DE102016217531A1

DE102016217531A1 - Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit

Info

Publication number: DE102016217531A1
Application number: DE102016217531.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Schulmeister; Thomas Reisinger
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-15
Also published as: DE112017003673A5; WO2018050178A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von verletzlichen Straßenverkehrsteilnehmern (VRU), das folgende Schritte aufweist: – Durchführen zumindest einer Funkmessung mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) zwischen zumindest einer Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) eines Fahrzeugs (1) und einer mobilen Funkstelle (5) eines Verkehrsteilnehmers (2), und – Berechnen der Position der mobilen Funkstelle (5) mittels wenigstens einer Recheneinheit des Fahrzeugs (1) basierend auf der Funkmessung – Heranziehen der berechneten Position der mobilen Funkstelle (5) für die Errechnung von Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Funkeinrichtung eines Fahrzeugs, die Verwendung der Funkeinrichtung in einem Fahrzeug sowie ein funkbasiertes Lokalisierungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von verletzlichen Straßenverkehrsteilnehmern, eine Funkeinrichtung, die Verwendung der Funkeinrichtung in einem Fahrzeug und ein funkbasiertes Lokalisierungssystem.
Die umfangreichen Maßnahmen der passiven Sicherheit und Schutzsysteme der aktiven Sicherheit haben zu einer wesentlichen Verbesserung des Insassenschutzes geführt. Derartige Maßnahmen bringen für den Schutz des verletzlichen Verkehrsteilnehmern (Vulnerable Road Users = VRUs) keinen vergleichbaren Mehrwert. Entsprechend konnte die Zahl der getöteten schwächeren Verkehrsteilnehmer nur mäßig reduziert werden und rücken deshalb mehr und mehr in den Fokus der Fahrzeugsicherheitsentwicklung. Ein weiterer Einflussfaktor ist der demografische Wandel, bei dem sich zeigt, dass es vermehrt zu Unfällen mit z.B. älteren Fahrradfahrern kommt. Diese VRUs sind Teil des Verkehrs, und obwohl zumindest Fahrradfahrer immer öfter einen Schutzhelm tragen, haben sie keine “Crash Zone”.
Aktive Fußgängerschutzsysteme, basierend auf Radar-, Kamera- und Anprallerfassung, helfen die Verkehrsunfälle mit VRUs zu reduzieren und Unfallfolgen zu mildern. Sie sind ein großer Schritt nach vorne in Richtung Fußgängerschutz, können aber nicht alle VRU-Standardsituationen in der Innenstadt lösen: Fußgänger bewegen sich, im Vergleich zu Fahrzeugen, normalerweise nicht auf der Straße und können unvermittelt auf der Fahrbahn auftauchen. Zudem bewegen sich z.B. Fahrradfahrer anders als PKWs oder LKWs – sie fahren zwischen Autos, überholen von rechts, befahren Einbahnstraßen. Bei Geschwindigkeiten über 30km/h können kritische Fahrsituationen mit VRUs (auch Gruppierungen), welche bei nicht optimalen Sichtverhältnissen (z.B. in der Nacht, bei Regen oder Verdeckungen etc.) zu spät oder gar nicht erkannt werden, mit der derzeitigen Technologie nicht sicher verhindert werden.
Für das Automatisierte Fahren in höheren Automatisierungsgraden (z.B. Stadtfahrt) wird schließlich eine Einbindung der sich in relevanter Reichweite befindlichen VRUs in die Fahrstrategie und Sicherheitssysteme somit ein essentieller Bestandteil.
Über präventiv eingreifende Schutzsysteme können verletzliche Verkehrsteilnehmer umfassender geschützt werden, als über rein passive Maßnahmen, wie beispielsweise aufstellbare Motorhauben im Falle einer Fußgängerkollision. Mittels Umfeldsensoren im Fahrzeug können Fußgänger oder Radfahrer vor einer drohenden Kollision erkannt werden und über präventive Schutzmaßnahmen, beispielsweise einem autonomen Bremseingriff, kann der Unfall vermieden oder zumindest die Aufprallgeschwindigkeit wesentlich reduziert werden. Voraussetzung für die Erkennung der verletzlichen Verkehrsteilnehmer durch diese Umfeldsensoren ist jedoch eine ausreichende Sichtverbindung zu dem anderen Verkehrsteilnehmer. Ist diese nicht gewährleistet, dann kann das Schutzsystem nicht mehr rechtzeitig aktiviert werden. Mangelhafte Sichtverbindung wird hervorgerufen durch „klassische“ Verdeckungen aber auch durch ungünstige Witterungsbedingungen.
Kooperative Sensortechnologien, wie z.B. die Vehicle-to-X (V2X) Technologie, bieten die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden. Integriert in das neue kooperative Sicherheitsnetzwerk können die VRUs erkannt werden, obwohl sie noch nicht im Sichtbereich des Fahrers sind. Speziell bei Geschwindigkeiten über 30km/h und schlechten Sichtverhältnissen könnte der Fahrer früher gewarnt und autonome Fahreingriffe rechtzeitig ausgelöst werden, um eine drohende Kollision zu vermeiden. Dabei können die kooperativen Sensoren im nahtlosen Übergang zu den vorhandenen Umfeldsensor-basierten Systemen eingesetzt werden. Diese können zur Verbesserung der Objekterkennungs-Zuverlässigkeit und Robustheit unterstützt werden.
Ergebnisse von Forschungsprojekten wie Ko-FAS, simTD und AMULETT haben bereits den positiven Nutzen einer kooperativen Einbindung aller Verkehrsteilnehmer in das Netzwerk aufgezeigt. Dabei kann der Bewegungspfad des VRUs erkannt werden und aus dem Weg und der Bewegungsrichtung maßgeschneiderte Handlungskonzepte für das ankommende Fahrzeug, aber auch den VRU umgesetzt werden. Dies setzt jedoch eine genaue und robuste Lokalisierung von VRUs und die Kommunikation zum Fahrzeug, welches die Schutzhandlung ausführt, voraus.
Für Fahrzeuge gibt es Lösungen für leistungsfähige Eigenlokalisierung. Fußgänger und Radfahrer weisen aber andere Rahmenbedingungen auf, welche eine unmittelbare Übertragbarkeit solcher Ansätze verhindern. Auch sind Eigenlokalisierungslösungen durch beispielsweise die aktuell leistungsfähigsten Smartphones ungeeignet, weil sie zu ungenaue, zu unsichere und unzuverlässige Positionsinformationen für diesen Anwendungsfall liefern.
Bei der Frage nach möglichen Systemansätzen zur Lokalisierung von schwächeren Verkehrsteilnehmern, um die Schutzmaßnahmen dieser Gruppierung zu erweitern, ergeben sich die folgenden grundsätzlichen Szenarien:

• Eigenlokalisierung durch VRU
• Lokalisierung des VRUs über die Infrastruktur
• Lokalisierung des VRU über ADAS Sensoren (auch von anderen Fahrzeugen)
• Relative Lokalisierung des VRUs aus dem Ego-Fahrzeug

Die Idee der Eigenlokalisierung basiert auf der Ortung mittels GNSS Daten um die eigene absolute Position zu bestimmen. Diese Position kann dann entweder direkt per Ad-hoc Kommunikation dem entsprechenden Fahrzeug übermittelt werden oder die Positionsdaten werden in ein Backend-System in eine entsprechende Cloud geladen und von dort aus dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt. Problematisch bei der Positionsbestimmung über GNSS-Daten ist jedoch die Ungenauigkeit von bis zu 20m, die für die Anwendung zum Schutz von schwächeren Verkehrsteilnehmern nicht ausreichend ist. Hinzu kommen noch höhere Latenzzeiten zum einen bei der Aktualisierung der Positionsdaten und zum anderen bei der Übermittlung der Positionsdaten an das entsprechende Fahrzeug.
Die Lokalisierung über die Infrastruktur im urbanen Stadtgebiet stellt eine weitere Möglichkeit dar. Verkehrsanlagen im Bereich von Straßenüberquerungen sind zum Beispiel mit Kameratechnik ausgestattet und können somit andere Verkehrsteilnehmer lokalisieren und diese Information wiederum über ein Ad-hoc Netzwerk mit relevanten Fahrzeugen teilen. Für dieses Szenario ist eine großflächige Ausstattung der Infrastruktur (Verkehrsanlagen) notwendig. In absehbarer Zeit ist mit einer flächendeckenden Umrüstung der Verkehrsanlagen jedoch nicht zu rechnen, weshalb diese Variante ihre Wirksamkeit voraussichtlich nicht ausreichend schnell entfalten wird.
Ein ähnlicher Ansatz ist das Verkehrsgeschehen nicht über die Infrastruktur aufzunehmen, sondern direkt mit Fahrzeugen und deren ADAS Sensoren. Sicherheitskritische Informationen, solange Sie im Sichtbereich der ADAS Sensoren sind, könnten so zum Beispiel an andere Fahrzeuge im V2X-Kontext übermittelt werden. Nachteilig an diesem Szenario ist, dass wieder nur Informationen über sichtbare Verkehrsteilnehmer – aber zumindest aus verschiedenen lokalen Positionen heraus – mit anderen Fahrzeugen geteilt werden können.
Die relative Lokalisierung von schwächeren Verkehrsteilnehmern setzt sich aus folgenden wesentlichen Komponenten zusammen: Die relevanten Verkehrsteilnehmer besitzen einen Transponder, auch aktiver TAG genannt. Im einfachsten Fall ist ein weiterer Transponder in jedem Fahrzeug verbaut. Durch Ausnutzen einer geeigneten Funktechnologie kann dann über ein entsprechendes Lokalisierungsverfahren der schwächere Verkehrsteilnehmer ausreichend präzise detektiert werden. Über die gleiche Funktechnologie oder ein weiteres Ad-hoc Netzwerk können weitere Informationen zum Verkehrsteilnehmer wie Klassifikation, Bewegungsintension, Geschwindigkeit uvm. anonym übertragen werden. Anhand dieser Informationen können dann intelligente Fahrerassistenzfunktionen mit möglichen Warnkaskaden entwickelt werden. Ein solches System wird auch kooperatives VRU Schutzsystem genannt.
Es wird als wichtig erachtet, dass ein relativ lokalisierendes Sicherheitssystems bestimmte Anforderungen erfüllen sollte. Für die Übertragung von Positions- und Kontextinformationen vom VRU zum Fahrzeug beispielsweise wird ein hohes Maß an Datensicherheit benötigt. Es muss sichergestellt werden, dass keine fehlerhaften Daten in das System eingespeist werden, aber auch, dass Daten nicht von Dritten abgegriffen werden können. Dies ist auch wichtig in Hinblick auf die Privatsphäre des VRUs, da dieser nur so viel von sich preisgeben müssen soll, wie es für die Aktion der Lokalisierung unbedingt von Nöten ist. Anforderungen an die Lokalisierung sind beispielsweise auch Verlässlichkeit und Genauigkeit mit der die Position ermittelt wird, aber ebenfalls die Verfügbarkeit einer Positionsinformation, welche sich unter Anderem aus Reichweite und Timing zusammensetzt. So gehen aus Forschungsergebnissen eine angestrebte Reichweite von maximal etwa 100m hervor um sowohl Fußgänger als auch Fahrradfahrer ausreichend schützen zu können, während die Latenzzeit in zeitkritischen Situationen unter 100ms liegen sollte. Um die Verlässlichkeit zusätzlich zu stützen sollte auf Fahrzeug- wie auch auf VRU-Seite ein Failsafe-Mechanismus implementiert werden, welcher Ausfälle und Fehlinformationen des Systems erkennt und diese an den jeweiligen Nutzer kommuniziert. Weiterhin sollte die Kommunikation mit all diesen Anforderungen nicht auf einen VRU beschränkt, sondern Multi-User tauglich sein. Das heißt das System soll mit einer Gruppe von VRUs kommunizieren können und aus dieser Gruppe den einen kritischen erkennen, für welchen eine Warnung im Fahrzeug (oder ggf. auf VRU-Seite) notwendig ist. Um die Interoperabilität und Verbreitung eines solchen Systems zu erzielen, ist es weiterhin zweckmäßig, eine Standardisierung dieser Schnittstelle zu ermöglichen.
Verschiedene kooperative Technologien bieten die Möglichkeit eine relative Lokalisierung durchzuführen, jedoch sind manche Standards durch ihre Definition eingeschränkt in der erzielbaren Genauigkeit oder Verfügbarkeit. Ein wesentliches Kriterium bei der Auswahl der passenden Technologie ist oft Zeit, wie Latenzzeit, Verbindungszeit oder erreichbare Zeitauflösung. Um den hoch komplexen Vorgängen im städtischen Straßenverkehr Rechnung zu tragen, müssen Information in Bruchteilen einer Sekunde übertragen und die Situation erkannt werden, damit im Gefahrenfall eine Aktion im Fahrzeug eingeleitet und der VRU geschützt werden kann. Bluetooth Low Energy beispielsweise hat im Gegensatz zu klassischem Bluetooth eine deutlich verringerte Latzenzzeit und Verbindungszeit. Zusammen mit einem verringerten Energieverbrauch bietet die Technologie viel was für die relative Lokalisierung erwartet wird. Gerade aber für zeitbasierte Lokalisierungsverfahren wie Roundtrip Time of Flight (RToF) oder Time Difference of Arrival (TDoA) ist die geringe Bandbreite von Bluetooth ein Ausschlusskriterium. Mit nur 2 MHz pro Kanal ist keine genaue Aufnahme des Zeitstempels möglich und somit auch keine genaue relative Ortung mit den oben genannten Verfahren.
Eine größere Bandbreite ermöglicht zum Beispiel der WLAN Standard IEEE 802.11ac. Die 20 MHz breiten Kanäle des Standards können bis zu 160 MHz kombiniert werden und bieten damit eine Basis, um deutlich genauere Zeitstempel aufzunehmen, als es mit Bluetooth Low Energy möglich wäre. Der große Nachteil, der bei diesem Standard zum Tragen kommt ist die Verbindungszeit. In städtischer Umgebung müssen hunderte Verbindungen mit VRUs in kürzester Zeit aufgebaut und abgebaut werden um mit allen nötigen VRUs in Kontakt treten zu können. Wie viele andere WLAN Standards aber auch, vertraut 802.11ac auf einen Association und Authentification Prozess, welcher den Datenaustausch von mehreren Paketen benötigt. Sollten Pakete bei diesem Prozess verloren gehen, muss dieser erneut gestartet werden, was die Verbindungszeit nicht deterministisch und den Standard unbrauchbar für Lokalisierungsapplikationen macht.
Dieses Problem wurde bei IEEE 802.11p gelöst, indem der Zwang eines Verbindungsaufbaus in diesem Standard aufgehoben wurde. Viel mehr befinden sich die Geräte in einer Art Broadcasting-Modus und können ohne bei der Verbindung Zeit zu verlieren die Position des VRUs ermitteln. Die in der EU auf 30 MHz für Straßensicherheitsapplikationen begrenzte Bandbreite schränkt zwar stark die mögliche Auflösungsgenauigkeit ein, dennoch ist im Gegensatz zu den anderen Standards diese Bandbreite dediziert für die V2X-Kommunikation gesichert und wird nicht von anderen Applikationen genutzt. Dadurch ist eine Störung der Kommunikation unwahrscheinlicher. Kurz- oder mittelfristig werden weitere WLAN Standards veröffentlicht werden, welche auch interessante Eigenschaften für eine relative Lokalisierung aufweisen. So operiert der Anfang 2016 vorgestellte HaLow Standard im 900 MHz Band, was – verglichen mit anderen Standards die im 2,4 GHz (BLE) oder 5–6 GHz (11ac, 11p) Spektrum operieren – besonders interessante physikalische Eigenschaften hinsichtlich der Beugung um Straßenecken und Fahrzeuge, sowie eine geringere Dämpfung durch Materie impliziert. Dadurch können Entfernungen von bis zu 1000m erreicht werden, während andere Standards nur max. 400m (11p) abdecken. Abzuwarten bleibt, ob der Association und Authentification Prozess übernommen wird, was die gleichen Nachteile hervorrufen würde wie bei 802.11ac. Ebenfalls Anfang 2016 wurde die Standardisierung am 802.11az Standard gestartet, welcher als „Next Generation Positioning“ angesehen wird, mit verbesserter absoluter und relativer Lokalisierung und besserer Zeitmessung.
In der zum maßgeblichen Zeitrang der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichten EP16465522.7 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer mobilen Funkstelle, insbesondere eines VRU, durch ein Fahrzeug beschrieben, bei welchem Funkmessungen zwischen mehreren Funkstationen und der mobilen Funkstelle durchgeführt werden, wobei eine der Funkstationen das Fahrzeug ist. Bei den jeweiligen Funkmessungen wird ein jeweiliger Abstand zwischen der jeweiligen Funkstation und der mobilen Funkstelle bestimmt und anschließend tauschen die Funkstationen untereinander Daten die Position der mobilen Funkstelle und die eigenen Positionen betreffend aus, anhand derer die Position der mobilen Funkstelle bezogen auf das Fahrzeug bestimmt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es einen verbesserten Schutz für Verkehrsteilnehmer, insbesondere sogenannte verletzliche Verkehrsteilnehmer (VRU), bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Funkeinrichtung gemäß Anspruch 13 sowie ein funkbasiertes Lokalisierungssystem gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von gefährdeten Straßenverkehrsteilnehmern (VRU), das folgende Schritte aufweist:

– Durchführen zumindest einer Funkmessung mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) zwischen einer Funkstation eines Fahrzeugs und einer mobilen Funkstelle eines Verkehrsteilnehmers, und
– Berechnen der Position der mobilen Funkstelle mittels wenigstens einer Recheneinheit des Fahrzeugs basierend auf den Funkmessungen
– Heranziehen der berechneten Position der mobilen Funkstelle für die Errechnung von Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das ein Fahrzeug die Position einer mobilen Funkstelle eines Verkehrsteilnehmers bestimmt und anhand der Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung für weitere Fahraktionen berücksichtigt, wodurch die Sicherheit von Verkehrsteilnehmern – auch der Insassen des das Verfahren ausführenden Fahrzeugs – erheblich verbessert werden kann. Zweckmäßigerweise können die Ergebnisse der Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung für die Bestimmung des Einsatzes von Sicherheitsfunktionen (Warnkaskaden, Bremsen, Lenken...) herangezogen werden. Beispielsweise kann im Rahmen der Errechnung der Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung bestimmt werden, ob eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und der mobilen Funkstelle besteht. Die Gefährdung ist dabei zweckmäßigerweise für den die Funkstelle mit sich führenden Verkehrsteilnehmer sowie das Fahrzeug bzw. dessen Insassen und ggf. sogar für weitere Verkehrsteilnehmer zu bestimmen.
Es sei verstanden, dass unter einer Funkstelle typischerweise eine Einheit verstanden wird, welche ein Verkehrsteilnehmer, insbesondere ein verletzlicher Verkehrsteilnehmer wie beispielsweise ein Fußgänger, ein Radfahrer oder ein Rollstuhlfahrer, mit sich führt. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Mobiltelefon, einen Transponder, einen sog. TAG, ein Notebook, ein Tabletcomputer, einen mobilen Hotspot oder eine andere Einrichtung mit entsprechender Funktionalität handeln. Ein Verkehrsteilnehmer kann im Sinne der Erfindung aber auch ein anderes Fahrzeug, wie bsp. ein Auto, Kraftradfahrer, Lastkraftwagen oder Transporter sein.
Unter einer Funkstation sei demgegenüber eine dem Fahrzeug zugeordnete Station verstanden, welche nicht der mobilen Funkstelle selbst zugeordnet ist, jedoch an der Ermittlung der Position der mobilen Funkstelle durch entsprechende Funkmessungen beteiligt ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass begünstigt durch die fortschreitende Integration in der Halbleiter-Technologie, die eine kostengünstige Umsetzung möglich macht, die Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) in der einem außerordentlichen Kostendruck unterliegenden Fahrzeugindustrie für die drahtlose Nahbereichskommunikation zunehmend attraktiv ist. Die UWB Technologie basiert auf dem Standard IEEE 802.15.4. Dabei werden impulsförmige Funksignale mit sehr hohen Bandbreiten ≥ 500MHz aber geringen Sendeleistungen übertragen. Die derzeitige Regulierung schreibt einen Grenzwert für die spektrale Leistungsdichte von –41,3 dBm/MHz bei einer maximalen Spitzenleistung von 0 dBm/50 MHz vor (dies entspricht etwa –15 dBm Kanalleistung, vergleichbar mit der Sendeleistung eines gewöhnlichen Funkschlüssels). Durch diese Eigenschaften soll gewährleistet werden, dass primäre Funkdienste im gleichen Frequenzbereich nicht gestört werden. Durch die hohe Bandbreite bietet die Technologie zum einen das Potenzial einer sehr hohen Ortsauflösung von bis zu ±10cm und zum anderen ist sie dadurch robust gegen Mehrwegausbreitungen wie reflektierte Signale, welche im Vergleich zu schmalbandigen Funktechnologien einfach detektiert und unterschieden werden können, da das UWB Signal, welches aus 2 ns breiten Pulsen aufgebaut ist, nicht vom reflektierten Signal beeinflusst wird. Es wurde erkannt, dass die UWB Technologie eine Lokalisierung auch in stark reflektierenden Umgebungen oder sogar bei verdeckten Objekten, die das Signal des direkten Pfads im Vergleich zum reflektierten Pfad stark dämpfen, ermöglicht und aufgrund dieser Eigenschaften insbesondere für die Lokalisierung von schwächeren Verkehrsteilnehmern zur Verbesserung von deren Verkehrssicherheit sehr gut geeignet ist. Als vorteilhaft kann dabei auch angesehen werden, dass die für die Steigerung der Verkehrssicherheit notwendigen Berechnungen fahrzeugseitig ausgeführt werden können, welche die dafür notwendige Rechenleistung üblicherweise bereitstellen können. Damit werden unauffällige, kosteneffiziente und den Platzbedarf betreffend kleine mobile Funkstellen ermöglicht. Dadurch wird eine schnelle Verbreitung wahrscheinlicher. Bevorzugt wird dem entsprechend auf Seiten des Fahrzeugs eine Priorisierung mehrerer verschiedener Verkehrsteilnehmer anhand deren mitgeführter mobiler Funkstellen organisiert, z.B. auf Basis der Klassifikation, des Abstandes, der Bewegungstrajektorie etc.
Aufgrund der Abstrahl-Grenzwerte und daher vergleichsweise niedrigen Sendeleistung, liegt die Reichweite für die UWB-Signalübertragung typischerweise unter 100 Metern und insbesondere Objekt-Verdeckungen führen zu weiter verringerten Reichweiten, da die Pegelreserven für die auftretenden Dämpfungs- und Beugungseffekte gegebenenfalls nicht ausreichen (z.B. bewirkt der menschliche Körper in der Signalstrecke eine Signal-Abschwächung von typisch 20–30 dB in dem von UWB anwendbaren Frequenzbereich von 3,2 GHz bis 10,2 GHz; sind keine reflektierenden Gegenstände vorhanden, kann es bereits bei Abständen unter 10 Metern zu einem Signalausfall kommen). Es wurde jedoch erkannt, dass besonders im Straßenverkehr übliche dynamische Änderungen einem dauerhaften Signalausfall entgegenwirken und trotzdem im Bereich von bis zumindest etwa 30 Metern von einer ausreichenden bis guten Verfügbarkeit ausgegangen werden kann.
Entsprechend einer Weiterbildung weist das Fahrzeug eine Mehrzahl an Funkstationen auf mittels denen Funkmessungen zur Bestimmung der Position der mobilen Funkstelle vorgenommen werden. Vorzugsweise sind im oder am Fahrzeug zwei bis fünf Funkstationen vorgesehen.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine für die Funkmessung herangezogene Funkstation des Fahrzeugs auch für eine Erkennung und/oder Lokalisierung eines Funkschlüssels eines Zugangssystems des Fahrzeugs vorgesehen. Es ergibt sich somit in vorteilhafter Weise ein hohes Synergie-Potential für die Anwendungsfälle „Keyless Entry“ und Lokalisierung von Verkehrsteilnehmern, da eine gemeinsame UWB-Sende- und Empfangsinfrastruktur genutzt werden könnte, was den wahrscheinlichen Einsatz der Erfindung erhöht. In vorteilhafter Weise kann somit ein grundlegend bereits existierendes Sende- und Empfangssystemen herangezogen werden und es kann die Implementierung eines weiteren Systems vermieden werden, was eine schnelle Verbreitung ermöglicht (ggf. ist sogar eine Softwareaktualisierung von Fahrzeugen mit entsprechenden Fahrzeugzugangssystemen ausreichend). Alternativ ist vorgesehen ein von dem Vorhandensein eines Zugangssystems des Fahrzeugs unabhängiges System vorzusehen.
Ein Fahrzeugzugangssystem zur Lokalisierung des Funkschlüssels mittels einer Laufzeitmessung ist beispielsweise in der zum maßgeblichen Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung nicht veröffentlichten 10 2015 216 331.8 beschrieben. Eine mögliche Verwendung eines Fahrzeugzugangssystems zur Verbesserung der Verkehrssicherheit im Sinne der vorliegenden Erfindung wurde dabei jedoch nicht erkannt. Die Laufzeitmessung übertragener Signale – wie sie beispielsweise mit UWB realisierbar ist – wird dabei insbesondere zum Schutz vor sogenannten Relais-Angriffen verwendet. Die Nähe des Funkschlüssels zum Fahrzeug kann damit zuverlässig und nicht verfälschbar ermittelt und diese Art der Sicherheitslücke somit geschlossen werden. Um eine hohe Zuverlässigkeit der Zugangs-Funktion unter allen Bedingungen (Umgebung, Körperabschattungseffekte usw.) zu ermöglichen, werden voraussichtlich mehrere UWB-Einheiten im Fahrzeug vorgesehen sein. Aktuell wird von zwei bis fünf dieser Einheiten an einem Fahrzeug ausgegangen. Mittels eines solchen Systems könnte eine Ortung hinsichtlich Innenraum/Außenraum-Unterscheidung sowie Zonen-Detektion um das Fahrzeug mittels UWB-Technologie ermöglicht werden. Dieser Ansatz ist auch vor dem Hintergrund einer erwarteten Integration der UWB-Technologie in Smartphones vorteilhaft. Auch bereitet eine Vielzahl der Fahrzeughersteller bereits die Integration der UWB-Technologie für die kommende Generation von Zugangssystemen vor. Einer potentiellen Interoperabilität zwischen Fahrzeug und Smartphone kommt eine besonders hohe Bedeutung zu, da ein Smartphone dann gleichzeitig als VRU-Identifikator (mobile Funkstelle) Verwendung finden könnte. Durch die vorliegende Erfindung könnte somit in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Verkehrssicherheit, insbesondere für VRU, innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit ermöglicht werden.
Bevorzugt wird erfolgt die Funkmessung bei einer Frequenz von etwa 4GHz mit einer Bandbreite von etwa 500 MHz, womit eine ausreichende Genauigkeit und Reichweite bereits festgestellt werden konnte.
Gemäß einer Ausführung wird bei zumindest einer Funkmessung ein Abstand zwischen der jeweiligen Funkstation und der mobilen Funkstelle gemessen, wobei dies insbesondere mittels Laufzeitmessung und/oder Signalstärkenmessung erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführung wird bei zumindest einer Funkmessung ein Winkel zwischen der Funkstation und der mobilen Funkstelle gemessen.
Gemäß der Erfindung ist zur ortsgenauen Fernlokalisierung eines Verkehrsteilnehmers eine Abstandsmessung in Verbindung mit einer Winkelmessung vorgesehen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Mehrzahl an Funkmessungen mittels einer Mehrzahl an Funkstationen des Fahrzeugs vorgenommen, wobei die Position der mobilen Funkstelle basierend auf zumindest einem Winkel zwischen zumindest einer jeweiligen Funkstation und der mobilen Funkstelle und zumindest eines Abstands zwischen zumindest einer jeweiligen Funkstation und der mobilen Funkstelle gemessen wird. Die Abstandsmessung kann somit in beliebiger Weise mit Winkelmessungen kombiniert werden. Auch eine Überbestimmung ist jedoch grundsätzlich möglich, so dass vorherige Ergebnisse plausibilisiert werden können oder die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit verbessert werden können. Aus den jeweiligen Ergebnissen der Abstandsmessung und der Winkelmessung wird bevorzugt zumindest ein Schnittpunkt bzw. eine Schnittfläche bestimmt, welche als berechnete Position des Verkehrsteilnehmers angenommen und herangezogen wird. Auch kann lediglich eine Abstandsmessung oder einer Winkelmessung vorgesehen sein. Vorzugsweise erfolgt die Winkelmessung mittels zumindest einer Zeitdifferenz-Messung (TDOA – Time Difference of Arrival). Weiterhin vorzugsweise erfolgt die Abstandsmessung mittels zumindest einer Laufzeitmessung (RToF – Round Trip Time of Flight). In vorteilhafter Weise kann durch die Verbindung der Abstandsmessung mit einer Winkelmessung einerseits die Genauigkeit und andererseits die Verfügbarkeit von ermittelten Positionsinformationen verbessert werden, da Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren ausgeglichen und die ermittelten Werte gegeneinander plausibilisiert werden können. Außerdem werden somit keine aufwendigen Synchronisationen oder Berechnungsverfahren benötigt, welche insbesondere bei zeitkritischen Verkehrssituationen hinderlich wären. Zur Abstandsmessung kann beispielsweise nur eine Funktechnologie verwendet werden. Es sei jedoch verstanden, dass auch Winkel gemessen werden können oder mehrere Funktechnologien zur Abstandsmessung verwendet werden können.
Zweckmäßigerweise erfolgt zur Trajektorienverfolgung der mobilen Funkstelle, mittels UWB eine Mehrzahl an Messungen. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Bewegungsprädiktion mit höherer Genauigkeit erzielen, was auch durch die Verwendung von digitalen Filtern, wie Kalman-Filter etc., weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer Ausführung werden zumindest drei Funkmessungen durchgeführt. Dies entspricht dem Vorgehen bei einer Trilateration, wobei für diesen Fall auch auf Winkelmessungen verzichtet werden kann. Dabei können insbesondere bei den Funkmessungen ausschließlich jeweilige Abstände zwischen der jeweiligen Funkstation und der mobilen Funkstelle gemessen werden. Dies kann insbesondere mittels Laufzeitmessung und/oder mittels Signalstärkemessung durchgeführt werden. Da auf die Ermittlung von Winkeln dabei verzichtet werden kann, kann auf eine Verbauung entsprechender notwendiger Antennen bzw. Sensorik, welche Winkel messen können, verzichtet werden. Dies kann Sensoren einsparen.
Bevorzugt bestimmen das Fahrzeug bzw. die Funkstation und die mobile Funkstelle jeweils die eigene Position. Dies kann insbesondere mittels Satellitennavigation oder auch mittels terrestrischen Funknetzen erfolgen. Die solchermaßen ermittelte Position kann vorteilhaft zur Ergänzung oder Verbesserung der Ergebnisse der Funkmessung herangezogen werden, insbesondere, wenn die mobile Funkstelle und die Funkstation die jeweiligen Positionen mitteilen.
Entsprechend einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt zusätzlich eine Erkennung der mobilen Funkstelle mittels einer weiteren Funknetzwerktechnologie, insbesondere gemäß einem Wireless LAN Standard (WLAN, Wi-Fi, IEEE 802.11) bzw. Fahrzeug-zu-X Kommunikation, mittels eines Mobilfunknetzes, mittels UHF, mittels BLE und/oder mittels anderer Funkkommunikationstechniken. Vorzugsweise erfolgt in einem ersten Schritt eine Erkennung und/oder Lokalisierung der mobilen Funkstelle mittels der weiteren Funknetzwerktechnologie und in einem weiteren, dem ersten nachfolgenden Schritt, eine Lokalisierung und/oder Erkennung der mobilen Funkstelle mittels UWB vorgenommen wird. Unter Erkennung ist in diesem Sinne insbesondere die Aufnahme einer drahtlosen Kommunikation der mobilen Funkstelle mit dem Fahrzeug und/oder eine anders geartete Wahrnehmung des Verkehrsteilnehmers bzw. der mobilen Funkstelle mittels der Funknetzwerktechnologie, beispielsweise durch Mitteilung über einen weiteren Verkehrsteilnehmer/Infrastruktureinrichtung, zu verstehen. Vorzugsweise weist die weitere Funknetzwerktechnologie eine höhere Reichweite zum Verbindungsaufbau im Vergleich zu UWB auf. Mittels der weiteren Funknetzwerktechnologie können insbesondere positionsspezifische Daten ausgetauscht bzw. von der mobilen Funkstelle (Verkehrsteilnehmer) an das Fahrzeug gesendet werden.
Aufgrund der im Vergleich zu den für die Fahrzeug-zu-X Kommunikation vorgesehenen geringeren Abstrahl-Grenzwerten und somit Sendeleistungen betragen üblich erreichte Reichweiten, die mittels UWB in urbanem Gebiet erzielt werden, etwa 20–50m, wobei von einem Höchstwert von ca. 100m ausgegangen wird. Durch die erfindungsgemäße Kombination von UWB und der weiteren Funknetzwerktechnologie werden Verkehrsteilnehmer bereits erkannt, bevor das UWB-Ranging möglich ist. Dies stellt beispielsweise einen erheblichen Zeitvorteil dar. Da jedoch die Eigenlokalisierung insbesondere von VRU häufig nicht ausreichend genau ist, kann mittels UWB eine verbesserte Lokalisierungsgenauigkeit erzielt werden.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die weitere Funknetzwerktechnologie zur Erkennung der mobilen Funkstelle auch für eine Erkennung und/oder Lokalisierung eines Funkschlüssels eines Zugangssystems des Fahrzeugs vorgesehen.
Bevorzugt erfolgt eine Aufrechterhaltung der Kommunikation des Fahrzeugs mit der mobilen Funkstelle auch dann, wenn die Lokalisierung mittels UWB nicht mehr möglich oder nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit möglich ist. In vorteilhafter Weise kann damit die Trajektorienverfolgung von Verkehrsteilnehmern auch bei Abschattungen oder temporärem Verlassen des UWB Reichweitenbereichs erfolgen, woraus sich unter anderem Bewegungsprädiktionen in ihrer Aussagekraft verbessern lassen. Für die Bewegungsverfolgung lediglich mittels der Funkkommunikationstechnologie, insbesondere Vehicle-Ad-hoc Netzwerken bzw. Car2X, sind unterschiedlichste Möglichkeiten bekannt, weshalb auf weitere Ausführungen diesbezüglich verzichtet werden soll.
Gemäß einer Weiterbildung werden von dem Fahrzeug zusätzlich Messungen mittels jeweiliger Umfeldsensoren, insbesondere Kamera und/oder Radar und/oder Laser, durchgeführt. Die Messungen der Umfeldsensoren können beim Berechnen der Position verwendet werden. Damit kann eine zusätzliche Plausibilisierung oder eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Erkennung erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf:

– Bestimmen, ob eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und der mobilen Funkstelle besteht, und
– ansprechend auf eine erkannte Kollisionsgefahr Ausgeben einer Warnung und/oder Durchführen eines Kollisionsvermeidungsmanövers durch das Fahrzeug.

Damit kann in besonders bevorzugter Weise automatisch auf eine erkannte Kollisionsgefahr reagiert und eine Kollision vorteilhaft verhindert werden. Bei einem Kollisionsvermeidungsmanöver kann es sich beispielsweise um ein Bremsen oder um ein Ausweichen des Fahrzeugs handeln. Dies kann beispielsweise autonom bzw. automatisiert durchgeführt werden. Es kann jedoch auch eine entsprechende Warnung an den Fahrer ausgegeben werden, welche diesen zum Ausweichen oder Bremsen auffordert oder in anderer Weise auf die Kollisionsgefahr bzw. auf die mobile Funkstelle oder den zugeordneten verletzlichen Verkehrsteilnehmer hinweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Funkeinrichtung eines Fahrzeugs, umfassend zumindest einen UWB-Transceiver zum Senden und Empfangen von UWB-Signalen und zumindest eine Recheneinheit, wobei die Funkeinrichtung für ein Verfahren gemäß wenigstens einem der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit zumindest einer mobilen Funkstelle ausgestaltet ist. Die Funkeinrichtung ist vorzugsweise außerdem ausgestaltet für die Verwendung wenigstens einer weiteren Funknetzwerktechnologie, insbesondere Fahrzeug-zu-X Kommunikation.
Bevorzugt ist die Funkeinrichtung zudem zur Ausführung eines Verfahrens zur Erkennung und/oder Lokalisierung eines Funkschlüssels eines Zugangssystems eines Fahrzeugs ausgestaltet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung der erfindungsgemäßen Funkeinrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Fahrzeug.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Mehrzahl an Funkstationen zum Durchführen von Funkmessungen mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf.
Die Recheneinheit des Fahrzeugs ist bevorzugt zur Berechnung von Algorithmen zur Ortung des oder der Verkehrsteilnehmer und Errechnung von Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung sowie der Auslösung von Sicherheitsfunktionen (Warnkaskaden, Bremsen, Lenken...) ausgestaltet.
Weiterhin durch die Erfindung umfasst, ist ein funkbasiertes Lokalisierungssystem zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von verletzlichen Straßenverkehrsteilnehmern (VRU) umfassend zumindest eine Funkeinrichtung gemäß Anspruch 12 und eine mobile Funkstelle, wobei die mobile Funkstelle zumindest eine UWB-Sende- und/oder Empfangseinheit umfasst.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere auch verdeckte, von derzeitigen Umfeldsensor-basierten Schutzsystemen nicht erkennbare verletzliche Verkehrsteilnehmer erkannt werden.
Das beschriebene Verfahren ist in ähnlicher bzw. gleicher Weise auch für eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Lokalisierung verwendbar. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die bereits erwähnte Funkstelle bzw. mobile Funkstelle nicht einem typischen verletzlichen Verkehrsteilnehmer wie beispielsweise einem Fußgänger, sondern einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist.
Es sei des Weiteren verstanden, dass als Funksignale auch die von einem Mobiltelefon normalerweise zur Kommunikation mit Basisstationen eines Mobilfunknetzes verwendeten Funksignale verwendet werden können. Dies kann die Installation zusätzlicher Anwendungen bzw. das Aussenden zusätzlicher Funksignale vermeiden helfen.
Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren. Ausgestaltungen der Erfindung können eine effiziente Kontaktierung ermöglichen.
In schematischer Darstellung zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer RToF Messung gemäß der Erfindung,
2 ein Ausführungsbeispiel einer TDOA Messung gemäß der Erfindung,
3 ein Ausführungsbeispiel einer Kombinierten RToF und TDOA Messung gemäß der Erfindung,
4 ein bevorzugtes Verfahren zur Realisierung eines UWB Kommunikationsprotokolls für TDOA und RToF-Messungen gemäß der Erfindung,
5 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Identifikators 5 eines Verkehrsteilnehmers 2 und fahrzeugseitiger Sende-/Empfangsmodule 4.1 bis 4.4 und
6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einer vorteilhaften Kombination des UWB-Ranging und Radio-Frequency Long-Range (weitreichende Hochfrequenz) Technologien, wie beispielsweise UHF, BLE oder WLAN, V2X-Funktechnologie.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der in den 1, 2 und 3 dargestellten beispielhaften Verkehrssituation veranschaulicht. Ein Fahrzeug 1 bewegt sich dabei in Richtung eines bewegten Verkehrsteilnehmers 2, beispielsweise eines VRU, der durch ein stehendes Fahrzeug 3 vor direktem Sichtkontakt zum bewegten Fahrzeug 1 verdeckt ist. Die jeweiligen zugeordneten Pfeile zeigen die Bewegungsrichtungen an. Das bewegte Fahrzeug 1 weist eine Mehrzahl an Transceivern 4.1 bis 4.4 auf und der VRU 2 trägt einen Identifikator 5, der als Sende- und/oder Empfangseinheit ausgestaltet ist, z.B. ein Smartphone, Activity Tracker, Armbanduhr, Transponder, TAG etc, mit sich. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform werden die Transceiver 4.1 bis 4.4 zudem als Empfangseinheiten eines Fahrzeugzugangssystems herangezogen. Bevorzugt wird zur Lokalisierung die Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) verwendet.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Verfahren zur ortsgenauen Fernlokalisierung eines Verkehrsteilnehmers 2, beispielsweise des VRU 2, beschrieben. Erfindungsgemäß ist eine Kombination einer Abstandsmessung und einer Winkelmessung vorgesehen, um einen Schnittpunkt, an welchem entsprechend die Position des VRU 2 angenommen wird, zu erhalten. Die Abstandsmessung erfolgt beispielsgemäß durch eine Laufzeitmessung (RToF – Round Trip Time of Flight) zwischen dem Transceiver 5 des VRUs 2 und zumindest einem der Transceiver 4.1 bis 4.4 des Fahrzeugs 1. Durch die Verfügbarkeit mehrerer Transceiver 4.1 bis 4.4, die mit Abstand zueinander im oder am Fahrzeug angeordnet sind, kann zu jedem einzelnen dieser Transceiver 4.1 bis 4.4 eine Laufzeitmessung und somit eine Abstandsmessung durchgeführt werden. Resultat ist, wie in 1 gezeigt, eine der Anzahl der vorgenommenen Messungen entsprechende Anzahl an projizierten Flächen 6, die Messunsicherheiten berücksichtigenden Aufenthaltswahrscheinlichkeiten repräsentieren. In 1 sind diese beispielsgemäß als Kreisringausschnitte gezeigt. Die Flächen überlappen einander und bilden eine gemeinsame Schnittfläche 7, welche als Bereich größter Aufenthaltswahrscheinlichkeit des VRU 2 der Abstandsmessung angesehen werden kann.
Zusätzlich zur Abstandsmessung erfolgt eine Winkelmessung, welche beispielsgemäß durch eine Zeitdifferenz-Messung (TDOA – Time Difference of Arrival) realisiert ist. Dabei wird ein Signal von Transceiver 5 von zwei der Transceiver 4.1 bis 4.4 des Fahrzeugs 1 empfangen. Anders als bei der Laufzeitmessung, bei der die absolute Zeit gemessen wird, wird bei der Winkelmessung bevorzugt die Zeitdifferenz zwischen der Ankunft des Signals an einem ersten Transceiver, bsp. 4.1, und der Ankunft an einem zweiten Transceiver, bsp. 4.2, aufgenommen. Daraus ergibt sich projiziert eine hyperbelförmige Fläche 8 gleicher Zeitdifferenz zwischen der ersten und zweiten Empfangseinheit, welche den potentiellen Aufenthaltsbereich des VRU 2 unter Berücksichtigung der Messunsicherheiten repräsentiert. Um diese Zeitdifferenz zu ermitteln, werden die Empfangseinheiten des Fahrzeugs 1 zweckmäßigerweise zeitsynchronisiert. Durch weitere Messungen der Zeitdifferenz mittels der Transceiver 4.1 bis 4.4 des Fahrzeugs 1 nach vorstehender Vorgehensweise ergeben sich weitere hyperbelförmige Flächen 8. Die hyperbelförmigen Flächen 8 überlappen einander und bilden eine gemeinsame Schnittfläche 9, welche als Bereich größter Aufenthaltswahrscheinlichkeit des VRU 2 aus der Winkelmessung angesehen werden kann. Eine wie in 3 gezeigte Überlagerung der Schnittflächen der Abstandsmessung 7 und der Winkelmessung 9 ergibt eine weiter eingegrenzte Schnittfläche als Repräsentation des Bereichs größter Aufenthaltswahrscheinlichkeit des VRU. In dieser Weise kann die Fernlokalisierung eines Verkehrsteilnehmers 2 erheblich verbessert werden, wobei Messunsicherheiten im einstelligen Zentimeterbereich als realistisch angesehen werden. Die Vorgehensweise bzw. Aufeinanderfolge der Abstandsmessung und Winkelmessung kann dabei von der beispielhaft beschriebenen abweichen.
Im Falle der Verwendung von UWB, lassen sich mit einer geeigneten Implementierung des UWB-Protokolls die Abstandsmessung und Winkelmessung vorteilhaft in der Weise verknüpfen, dass während jeder Abstandsmessung bzw. RToF-Messung auch eine Winkelmessung bzw. TDOA-Messung erfolgt. Die RToF- und TDOA-Messwerte können während eines Lokalisierungsvorgangs gegeneinander plausibilisiert werden, wodurch eine verbesserte Leistungsfähigkeit der Lokalisierung erzielt werden kann, als es bei vorliegen separater Messsysteme (die z.B. an verschiedenen Orten im Fahrzeug verbaut sind) der Fall wäre. Beispielsweise ist bei Verkehrssituationen mit Verdeckung, wie beispielsweise auch in den 1 bis 3 gezeigt, damit zu rechnen, dass zumindest kurzzeitig nur reflektierte Signale empfangen werden, was sich negativ auf die TDOA-Messungen auswirken kann und bei dieser nur schwer oder gar nicht erkennbar ist. Die RToF Messung wird bei Verdeckungssituationen ausschließlich Fehler erzeugen, welche einen größeren Abstand vortäuschen, was vergleichsweise einfach erkennbar ist (z.B. wird bei einer Abfolge von Distanz-Messungen kürzeren Werten eine höhere Güte zugeteilt). Je nach Situation bzw. Messgenauigkeit können den entsprechenden TDOA-Messergebnissen bzw. den RToF Messergebnissen dann ent sprechend mehr oder weniger Gewichtung bei der Lokalisierung eingeräumt werden.
Die 4 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Realisierung der TDOA-Messungen. In der zum maßgeblichen Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung nicht veröffentlichten 10 2015 216 331.8 Anmeldung ist ebenfalls ein für diese Zwecke modifizierbares Verfahren beschrieben. In einem ersten Schritt des Ranging Zyklus sendet der Transceiver 5 des Verkehrsteilnehmers 2 eine Nachricht M1 aus. Diese wird durch die Empfangseinheiten der Transceiver 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 von Fahrzeug 1 empfangen, wobei jeder der Transceiver einen Empfangszeitstempel RX von M1 erzeugt (TDOA1: M1.1, M1.2, M1.3, M1.4). Anschließend wird mittels Sendeeinheiten der Transceiver 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 jeweils eine Nachricht M2.1, M2.2, M2.3, M2.4 ausgesendet. Diese werden durch Empfangseinheiten des Transceivers 5 empfangen, welche jeweils einen Empfangszeitstempel RX zuordnen und diese Empfangszeitstempel der Nachrichten M2.1, M2.2, M2.3, M2.4 sowie die Sendezeitstempel der Nachrichten M1 und M3 in einer wiederum ausgesandten Nachricht M3 einbetten, welche durch die jeweiligen Empfangseinheiten der Transceiver 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 empfangen und jeweils mit Empfangszeitstempeln RX versehen wird (TDOA2: M3.1, M3.2, M3.3, M3.4). Aus den solchermaßen erhaltenen Werten erfolgt für jeden Transceiver 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 eine Laufzeitmessung TOF1, TOF2, TOF3, TOF4 und mittels Trilateration kann eine Lokalisierung des Verkehrsteilnehmers 2 bezogen auf das Fahrzeug 1 erfolgen.
Die 5 zeigt in Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Identifikators 5 eines Verkehrsteilnehmers 2, insbesondere eines VRU, und fahrzeugseitiger Sende-/Empfangsmodule 4.1 bis 4.4. Der Identifikator 5 des Verkehrsteilnehmers 2 weist zumindest einen UWB-Transceiver 5.1 und zumindest einen RF-LR(Radio Frequency-Long Range)-Transceiver 5.2 auf, beispielsweise für:

– UHF: z.B. 433 MHz oder 868 MHz ISM-Band; bis ca. 1000m Reichweite
– BLE: Bluetooth Low Energy; bis ca. 100m Reichweite; optimiert für energieeffiziente Signal-Suche und Verbindungsaufbau
– WLAN: Wireless LAN; bis zu mehreren 100m Reichweite.

Zumindest ein fahrzeugseitiges Sende-/Empfangsmodul weist ebenfalls zumindest einen UWB-Transceiver 4.1-1 und zumindest einen RF-LR(Radio Frequency-Long Range)-Transceiver 4.1-2 auf. Beispielsweise können die Transceiver 4.1 (4.1-1, 4.1-2) bis 4.4 auch als Sende- und/oder Empfangseinheiten eines Fahrzeugzugangssystems vorgesehen sein. Mittels der Pfeile sind die möglichen drahtlosen Kommunikationsbeziehungen zueinander veranschaulicht. Bevorzugt sind der Identifikator 5 und die fahrzeugseitigen Sende-/Empfangsmodule zur Ausführung des anhand der 6 beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
In 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wodurch eine vorteilhafte Interaktion des UWB-Ranging und der V2X-Kommunikation bzw. Radio-Frequency Long-Range Technologien (RF-LR) ermöglicht wird. Vorzugsweise kann dabei eine in Bezug stehende Paarung – Identifikator 5 – fahrzeugseitige Sende-/Empfangsmodule – gemäß des anhand der 5 beschriebenen Ausführungsbeispiels Anwendung finden.
In einem Such-Betriebsmodus 100.1 („Fahrzeug sucht Identifikator“) sendet ein einem Verkehrsteilnehmer 2 zugeordneter V2X-Transceiver 5.2 – bzw. TAG oder Transponder (in 6) – sogenannte Beacons aus, welche ggf. Bewegungsinformationen, Klassifikation (z.B. Fußgänger, Radfahrer etc.) oder andere relevante Daten des Verkehrsteilnehmers 2 umfassen können. Falls ein Fahrzeug 1 wenigstens einen der Beacons empfängt, sich also in Reichweite der drahtlosen Kommunikation befindet, wird mittels zumindest eines fahrzeugseitigen Transceivers 4.1 bis 4.4 eine Nachricht ausgesandt, welche der V2X-Transceiver 5.2 des Identifikators 5 empfängt und die eine Information umfasst, mittels der veranlasst werden soll, dass Identifikator 5 in einen UWB-Ranging Modus 100.2 wechselt. Der UWB-Betriebsmodus wird bezogen auf diesen Identifikator 5 entsprechend auch fahrzeugseitig aktiviert.
In dem UWB-Ranging Modus 100.2 („Ranging Modus“) erfolgt eine insbesondere periodische Lokalisierung des Identifikators 5 mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) und vorzugsweise mittels des anhand der 1 bis 3 beschriebenen Verfahrens oder zumindest des anhand der 1 oder 2 beschriebenen Verfahrens.
Empfängt der Identifikator 5 bzw. der diesem zugeordnete UWB-Transceiver 5.1 keine Antworten auf ausgesendete UWB-Nachrichten von dem betreffenden Fahrzeug 1 mehr, beispielsweise weil eine (temporäre) Abschattung vorliegt, erfolgt ein Wechsel in einen Betriebsmodus 100.3 ("Verbindungs-Verifikation“), in welchem mittels V2X-Transceiver 5.2 Beacons ausgesendet werden. In diesem Betriebsmodus 100.3 wird die Objekt-Beziehung (Paarung der Transponder) erhalten, d.h. die Bewegungs-Historie des Identifikators 5 geht aus Fahrzeugsicht zunächst nicht verloren. Falls mittels V2X-Transceiver 5.2, 4.1-2 eine Kommunikation aufrechterhalten werden kann, diese sich also in Reichweite befinden, erfolgt nach entsprechender Nachricht durch das Fahrzeug 1 der Versuch eine UWB Paarung herzustellen bzw. einen erneuten Wechsel zum UWB-Ranging Modus 100.2 vorzunehmen. Wird wieder erfolgreich eine UWB-basierte Paarung hergestellt, also in den Ranging Modus 100.2 gewechselt, kann bei Bedarf durch entsprechende fahrzeugseitige Algorithmen eine mögliche Positions- bzw. Bewegungslücke des VRU 2 durch eine hypothetisch angenommene Trajektorie geschlossen werden. Insbesondere wird die Bewegungshistorie in Betriebsmodus 100.3 so lang erhalten, wie eine Paarung mittels V2X aufrechterhalten werden kann. Alternativ dazu kann dies lediglich für eine definierte Zeitspanne oder einer definierte Anzahl an Versuchen wieder in den Ranging Modus 100.2 zu wechseln vorgesehen sein. Gilt die Verbindung der Paarung mittels der V2X-Transceiver in Betriebsmodus 100.3 als verloren, erfolgt ein Wechsel in den Such-Betriebsmodus 100.1. Der Kommunikationskanal ist damit wieder für den Aufbau einer neuen Kommunikationspaarung frei.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen und/oder zwischen Fahrzeugen und verletzlichen Verkehrsteilnehmer und/oder zwischen verletzlichen Verkehrsteilnehmern und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 16465522 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

WLAN Standard IEEE 802.11ac [0016]
WLAN Standards aber auch, vertraut 802.11ac [0016]
IEEE 802.11p [0017]
Anfang 2016 vorgestellte HaLow Standard im 900 MHz Band, was – verglichen mit anderen Standards die im 2,4 GHz (BLE) oder 5–6 GHz (11ac, 11p) [0017]
Anfang 2016 wurde die Standardisierung am 802.11az Standard [0017]
Standard IEEE 802.15.4 [0025]
IEEE 802.11 [0037]
Standards IEEE 802.11p [0077]
IEEE 1609.4 [0077]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von verletzlichen Straßenverkehrsteilnehmern (VRU), das folgende Schritte aufweist: – Durchführen zumindest einer Funkmessung mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) zwischen zumindest einer Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) eines Fahrzeugs (1) und einer mobilen Funkstelle (5) eines Verkehrsteilnehmers (2), und – Berechnen der Position der mobilen Funkstelle (5) mittels wenigstens einer Recheneinheit des Fahrzeugs (1) basierend auf der Funkmessung – Heranziehen der berechneten Position der mobilen Funkstelle (5) für die Errechnung von Wahrscheinlichkeiten der Gefährdung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Mehrzahl an Funkstationen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) aufweist mittels denen Funkmessungen zur Bestimmung der Position der mobilen Funkstelle (5) vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine für die Funkmessung herangezogene Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) des Fahrzeugs (1) auch für eine Erkennung und/oder Lokalisierung eines Funkschlüssels eines Zugangssystems des Fahrzeugs (1) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Funkmessung eine Frequenz von etwa 4GHz bei einer Bandbreite von etwa 500 MHz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer Funkmessung ein Abstand zwischen der jeweiligen Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und der mobilen Funkstelle (4) gemessen wird, insbesondere mittels Laufzeitmessung oder Signalstärkenmessung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer Funkmessung ein Winkel zwischen der jeweiligen Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und der mobilen Funkstelle (5) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an Funkmessungen mittels einer Mehrzahl an Funkstationen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) des Fahrzeugs vorgenommen wird, wobei die Position der mobilen Funkstelle (5) basierend auf zumindest einem Winkel zwischen zumindest einer jeweiligen Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und der mobilen Funkstelle (5) und zumindest eines Abstands zwischen zumindest einer jeweiligen Funkstation (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und der mobilen Funkstelle (4) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Erkennung der mobilen Funkstelle mittels einer weiteren Funknetzwerktechnologie, insbesondere gemäß einem Wireless LAN Standard (WLAN, Wi-Fi, IEEE 802.11) bzw. Fahrzeug-zu-X Kommunikation, mittels eines Mobilfunknetzes, mittels UHF, mittels BLE und/oder mittels anderer Funkkommunikationstechniken, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Funknetzwerktechnologie zur Erkennung der mobilen Funkstelle auch für eine Erkennung und/oder Lokalisierung eines Funkschlüssels eines Zugangssystems des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine Erkennung und/oder Lokalisierung der mobilen Funkstelle mittels der weiteren Funknetzwerktechnologie erfolgt und in einem weiteren, dem ersten nachfolgenden Schritt, eine Lokalisierung und/oder Erkennung der mobilen Funkstelle mittels UWB vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei mit dem Fahrzeug (1) zusätzlich Messungen mittels jeweiliger Umfeldsensoren, insbesondere Kamera und/oder Radar und/oder Laser, durchgeführt werden, und – wobei die Messungen der Umfeldsensoren beim Berechnen der Position verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Schritte aufweist: – Bestimmen, ob eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (1) und der mobilen Funkstelle (5) besteht, und – ansprechend auf eine erkannte Kollisionsgefahr Ausgeben einer Warnung und/oder Durchführen eines Kollisionsvermeidungsmanövers durch das Fahrzeug (1).
Funkeinrichtung eines Fahrzeugs, umfassend zumindest einen UWB-Transceiver zum Senden und Empfangen von UWB-Signalen und zumindest eine Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkeinrichtung zur Ausführung eines Verfahrens gemäß wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche in Verbindung mit einer mobilen Funkeinheit, insbesondere einem tragbaren Mobiltelefon, einem Tabletcomputer, einem Transponder, ausgestaltet ist.
Verwendung der Funkeinrichtung gemäß Anspruch 13 in einem Fahrzeug (1).
Funkbasiertes Lokalisierungssystem zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von verletzlichen Straßenverkehrsteilnehmern (VRU) umfassend zumindest eine Funkeinrichtung gemäß Anspruch 13 und eine mobile Funkstelle, wobei die mobile Funkstelle zumindest eine UWB-Sende- und/oder Empfangseinheit umfasst.