Aktuelle Entwicklungen bei Fahrerassistenzsystemen - Archiv - IAA

Aktuelle Entwicklungen bei Fahrerassistenzsystemen 

IAA-Symposium „Gefahrguttag“ Hannover, 24. September 2010 

Knorr-Bremse Group


Gliederung 

Einleitung 

Reifendruckkontrollsystem (Tire Pressure Monitoring Systems TPMS) 

Spurassistent (Lane Departure Warning System LDWS) 

Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP) 

Automatisches Notbremssystem (Autonomous Emergency Brake System AEBS) 

Zusammenfassung 

Knorr-Bremse Group


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group

Einleitung 

Unfallsituation schwerer Nutzfahrzeuge in Deutschland 

Unfallsituation allgemein 

EU-Ziel zur Halbierung der Zahl der Verkehrstoten bis 2010 

voraussichtlich nicht erreichbar 

Stark wachsende Transportleistung kompensiert bisherige 

Bemühungen zur Unfallvermeidung (mindestens teilweise); 

=> Anzahl der Unfälle mit Nutzfahrzeugbeteiligung konstant 

Mehr als 90% aller Unfälle nach wie vor durch menschliches 

Fehl- oder Falschverhalten verursacht 

Passive Maßnahmen sind weitgehend ausgereizt 

Unfallverteilung in Deutschland (nach Ursachen)* 

Kippen oder Schleudern: ~9% 

Auffahren: >21% 

Abkommen von der Fahrbahn: 5-10% 

Knorr-Bremse Group 

* Quelle: Untersuchung des GDV, bezogen auf schwere Nutzfahrzeuge >7,5t 

Aktive Maßnahmen zur weiteren Verringerung der Unfallzahlen notwendig 

│4


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group

Reifendruckkontrollsystem TPMS 

Motivation 

Folgen von falschem (meist zu geringem) Reifendruck 

Erhöhter Fahrwiderstand und somit Verbrauch des Fahrzeugs => erhöhter CO 2 Ausstoß 

Stärkerer Reifenverschleiß => höhere Betriebskosten 

Bei stark verringertem Reifendruck (>20%): Risiko von Reifenplatzern, 

d.h. gefährliche Fahrsituationen => Sicherheitsrisiko 

Reifenwechsel aufgrund von Reifenplatzern kosten viel Zeit und Geld => höhere Ausfallzeiten 

Fahrer ist verantwortlich für korrekten Reifendruck 

Messung vor Fahrtantritt sehr zeitaufwendig (bei 12 Reifen ca. 20min !), d.h. wird zu selten durchgeführt 

Während der Fahrt ist zu geringer Reifendruck für den Lkw-Fahrer kaum spürbar (oft erst bei mehr als 50% 

Abweichung, d.h. bereits weit im kritischen Bereich) 

Systeme, die helfen falschen Reifendruck rechtzeitig zu erkennen, sparen Geld und erhöhen die Sicherheit 


│6


Funktionalität 

2-stufige Drucküberwachung und Temperaturwarnung 

1. Stufe: 

Druckabweichung 


2. Stufe: 

kritische Druckabweichung 

-0,8 bar -1,3 bar 90°C 

Erste Indikation bzgl. falschem 

Reifendruck* 

Unkritisch, aber Verschleißund 

Spritverbrausrelevant 

* Warnlevel durch Fahrzeughersteller konfigurierbar 

Zweite Warnung bei niedrigem 

Reifendruck* 

Kritisch, da stark erhöhte 

Reifenbelastung, kann zu 

Überhitzung und Reifenplatzern 

führen 

Temperaturwarnung 

Warnung bei Überschreiten einer 

Temperaturgrenze* 

Meist kommt zunächst eine 

Druckwarnung; hohe Reifentemperatur 

kann auch andere 

Ursachen haben, z.B. schleifende 

Bremsen, defektes Radlager etc. 

Systeme, die helfen falschen Reifendruck rechtzeitig zu erkennen, sparen Geld und erhöhen die Sicherheit 

│7


Systemaufbau 

4 


433 MHz 

3 

1 

1 Reifendrucksensor 

2 Antenne / Steuergerät 

3Display 

4 Hand-Auslesegerät (optional / für Werkstatt) 

J1939 CAN 

433 MHz 

2 

433 MHz 

Trailer TPMS 

│8


Systemaufbau 

Reifendrucksensor 

Montage im Reifen auf der Felge (mittels Felgenband) 

Messung von Temperatur und Druck gleichzeitig, d.h. 

– Präzise Nominaldruckbestimmung (Temperatureinfluss wird kompensiert) 

– Ermöglicht frühere Warnung und weniger Fehlwarnungen verglichen mit extern 

angebrachten Sensoren (ohne Temperaturmessung) 

Detektiert Radrotation 

Messbereich: 

– Druck 0…13bar, Genauigkeit ±0.17bar; 

– Temperatur -40…125°C, Genauigkeit ±3°C 

Sendet Messdaten zyklisch per 433 MHz Funkverbindung an TPMS-Steuergerät 

(Zykluszeit variabel) 

Batteriebetrieben, Batterie-Lebensdauer >5 Jahre 

Kann mittels Hand-Tool für manuelle Druckprüfung von außen aktiviert werden 

Nur gleichzeitige Messung von Reifendruck und -innentemperatur bietet frühzeitige und robuste Warnung 


│9


Ausblick 

Noch sehr geringe Marktdurchdringung von TPMS 

Hohe Systemkosten durch „Henne-Ei-Problem“: kleine Stückzahlen führen zu hohen Kosten die wiederum die 

Nachfrage begrenzen 

Teilweise mangelnde Robustheit der existierenden Systeme (Fehlwarnungen) 

Konzepte zur Erhöhung der Marktdurchdringung 

Senkung der installierten Systemkosten durch Optimierungen und Integrationskonzepte in andere Systeme 

Verbesserung der Robustheit durch Messung von Druck und Temperatur 

Erhöhung der Funktionalität, z.B. durch Reifendruckregelsysteme (aktive Systeme die den korrekten Reifendruck 

automatisch einstellen) 

TPMS spart Geld und erhöht die Sicherheit, aber Kostenreduktion nötig für größere Marktdurchdringung 


│10


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group

Lane Departure Warning LDWS 

Motivation 

Abkommen von der Fahrspur ist eine der häufigsten Unfallursachen, 

gerade im kommerziellen Güterverkehr (bedingt durch lange Fahrzeiten) 

Derartige Unfälle mit Nutzfahrzeugen haben häufig besonders 

schwere Folgen (Gegenverkehr etc.) 

Ursachen sind u.a. 

– Ablenkung durch andere Aufgaben 

– Übermüdung, Stress etc. 

Oft reichen bereits wenige Sekunden Unaufmerksamkeit für einen 

schweren Unfall 

Bisherige Maßnahmen sind nur begrenzt wirksam und können dieses 

Problem nicht grundsätzlich beseitigen 

– Strengere Gesetzgebung und Überwachung der Fahr- und Ruhezeiten 

– Fahrerschulungen 

Unterstützung des Fahrers notwendig, um diese Art von Unfällen zu vermeiden 


│12


Funktionalität 

Systemkomponenten 

Mono-CMOS-Kamera (in der Fahrerkabine montiert) 

Integriertes Steuergerät zur Signalverarbeitung 

Systemfunktionen 

Erkennung der Fahrspur und der relativen Position des 

Ego-Fahrzeuges mittels Videodatenverarbeitung 

Fahrerwarnung bei drohendem (unbeabsichtigtem) 

Verlassen der Fahrspur (Akustisch und/oder haptisch) 

Vorteile gegenüber existierenden Systemen 

Deutlich verbesserte Erkennungsalgorithmen (größere 

Sichtweite, robustere Detektion etc.) 

System dient als Basis für weitere Funktionen (z.B. 

Sensordatenfusion für erweiterte Notbremse) 

Frühzeitige und robuste Warnung erhöhen Sicherheit und Akzeptanz des LDWS 


│13


Systemaufbau 


2 

1 

2 

1 Video-Kamera mit integriertem Steuergerät 

2 Lautsprecher 

Videokamera mit Bildverarbeitung als Kernkomponente 

│14


Ausblick 

Marktdurchdringung 

Aktuelle Marktdurchdringung von LDWS sehr gering (


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group

Elektronisches Stabilitäts-Programm ESP 

Motivation 

Mehr als 40% aller Alleinunfälle mit Nutzfahrzeugen sind 

Kipp- und Schleuderunfälle (entspricht 9% aller Unfälle) 

Insbesondere Kippunfälle mit ihren schweren Folgen 

führen häufig zu einem erhöhten Unfallschaden 

Bei Gefahrgutfahrzeugen ist das Schadenspotential 

aufgrund der gefährlichen Ladung nochmals erheblich größer 

Viele dieser Unfälle passieren erfahrenen Fahrern 

ABS und ASR helfen hier nur sehr begrenzt 

Weiterentwicklung von ABS und ASR nötig zur Unterstützung des Fahrers bei derartigen Fahrunfällen 


│17


Unterschiede zwischen ESP für Zugfahrzeuge und TRSP für Anhänger 

ESP für Zugfahrzeuge 

Arbeitet vom Zugfahrzeug aus 

Stabilisiert sowohl bezüglich Kippen als auch bezüglich Schleudern 

Bremst komplette Kombination => phys. bedingt hohe Performance 

Unabhängig von der Anhängerausrüstung 

Nicht nachrüstbar 

TRSP für Anhänger 

Arbeitet vom Anhänger aus 

Stabilisiert bezüglich Kippen 

Bremst ausschließlich den Anhänger => phys. bedingt geringere Performance 

Unabhängig von Zugfahrzeugausrüstung 

Nachrüstbar durch Austausch der Anhängerbremsensteuerung 


TRSP 

ESP 

│18


│19


│20


Systemaufbau 


3 

3 

1 

1 Lenkradwinkelsensor 

2 Gierraten- und Querbeschleunigungssensor 

3 Elektronisches Bremssystem EBS 

ESP basiert auf dem bewährtem Elektronischen Bremssystem EBS 

3 

3 

2 

3 

│21


Status und Ausblick 

Verfügbarkeit und Marktdurchdringung 

Knorr-Bremse ESP verfügbar für 

– Fahrzeuge der Radformeln 4x2, 6x2, 6x4, 8x2 und 8x4 (Lkws und Busse) 

– Solo-Lkw und Sattelzugkombinationen Lenkwinkelsensor 

– Gliederzug- und EuroCombi-Kombinationen (bisher nur von KB verfügbar) 

Ausrüstungsrate z.Zt.


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group

Automatisches Notbremssystem AEBS 

Motivation 

Unfallsituation 

Über 20% aller Unfälle mit Nutzfahrzeugen sind Auffahrunfälle 

Auffahrunfälle mit Nutzfahrzeugbeteiligung sind aufgrund der 

hohen Fahrzeugmasse insbesondere für den Unfallgegner oft fatal 

Passive Maßnahmen zur Unfallminderung sind weitgehend 

ausgereizt (Unterfahrschutz etc.) 

Zur Vermeidung solcher Unfälle sind aktive Systeme erforderlich 

Technische Möglichkeiten 

Sensoren zur Umgebungserfasssung werden zunehmend 

leistungsfähiger 

Mit dem Elektronischen Bremssystems und ESP bestehen die technische 

Möglichkeiten das Fahrzeug aktiv zu bremsen 


Aktive Systeme zur Vermeidung von Auffahrunfällen notwendig 

│24


Motivation 

Unfallsituation 

Über 20% aller Unfälle mit Nutzfahrzeugen sind Auffahrunfälle 

Auffahrunfälle mit Nutzfahrzeugbeteiligung sind aufgrund der 

hohen Fahrzeugmasse insbesondere für den Unfallgegner oft fatal 

Passive Maßnahmen zur Unfallminderung sind weitgehend 

ausgereizt (Unterfahrschutz etc.) 

Zur Vermeidung solcher Unfälle sind aktive Systeme erforderlich 

Technische Möglichkeiten 

Sensoren zur Umgebungserfasssung werden zunehmend 

leistungsfähiger 

Mit dem Elektronischen Bremssystems und ESP bestehen die technische 

Möglichkeiten das Fahrzeug aktiv zu bremsen 


Aktive Systeme zur Vermeidung von Auffahrunfällen notwendig 

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Systemfunktion 

Detektion von Hindernissen mittels vorausschauenden Umgebungssensoren 

Radarsensor zur Messung des Abstandes 

Optional Videokamera zur genaueren Objektklassifizierung 

Eingriffskaskade bei drohendem Auffahrunfall: Warnung – Teilbremsung – Vollbremsung 

Warnphase (optisch, akustisch, haptisch, und/oder Bremsruck) 

=> Fahreraufmerksamkeit auf Hindernis lenken 

Reaktionszeitverlängerungsphase durch Teilbremsung (0,2…0,3g) 

=>:Verfügbare Reaktionszeit durch Vergrößerung des Abstandes verlängern 

Notbremsphase mit stärkerer Verzögerung (bis Maximalverzögerung) 

=> Unfall verhindern (soweit physikalisch möglich) bzw. Unfallfolgen mindern 

Grundsätzlich gilt: Fahrerbestätigung, d.h. bei Fahrerreaktion: entweder Abbruch der Kaskade oder Zielbremsung 

(adaptiver Bremsassistent), sonst Weiterführen 

Alle Eskalationsschritte werden durch Fahrer bestätigt -> Fahrer ist letzte Instanz (Wiener Weltabkommen!) 


│26


60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

-3,0 s -2,5 s -2,0 s -1,5 s -1,0 s -0,5 s 0,0 s 0,5 s 1,0 s 1,5 s 2,0 s 


│27


0 m/s² 

-4 m/s² 

-8 m/s² 

Distance [m], speed [kph] 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

warning 

phase 

warning, e.g. 

@ TTC=3s 

0 

Initial condition: 

-3,0 s 

Δv = 60 kph 

Δs = 50m 

-2,5 s -2,0 s -1,5 s -1,0 s -0,5 s 0,0 s 0,5 s 1,0 s 1,5 s 2,0 s 


distance 

speed 

│28


0 m/s² 

-4 m/s² 

-8 m/s² 


60 

50 

40 

30 

20 

10 

warning 

phase 

warning, e.g. 

@ TTC=3s 


deceleration 

reaction time gain 

phase (RTGP) 

partial 

braking, e.g. 

@ TTC=2.2s 

distance 

0 


-3,0 s 

Δv = 60 kph 

Δs = 50m 

-2,5 s -2,0 s -1,5 s -1,0 s -0,5 s 0,0 s 0,5 s 1,0 s 1,5 s 2,0 s 

speed 

│29


0 m/s² 

-4 m/s² 

-8 m/s² 


60 

50 

40 

30 

20 

10 

warning 

phase 

warning, e.g. 

@ TTC=3s 


deceleration 

reaction time gain 

phase (RTGP) 

partial 

braking, e.g. 

@ TTC=2.2s 

distance 

strong deceleration 

emergency 

brake phase 

speed 

emergency braking, 

e.g. @ TTC=0.8s + 0.4s 

(reaction time gain) 

0 


-3,0 s 

Δv = 60 kph 

Δs = 50m 

-2,5 s -2,0 s -1,5 s -1,0 s -0,5 s 0,0 s 0,5 s 1,0 s 1,5 s 2,0 s 

│30


Systemaufbau 


2 

3 

1 

2 

2 

1 Radar-Sensor 

2 Bremssystem EBS mit ESP 

3 Video-Kamera (optional) 

Radarsensor ist Kernkomponente, Videokamera mit Objekterkennung optional 

2 

2 2 

2 

│31


Status / Ausblick 

Status 

Entwicklung der Knorr-Bremse AEBS-Funktion in 2011 abgeschlossen 

– Funktion erfüllt Gesetzgebung 

– Maximal Teilverzögerung auf stehende Ziele 

– Nutzfahrzeugoptimierter Radarsensor 

Parallel erfolgt Systemvalidierung und -verifikation 

– Statistischer Nachweis der geforderten maximalen Fehlauslöserate mittels extensiver Feldtests und SIL Tests 

– Funktionale Erprobung 

Weiterentwicklung 

Komplette Notbremse auch auf stehende Ziele abgesichert durch Videosensor (mittels Sensordatenfusion) 

Systemkostenoptimierung durch Entwicklung eines Nutzfahrzeugspezifischen Radarsensors 


│32


Gliederung 

Einleitung 






Knorr-Bremse Group



Anzahl von Unfällen mit Nutzfahrzeugbeteiligung stagniert und passive Maßnahmen zur Minderung sind 

weitgehend ausgereizt 

Die vorgestellten Systeme können bei flächendeckendem Einsatz 30-40% aller schweren Nutzfahrzeugunfälle 

vermeiden (bzw. mindern) 

Die Marktdurchdringung von Sicherheitssystemen verbleibt ohne Anreize oder Vorschriften auf sehr geringem 

Niveau (Beispiele: ABS, ESP) 

Aufgrund der hohen Wirksamkeit der aktiven Sicherheitssysteme werden diese in Europa schrittweise ab 2011 

(ESP) bzw. 2013 (AEBS und LDWS) vorgeschrieben 

Weitere Entwicklungen konzentrieren sich darauf, die existierende Technologie reif für den Massenmarkt zu 

machen 

Technologie zur aktiven Unfallvermeidung ist verfügbar, jetzt muss sie „ausgerollt“ werden 


│34

Fahrerassistenzsysteme – Fahrdemonstration 

Versuchsträger – Installierte Fahrerassistenzsysteme 


Fahrdynamikregelung ESP + TRSP 

Spurverlassenswarner LDWS 

Automatische Notbremse AEBS kombiniert mit Videokamera (Sensordatenfusion) 


│35


Versuchsträger 


Rote Blinklichter: zeigen 

AEBS-Bremseingriff 

│36


Manöver 

Verkehrssituation 

Stauende mit stehendem Pkw in der Fahrspur des Lkw 

Linke Fahrspur frei 

Annäherung mit ca. 45-50 km/h 

Manöver 1 (Erweiterter Bremsassistent) 

AEBS warnt (signalisiert durch Hupen) 

Fahrer bremst, allerdings mit zu geringer Bremskraft 

AEBS verstärkt die Bremsung so dass der Sattelzug rechtzeitig zum Stehen kommt 

Manöver 2 (ESP) 

AEBS warnt (signalisiert durch Hupen) und startet Teilbremsung (signalisiert durch rote Blinklichter) 

Fahrer erschrickt und weicht aus 

ESP stabilisiert den Sattelzug 

Manöver 3 (Automatische Notbremse) 

AEBS warnt (signalisiert durch Hupen) und startet Teilbremsung (signalisiert durch rote Blinklichter) 

Keine Fahrer-Reaktion 

AEBS startet Vollbremsung zur Verhinderung des Auffahrunfalls (signalisiert durch rote Blinklichter) 


│37

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! 

Knorr-Bremse 

Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH 

Dr, Falk Hecker 

Robert-Bosch-Straße 5 

71701 Schwieberdingen, Germany 


Email: falk.hecker@knorr-bremse.com 

www.knorr-bremse.com

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