WO2018050178A1 - Verfahren zur verbesserung der verkehrssicherheit - Google Patents

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WO2018050178A1
WO2018050178A1 PCT/DE2017/200083 DE2017200083W WO2018050178A1 WO 2018050178 A1 WO2018050178 A1 WO 2018050178A1 DE 2017200083 W DE2017200083 W DE 2017200083W WO 2018050178 A1 WO2018050178 A1 WO 2018050178A1
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WO
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radio
vehicle
radio station
mobile radio
measurement
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Application number
PCT/DE2017/200083
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael SCHULMEISTER
Thomas Reisinger
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves Ag & Co. Ohg, Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/166—Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q9/00—Arrangement or adaptation of signal devices not provided for in one of main groups B60Q1/00 - B60Q7/00, e.g. haptic signalling
    • B60Q9/008—Arrangement or adaptation of signal devices not provided for in one of main groups B60Q1/00 - B60Q7/00, e.g. haptic signalling for anti-collision purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C2209/00—Indexing scheme relating to groups G07C9/00 - G07C9/38
    • G07C2209/60—Indexing scheme relating to groups G07C9/00174 - G07C9/00944
    • G07C2209/63—Comprising locating means for detecting the position of the data carrier, i.e. within the vehicle or within a certain distance from the vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a process for the verb ⁇ provement of traffic safety, particularly of vulnerable road users, a radio device, the use of the radio device in a vehicle and a radio-based location system.
  • VRUs Vulnerable Road Users
  • the number of weaker road users killed was only moderately reduced and is therefore becoming more and more the focus of vehicle safety development.
  • Another influencing factor is the demographic change, which shows that it is increasingly causing accidents with older cyclists is coming.
  • Active pedestrian protection systems based on radar, camera and impact detection help to reduce traffic accidents with VRUs and mitigate the consequences of accidents. They are a big step forward in pedestrian protection, but they can not solve all the VRU standard situations in the city center: compared to vehicles, pedestrians usually do not move on the road and can suddenly appear on the road. In addition, for example, cyclists move differently than cars or trucks - they drive between cars, overtake from the right, drive on one-way streets. At speeds above 30km / h, critical driving situations can occur with VRUs (also groupings), which in less than optimal visibility conditions (eg at night, at Rain or masking etc.) are detected too late or not at all, with the current technology can not be safely prevented.
  • VRUs also groupings
  • Preventive protection systems can protect vulnerable road users more than purely passive measures, such as deployable bonnets in the event of a pedestrian collision.
  • preventive measures such as autonomous braking intervention can prevent the accident or at least significantly reduce the impact speed.
  • a prerequisite for the detection of vulnerable road users by these environmental sensors is a sufficient line of sight to the other road users. If this is not guaranteed, then the protection system can not be activated in time. Poor visual contact is caused by "classic" occlusions but also by unfavorable weather conditions.
  • V2X Vehicle-to-X
  • Cooperative sensor technologies such as Vehicle-to-X (V2X) technology
  • V2X Vehicle-to-X
  • the VRUs can be recognized even though they are not yet in view of the driver. Especially at speeds over 30km / h and poor visibility conditions, the driver could be warned earlier and autonomous driving interventions triggered in time to avoid a threatening collision.
  • the cooperative sensors can seamlessly transition to existing ones Environment sensor-based systems are used. These can be supported to improve object recognition reliability and robustness. Results from research projects such as Ko-FAS, simTD and AMULETT have already demonstrated the positive benefits of cooperative involvement of all road users in the network.
  • the movement path of the VRU can be recognized and from the way and the direction of movement tailor-made action concepts for the incoming vehicle, but also the VRU be implemented.
  • this requires accurate and robust localization of VRUs and communication with the vehicle performing the protection action.
  • solutions for powerful Eigenlo ⁇ calization For vehicles there are solutions for powerful Eigenlo ⁇ calization.
  • pedestrians and cyclists have other framework conditions that prevent immediate transferability of such approaches.
  • self-locating solutions are unsuitable for example by the currently most powerful smartphones because they provide inaccurate, insecure and unreliable position information for this application.
  • the localization of the infrastructure in the urban city area is another possibility.
  • Transport systems in the field of road crossings are, for example, equipped with camera technology and thus can lo ⁇ kal are and share this information again via an ad-hoc network with relevant vehicles to other road users.
  • a large-scale equipment of the infrastructure (traffic systems) is necessary.
  • a nationwide conversion of the traffic systems is not expected, which is why this variant will probably not develop its effectiveness sufficiently quickly.
  • the relative location of weaker road users consists of the following essential components:
  • the relevant road users have a transponder, also called an active TAG.
  • another transponder is installed in each vehicle.
  • the weaker road user can then be detected with sufficient accuracy via a corresponding localization method.
  • further information about the road user such as classification, movement intension, speed and much more can be obtained. be transferred anonymously. Based on this information, intelligent driver assistance functions with possible warning cascades can be developed.
  • Such a system is also called a cooperative VRU protection system.
  • a relatively localizing security system should meet certain requirements. For example, the transmission of position and context information from the VRU to the vehicle requires a high degree of data security. It must be ensured that no faulty data is fed into the system, but also that data can not be tapped by third parties. This is also important in terms of the privacy of the VRU, as it has to divulge as much of itself as is necessary for the localization action. Requirements for localization include, for example, reliability and accuracy with which the position is determined, but also the availability of position information, which among other things is composed of range and timing. For example, research results suggest a target range of no more than 100m to adequately protect both pedestrians and cyclists, while latency should be under 100ms in time-critical situations. To the .
  • a fail-safe mechanism should be implemented on both the vehicle and the VRU side, which detects failures and misinformation of the system and communicates these to the respective user. Furthermore, the communication with all these requirements should not be limited to a VRU, but multi-user suitable. This means that the system should be able to communicate with a group of VRUs and recognize from this group the one critical for which a warning in the vehicle (or possibly on the VRU side) is necessary. In order to achieve the interoperability and dissemination of such a system, it is further appropriate to allow standardization of this interface.
  • the WLAN standard IEEE 802.11ac allows a larger bandwidth.
  • the standard's 20 MHz wide channels can be combined up to 160 MHz, providing a basis for recording more accurate timestamps than would be possible with Bluetooth Low Energy.
  • the big disadvantage of this standard is the connection time. In urban environments, hundreds of VRU connections need to be built and dropped in no time to get in touch with all the VRUs you need.
  • 802.11ac relies on an association and authentication process that requires data exchange from multiple packets. If packets are lost during this process, they must be restarted, which makes the connection time non-deterministic and the standard useless for localization applications.
  • Sun operates the presented early in 2016 halow standard in the 900 MHz band, which - compared to other standards in the 2.4 GHz (BLE) or 5-6 GHz (llac, 11p) spectrum operate particularly interesting physical properties towards ⁇ clear diffraction order Street corners and vehicles, as well as one lower attenuation by matter implies. As a result, distances of up to 1000m can be achieved, while other standards only max. Cover 400m (11p). It remains to be seen whether the association and authentication process will be adopted, which would cause the same disadvantages as with 802.11ac. Also in early 2016, standardization was started on the 802.11az standard, which is considered "Next Generation Positioning", with improved absolute and relative localization and better timing.
  • EP16465522.7 which is not yet published on the definitive priority of the present application, describes a method for determining the position of a mobile radio station, in particular a VRU, by a vehicle, in which radio measurements are carried out between a plurality of radio stations and the mobile radio station, wherein one of the radio stations is the vehicle.
  • a respective distance between the respective radio station and the mobile radio station is determined, and then the radio stations exchange data with each other concerning the position of the mobile radio station and its own positions, by means of which the position of the mobile radio station relative to the vehicle is determined.
  • the object of the invention is to provide improved protection for road users, in particular so-called vulnerable road users (VRU).
  • VRU vulnerable road users
  • the invention relates to a method for improving road safety, in particular of vulnerable Strassmann Enver ⁇ road users (VRU), comprising the steps of:
  • a vehicle determines the position of a mobile radio station of an Ver ⁇ traffic participant and taken into account on the basis of the probabilities of the risk for further driving actions, whereby the safety of traffic participants - including the occupant of the process executing the vehicle - are considerably improved can.
  • the results of the hazard probabilities may be used to determine the use of safety functions (cascade, brake, steer ). For example, it can be determined as part of the calculation of the probabilities of the hazard, if there is a risk of collision between the vehicle and the mobile radio station.
  • the risk is conveniently ⁇ advantageously for the radio station located at the leading Ver ⁇ road users as well as the vehicle or its occupants and possibly even be determined for other road users.
  • a radio station is typically understood to mean a unit which is a road user, in particular a vulnerable road user such as a pedestrian, a cyclist or a wheelchair user. driver, with you.
  • This may, for example, be a mobile telephone, a transponder, a so-called TAG, a notebook, a tablet computer, a mobile hotspot or another device with corresponding functionality.
  • a road user can according to the invention but also another vehicle, such as. be a car, motor cyclists, load ⁇ station wagons or vans.
  • UWB ultra wideband radio technology
  • the UWB technology is based on the IEEE 802.15.4 standard. In this case, pulse-shaped radio signals with very high bandwidths> 500 MHz but low transmission powers are transmitted.
  • the current regulation prescribes a power spectral density limit of -41.3 dBm / MHz at a maximum peak power of 0 dBm / 50 MHz (this corresponds to approximately -15 dBm channel power, comparable to the transmission power of a standard wireless key).
  • These features are designed to ensure that primary services in the same frequency range are not disturbed. Due to the high bandwidth, the technology offers the potential of a very high spatial resolution of up to ⁇ 10 cm and, on the other hand, it is robust against multipath propagation such as reflected signals, which is simple compared to narrowband radio technologies can be detected and distinguished, since the UWB signal, which is composed of 2 ns wide pulses, is not affected by re ⁇ inflected signal.
  • the UWB technology enables localization even in highly reflective environments or even in obscured objects that strongly attenuate the signal of the direct path compared to the reflected path, and due to these characteristics, in particular for the localization of weaker road users to improve their traffic safety is very well suited. It can also be regarded as advantageous that the calculations necessary for increasing traffic safety can be carried out on the vehicle side, which can usually provide the necessary computing power. This enables inconspicuous, cost-efficient and space-saving small mobile radio stations. This makes a rapid spread more likely.
  • a prioritization of several different road users is organized on the part of the vehicle on the basis of their entrained mobile radio stations, eg based on the classification, the distance, thenamsstraj ectorie etc.
  • the range for the UWB signal transmission is typically less than 100 meters, and in particular Obj ect obscurations lead to further reduced ranges, since the level reserves for the occurring attenuation and diffraction effects may not be sufficient (For example, in the signal path, the human body effects a signal attenuation of typically 20-30 dB in the frequency range of 3.2 GHz to 10.2 GHz applicable by UWB; if there are no reflective objects, it can already be at distances less than 10 meters come to a signal failure). However, it has been recognized that the usual dynamic changes, especially in road traffic, can lead to a permanent signal failure.
  • the vehicle has a plurality of radio stations by means of which radio measurements for determining the position of the mobile radio station are made.
  • At least one radio station of the vehicle used for the radio measurement is also provided for a detection and / or localization of a radio key of an access system of the vehicle.
  • a vehicle access system for localizing the radio key by means of a running time measurement is described for example in the not published at the relevant time of the present application 10 2015 216 331.8.
  • a possible use of a vehicle access system to improve traffic safety in the context of the present invention has been but not recognized.
  • the running time measurement of transmitted signals - as can be realized, for example, with UWB - is used in particular for protection against so-called relay attacks.
  • the proximity of the radio key to the vehicle can therefore be determined reliably and not falsely, and thus this type of security gap can be closed.
  • the radio measurement is carried out at a frequency of about 4 GHz with a bandwidth of about 500 MHz, so that sufficient accuracy and range could already be determined.
  • a distance between the respective radio station and the mobile radio Radio station measured this can be done in particular by means of running ⁇ time measurement and / or signal strength measurement.
  • an angle between the radio station and the mobile radio station is measured.
  • a distance measurement in conjunction with an angle measurement is provided for localized remote localization of a road user.
  • a plurality is performed on radio measurements by means of a plurality of radio stations of the vehicle, the position of the mobile radio station based on at least an angle between at least one respective radio station and the mobile radio station and at least a distance between about ⁇ least a respective radio station, and the mobile radio station is measured.
  • the distance measurement can thus be combined in any way with angle measurements.
  • an over-determination is also possible in principle, so that previous results can be made plausible or the accuracy and reliability can be improved.
  • the angle measurement is preferably carried out by means of at least one time difference measurement (TDOA - Time Difference of Arrival). Further preferably, the distance measurement is performed by means of at least one run time measurement (RToF - Round Trip Time of Flight).
  • TDOA Time Difference of Arrival
  • RoF run time measurement
  • At least three radio measurements are performed. This corresponds to the procedure for a trilateration, although angle measurements can also be dispensed with in this case.
  • the radio measurements only respective distances between the respective radio station and the mobile radio station can be measured. This can be carried out in particular by means of running time measurement and / or by means of signal strength measurement. Since it is possible to dispense with the determination of angles, it is possible to dispense with the obstruction of corresponding necessary antennas or sensors, which can measure angles. This can save sensors.
  • the vehicle or the radio station and the mobile radio station each determine their own position. This can be done in particular by means of satellite navigation or by means of terrestrial radio networks.
  • the position thus determined can be advantageous for supplementing or improving the Results of the radio measurement are used, in particular, if the mobile radio station and the radio station notify the respective positions.
  • a development of the method is carried out to ⁇ additionally a recognition of the mobile radio station by means of a further radio network technology, in particular in accordance with a wireless (Wi-Fi, Wi-Fi, IEEE 802.11) LAN standard or vehicle-to-X communication, by means of a mobile radio network, by means of UHF, means BLE and / or by other Funkkommunikati ⁇ onstechniken.
  • the mobile radio station is identified and / or localized by means of the further radio network technology, and in a further, the first subsequent step, a localization and / or recognition of the mobile radio station by means of UWB.
  • a localization and / or recognition of the mobile radio station by means of UWB.
  • the further wireless network technology in particular position-specific data can be exchanged or sent from the mobile radio station (road users) to the vehicle.
  • the further radio network technology for detecting the mobile radio station is also provided for a detection and / or localization of a radio key of an access system of the vehicle.
  • Maintaining the communication of the vehicle with the mobile radio station is preferably carried out even if the Lo ⁇ delocalization means UWB no longer possible or is not possible with sufficient accuracy.
  • the Traj can ektorienv offeredung of road users even in shadows or temporary leaving the UWB range area done, leave resulting in improved among others Be ⁇ wegungs tenudiktionen in their expressiveness.
  • vehicle ad hoc networks or Car2X a wide variety of options are known, which is why it should be dispensed with further statements in this regard.
  • the vehicle additionally carries out measurements by means of respective environment sensors, in particular camera and / or radar and / or laser.
  • the measurements of the environmental sensors can be used when calculating the position.
  • an additional plausibility or an improvement in the accuracy of the detection can be achieved.
  • the method further comprises the following steps:
  • a collision avoidance maneuver may be, for example, braking or evading the vehicle. This can be carried out, for example, autonomously or automatically. However, it can also be issued a corresponding warning to the driver, which invites these to dodge or brake or otherwise points to the risk of collision or to the mobile radio station or the associated vulnerable road users.
  • the invention further relates to a radio device of a vehicle, comprising at least one UWB transceiver for transmitting and receiving UWB signals and at least one arithmetic unit, the radio device for a method according to at least one of the preferred embodiments of the invention configured in conjunction with at least one mobile radio station is.
  • the radio device is also preferably designed for the use of at least one further radio network technology, in particular vehicle-to-X communication.
  • the radio device is also designed to carry out a method for detecting and / or locating a radio key of an access system of a vehicle.
  • the invention further relates to the use of the radio device according to the invention for carrying out the method according to the invention in a vehicle.
  • the vehicle has a plurality of radio stations for performing radio measurements by means of Ultra Wideband Radio Technology (UWB) according to the method according to the invention.
  • UWB Ultra Wideband Radio Technology
  • the computing unit of the vehicle is preferably designed to calculate algorithms for locating the road user or road users and calculating probabilities of the hazard as well as the triggering of safety functions (warning cascades, braking, steering, etc.).
  • a radio-based localization system for improving road safety, in particular of vulnerable road users comprising at least one radio device according to claim 12 and a mobile radio station, wherein the mobile radio station comprises at least one UWB transmitting and / or receiving unit.
  • VRU vulnerable road users
  • the invention relates to a non-volatile com ⁇ computer readable storage medium further containing program code that when executed a processor to execute a method of the invention.
  • the method according to the invention can be made of all the described versions and variants.
  • the described method is also usable for vehicle-to-vehicle localization in a similar manner. This may mean, for example, that the already mentioned radio station or mobile radio station is not assigned to a typical vulnerable road user such as a pedestrian, but to a vehicle such as a motor vehicle.
  • radio signals used by a mobile phone normally for communication with base stations of a mobile network can be used. This may help to avoid the installation of additional applications or the transmission of additional radio signals.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a RToF measurement according to the
  • Fig. 2 shows an embodiment of a TDOA measurement according to the
  • Fig. 3 shows an embodiment of a combined RToF
  • FIG. 5 shows an inventive embodiment of an identifier 5 of a road user 2 and vehicle-side transmitting / receiving modules 4.1 to 4.4 and
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of the invention of an advantageous combination of UWB ranging and radio-frequency long-range technologies such as UHF, BLE or
  • WLAN V2X wireless technology.
  • a vehicle 1 thereby moves in the direction of a moving traffic participant 2, for example a VRU, which is covered by a stationary vehicle 3 from direct visual contact with the moving vehicle 1.
  • the respective associated arrows indicate the directions of movement.
  • the moving vehicle 1 has a plurality of transceivers 4.1 to 4.4 and the VRU 2 carries an identifier 5, which is designed as a transmitting and / or receiving unit, eg a smartphone, activity tracker, wristwatch, transponder, TAG, etc., with it.
  • the transceivers 4.1 to 4.4 are also used as receiving units of a vehicle access system.
  • UWB ultra wideband radio technology
  • a combination of a distance measurement and an angle measurement is provided in order to obtain an intersection point at which the position of the VRU 2 is correspondingly assumed.
  • the distance measurement takes place, for example, by a running time measurement (RToF - Round Trip Time of flight) between the transceiver 5 of the VRU 2 and at least one of the transceivers 4.1 to 4.4 of the vehicle 1. Due to the availability of multiple transceivers 4.1 to 4.4, which are spaced from each other in or on the vehicle, to each of these transceiver 4.1 to 4.4 a running time measurement and thus a distance measurement are performed. The result is, as shown in FIG.
  • a number of projected areas 6 corresponding to the number of measurements taken which represent probabilities of accommodation taking account of measurement uncertainties.
  • these are shown by way of example as Kreisringausschnitte.
  • the areas overlap one another and form a common interface surface 7 which may be regarded as the region of greatest probability of the VRU 2 From ⁇ level measurement.
  • an angle measurement takes place, which is realized, for example, by a time difference measurement (TDOA - Time Difference of Arrival).
  • TDOA Time Difference of Arrival
  • a signal from the transceiver 5 is received by two of the transceivers 4.1 to 4.4 of the vehicle 1.
  • the angle measurement is preferably the time difference between the arrival of the signal to a first transceiver, ex. 4.1, and the arrival at a second transceiver, bsp. 4.2, added. This results in projecting a hyperbolic surface 8 of equal time difference between the first and second receiving unit, which represents the potential location of the VRU 2, taking into account the uncertainties of measurement.
  • the receiving units of the vehicle 1 are expediently time-synchronized. Further measurements of the time difference by means of the transceivers 4.1 to 4.4 of the vehicle 1 according to the above procedure result in further hyperbolic surfaces 8.
  • the hyperbolic surfaces 8 overlap one another and form a common cut surface 9, which can be regarded as the area of greatest probability of residence of the VRU 2 from the angle measurement.
  • the remote localization of a road user 2 can be significantly improved, with measurement uncertainties in the single-digit centimeter range are considered realistic.
  • the procedure or sequence of distance measurement and angle measurement may differ from those described by way of example.
  • the distance measurement and angle measurement can advantageously be linked in such a way that an angle measurement or TDOA measurement also takes place during each distance measurement or RToF measurement.
  • the RToF and TDOA measurements may be plausible against each other during a localization process, which may result in improved localization performance than would be the case with separate measurement systems (eg installed at different locations in the vehicle). For example, in traffic situations with masking, for example as shown in Figures 1 to 3, to expect that at least only re ⁇ Plural signals are received a short time, which can negatively impact on the TDOA measurements and, at this very difficult or impossible is not recognizable.
  • the RTOF measurement will produce only error concealment ⁇ situations which simulate a greater distance, which is comparatively easily recognizable (for example, will be allocated a higher quality with a series of distance measurements shorter values). Depending on the situation or measuring accuracy, the corresponding TDOA measurement results or the RToF measurement results can then be determined speaking more or less weighting will be granted in the localization.
  • Fig. 4 shows a preferred method for realizing the TDOA measurements.
  • the application which can not be modified at the material time of the present application also describes a method that can be modified for this purpose.
  • the transceiver 5 of the traffic participant 2 sends out a message Ml. This is received by the receiving units of the transceivers 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 of vehicle 1, each of the transceiver generates a reception time stamp RX of Ml (TDOA1: Ml.l, Ml.2, Ml.3, Ml.4).
  • a transit time measurement TOF1, TOF2, TOF3, TOF4 is carried out for each transceiver 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, and by means of trilateration localization of the traffic participant 2 relative to the vehicle 1 can take place.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an identifier 5 of a road user 2, in particular of a VRU, and vehicle-side transceiver modules 4.1 to 4.4.
  • the identifier 5 of the road user 2 has to ⁇ least a UWB transceiver and at least one 5.1
  • RF-LR Radio Frequency-Long Range transceiver 5.2, for example for:
  • UHF e.g. 433 MHz or 868 MHz ISM band; up to approx. 1000m range
  • - BLE Bluetooth Low Energy; up to 100m range; optimized for energy-efficient signal search and connection establishment - WLAN: Wireless LAN; up to several 100m range.
  • At least one vehicle-side transceiver module likewise has at least one UWB transceiver 4.1-1 and at least one RF-LR (Radio Frequency-Long Range) transceiver 4.1-2.
  • the transceivers 4.1 (4.1-1.4.1-2) to 4.4 can also be provided as transmitting and / or receiving units of a vehicle access system.
  • the arrows illustrate the possible wireless communication relationships with each other.
  • the identifier 5 and the vehicle-side transceiver modules are configured to carry out the method described with reference to FIG.
  • Fig. 6 a preferred embodiment of the invention is shown, whereby an advantageous interaction of the UWB ranging and the V2X communication or radio-frequency long-range technologies (RF-LR) is made possible.
  • RF-LR radio-frequency long-range technologies
  • a related pairing-identifier 5-vehicle-side transceiver modules-can preferably be used in accordance with the exemplary embodiment described with reference to FIG. 5.
  • a V2X transceiver 5.2 - or TAG or transponder assigned to a road user 2 sends out so-called beacons, which may contain movement information, Classification (eg pedestrians, cyclists, etc.) or other relevant data of the road user 2 may include.
  • a vehicle 1 receives at least one of the beacons, ie is in range of the wireless communication, by means of at least one vehicle-side transceiver 4.1 to 4.4 a message is sent, which receives the V2X transceiver 5.2 of the identifier 5 and includes information by means of to cause identifier 5 to change to a UWB ranging mode 100.2.
  • the UWB operating mode is activated accordingly on the vehicle side in relation to this identifier 5.
  • ranging mode a particular periodic localization of the identifier 5 takes place by means of ultra wideband radio technology (UWB) and preferably by means of the method described with reference to FIGS. 1 to 3 or at least the method described with reference to FIG. 1 or FIG 2 described method.
  • UWB ultra wideband radio technology
  • V2X transceivers 5.2, 4.1-2 communication If it can be maintained by means of V2X transceivers 5.2, 4.1-2 communication, so these are in range, is carried out according ent ⁇ Voice message by the vehicle 1 is trying to establish a UWB or pairing a renewed change to UWB ranging Mode 100.2. If a UWB-based pairing is again successfully established, ie switched to Ranging mode 100.2, a possible position or movement gap of the VRU 2 can be closed by a hypothetical assumed trajectory if necessary by means of appropriate vehicle-side algorithms. In particular, the movement history is obtained in operating mode 100.3 as long as a pairing can be maintained on ⁇ means V2X. Alternatively, this can be provided only for a defined period of time or a defined number of attempts to switch back to the ranging mode 100.2. If the connection of the pairing by means of the V2X transceivers in operating mode 100.3 is considered lost, a change to the search operating mode 100.1 takes place. The communication channel is thus free again for the establishment of a new
  • vehicle-to-X communication in particular means direct communication between vehicles and / or between vehicles and infrastructure facilities and / or between vehicles and vulnerable road users and / or between vulnerable road users and infrastructure facilities.
  • this may be vehicle-to-vehicle communication or vehicle-to-infrastructure communication.
  • vehicle-to-vehicle communication which typically takes place without being mediated by a mobile radio network or a similar external infrastructure and which is therefore the result of other solutions which, for example, build on a mobile network, is to be distinguished.
  • vehicle-to-X communication may be using the standards IEEE 802.11p or IEEE 1609.4.
  • a vehicle-to-X communication can also be referred to as C2X communication.
  • the subareas can be referred to as C2C (Car-to-Car) or C2I (Car-to-Infrastructure).
  • C2C Car-to-Car
  • C2I Car-to-Infrastructure
  • the invention explicitly does not exclude vehicle-to-X communication with switching, for example via a mobile radio network.

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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

Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbes¬ serung 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 Ver- kehrsteilnehmer 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 re- duzieren 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 Sicherheits¬ netzwerk 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 Obj ekterkennungs-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 Eigenlo¬ kalisierung. Fußgänger und Radfahrer weisen aber andere Rahmenbedingungen auf, welche eine unmittelbare Übertragbarkeit solcher Ansätze verhindern. Auch sind Eigenlokalisierungslö- sungen 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 Positi- onsdaten 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 lo¬ kalisieren 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. π
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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 ,
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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 La¬ tenzzeit, 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. η
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 Verbindungs zeit nicht deterministisch und den Standard unbrauchbar für Lokalisie- rungsapplikationen 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 Broadcas- ting-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 (llac, 11p) Spektrum operieren besonders interessante physikalische Eigenschaften hin¬ sichtlich 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 Funk- messungen 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 12 sowie ein funkbasiertes Lokalisierungssystem gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. „
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere von gefährdeten Straßenver¬ kehrsteilnehmern (VRU) , das folgende Schritte aufweist:
Durchführen zumindest einer Funkmessung mittels Ultra Wideband Funktechnologie (UWB) zwischen einer Funkstation eines Fahrzeugs und einer mobilen Funkstelle eines Ver¬ kehrsteilnehmers, 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 Ver¬ kehrsteilnehmers 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 zweck¬ mäßigerweise für den die Funkstelle mit sich führenden Ver¬ kehrsteilnehmer 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 Rollstuhl- fahrer, 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, Last¬ kraftwagen 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 Funkmes¬ sungen 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 Leis- tungsdichte 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 re¬ flektierten 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 Bewegungstraj ektorie etc.
Aufgrund der Abstrahl-Grenzwerte und daher vergleichsweise niedrigen Sendeleistung, liegt die Reichweite für die UWB-Signalübertragung typischerweise unter 100 Metern und insbesondere Obj ekt-Verdeckungen führen zu weiter verringerten Reichweiten, da die Pegelreserven für die auftretenden Dämp- fungs- 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 entge- genwirken 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 Zu¬ verlässigkeit 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 ver- gleichsweise 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 Lauf¬ zeitmessung 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 zu¬ mindest 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 Traj ektorienverfolgung der mo¬ bilen 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 Kaiman-Filter etc., weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer Ausführung werden zumindest drei Funkmessungen durchgeführt. Dies entspricht dem Vorgehen bei einer Trila- teration, 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. Sen- sorik, 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 zu¬ sätzlich eine Erkennung der mobilen Funkstelle mittels einer weiteren Funknetzwerktechnologie, insbesondere gemäß einem Wireless LAN Standard (WLAN, Wi-Fi, IEEE 802.11) bzw. Fahr- zeug-zu-X Kommunikation, mittels eines Mobilfunknetzes, mittels UHF, mittels BLE und/oder mittels anderer Funkkommunikati¬ onstechniken. 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 Ver¬ kehrsteilnehmers bzw. der mobilen Funkstelle mittels der Funknetzwerktechnologie, beispielsweise durch Mitteilung über einen weiteren Verkehrsteilnehmer/Infrastruktureinrichtung, zu verstehen. Vorzugsweise weist die weitere Funknetzwerktech¬ nologie eine höhere Reichweite zum Verbindungsaufbau im Ver¬ gleich 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 Kom- munikation 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 Funk- 1 η
netzwerktechnologie werden Verkehrsteilnehmer bereits erkannt, bevor das UWB-Ranging möglich ist. Dies stellt beispielsweise einen erheblichen Zeitvorteil dar. Da jedoch die Eigenloka¬ lisierung 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 Lo¬ kalisierung mittels UWB nicht mehr möglich oder nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit möglich ist. In vorteilhafter Weise kann damit die Traj ektorienverfolgung von Verkehrsteilnehmern auch bei Abschattungen oder temporärem Verlassen des UWB Reichweitenbereichs erfolgen, woraus sich unter anderem Be¬ wegungsprädiktionen 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 Mes- sungen der Umfeldsensoren können beim Berechnen der Position verwendet werden. Damit kann eine zusätzliche Plausibilisierung oder eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Erkennung erreicht werden . , 0
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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 Kollisionsver- meidungsmanövers durch das Fahrzeug.
Damit kann in besonders bevorzugter Weise automatisch auf eine erkannte Kollisionsgefahr reagiert und eine Kollision vorteilhaft verhindert werden. Bei einem Kollisionsvermeidungs- manöver 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 com¬ puterlesbares 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 ver- letzlichen 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:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer RToF Messung gemäß der
Erfindung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer TDOA Messung gemäß der
Erfindung,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kombinierten RToF und
TDOA Messung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 ein bevorzugtes Verfahren zur Realisierung eines UWB
Kommunikationsprotokolls für TDOA und RToF-Messungen gemäß der Erfindung, Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Identifikators 5 eines Verkehrsteilnehmers 2 und fahrzeugseitiger Sende-/Empfangsmodule 4.1 bis 4.4 und
Fig. 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung einer vorteilhaften Kombination des UWB-Ranging und Radio-Frequency Long-Range (weitreichende Hochfre- quenz) Technologien, wie beispielsweise UHF, BLE oder
WLAN, V2X-Funktechnologie .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten beispielhaften Verkehrssi- tuation 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 Lo¬ kalisierung 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 Fig. 1 gezeigt, eine der Anzahl der vorgenommenen Messungen entsprechende Anzahl an projizierten Flächen 6, die Messunsicherheiten berücksichtigenden Aufenthaltswahrscheinlich- keiten repräsentieren. In Fig. 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 Ab¬ standsmessung 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 Fig. 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 Vor- gehensweise 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 plausibi- lisiert 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 Figuren 1 bis 3 gezeigt, damit zu rechnen, dass zumindest kurzzeitig nur re¬ flektierte 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 Verdeckungs¬ situationen 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 Fig. 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 Ml 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 Ml erzeugt (TDOA1: Ml.l, Ml.2, Ml.3, Ml.4). Anschließend wird mittels Sendeein¬ heiten 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 Empfangs- zeitstempel der Nachrichten M2.1, M2.2, M2.3, M2.4 sowie die Sendezeitstempel der Nachrichten Ml 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 TOFl , TOF2, TOF3, TOF4 und mittels Trilateration kann eine Lokalisierung des Verkehrsteilnehmers 2 bezogen auf das Fahrzeug 1 erfolgen.
Die Fig. 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 zu¬ mindest 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 Figur 6 beschriebenen Verfahrens ausgestaltet.
In Fig. 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 -- fahr- zeugseitige Sende-/Empfangsmodule - gemäß des anhand der Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiels Anwendung finden.
In einem Such-Betriebsmodus 100.1 („Fahrzeug sucht Identifi- kator") sendet ein einem Verkehrsteilnehmer 2 zugeordneter V2X-Transceiver 5.2 - bzw. TAG oder Transponder (in Fig. 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 Figuren 1 bis 3 beschriebenen Verfahrens oder zumindest des anhand der Fig. 1 oder Fig. 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 ("Verbin¬ dungs-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 Fahr- zeugsicht 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 ent¬ sprechender 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 auf¬ rechterhalten 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 Be- deutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahr- zeug-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 Fahr- zeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahr- zeug-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 Fahr- zeug-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 Er- findung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus .

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. 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, wobei 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.
2. 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.
3. 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 .
4. 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 Signal¬ stärkenmessung .
5. 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 .
6. 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 je¬ weiligen Funkstation (4.1,4.2,4.3,4.4) und der mobilen Funkstelle (4) gemessen wird.
7. 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 .
8. 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 Zu¬ gangssystems 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 Kollisionsver- meidungsmanövers 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.
13. Verwendung der Funkeinrichtung gemäß Anspruch 12 in einem Fahrzeug ( 1 ) .
14. 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 zu¬ mindest eine UWB-Sende- und/oder Empfangseinheit umfasst.
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