglichkeiten ergeben, wobei dies in der Regel nur eingeschränkt für das Fahrzeug 2 gilt, werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Zeitpunkt T₀ mehrere Trajektorienpaare bestimmt.
Für das Fahrzeug 1 lässt sich die Trajektorie bzw. der Fahrschlauch 3 relativ genau auf der Basis der erfassten kinematischen Daten, wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Richtung für mehrere aufeinanderfolgende Vorhersagezeiträume Δt’s zuverlässig vorhersagen. Das relativ einfache kinematische Modell kann natürlich durch ein Fahrerverhaltensmodell erweitert werden.
Auf der Basis des angewandten Verhaltensmodells wird für den Fußgänger 2 ausgehend von dessen aktueller Position und dessen aktuellen Bewegungszustand für den ersten Vorhersagezeitraum Δt die zugehörige Teiltrajektorie bestimmt, für die dar auffolgenden Vorhersagezeiträume Δt’s wird jedoch der weitere inkrementelle Bewegungsablauf mittels eines Zufallsgenerators „ausgewürfelt”, wobei jedoch nur die Bewegungen betrachtet werden, die das Verhaltensmodell zulassen und unter weiterer Berücksichtigung einer dem Verhaltensmodell zugrundeliegenden Wahrscheinlichkeitsverteilung. Hierzu können beispielsweise Bewegungsabläufe bzw. Verhaltensmuster von Fußgänger über gezielte Einschränkungen der Häufigkeitsverteilungen beim Bestimmen des weiteren Bewegungsablaufs mittels eines Zufallsgenerators berücksichtigt werden.
Diese Verfahren zur Berechnung der fortschreitenden Trajektorien wird so lange fortgesetzt, bis für die beiden Trajektorien eines Trajektorienpaares eine Kollision stattfinden würde bzw. keine Kollision stattfinden kann. Hierzu wird angenommen, dass eine Kollision dann auftreten würde, wenn der Fußgänger 2 sich dem Fahrzeug 1 unter eine vorgegebene Mindestdistanz während der Relativbewegung der beiden Verkehrsteilnehmer angenähert hat.
Die Kollisionswahrscheinlichkeit berechnet sich als Kollisionsrisikowert aus der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen würden und der Gesamtanzahl der für den Zeitpunkt T₀ berechneten Trajektorienpaare. Nach 1 wurden 7 Trajektorienpaare ausgehend von einem festen Zeitpunkt T₀ bestimmt, wobei der Einfachheit halber für das Fahrzeug 1 nur eine Trajektorie als möglicher Bewegungsverlauf dargestellt wird. Von diesen 7 Trajektorienpaaren zeigt zu einem Zeitpunkt T₀ + Δt + ... + Δt + ..., bei welchem das Fahrzeug den Fußgänger vollständig passiert hat, fünf Trajektorienpaare eine Kollision an, somit ergibt sich ein rechnerischer Kollisionsrisikowert von 5/7.
Dieser Kollisionsrisikowert gilt zunächst für einen vorgegebenen Ausgangszustand nach 1 zum Zeitpunkt T₀. Um die Kollisionswahrscheinlichkeit über den zeitlichen Verlauf der sich nach dem Zeitpunkt T₀ entwickelnden Szene nach 1 zu ermitteln, wird die oben erläuterte Berechnung in inkrementellen Zeitschritten T₁, T₂, T₃ ... wiederholt und dabei jeweils von den aktuellen Positionen und den aktuellen Bewegungszuständen des Fahrzeugs 1 und des Fußgängers 2 ausgegangen. Damit erhält man zu jedem dieser Zeitpunkte T₁, T₂, T₃ ... eine hohe Anzahl an möglichen zukünftigen Bewegungsverläufen in Form einer Schar von Trajektorienpaaren, deren Anfang von der aktuellen, tatsächlich gegebenen Verkehrssituation ausgeht. Diese Schar von Trajektorienpaaren ist dann die Basis zur Berechnung des Kollisionsrisikowertes für jeden dieser Zeitpunkte T₁, T₂, T₃ ..., woraus sich eine chronologische Entwicklung der Kollisionsrisikowerte, als der Kollisionswahrscheinlichkeit ergibt.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit stellt eine realistische und mathematisch fundierte Methode dar, wobei ein deutlich erweiterter Prädiktionshorizont erzielt wird, d. h. eine Vorhersage zeitlich weit vorausschauend, aber dennoch zuverlässig ist.
Dies wird zusätzlich auch dadurch erzielt, dass bei der Ermittlung der Kollisionswahrscheinlichkeit die Bewegungsfähigkeiten der Kollisionspartner berücksichtigt wird, insbesondere die eingeschränkte physiologische Bewegungsfähigkeit eines Lebewesens, insbesondere eines Fußgängers herangezogen wird. In dem Verhaltensmodell eines Fußgängers werden also sowohl die physikalischen Bewegungsmöglichkeiten als auch das physiologische Bewegungsvermögen berücksichtigt.
Insbesondere werden die typischen Bewegungsmuster bzw. solche typischen Bewegungsmuster anzeigende Merkmale eines Fußgängers berücksichtigt, die als Indikatoren charakterisierbar und damit sensorisch erfassbar sind, um daraus mögliche Aufenthaltsorte und schließlich den zukünftig möglichen Aufenthaltsort zu ermitteln.
Bei der Betrachtung des physiologischen Bewegungsvermögens werden verschiedenste Bewegungszustände sowie Kombinationen möglicher Bewegungszustände berücksichtigt.
So wird beispielsweise die maximale Beschleunigung aus dem Stand ohne Drehung, mit einer Drehung um 90° sowie einer Drehung um 180° berücksichtigt. Bei der Berücksichtigung des maximalen Beschleunigungsvermögens aus dem Stand eines Fußgängers wurde beispielsweise herausgefunden, dass das Beschleunigungsvermögen von einem Anfangswert zunächst auf einen Maximalwert zunimmt, um dann mehr oder minder kontinuierlich mit zunehmender Geschwindigkeit des Fußgängers wiederum abzunehmen. Bei einer Drehung um 180° wurde herausgefunden, dass das maximale Beschleunigungsvermögen einerseits stark altersabhängig und andererseits um einen statistischen Mittelwert stark nach oben und unten abweicht. Dabei können jedoch im Vergleich zum Beschleunigungsvermögen aus dem Stand betragsmäßig lediglich geringere Beschleunigungswerte erreicht werden.
In entsprechender Weise wird das maximale Verzögerungsvermögen eines Fußgängers aus vollem Lauf, einmal ohne Wegdrehen und ein anderes Mal mit maximal möglicher Richtungsänderung berücksichtigt. Auch hier wurden starke, altersabhängige Unterschiede festgestellt. Das Verzögerungsvermögen aus vollem Lauf ohne Richtungsänderung ist betragsmäßig größer als das maximale Beschleunigungsvermögen des Fußgängers.
Ein weiterer, den möglichen Aufenthaltsort beeinflussender Parameter ist die maximale Beschleunigung aus einer Gehgeschwindigkeit heraus. Dabei werden folgende typische Fälle berücksichtigt: eine Drehung um 90° nach links sowie rechts sowie eine Drehung um 45° nach links und rechts. Hierbei wurden minimal mögliche Kurvenradien des Fußgängers ermittelt. Dabei wurde herausgefunden, dass ein minimaler Kurvenradius durch Fußgänger, gleich welchen Alters, nicht unterschritten werden konnte. Diese Information ist wertvoll, um abschätzen zu können, an welchem Ort und gegebenenfalls in welcher Zeit sich ein Fußgänger in Richtung einer Fahrbahn drehen und bewegen kann, auf welchem sich ein Fahrzeug nähert.
In entsprechender Weise wurden Kurvenradien eines Fußgängers aus vollem Lauf nach links und rechts ermittelt.
Zur Abschätzung des physiologischen Bewegungsvermögens wurden ferner ein Sprung nach vorne sowie ein seitlicher Sprung berücksichtigt. Die hierbei erreichbaren Zeiten sowie Distanzen können hilfreich dazu verwendet werden, wie insbesondere ein Fußgänger in einer plötzlich auftretenden Gefahrensituation reagieren kann.
2 zeigt ein Diagramm, in welchem das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvermögen eines Fußgängers in Abhängigkeit von seiner zurückgelegten Geschwindigkeit dargestellt ist. Der Begriff der bisherigen Bewegungsrichtung/Ausrichtung bedeutet dabei, dass von einem Fußgänger ausgegangen wird, welches sich in der Ausrichtung seines Körpers, also insbesondere Rumpfes fortbewegt, wobei bei einem stehenden Fußgänger ja keine Bewegungsrichtung, aber eben eine entsprechende Körperausrichtung vorhanden ist.
In Quadrant Q1 ist das positive Beschleunigungsvermögen in bisherige Bewegungsrichtung/Ausrichtung dargestellt. In Quadrant Q2 ist das negative Beschleunigungsvermögen, also die Abbremsfähigkeit bei Vorwärtsbewegung dargestellt, während Quadranten Q3 und Q4 von einer vorliegenden Bewegung rückwärts zur Ausrichtung ausgehen und somit Q3 das für diese Bewegungsrichtung negative Beschleunigungsvermögen, also Abbremsen und ggfs. wieder in Normalrichtung beschleunigen beschreibt, während Q4 das Beschleunigungsvermögen im Rückwärtsgang zeigt.
Zunächst ist in 2 als ganz entscheidender Unterschied zu herkömmlichen Trajektoriealgorithmen festzuhalten, dass auch einem stehenden Fußgänger ein definiertes Beschleunigungsvermögen sowohl in als auch entgegen der Ausrichtung zugeordnet wird.
Wie aus dem Diagramm ohne Weiteres zu erkennen ist, ist das maximale Beschleunigungsvermögen a_max und das maximale Verzögerungsvermögen –a_max nicht bei in etwa einer gleichen Geschwindigkeit v ausgeprägt, sondern nimmt das Beschleunigungsvermögen mit zunehmender Geschwindigkeit frühzeitig ab, während auch bei höheren Geschwindigkeiten noch ein deutlich höheres Verzögerungsvermögen festzustellen ist. Betragsmäßig ist hierbei das Verzögerungsvermögen eines Fußgängers größer als sein Beschleunigungsvermögen.
Zudem wird erstmalig ein Bewegungsvermögen entgegengesetzt zur Ausrichtung berücksichtigt, wenngleich zwar auch Fahrzeuge rückwärts fahren könnten, dies in der Trajektorie jedoch ggf. noch berücksichtigt werden kann. Berücksichtigt man das physiologische Bewegungsvermögen jedoch entsprechend, so ist schon aus 2 zu erkennen, dass eben das Beschleunigungsvermögen wie auch die Maximalgeschwindigkeit entgegen der Ausrichtung deutlich von denen bei normalen Vorwärtsbewegung abweichen.
Gibt man einem Algorithmus beispielsweise folgende Parameter für den Fußgänger vor:

– eine Maximalgeschwindigkeit, ab der das Beschleunigungsvermögen in bisherige Bewegungsrichtung Null wird,
– eine Maximalbeschleunigung sowohl in als auch entgegen der Ausrichtung eines stehenden Fußgängers,
– eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen in die bisherige Bewegungsrichtung maximal ist,
– eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen entgegengesetzt zur bisherigen Bewegungsrichtung und/oder Ausrichtung des Fußgängers betragsmäßig maximal ist,
– eine Maximalgeschwindigkeit entgegen der Ausrichtung des Fußgängers, ab der das Beschleunigungsvermögen entgegen der Ausrichtung Null wird,

Diese Werte sind vorzugsweise in Abhängigkeit von der Klasse des Fußgängers, insbesondere Alter, Geschlecht und Körperabmaßen variierend vorgegeben, da hier deutliche Unterschiede festzustellen sind.
Allein die Berücksichtigung dieses Zusammenhangs zwischen Beschleunigung und Geschwindigkeit eines Fußgängers ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich präzisere Vorhersagen eines möglichen Aufenthaltsorts und damit die Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit.
3 zeigt analog das Rotationsvermögen um die eigene Achse, wobei normalerweise das Rotationsvermögen zu beiden Richtungen symmetrisch ausgebildet ist, in Vorwärtsrichtung aber deutlich höher als im Rückwärtslauf und selbst bei hohen Geschwindigkeiten eine abnehmende, aber recht erstaunliche Drehfähigkeit erhalten bleibt. Damit unterscheidet sich aus dieser Parameter des physiologischen Bewegungsvermögens entscheidet von klassischen Trajektoriealgorithmen, da diese eine Drehung um die eigene Achse, erst recht nicht im Stand kennen.
Das seitliche physiologische Bewegungsvermögen, also quer zur Körperausrichtung und normalen Laufrichtung wird zudem beeinflusst durch das Vermögen zu Seitwärtsschritten. Dieses Vermögen zu Seitwärtsschritten ist im Stand signifikant und führt auch bei geringer Fortbewegungsgeschwindigkeit zu den in den folgenden 3 und 4 im Vergleich erkennbaren Unterschieden im maximal erreichbaren Aufenthaltsraum, nimmt aber mit zunehmender Laufgeschwindigkeit deutlich ab und kann bei normaler Vorwärtsbewegung notfalls weggelassen und durch ein erhöhtes Drehvermögen ersetzt werden.
4 in einem Polardiagramm den Bewegungsspielraum eines stehenden Fußgängers unter Berücksichtigung seines lateralen und rotatorischen Beschleunigungsvermögens unter Auslassung von Seitwärts- und Rückwärtsbewegungen. In dem Polardiagramm sind Winkel von 0° bis 360° eingezeichnet. Ein Winkel von 0° bedeutet hierbei, dass der Fußgänger geradeaus läuft. In dem Polardiagramm sind ferner konzentrische Kreise eingezeichnet, die mit 0,5, 1, 1,5 und 2 gekennzeichnet sind. Hierbei handelt es sich um Entfernungen (z. B. in Metern) relativ zu dem Zentrum, an dem sich der Mensch zum Zeitpunkt t₀ befindet. Zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, wobei t₅ > t₄ > t₃ > t₂ > t₁ ist, kann sich der Mensch jeweils innerhalb der jeweils zugeordneten ISO-Linien aufhalten.
Aufgrund seines physiologischen Bewegungsvermögens kann sich dieser zu einem Zeitpunkt t₁ in einem durch die betreffende ISO-Linie umschlossenen Bereich bewegen. Hierbei ist im Wesentlichen eine Bewegung nach vorne (d. h. in Laufrichtung, Winkel 0°) möglich, während eine Abweichung von dem Winkel 0° nach links (im Gegenuhrzeigersinn) oder rechts (im Uhrzeigersinn) kaum möglich ist. Zu einem Zeitpunkt t₂ (t₂ > t₁) erweitert sich der Bereich nach vorne sowie auch nach rechts und links (vgl. die mit t₂ gekennzeichnete ISO-Linie). In entsprechender Weise kann sich der Fußgänger zu einem Zeitpunkt t₅ (t₅ > t₄ > t₃ > t₂ > t₁) in dem durch die entsprechende ISO-Linie umschlossenen Bereich aufhalten. Hierbei ist nicht nur eine Bewegung nach vorne, sondern auch eine Bewegung seitlich nach hinten möglich.
Bei der Betrachtung des Polardiagramms ergibt sich ohne Weiteres, dass das physiologische Bewegungsvermögen zu den im Vergleich zu t₀ in der Zukunft liegenden Zeitpunkten t₁ bis t₅ eine Bewegung in den Winkelbereich zwischen 120° und 240° nicht zulässt. Diese Erkenntnis ist wichtig, wenn der Fußgänger z. B. mit dem Rücken der Fahrbahn zugewandt ist. Vielmehr erlaubt es der physiologische Bewegungsspielraum lediglich, dass sich der Fußgänger tendenziell geradeaus (Winkel 0°) nach vorne bewegt, wobei kurzfristig lediglich Abweichungen in einem Winkelbereich von weniger als ±90° und erst zu einem späteren Zeitpunkt (Zeitpunkt t₅) Abweichungen von ±120° möglich sind. Hierbei ergibt sich jedoch auch, dass mit zunehmendem Winkel die von dem Fußgänger zurücklegbare Distanz geringer wird. Nicht berücksichtigt ist hierbei in dieser Darstellung, dass ein Fußgänger auch einen Schritt nach hinten (Winkel 180°) machen kann, wobei die dabei zurücklegbare Strecke gering ist.
Diese Bewegungsformen seitwärts und rückwärts mit einbezogen, ergibt sich nochmal eine deutliche Änderung des Bewegungs-Aufenthaltsbereichs, wie 5 zeigt. Es ergibt sich näherungsweise elliptisches Muster, wobei der Schwerpunkt der Ellipse deutlich aus dem Nullpunkt in Richtung der normalen Ausrichtung verschoben ist, da das Bewegungsvermögen in Ausrichtung höher als entgegen der Ausrichtung ist.
6 zeigt ein Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer Geschwindigkeit v fortbewegenden Menschen in Längsrichtung s₁ und Querrichtung s_q verdeutlicht. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass sich der Fußgänger zu einem Zeitpunkt 0 am Koordinatenursprung befindet und sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Längsrichtung (d. h. längs der x-Achse) bewegt. Zu einem Zeitpunkt t = 0,4 s kann sich der Fußgänger nach Berücksichtigung sämtlicher Parameter in dein mit BAB1 gekennzeichneten und schraffierten Bewegungs-Aufenthaltsbereich aufhalten. Zu einem Zeitpunkt t = 0,6 s kann sich der Fußgänger in dem mit BAB2 gekennzeichneten Bereich aufhalten. In entsprechender Weise ist der mögliche Bewegungs-Aufenthaltsbereich BAB3 zum Zeitpunkt t = 0,8 s und BAB4 zum Zeitpunkt t = 1 s eingezeichnet. Hierbei ist gut ersichtlich, dass mit fortschreitender Zeit sich der Bewegungs-Aufenthaltsbereich zum einen zunehmend verbreitert, d. h. in Querrichtung s_q erstreckt, und andererseits eine größere Tiefe aufweist. Dies resultiert daraus, dass die potentiellen Möglichkeiten des Fußgängers hinsichtlich einer Bewegung mit fortschreitender Zeit variabler werden, so dass sich hierdurch bedingt, auch der mögliche Aufenthaltsbereich vergrößert.
In 6 sind lediglich Bewegungs-Aufenthaltsbereiche BAB1, BAB4 in einer Querrichtung (im Ausführungsbeispiel nach links) dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass sich der Bewegungs-Aufenthaltsbereich auch in die andere Querrichtung erstreckt und das in 6 gezeigte Diagramm deshalb an der x-Achse gespiegelt werden muss.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm, aus dem das Verfahren zur Bestimmung der Trajektorie eines Fußgängers ersichtlich wird. In einem Schritt S1 wird eine IST-Position eines Fußgängers erfasst. Dies kann z. B. durch Bilderfassungsmittel in einem Fahrzeug erfolgen. In einem Schritt S2 wird eine Störung einer Positionsinformation (ST) berücksichtigt, welche z. B. durch Messfehler und dergleichen verursacht sein kann. Aus den in Schritt S2 ermittelten, bereinigten Daten wird in einem Schritt S3 eine Chronologie, d. h. eine Historie der Bewegung des Fußgängers ermittelt. Hierbei ist es z. B. ausreichend, wenn die Historie 0,5 bis 1 s in die Vergangenheit reicht. Aus diesen Informationen kann zum einen eine Bewegungstrajektorie und zum anderen ein Bewegungszustand des Fußgängers ermittelt werden. Die Ermittlung des gegenwärtigen Bewegungszustands des Fußgängers erfolgt in einem Schritt S5. Unter Berücksichtigung des physiologischen Bewegungsvermögens des Fußgängers wird in einem Schritt S6 ein physikalischer Bewegungsspielraum ermittelt. Dieser Bewegungsspielraum entspricht dem zukünftig möglichen Bewegungs-Aufenthaltsbereich, welchen der Fußgänger aufgrund seiner Ausrichtung, Laufgeschwindigkeit, translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung, seinem Kurvenradius, seinem Alter, dem Bodenreibwert usw. einnehmen kann. Schließlich wird in einem Schritt S7 eine Wahrscheinlichkeitsverteilung des Bewegungsspielraums bzw. Bewegungs-Aufenthaltsbereichs ermittelt. Hierbei wird der Bewegungs-Aufenthaltsbereich in eine Anzahl an unterschiedli chen Bereichen mit einer jeweiligen Wahrscheinlichkeit des Aufenthalts unterteilt. Das Ergebnis wird einer Auswerteeinheit AE zugeführt. Der aktuelle Bewegungsverlauf des Fußgängers, d. h. dessen Bewegungstrajektorie, wird in einem Schritt S6 ermittelt, welcher parallel zu Schritt S5 ausgeführt werden kann. Der zukünftige Bewegungsverlauf des Fußgängers wird in einem Schritt S7 durch die Berücksichtigung von Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen vorher bestimmt und der Auswerteeinheit AE zugeführt. Parallel hierzu können in einem Schritt S8 typische Bewegungsablaufmuster berücksichtigt werden. Hierbei fließt z. B. eine Erkenntnis ein, wie sich ein Fußgänger an einer Ampel oder einem Fußgängerüberweg verhält. Aus diesen Informationen wird versucht, eine erwartete Vorzugsbewegungsrichtung zu bestimmen. Diese Information wird ebenfalls der Auswerteeinheit AE zugeführt, welche in einem Schritt S10 aus den ihr zugeführten Informationen einen Bewegungshorizont des Fußgängers ermittelt. Der Bewegungshorizont entspricht hierbei wiederum dem Bewegungs-Aufenthaltsbereich bzw. dem Aufenthaltsort.
Mit diesem Verfahren wird eine wesentlich genauere Vorhersage der Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Fußgängers oder Radfahrers oder Tiers in der nahen Zukunft, ausgehend von einer über der Zeit gemessenen Position möglich.
Dieses Verfahren wird zusammen mit dem Verfahren zur Ermittlung der Kollisionswahrscheinlichkeit beispielsweise in einem Steuergerät implementiert, berechnet aus Bewegungsmöglichkeiten des Fahrzeugs und des Lebewesens die Kollisionswahrscheinlichkeit als Kollisionsrisikowert, wobei die Prognosequalität durch die Berücksichtigung des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens erhöht wird.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wurde, kann ein Mensch deutlich schneller verzögern als beschleunigen oder bei größeren Laufgeschwindigkeiten keine Richtungsänderung oder nur Richtungsänderungen mit kleinen Radien vorneh men. Dieses Bewegungsvermögen ist darüber hinaus individuell abhängig von Alter, Geschlecht, Kondition, etc. und wird z. B. vor der Implementierung in einen Algorithmus durch Tests ermittelt. Die Informationen können z. B. in einem Speicher hinterlegt werden und in Abhängigkeit von den ermittelten Eingangsdaten zur präziseren Ermittlung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit herangezogen werden.
Darüber hinaus können durch Tests oder Verkehrsbeobachtungen charakteristische Bewegungsablaufmuster von Lebewesen, insbesondere in typischen Verkehrssituationen (z. B. an Fußgängerüberwegen, Ampeln usw.) ermittelt und im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt werden. Auch damit wird durch Vergleich der Bewegungsablaufmuster mit der gemessenen bzw. ermittelten Bewegung des Lebewesens die Vorhersagegenauigkeit gesteigert.
Darüber hinaus ist das Einbeziehen von Umgebungsinformationen möglich, wobei diese von Navigationssystemen oder digitalen Karten bereitgestellt werden können. Darüber hinaus ist eine Kombination mit Zustandsbeobachtern (Kombination digitaler Karten in Verbindung mit Umfeldsensorik) möglich. Einschränkungen der Bewegungsmöglichkeiten durch Hindernisse (z. B. in einem Straßenverlauf, Häuserwänden und dergleichen) können berücksichtigt werden, wodurch die Vorhersagegenauigkeit ebenfalls steigt. Diese kann auch bei der Vorhersage des zukünftigen Aufenthalts des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Ein Fahrzeug kann zur Durchführung dieser Verfahren mit einer entsprechenden Sensorik zur Erfassung von Parametern von Lebewesen bzw. Fußgängern, insbesondere den für deren physiologischem Bewegungsvermögen maßgeblichen Parametern ausgestattet werden, wobei eine Recheneinheit zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts bzw. der fortschreitenden Trajektorienpaare zu dem gegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung des physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte entsprechend ausgebildet ist. Insbesondere zur Bestimmung der Trajektorien eines Fußgängers können beispielsweise entsprechende Kennlinienfelder und Physiologiemodelle hinterlegt und dann von der Recheneinheit anhand der Parameter der wahrscheinliche Aufenthaltsort bestimmt werden. Damit kann ein Schutzsystem für Lebewesen bzw. Fußgänger außerhalb des Fahrzeugs, insbesondere Fußgängerschutzeinrichtungen deutlich genauer aktiviert und Fehlalarme deutlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10325762 A1 [0008]
- EP 1331621 B1 [0010]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionswahrscheinlichkeit eines Fahrzeugs (1) mit einem Lebewesen (2), bei dem das raumzeitliche Verhalten des Lebewesens (2) mit einem Verhaltensmodell und das raumzeitliche Verhalten des Fahrzeugs (1) mit einem kinematischen Modell modelliert wird und beginnend mit den aktuellen Positionen des Fahrzeugs (1) und des Lebewesens (2) jeweils wenigstens eine Trajektorie (4) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass b) ausgehend von den aktuellen Positionen des Lebewesens (2) und der Fahrzeugs (1) eine Trajektorie (3, 4) des Fahrzeugs (1) aus dem kinematischen Modell und des Lebewesens (2) aus dem Verhaltensmodell als Trajektorienpaar so lange berechnet werden, bis entweder das Trajektorienpaar eine Kollision anzeigt oder keine Kollision anzeigt, c) die Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen, ermittelt wird, und d) die Kollisionswahrscheinlichkeit als Quotient aus der Anzahl der Trajektorienpaare, die eine Kollision anzeigen und der gesamten Anzahl der berechneten Trajektorienpaare ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollision dann angezeigt wird, wenn der von den Trajektorien (3, 4) eines Trajektorienpaares angezeigte Abstand zwischen dem Fahrzeug (1) und dem Lebewesen (2) eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu inkrementellen Zeitschritten (T₁, T₂, T₃, ...) die Verfahrensschritte b) bis d) wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verhaltensmodells für einen oder für mehrere Zeitpunkte mögliche Aufenthaltsorte des Lebewesens (2) unter Berücksichtigung des Bewegungszustands zum Zeitpunkt des Beginns der Berechnung eines Trajektorienpaares bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhaltensmodell das physikalische und physiologische Bewegungsvermögen des Lebewesens (2) und/oder empirisch ermittelte Verhaltensmuster des Lebewesens (2) berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter für die Ermittlung des Bewegungszustands und/oder des zukünftig möglichen Aufenthaltsortes einer oder mehrere der folgenden Parameter ermittelt und verarbeitet werden: – eine rotatorische Geschwindigkeit des Lebewesens (2), – eine rotatorische Beschleunigung um eine Hochachse des Lebewesens (2), – ein vorliegender Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens (2), – eine Änderung in einer Bewegungsrichtung oder eines Krümmungsradius der Bewegung des Lebewesens (2), – eine Massenträgheit des Lebewesens (2), – ein insbesondere Witterungsabhängiger Bodenreibwert des Untergrunds, – eine Klasse des Lebewesens (2), insbesondere ein Alter, ein vorgegebenes Körperabmaß (bspw. Höhe, Bein- oder Schrittlänge), ein Geschlecht oder eine Gattung (bspw. Mensch/Tier/Kind/Fahrradfahrer), – ein Bewegungsvermögen durch einen oder mehrere Seitwärtsschritte, – ein Bewegungsvermögen durch einen oder mehrere Rückwärtsschritte, – Bewegungsvermögen durch Schwerpunktbewegung, und – Bewegungsvermögen durch Körperneigung.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter für die Ermittlung des Bewegungszustands und/oder des zukünftig möglichen Aufenthaltsortes einer oder mehrere der folgenden Parameter ermittelt und verarbeitet werden: – eine Position des Lebewesens (2), – eine Ausrichtung des Lebewesens (2) zur Umgebung, – eine translatorische Geschwindigkeit des Lebewesens (2), – eine translatorische Beschleunigung des Lebewesens (2). – der chronologische Verlauf wenigstens einer der genannten Parameter.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Datenbank oder einem Kennlinienfeld oder einem analytischen Modell ein dem oder den ermittelten Parametern oder dem chronologischen Verlauf wenigstens einer der ermittelten Parameter zugeordneter möglicher zukünftiger Aufenthaltsort des Lebewesens (2) ausgelesen oder ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Parameter einem Modellrechner zugeführt werden zur Ermittlung eines möglichen Aufenthaltsortes des Lebewesens (2), wobei dem Modellrechner ein abstrahiertes Bewegungsmodell für Lebewesen (2) zugrunde gelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein Bewegungsverlauf in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit, der aktuellen Ausrichtung und der aktuellen Körperrotation berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts das maximale Beschleunigungsvermögen des Lebewesens (2) in Abhängigkeit seiner Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein minimal durchlaufbarer Kurvenradius in Abhängigkeit der vorliegenden Laufgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein maximales Verzögerungsvermögen in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einem Kurvenradius der Bewegung des Lebewesens (2) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts ein Winkel berücksichtigt wird, in dem das Lebewesen (2) zu einem ermittelten Fahrverlauf des Fahrzeugs (1) steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit des Winkels ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen (2) sich in Richtung des Fahrverlaufs drehen und im Wesentlichen gleichzeitig beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Winkel ein Winkel zwischen 150° und 210° und damit ein mit dem Rücken zu dem Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen (2) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Winkel ein Winkel zwischen 60° und 120° und damit ein seitlich zu dem Fahrverlauf stehendes oder sich bewegendes Lebewesen (2) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts eine Relativposition des Lebewesens (2) zu einem Fahrverlauf, insbesondere ein Abstand, berücksichtigt wird, in dem das Lebewesen (2) zu dem Fahrverlauf steht oder sich zu diesem bewegt, wobei in Abhängigkeit der Relativposition ermittelt wird, in welcher Zeit das Lebewesen (2) beschleunigen kann, um in den Bereich des Fahrverlaufs zu gelangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts Umgebungsinformationen und/oder Hindernisse berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit des Lebewesens (2) neben einem maximalen Beschleunigungsvermögen in die bisherige Bewegungsrichtung auch ein maximales Beschleunigungsvermögen entgegengesetzt zur bisherigen Bewegungsrichtung und/oder Ausrichtung des Lebewesens (2) vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für das Lebewesen (2) zumindest einer der folgenden Parameter vorgegeben sind: – eine Maximalgeschwindigkeit, ab der das Beschleunigungsvermögen in bisherige Bewegungsrichtung Null wird, – eine Maximalbeschleunigung sowohl in als auch entgegen der Ausrichtung eines stehenden Lebewesens (2), – eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen in die bisherige Bewegungsrichtung maximal ist, – eine Geschwindigkeit, bei der das maximale Beschleunigungsvermögen entgegengesetzt zur bisherigen Bewegungsrichtung und/oder Ausrichtung des Lebewesens (2) betragsmäßig maximal ist, – eine Maximalgeschwindigkeit entgegen der Ausrichtung des Lebewesens (2), ab der das Beschleunigungsvermögen entgegen der Ausrichtung Null wird, wobei diese Werte vorzugsweise in Abhängigkeit von der Klasse des Lebewesens (2), insbesondere Alter, Geschlecht und Körperabmaßen variierend vorgegeben sind.
Fahrzeug mit einem Schutzsystem für Lebewesen (2) außerhalb des Fahrzeugs (1), insbesondere Fußgängerschutzeinrichtungen – mit zumindest einer Sensorik, um Umgebungsinformationen zu erfassen, – mit einer Recheneinheit, welche die Umgebungsinformationen auswertet, um ein Lebewesen, insbesondere einen Fußgänger (2) zu identifizieren, für das Lebewesen (2) und das Fahrzeug (1) jeweils eine Bewegungstrajektorie als Trajektorienpaar ermittelt und daraus ein Kollisionswahrscheinlichkeit und damit die Notwendigkeit zur Auslösung eines Schutzsystems ableitet, wobei – das Fahrzeug (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, insbesondere – die Sensorik zur Erfassung von Parametern von Lebewesen (2) und deren physiologischem Bewegungsvermögen sowie – die Recheneinheit zur Ermittlung des zukünftig möglichen Aufenthaltsorts zu dem gegebenen Zeitpunkt ausgehend von einem Ort der Bewegungstrajektorie und dem Bewegungszustand unter Berücksichtigung eines physiologischen Bewegungsvermögens des Lebewesens (2) für einen oder mehrere zukünftige Zeitpunkte ausgebildet ist.