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Fahrerassistenzsysteme für die Geschwindigkeitsreduzierung bei schlechten Bedingungen

BASt-Bericht F 150

Maria Pohle, Susanne T. Günther, Robert Schütze, Fahrzeug- und Verkehrssicherheit, Fraunhofer IVI Dresden
Toralf Trautmann, Dirk Engert, Professur Kraftfahrzeug-Mechatronik, HTW Dresden
96 Seiten
Erscheinungsjahr: 2023
Projektnummer: 82.0744
Preis: 00,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Im vorliegenden Bericht wird das Unfallvermeidungspotenzial von Geschwindigkeitsassistenten beleuchtet unter Beachtung des Einflusses schlechter Sicht-, Witterungs- und Straßenbedingungen. Diese Assistenzsysteme sollen Fahrende dabei unterstützen, in solchen Fällen eine sichere angepasste Fahrgeschwindigkeit zu wählen.

Mittels Literaturrecherche wurde zunächst der Kenntnisstand zu Einflussfaktoren auf geschwindigkeitsindizierte Unfälle und der Stand der Technik zu existierenden Geschwindigkeitsassistenten (GAS) recherchiert. Im Fokus stand dabei vor allem die Wirksamkeit und Systemgrenzen aktueller „Intelligent Speed Assist“ (ISA) Systeme, deren Akzeptanz und Wirksamkeit. Darauf basierend wurden polizeiliche und In-Depth-Unfalldaten hinsichtlich dieser Einflüsse und weiterer Auffälligkeiten untersucht und Wirkfelder für verschiedene mögliche Varianten von GAS definiert.

Anhand der herausgearbeiteten Einflussfaktoren, wie Erkennungsraten von unterschiedlichen Verkehrsschildern, der aktuellen Entwicklung geschwindigkeitsindizierter Unfälle oder deren Dunkelziffern, den daraus resultierenden Veränderungen im Wirkfeld und dem Stand der Technik wurden drei exemplarische Systemauslegungen von GAS definiert: Basis-ISA-, ISA+ und unabhängige ISA-Systeme.

Basis-ISA-Systeme sind nur in der Lage, Verkehrszeichen zu erkennen, welche eine maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit ohne weitere Bedingungen angeben. Damit repräsentieren Basis-ISA-Systeme den Funktionsumfang, welcher von aktuell existierenden ISA-Systemen verlässlich erreicht wird.

Beschilderte bedingte zulässige Höchstgeschwindigkeiten (zum Beispiel bei Regen) werden durch ISA+-Systeme erkannt und das Vorhandensein der Bedingung geprüft (zum Beispiel: regnet es?) und erst dann vor einer Geschwindigkeitsübertretung gewarnt. ISA+-Systeme repräsentieren damit eine Erweiterung zu den meisten aktuell existierenden ISA-Systemen. Sie sind aber darauf angewiesen, dass notwendige situative Geschwindigkeitsreduktionen beschildert werden oder in digitalen Karten vermerkt sind.

Unabhängige ISA-Systeme sind hingegen selbstständig, ohne Beschilderung, in der Lage sicht- und reibwertgeminderte Zustände zu erkennen und selbstständig eine sichere Geschwindigkeit abzuleiten.

Für jede Systemauslegung von GAS wurde bei der Ermittlung des Unfallvermeidungspotenzials davon ausgegangen, dass dieses abhängig ist von:

  • dem Wirkfeld des GAS (wie viele und welche Unfälle können potenziell vermieden werden),
  • der Effizienz der GAS (wie zuverlässig kann die sichere Geschwindigkeit im Wirkfeld abgeleitet werden),
  • der Akzeptanz der GAS (wie gut wird den Hinweisen des GAS vom Fahrzeugführenden gefolgt),
  • der Nutzungshäufigkeit des GAS (wie häufig ist das GAS eingeschaltet),
  • der aktuellen und zukünftigen Marktentwicklung des GAS (wie viele Fahrzeuge sind in der Fahrzeugflotte zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgestattet mit dem System) und
  • der generellen Entwicklung des Gesamtunfallgeschehens, insbesondere der geschwindigkeitsindizierten Unfälle.

Für die Quantifizierung dieser Einflüsse wurden Annahmen aus der Literaturrecherche gewonnen und damit Voraussagen für die Entwicklung des Unfallgeschehens abgeleitet sowie das jeweilige Unfallvermeidungspotenzial bis zum Jahr 2050 geschätzt.

Im Ergebnis besaßen Basis-ISA-Systeme erwartungsgemäß das geringste Unfallvermeidungspotenzial. ISA+-Systeme erreichten jedoch nur ein unmerklich größeres Unfallvermeidungspotenzial, da einerseits ein nur geringfügig größeres Wirkfeld adressiert wird und andererseits das System an eine bedingte Beschilderung geknüpft ist, welche jedoch nur in 10 Prozent der geschwindigkeitsindizierten Unfälle aufgestellt war. Das größte Unfallvermeidungspotenzial im betrachteten Zeitraum (bis 2050) erreichen unabhängige ISA-Systeme. Allerdings übersteigt das Unfallvermeidungspotenzial dieser GAS erst etwa 2048 das Potenzial von ISA+-Systemen, da zuverlässige Systeme mit robuster Erkennung der Umgebungsbedingungen frühestens 2030 auf dem Markt erwartet werden. Das Unfallvermeidungspotenzial ist somit sehr stark von den Annahmen zur Marktdurchdringung abhängig.

Es wird erwartet, dass Basis-ISA-Systeme im Jahr 2050 etwa 11 Prozent des Wirkpotenzials geschwindigkeitsindizierten Unfälle vermeiden können, ISA+-Systeme erreichen hingegen 17 Prozent und „unabhängige ISA-Systeme 24 Prozent (in beiden betrachteten Unfallkategorien). Bei Betrachtung des Anteils vermiedener Unfälle bezogen auf alle Unfälle werden, je nach Art des GAS (Basis-ISA/ISA+/unabhängiges ISA), etwa 0,7-1,0 Prozent der Unfälle mit Personen- und schwerem Sachschaden (im engeren Sinne) vermeidbar sein; bei Unfällen mit Getöteten liegt dieser Anteil zwischen 1,1-2,4 Prozent im Jahr 2050.

Wesentlicher Grund für die geringen erwarteten Effekte auf das Unfallgeschehen ist die Schwierigkeit, aus den Umgebungsbedingungen zuverlässig sinnvolle Geschwindigkeiten abzuleiten. Zu erforschende Sensorik müsste in der Lage sein, sowohl den zur Verfügung stehenden Reibwert bereits vor einem Bremseingriff sehr genau zu messen sowie die Sichtweite robust zu bestimmen.

Driver assistance systems for speed reduction in poor driving conditions

This report highlights the potential of speed assistants especially within poor visibility, weather and surface conditions. These assistance systems shall help drivers to derive safe driving speeds.

By means of a literature analysis, the current state of knowledge on factors influencing speed-related accidents, and the state of the art regarding existing speed assistant systems (SAS) were investigated. The main focus was on the effectiveness and system limitations of current Intelligent Speed Assistance (ISA) systems, their acceptance and effectiveness. Based on this, police and in-depth accident data were examined with regard to these influences and other conspicuous features in order to define possible addressed accidents by different variants of GAS.

Through these influencing factors - such as detection rates of different traffic signs, the current development of speed-indicated accidents or their unknown cases (dark figure) – and the state of the art as well as the resulting changes in addressed accidents, three exemplary system designs of GAS were defined: Basic ISA-, ISA+- and Independent ISA-systems.

Basic ISA systems are only able to detect traffic signs that indicate a speed limit without further conditions. Basic ISA-systems thereby represent the functional scope, which can be achieved reliably by current ISA-systems.

Signs with conditional speed limits (for example when raining) are recognized by ISA+-systems and the systems are able to check if the conditions are met (for example: is it raining?) and only then warn the driver of a speeding violation. ISA+ systems thus represent an extension to most currently existing ISA systems. However, they either depend on necessary situational speeds to posted by signs or to be annotated in digital maps.

Independent ISA systems, on the other hand, are able to detect visibility- and friction-reducing conditions independently, without signage, and derive a safe speed on their own.

For each system design of GAS, the accident-avoidance potential was assumed to be dependent on:

  • the addressed accident of GAS (how many and which accidents can potentially be avoided),
  • the efficiency of GAS (how reliably can the safe speed correctly be determined),
  • the acceptance of GAS (how well are the instructions of GAS followed by drivers),
  • the frequency of use of GAS (how often is the GAS switched on),
  • the current and future market penetration of GAS (how many vehicles in the fleet are equipped with the system at a given time) and
  • the general development of share of accidents, especially speed-related accidents.

To quantify these influences, assumptions were made for these influences closely following the findings within literature and used to derive predictions for the development of accidents and to estimate the respective accident-avoidance potential up to the year 2050.

As expected, Basic ISA-systems had the lowest accident-avoidance potential. However, ISA+-systems only achieved an insignificantly greater accident-avoidance potential, since on the one hand only a slightly larger amount of accidents is addressed by these systems and on the other hand the systems are dependent on posted signs with conditional speed limits, which, however, are only set up in 10 percent near the speed-related accidents. The greatest accident-avoidance potential in the period considered (until 2050) is achieved by Independent ISA-systems. However, the accident-avoidance potential of these GAS does not exceed the potential of ISA+-systems until about 2048, since reliable systems with robust detection of environmental conditions are not expected on the market before 2030. The accident-avoidance potential is thus very strongly dependent on the assumptions regarding their market penetration.

It is expected that Basic ISA-systems will be able to address 11 percent, ISA+-systems 17% and Independent ISA systems 24 percent of potentially avoidable speed-related accidents in 2050. When looking at the proportion of avoided accidents in relation to all accidents, about 0.7-1.0 percent of accidents with personal injury and serious damage to property will be avoidable; for accidents with fatalities, this proportion will be between 1.1-2.4 percent in 2050 (depending on the system (Basic ISA/ISA+/Independent ISA)).

The main reason for the low expected effects on accidents is the difficulty of reliably deriving correct speeds from the ambient conditions. Research has to be done on sensor technology which is able to estimate friction coefficients before a braking maneuver as well as to robustly determine the range of vision.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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    www.schuenemann-verlag.de

  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.