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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur
Erkennung von Kollisionssituationen und zur richtigen Unterscheidung
zwischen kritischen und unkritischen Situationen, müssen
hochwertige Methoden zur Berechnung des vorliegenden Risikos verwendet
werden.
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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.
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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.
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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.
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Bei
der Bewegungsinformation handelt es sich um Geschwindigkeit, Richtung
sowie Trajektorie, mit der sich ein Fahrzeug und/oder ein erkannter
Verkehrsteilnehmer bewegen.
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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%.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den abhängigen Patentansprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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
wiederholt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
oben aufgeführten Parameter können beispielsweise
durch die Auswertung von Bildinformationen und/oder Ortsinformationen
bestimmt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Werte sind vorzugsweise in Abhängigkeit von der Klasse
des Lebewesens, insbesondere Alter, Geschlecht und Körperabmaßen
variierend vorgegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten können die fortschreitenden
Teiltrajektorien von einem Fußgänger eines Trajektorienpaares
bestimmt werden, die zur Berechnung der Kollisionswahrscheinlichkeit
erforderlich sind.
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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.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Szene aus einem Fahrzeug und einem
Fußgänger zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
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2 ein
Diagramm, das den Zusammenhang zwischen lateralem Beschleunigungs-
und Verzögerungsvermögen eines Lebewesens in Abhängigkeit
einer von ihm erreichten Geschwindigkeit verdeutlicht,
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3 ein
Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Rotationsvermögen
eines Lebewesens in Abhängigkeit einer von ihm erreichten
lateralen Geschwindigkeit verdeutlicht,
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4 ein
Polardiagramm, welches den Bewegungsspielraum eines stehenden Menschen
unter Berücksichtigung von lateralem Beschleunigungsvermögen
sowie Rotationsvermögen zeigt,
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5 ein
Polardiagramm, welches den Bewegungsspielraum eines stehenden Menschen
unter Berücksichtigung von lateralem Beschleunigungsvermögen
sowie Rotationsvermögen sowie Bewegungsvermögen
seitwärts und rückwärts zeigt,
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6 ein
Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegenden
Menschen in Längs- und Querrichtung verdeutlicht, und
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7 ein
Ablaufdiagramm, aus dem das Verfahren zur Bestimmung der Trajektorie
eines Fußgängers hervorgeht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
der Betrachtung des physiologischen Bewegungsvermögens
werden verschiedenste Bewegungszustände sowie Kombinationen
möglicher Bewegungszustände berücksichtigt.
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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.
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In
entsprechender Weise wurden Kurvenradien eines Fußgängers
aus vollem Lauf nach links und rechts ermittelt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
aus dem Diagramm ohne Weiteres zu erkennen ist, ist das maximale
Beschleunigungsvermögen amax und
das maximale Verzögerungsvermögen –amax 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.
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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.
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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,
so kann daraus relativ
einfach und hinreichend genau das jeweilige Beschleunigungs- und
Verzögerungsvermögen abgeleitet werden.
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Diese
Werte sind vorzugsweise in Abhängigkeit von der Klasse
des Fußgängers, insbesondere Alter, Geschlecht
und Körperabmaßen variierend vorgegeben, da hier
deutliche Unterschiede festzustellen sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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6 zeigt
ein Diagramm, welches den Bewegungsspielraum eines sich mit einer
Geschwindigkeit v fortbewegenden Menschen in Längsrichtung
s1 und Querrichtung sq 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 sq 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10325762
A1 [0008]
- - EP 1331621 B1 [0010]