Moderne Fahrerassistenzsysteme basieren auf der Verarbeitung von Informationen, welche durch die Umfeldwahrnehmung mit unterschiedlicher Sensorik erfolgt. Neben den Informationen aus dem eigenen Fahrzeug ergeben sich durch unterschiedliche Kommunikationsmöglichkeiten (Car2Car, Car2X, ...) erweiterte Umfeldwahrnehmungen (siehe Abb. 1). Diese Daten gilt es aufbereitet und zielorientiert einer Anwendung zur Verfügung zu stellen, was mit Hilfe einer Local Dynamic Map (LDM) erfüllt werden kann. Die vorliegende Veröffentlichung beschreibt den Aufbau, Verwendungszweck und Eigenschaften einer entwickelten LDM und geht auf einige Applikationen ein, die mit Hilfe dieser realisiert wurden.

This research project took part in the SENA project (Autonomous Embedded Navigation System), which was developed at the Mobile Robotics Lab of the Mechatronics Group at the Engineering School of São Carlos, University of São Paulo (EESC - USP) in collaboration with the São Carlos Institute of Physics. Aiming for an autonomous behavior in the prototype vehicle this dissertation focused on deploying some machine learning algorithms to support its perception. These algorithms enabled the vehicle to execute articial-intelligence tasks, such as prediction and memory retrieval for object classication. Even though in autonomous navigation there are several perception, cognition and actuation tasks, this dissertation focused only on perception, which provides the vehicle control system with information about the environment around it. The most basic information to be provided is the existence of objects (obstacles) around the vehicle. In formation about the sort of object it is also provided, i.e., its classication among cars, pedestrians, stakes, the road, as well as the scale of such an object and its position in front of the vehicle. The environmental data was acquired by using a camera and a Velodyne LiDAR. A ceiling analysis of the object detection pipeline was used to simulate the proposed methodology. As a result, this analysis estimated that processing specic regions in the PDF Compressor Pro xii image (i.e., Regions of Interest, or RoIs), where it is more likely to nd an object, would be the best way of improving our recognition system, a process called image normalization. Consequently, experimental results in a data-fusion approach using laser data and images, in which RoIs were found using the LiDAR data, showed that the fusion approach can provide better object detection and classication compared with the use of either camera or LiDAR alone. Deploying a data-fusion classication using RoI method can be executed at 6 Hz and with 100% precision in pedestrians and 92.3% in cars. The fusion also enabled road estimation even when there were shadows and colored road markers in the image. Vision-based classier supported by LiDAR data provided a good solution for multi-scale object detection and even for the non-uniform illumination problem. / Este projeto de pesquisa fez parte do projeto SENA (Sistema Embarcado de Navegação Autônoma), ele foi realizado no Laboratório de Robótica Móvel do Grupo de Mecatrônica da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), em colaboração com o Instituto de Física de São Carlos (IFSC). A grande motivação do projeto SENA é o desenvolvimento de tecnologias assistidas e autônomas que possam atender às necessidades de diferentes tipos de motoristas (inexperientes, idosos, portadores de limitações, etc.). Vislumbra-se que a aplicação em larga escala desse tipo de tecnologia, em um futuro próximo, certamente reduzirá drasticamente a quantidade de pessoas feridas e mortas em acidentes automobilísticos em estradas e em ambientes urbanos. Nesse contexto, este projeto de pesquisa teve como objetivo proporcionar informações relativas ao ambiente ao redor do veículo, ao sistema de controle e de tomada de decisão embarcado no veículo autônomo. As informações mais básicas fornecidas são as posições dos objetos (obstáculos) ao redor do veículo; além disso, informações como o tipo de objeto (ou seja, sua classificação em carros, pedestres, postes e a própria rua mesma), assim como o tamanho deles. Os dados do ambiente são adquiridos através do emprego de uma câmera e um Velodyne LiDAR. Um estudo do tipo ceiling foi usado para simular a metodologia da detecção dos obstáculos. Estima-se que , após realizar o estudo, que analisar regiões especificas da imagem, chamadas de regiões de interesse, onde é mais provável encontrar um obstáculo, é o melhor jeito de melhorar o sistema de reconhecimento. Observou-se na implementação da fusão dos sensores que encontrar regiões de interesse usando LiDAR, e classificá-las usando visão artificial fornece um melhor resultado na hora de compará-lo com os resultados ao usar apenas câmera ou LiDAR. Obteve-se uma classificação com precisão de 100% para pedestres e 92,3% para carros, rodando em uma frequência de 6 Hz. A fusão dos sensores também forneceu um método para estimar a estrada mesmo quando esta tinha sombra ou faixas de cor. Em geral, a classificação baseada em visão artificial e LiDAR mostrou uma solução para detecção de objetos em várias escalas e mesmo para o problema da iluminação não uniforme do ambiente.

Neste trabalho, é desenvolvido um estudo sobre o uso de alertas auditivos e hápticos dentro do ambiente veicular. É proposto um sistema de assistência ao motorista para alertá-lo de que uma colisão lateral com outros veículos pode ser iminente, quando a observação do espelho retrovisor é insuficiente ou o motorista está desatento. O sistema é composto por um módulo de ativação e um módulo de alerta. O módulo de ativação detecta a condição de perigo por sensores posicionados ao redor do veículo e na tendência de abandono de faixa. Esse trabalho enfoca o módulo de alerta, para o qual se propõe o uso de som tridimensional juntamente com estímulo de vibração. Um ambiente de simulação é proposto para se reproduzir em laboratório o ambiente em que o motorista atua. Nesse ambiente, o sujeito deve utilizar um jogo de corrida projetado na parede à sua frente usando um volante e pedais para acelerar e frear. O motorista se mantém ocupado na tarefa de conduzir o veículo pela trajetória do jogo enquanto é submetido a situações em que um outro veículo se aproxima pela região lateral-traseira velozmente. O assento utilizado é equipado com os elementos geradores dos estímulos vibratórios e auditivos. No primeiro experimento, estuda-se o comportamento de 12 participantes na situação crítica sem o uso do sistema de alerta e conclui-se que a reação preferencial em tal situação é o esterçamento do volante. No segundo experimento, 23 participantes são submetidos ao mesmo cenário adicionando-se o sistema de alertas auditivo e háptico. São coletados os dados de tempo de reação, esterçamento do volante, pressionamento dos pedais e distância entre os carros. Também são registradas as percepções dos participantes sobre o sistema de alerta utilizado. A análise dos dados indica que o sistema de alerta é elegível para uso e pode auxiliar em termos de tempo de reação, devendo-se, entretanto, revisar as características dos alertas utilizados, especialmente o auditivo, para se reduzir o desconforto e evitar prejuízo significativo no controle do veículo. / In this work, we develop a study about the usage of auditive and haptic alerts in the vehicular environment. It is proposed a driver assistance system to warn the driver that a lateral collision with other vehicle may be imminent, when the rear mirror observation is insufficient or the driver is distracted. The system is composed by an activation module and a warning module. The activation module detects the dangerous condition using sensors placed around the vehicle and on the identification of a lane departure tendency. This work focuses on the warning module, which proposes the usage of three-dimensional sound together with vibration stimulus. A simulation environment is proposed to reproduce in laboratory the environment where the driver actuates. In this environment, the subject is requested to play a driving game projected in the frontal wall using a steering wheel and pedals to accelerate and brake. While the driver conducts the vehicle over the game route, he is submitted to the situation where another vehicle approaches very fastly from behind. The seat is equipped with the vibration and auditory stimuli generator elements. In the first experiment, it is assessed the behavior of 12 subjects in the critical situation without the usage of the warning system and it is concluded that the major reaction in such situation is the steering of the wheel. In the second experiment, 23 subjects are submitted to the same scenario adding the auditory and haptic warning system. The following data are collected: reaction time, wheel steering, pedal pressing and distance between the vehicles. The perception of the participants about the used warning system is registered. The analysis of all data indicates that the system is eligible to be used and is able to help regarding reaction times. Nevertheless, it is still necessary to review the characteristics of the used warnings, specially the auditory, to reduce discomfort and avoid loss of control during driving.

Neste trabalho, é desenvolvido um estudo sobre o uso de alertas auditivos e hápticos dentro do ambiente veicular. É proposto um sistema de assistência ao motorista para alertá-lo de que uma colisão lateral com outros veículos pode ser iminente, quando a observação do espelho retrovisor é insuficiente ou o motorista está desatento. O sistema é composto por um módulo de ativação e um módulo de alerta. O módulo de ativação detecta a condição de perigo por sensores posicionados ao redor do veículo e na tendência de abandono de faixa. Esse trabalho enfoca o módulo de alerta, para o qual se propõe o uso de som tridimensional juntamente com estímulo de vibração. Um ambiente de simulação é proposto para se reproduzir em laboratório o ambiente em que o motorista atua. Nesse ambiente, o sujeito deve utilizar um jogo de corrida projetado na parede à sua frente usando um volante e pedais para acelerar e frear. O motorista se mantém ocupado na tarefa de conduzir o veículo pela trajetória do jogo enquanto é submetido a situações em que um outro veículo se aproxima pela região lateral-traseira velozmente. O assento utilizado é equipado com os elementos geradores dos estímulos vibratórios e auditivos. No primeiro experimento, estuda-se o comportamento de 12 participantes na situação crítica sem o uso do sistema de alerta e conclui-se que a reação preferencial em tal situação é o esterçamento do volante. No segundo experimento, 23 participantes são submetidos ao mesmo cenário adicionando-se o sistema de alertas auditivo e háptico. São coletados os dados de tempo de reação, esterçamento do volante, pressionamento dos pedais e distância entre os carros. Também são registradas as percepções dos participantes sobre o sistema de alerta utilizado. A análise dos dados indica que o sistema de alerta é elegível para uso e pode auxiliar em termos de tempo de reação, devendo-se, entretanto, revisar as características dos alertas utilizados, especialmente o auditivo, para se reduzir o desconforto e evitar prejuízo significativo no controle do veículo. / In this work, we develop a study about the usage of auditive and haptic alerts in the vehicular environment. It is proposed a driver assistance system to warn the driver that a lateral collision with other vehicle may be imminent, when the rear mirror observation is insufficient or the driver is distracted. The system is composed by an activation module and a warning module. The activation module detects the dangerous condition using sensors placed around the vehicle and on the identification of a lane departure tendency. This work focuses on the warning module, which proposes the usage of three-dimensional sound together with vibration stimulus. A simulation environment is proposed to reproduce in laboratory the environment where the driver actuates. In this environment, the subject is requested to play a driving game projected in the frontal wall using a steering wheel and pedals to accelerate and brake. While the driver conducts the vehicle over the game route, he is submitted to the situation where another vehicle approaches very fastly from behind. The seat is equipped with the vibration and auditory stimuli generator elements. In the first experiment, it is assessed the behavior of 12 subjects in the critical situation without the usage of the warning system and it is concluded that the major reaction in such situation is the steering of the wheel. In the second experiment, 23 subjects are submitted to the same scenario adding the auditory and haptic warning system. The following data are collected: reaction time, wheel steering, pedal pressing and distance between the vehicles. The perception of the participants about the used warning system is registered. The analysis of all data indicates that the system is eligible to be used and is able to help regarding reaction times. Nevertheless, it is still necessary to review the characteristics of the used warnings, specially the auditory, to reduce discomfort and avoid loss of control during driving.

Le monde industriel, et en particulier l’industrie automobile, cherche à représenter au mieux le réel pour concevoir des outils et produits les plus adaptés aux enjeux et marchés actuels. Dans cette optique, le groupe Volvo a développé de puissants outils pour la simulation de la dynamique des véhicules industriels. Ces outils permettent notamment l’optimisation de composants véhicules ou de stratégies de contrôle. De nombreuses activités de recherche portent sur des technologies innovantes permettant de réduire la consommation des véhicules industriels et d’accroitre la sécurité de leurs usages dans différents environnements. En particulier, le développement des systèmes d’aide à la conduite automobile ITS et ADAS. Afin de pouvoir développer ces systèmes, un environnement de simulation permettant de prendre en compte les différents facteurs pouvant influencer la conduite d’un véhicule doit être mis en place. L’étude se concentre sur la simulation de l’environnement du véhicule et des interactions entre le véhicule et son environnement direct, i.e. le véhicule qui le précède. Les interactions entre le véhicule étudié et le véhicule qui le précède sont modélisées à l’aide de modèles mathématiques, nommés lois de poursuites. De nombreux modèles existent dans la littérature mais peu concernent le comportement des véhicules industriels. Une étude détaillée de ces modèles et des méthodes de calage est réalisée. L’environnement du véhicule peut être représenté par deux catégories de paramètres : statiques (intersections, nombre de voies…) et dynamiques (état du réseau). A partir d’une base de données de trajets usuels, ces paramètres sont calculés, puis utilisés pour générer de manière automatisée des scénarios de simulation réalistes. / The industrial world, and in particular the automotive industry, is seeking to best represent the real world in order to design tools and products that are best adapted to current challenges and markets, by reducing development times and prototyping costs. With this in mind, the Volvo Group has developed powerful tools to simulate the dynamics of industrial vehicles. These tools allow the optimization of vehicle components or control strategies. Many research activities focus on innovative technologies to reduce the consumption of industrial vehicles and increase the safety of their use in different environments. Particularly, the development of ITS and ADAS is booming. In order to be able to develop these systems, a simulation environment must be set up to take into account the various factors that can influence the driving of a vehicle. The work focuses on simulating the vehicle environment and the interactions between the vehicle and its direct environment, i.e. the vehicle in front of it. The interactions between the vehicle under study and the vehicle in front of it are modelled using mathematical models, called car-following models. Many models exist in the literature, but few of them deals specifically with heavy duty vehicles. A specific focus on these models and their calibration is realized. The vehicle environment can be represented by two categories of parameters: static (intersections, number of lanes) and dynamic parameters (state of the network). From a database of usuals roads, these parameters are computed, then, they are used to automatically generate realist traffic simulation scenarios.

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erforschung der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion mit dem Ziel der Fahrerabsichtserkennung bei Spurwechselmanövern. Diese Fahrmanöver sind mit einer überproportionalen Unfallhäufigkeit verbunden, die sich in den Unfallstatistiken widerspiegelt. Laut Statistischem Bundesamt (2008) kamen im Jahr 2007 12,0% (1857) aller Unfälle mit schwerem Sachschaden auf Autobahnen in Deutschland aufgrund von Zusammenstößen mit seitlich in die gleiche Richtung fahrenden Fahrzeugen zustande (S. 65). Mit Hilfe der Information über einen intendierten Spurwechsel kann ein System an das zukünftige Fahrerverhalten angepasst werden, um so die Funktionalität und damit das Sicherheitspotential des Gesamtsystems zu erhöhen. Zusätzlich können mit dieser Information auch unerwünschte Systemeingriffe unterdrückt werden, die den Fahrer stören und so zu einer Minderung der Akzeptanz des jeweiligen Fahrerassistenz- und Informationssystems führen könnten. So kann einerseits ein Assistenzsystem eingeschaltet werden, das den Spurwechsel erleichtert (z.B. Side Blind Zone Alert, Kiefer & Hankey, 2008). Zum anderen kann ein Assistenzsystem abgeschaltet werden, das den Fahrer irrtümlich warnen würde, wie zum Beispiel ein Spurverlassenswarner im Falle eines beabsichtigten Überfahrens der Fahrspur (Henning, Beyreuther et al., 2007). In diesem Zusammenhang bilden drei Untersuchungen das Herzstück der vorliegenden Arbeit. In einer Feldstudie untersuchten Henning, Georgeon, Dapzol und Krems (2009) Indikatoren, die auf die Vorbereitung eines Spurwechsels hindeuten und fanden dabei vor allem Blickverhalten in den linken Außenspiegel als einen geeigneten und sehr frühen Indikator. Dieser dient wahrscheinlich vor allem dem Aufbau einer mentalen Repräsentation des rückwärtigen Verkehrs. In einer anschließenden Fahrsimulatorstudie wurde experimentell erforscht, wie diese mentale Repräsentation beschaffen ist und in welchen Komponenten des Arbeitsgedächtnisses sie gespeichert wird (Henning, Beyreuther, & Krems, 2009). In einer dritten Studie, bestehend aus zwei Laborexperimenten, wurde nach einer Schwelle für den Übergang von einer statischen in eine dynamische mentale Repräsentation sich nähernder Fahrzeuge mit Hilfe des Paradigmas des Representational Momentum (Freyd & Finke, 1984) gesucht und ebenfalls deren Lokalisation im Arbeitsgedächtnis erforscht (Henning & Krems, 2009). Die den drei Manuskripten vorangestellte Einleitung dient der allgemeinen Einführung in das Thema und der Einordnung der Befunde. Dabei wird zuerst der Spurwechselprozess dargestellt, gefolgt von einer Diskussion der zugrundeliegenden kognitiven Prozesse und einem Exkurs über die Möglichkeiten der Spurwechselabsichtserkennung und deren Verbesserung im Lichte der Befunde.

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein generisches Verfahren zur wahrscheinlichkeitsbasierten Erkennung von Fahrsituationen und Fahrmanövern für sicherheitsrelevante Fahrerassistenzsysteme. Fahrsituationen und Manöver unterliegen einer gewissen Unsicherheit basierend auf der unterschiedlichen Situationswahrnehmung bzw. Manöverdurchführung der Fahrzeugführer. Diese Unsicherheitskomponente wird in den Ansatz zur Situations- und Manövererkennung mit einbezogen. Ein weiterer Unsicherheitsaspekt beruht auf den ungenauen Umgebungsinformationen auf denen die Situations- und Manövererkennung basiert. Beide Unsicherheitsursachen sind völlig unabhängig voneinander und werden aus diesem Grund separat betrachtet und modelliert. Zur Modellierung dieser beiden Unsicherheitsaspekte bedient sich der vorgestellte Ansatz der Fuzzy-Theorie, der Theorie der probabilistischen Netzen sowie Verfahren zur Fehlerfortpflanzung und Sensitivitätsanalyse. Nach der theoretischen Vorstellung dieser Methodiken wird in der Arbeit detailliert auf den Einsatz und das Zusammenspiel der einzelnen Verfahren zur Erkennung der Fahrsituationen und Fahrmanöver eingegangen. Die Umsetzbarkeit des vorgestellten Verfahrens wird am Beispiel der Notbremssituation gezeigt. Die Notbremssituation setzt sich aus unterschiedlichen Teilsituationen und Manövern zusammen. Die Erkennung der einzelnen Situationen und Manöver sowie die Zusammenführung zur übergeordneten Notbremssituation wurden mit Hilfe des vorgestellten Verfahrens realisiert. Zur Evaluierung der Erkennungsgüte wurden sowohl Messdaten aus dem Straßenverkehr als auch realitätsnahe Daten, aufgezeichnet auf Versuchsstrecken, herangezogen. / The present work describes a generic method for the probabilistic identification of driving situations and driving manoeuvres for safety relevant driver assistance systems. Driving situations and driving manoeuvres underlie a certain uncertainty based on the different situation perception and manoeuvre execution of the driver. This uncertainty component is considered in the approach for the situation and manoeuvre identification. An additional uncertainty aspect is based on the inaccurate environment information, the identification of driving situations and manoeuvres depend on. Both uncertainty aspects are completely independent and are considered and modelled separately for this reason. For modelling both of these uncertainty aspects the present approach is using the fuzzy theory, probabilistic networks, as well as methods for error propagation and sensitivity analysis. After introducing these techniques theoretically, the application and the interaction of the single methods to identify the driving situations and manoeuvres is described in detail. The practicability of the introduced proceeding is shown exemplarily on the emergency brake situation. The emergency brake situation consists of several situation and manoeuvre components. The identification of the single situations and manoeuvres as well as the combination to the higher emergency brake situation is realised with the introduced proceeding. Measuring data gathered on road traffic and close to reality data measured on a test track were used to evaluate the identification quality.

Um die Fahrzeugsicherheit auch weiterhin zu verbessern, können Systeme der Aktiven Sicherheit ihren Beitrag leisten. Zu diesem Zweck werden u. a. Unfalldatenbanken mit precrash relevanten Parametern herangezogen, mit welchen der Systemnutzen frühzeitig auf das Unfallgeschehen analysiert wird. Aufgrund von Informationsdefiziten in der bisherigen Unfallrekonstruktion stellt das Treffen von fundierten Aussagen zur precrash Phase eine Schwierigkeit dar, wie z. B. die genaue Ausgangsgeschwindigkeit. Deshalb sind zum Teil ungesicherte Annahmen notwendig, um eine precrash Phase rekonstruieren zu können. Bisher ist in Unfalldatenbanken zu jeweils einem analysierten Unfall eine einzelne mögliche precrash Phase dokumentiert, so wie der Unfall möglicherweise ablief. Weitere mögliche Varianten der precrash Phasen, die ebenso zu selben Unfall geführt hätten bleiben unberücksichtigt. Um detaillierte Aussagen zum tatsächlichen Nutzungsgrad eines Systems in einem realen Unfall abzuleiten, wird ein automatisiertes Simulationstool vorgestellt, welches mit Hilfe stochastischer Methoden auf mögliche Varianten an precrash Phasen schließt, die zum selben realen Unfall führen. Für das Tool dienen als Eingangsgröße rekonstruierte Unfälle, die in den precrash Phasen zum Teil Informationsdefizite aufweisen. Hierbei variiert die Monte Carlo Methode, ein Zufallszahlengenerator, die unterschiedlichen Ausprägungen von ausgewählten Einflussparametern entsprechend deren Häufigkeit. Dieses Tool kompensiert somit die Informationsdefizite in precrash Phasen und baut zugleich eine synthetische Unfalldatenbank mit Varianten an precrash Phasen auf, mit dem Ziel, die Vorunfallphase statistisch repräsentativ und unabhängig von einer konkreten Rekonstruktionsvariante abzubilden. In anschließenden Simulationen jeweils mit den soeben variierten precrash Phasen werden die unterschiedlichen Auswirkungen eines vorausschauenden Systems ermittelt. Die verschiedenen Einflüsse eines Systems werden auch hier mit der Monte Carlo Methode berücksichtigt, wie z. B. die Reaktionszeit des Fahrers auf eine Warnung. Im Falle eines Systemeingriffes ist eine mögliche Veränderung der Unfallschwere bzw. wahrscheinlichen Verletzungsschwere zu betrachten. Mit dieser vorgestellten Methodik ist der tatsächliche Nutzen eines vorausschauenden Systems für die Unfallbeteiligten noch genauer feststellbar, da das Simulationstool ein breites mögliches Spektrum an precrash Phasen und Systemauswirkungen betrachtet.

No description available.

Fahrerassistenzsysteme (FAS), wie zum Beispiel die „Aktive Gefahrenbremsung“, sollen dazu beitragen, das Fahren sicherer zu machen und die Anzahl an Unfällen und Verunglückten im Straßenverkehr weiter zu senken. Bei der Entwicklung von FAS muss neben der funktionalen Zuverlässigkeit des FAS sichergestellt werden, dass der Fahrer die Assistenzfunktion versteht und fehlerfrei benutzen kann. Zur Bestimmung geeigneter Systemauslegungen kommen in der Entwicklung Probandenversuche zum Einsatz, bei denen die zukünftigen Nutzer das FAS erleben und anschließend beurteilen. In dieser Arbeit wird die Eignung eines statischen Fahrsimulators für die Durchführung von Probandenversuchen zur Bewertung aktiv eingreifender FAS untersucht. Hierzu wurde ein Fahrversuch auf der Teststrecke und im statischen Fahrsimulator konzipiert, mit jeweils ca. 80 Probanden durchgeführt und die Ergebnisse bezüglich der Auswirkung des FAS „Aktive Gefahrenbremsung“ auf ausgewählte objektive und subjektive Kennwerte in der jeweiligen Versuchsumgebung vergleichend gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der statische Fahrsimulator prinzipiell für die Durchführung von Studien zur Bewertung aktiv eingreifender FAS geeignet ist. Als Ergebnis der Arbeit werden Erkenntnisse zur Aussagekraft der betrachteten Kennwerte sowie Empfehlungen zur Versuchsdurchführung im statischen Fahrsimulator gegeben.