Elektronische Schutzengel

Wie Funk-Tags Fußgänger und Radfahrer schützen

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Wissen, dass der Radfahrer da ist, bevor er ins Blickfeld kommt: Funkende Tags an Radfahrern und Fußgängern kommunizieren mit Fahrzeugen und verhindern Unfälle.

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Marktreife2013

17. November 2011 — 

Die Zahl der im Straßenverkehr tödlich verunglückten Personen hat sich in den letzten zehn Jahren halbiert  trotz insgesamt zunehmendem Verkehrsaufkommen. Dies ist zu einem guten Teil auch ein Erfolg der immer aufwendigeren Sicherheitstechnik in den Fahrzeugen. Intelligente Elektronik wie die car-to-car-Kommunikation soll diese Entwicklung weiter voranbringen. Bisher waren dabei allerdings alle außen vor, die unmotorisiert unterwegs sind. Ein Sicherheits-Tag soll nun künftig auch Fußgänger und Radfahrer im Straßenverkehr besser schützen. 

Alle 18 Minuten wird in Deutschland ein Kind im Straßenverkehr verletzt. Die Zahl der Unfälle, bei denen ein Kind starb, ist 2010 im Vergleich zum Vorjahr sogar um 16 Prozent gestiegen. Von dem langjährigen positiven Trend in der deutschen Gesamtunfallbilanz können gerade die schwächsten Verkehrsteilnehmer bisher offenbar nicht profitieren. Denn insgesamt hat sich nach den Daten des Statistischen Bundesamts die Zahl der Verkehrstoten in den letzten zehn Jahren halbiert. Die Zahl der bei Unfällen verletzen Personen ist ebenfalls um 25 Prozent zurückgegangen. Da gleichzeitig die Gesamtzahl der polizeilich erfassten Unfälle nahezu konstant geblieben ist und das Verkehrsaufkommen bisher stetig steigt, wird offensichtlich: Die in den modernen Fahrzeugen integrierte Sicherheitstechnik verringert für Insassen und Unfallbeteiligte die Verletzungsgefahr beziehungsweise kann zumindest das Schlimmste, einen tödliche Ausgang, verhindern.

Fahrzeugentwickler wollen in den nächsten Jahren noch weiter dazu beitragen, dass Straßen sicherer werden. Intelligente Fahrerassistenzsysteme werden etwa dafür sorgen, dass Kameraaugen die für den Fahrer nicht einsehbaren toten Winkel für ihn im Blick haben oder Funksensoren bei schlechter Sicht ihn rechtzeitig vor Hindernissen warnen. Und mit Systemen der car-to-car-Kommunikation wird es sogar möglich, dass sich die Fahrzeuge gegenseitig warnen und Informationen austauschen, um Gefahrensituationen zu vermeiden oder zumindest die Folgen eines unvermeidbaren Aufpralls zu minimieren.

All diese Systeme haben zum Ziel, das Verkehrsgeschehen nicht nur für die Insassen, sondern für alle Verkehrsteilnehmer sicherer zu machen. Dennoch bleiben Kinder, Fußgänger und Fahrradfahrer bei diesen Sicherheitskonzepten immer noch außen vor. Denn während sich Autos über Funk auch ohne direkten Sichtkontakt voreinander warnen können, bleibt der Fahrradfahrer hinter der Kurve, das Kind zwischen den parkenden Fahrzeugen oder der Fußgänger hinter dem haltenden Bus auch für die neuen Sensoraugen der Fahrzeuge in den entscheidenden Augenblicken vor einer Gefährdungssituation unsichtbar. 

Ein Konsortium aus Autobauern, Herstellern von Verkehrssicherheitstechnologie und Forschungspartnern hat sich daher im vom Bundesministerium für Forschung und Technologie unterstützen Projekt Ko-TAG zum Ziel gesetzt, auch für Fußgänger und Fahrradfahrer ein elektronisches Unfallschutzsystem zu entwickeln. Grundprinzipien und Lösungsansätze dafür wurden bereits in dem vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie unterstützen Vorgängerprojekt Amulett erforscht. 

Zentrales Element des Systems ist ein kleines Elektronikgerät, mit dem auch nicht motorisierte Verkehrsteilnehmer in die künftigen Sicherheitssysteme der Fahrzeuge eingebunden werden können. „Dieser mit Funktechnik, Inertialsensorik und entsprechender Datenverarbeitung ausgestattete kooperative Transponder lässt sich in der Jackentasche tragen oder als Amulett umhängen oder könnte auch im Fahrradhelm, im Schulranzen oder in Kleidungsstücke integriert werden“, erklärt Renè Dünkler vom Fraunhofer IIS, das in Kooperation mit der Technischen Universität München, dem Steinbeis-Innovationszentrums für Embedded-Design und Networking, sowie dem Heinrich-Hertz-Institut, die Funk- und Ortungstechnologie für das System entwickelt. Der Vorteil des Tags: Er arbeitet mit einem Funksystem und ist somit auch für Signalempfänger „sichtbar“, auch wenn sein Träger von geparkten Fahrzeugen oder dem Gegenverkehr verdeckt wird. 

Wird das Gerät von einem Fußgänger oder Fahrradfahrer genutzt, ist es erst einmal von sich aus nicht aktiv. Vielmehr scannt das Sicherheitssystem der motorisierten Verkehrsteilnehmer während der Fahrt kontinuierlich die Umgebung  nach dem Vorhandensein eines dieser Tags. Ist in einer Entfernung von mehreren hundert Metern (bisher im Test Entfernungen bis 400 Meter) solch ein Tag erfasst, erwacht dieser augenblicklich aus seinem „Ruhezustand“. Als erstes wird nun eine Kommunikationsverbindung mit dem Fahrzeug aufgebaut. Dem Tag wird dazu eine eindeutig identifizierbare ID zugewiesen. Diese wird sofort wieder gelöscht, sobald der Tag wieder aus dem Erfassungsbereich des jeweiligen Fahrzeugs verschwindet. Damit ist die Anonymität der Fußgänger und Fahrradfahrer im Verkehr sichergestellt. Eine missbräuchliche Verwendung der Tag-Signale zum Beispiel zur Erstellung von Bewegungsprofilen einer Person wird also systembedingt unmöglich. Der vom Fahrzeugsicherheitssystem erkannte Tag sendet nun Funksignale aus, die von am Auto angebrachten Antennen empfangen und ausgewertet werden. Im Projekt Ko-TAG verwenden die Entwickler dazu ein etwa zehn Zentimeter breites Antennen-Array, auf dem sechs Elemente angeordnet sind. „Da das Signal des Fußgängers nun an den einzelnen Elementen minimal versetzt ankommt, können wir daraus die Winkel des Standorts des Fußgängers exakt berechnen“, erläutert Dünkler. 

Eine an der TU München entwickelte Komponente misst zudem die Laufzeit der Signale, sodass das Sicherheitssystem im Fahrzeug nun Richtung und Entfernung des aktuellen Standortes des Fußgängers oder des Radfahrers exakt bestimmen kann. Dass das Fahrerassistenzsystem diese Information an den Fahrer weitergibt, ihn also auf den hinter einem Hindernis verborgenen Fußgänger hinweist, ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn auch eine Gefahrensituation droht. Läuft ein Kind beispielsweise nur den Gehsteig entlang, würde diese Information den Fahrer eher verunsichern oder im innerstädtischen Verkehr würde ihn die Masse an Standortmeldungen aller Fußgänger bei Weitem überfordern. 

Damit das Fahrerassistenzsystem nur bei drohender Gefahr warnt, ist es aber erforderlich, zu wissen oder zumindest abzuschätzen, wohin sich der Fußgänger in den nächsten Augenblicken bewegt, zum Beispiel ob das Kind zwischen den parkenden Fahrzeugen hindurch auf die Straße rennt. Um dies zuverlässig antizipieren zu können, ist der Sicherheits-Tag zusätzlich mit Inertialsensorik bestückt. Über einen Beschleunigungssensor und einen Kompass erfasst er so auch Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit. Diese Zusatzinformationen werden mit den Funksignalen an das Auto übertragen und so kann das Fahrzeugsystem den weiteren Verlauf der Situation antizipieren. Der Fahrer kann also vor dem auf die Straße laufenden Kind bereits gewarnt werden, bevor es für ihn am Fahrbandrand sichtbar wird. Ist es für eine Warnung und eine entsprechende Fahrerreaktion bereits zu spät, sind auch weitergehende Eigenaktivitäten des Fahrzeugs denkbar. „Vor einem drohenden Unfall könnte der Fahrer beispielweise auf die Zuspitzung der Situation hingewiesen werden. Zudem wird das Fahrzeug optimal für ein Notbremsmanöver vorkonditioniert. Und falls der Fahrer nicht selbst reagiert, ist es möglich, dass das Fahrzeug in letzter Konsequenz selbstständig eine Notbremsung einleitet“, so Dünkler.

Weitere erhebliche Verbesserungen der Verkehrssicherheit für Fußgänger und Radfahrer könnten zudem durch die Fusion des Tag-Systems mit weiterer Sensorik der Fahrzeuge, etwa Informationen von den Kameras künftiger Fahrzeugsicherheitssysteme realisiert werden.

Die von Fußgänger-Tags hinter parkenden oder vorbeifahrenden Autos ausgesendeten Signale stellen besonders hohe Anforderungen an die Algorithmen des Ortungssystems. Weil die Hindernisse in der Regel aus Metall sind, werden von den Antennen am Auto nicht nur die direkten Signale, sondern auch die am Metall reflektierten Funkwellen empfangen. Die Forscher am Fraunhofer IIS entwickelten spezielle, komplexe Algorithmen, die dazu in der Lage sind, zwischen dem Hauptsignal und denen der Mehrwegeausbreitung zuverlässig zu unterscheiden. „Unsere derzeitigen Prototypen arbeiten bereits weitgehend zuverlässig“, resümiert Dünkler. Bis zum Ende der Projektlaufzeit 2013 sollen alle Komponenten dann gemeinsam als einsatzfähige Demonstratoren vorgestellt und getestet werden.(mb)

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