On the requirements and advantages of cooperative collision avoidance systems for vulnerable road users

Jedes Jahr sterben etwa 350.000 ungeschützte Verkehrsteilnehmer (engl. vulnerable road users (VRUs)), wie Fußgänger und Fahrradfahrer, durch Kollisionen mit Fahrzeugen. Ein Ansatz zur Verringerung dieser Zahl von Todesopfern ist der Einsatz von Kollisionsvermeidungssystemen für VRUs in Fahrzeugen. Diese fahrzeugbasierten VRU-Kollisionsvermeidungssysteme verwenden in den Fahrzeugen installierte Sensoren. Fahrzeugbasierte Kollisionsvermeidungssysteme sind bereits hilfreich, um Kollisionen zu vermeiden, funktionieren aber nur dann zuverlässig, wenn eine Sichtverbindung zwischen dem Fahrzeug und dem VRU besteht. Kooperative VRUKollisionsvermeidungssysteme können eine Lösung für diese Einschränkung zu sein. Bei kooperativen VRU-Kollisionsschutzsystemen ist der VRU mit einem tragbaren Gerät wie einem Smartphone ausgestattet. Dies ermöglicht den Austausch von Bewegungsinformationen zwischen dem Fahrzeug und dem VRU über eine Funkverbindung wie WLAN oder 5G. Im Vergleich zu fahrzeugbasierten VRU-Kollisionsvermeidungssystemen, haben Smartphones derzeit noch keine ausreichende Positionierungsgenauigkeit um Kollisionen zuverlässig zu erkennen. Der genaue Zusammenhang zwischen der Genauigkeit, mit der mobile Geräte die Bewegung der VRUs erkennen, und der Kollisionserkennungsleistung eines kooperativen VRUKollisionsvermeidungssystems ist unbekannt. Diese Dissertation widmet sich daher der folgenden Forschungsfrage: "Was ist die erforderliche Mindestgenauigkeit der VRU-Bewegungserkennung auf mobilen Geräten für eine bestimmte Kollisionserkennungsleistung eines kooperativen VRU-Kollisionsvermeidungssystemes?" Zur Beantwortung der Forschungsfrage liefert diese Dissertation die folgenden Beiträge: Erstens wird zur Erkennung von Kollisionen ein Algorithmus zur präzisen “time-to-collision” basierten Kollisionserkennung vorgeschlagen. Anschließend wird zur Quantifizierung der Kollisionserkennungsleistung eine Leistungskennzahl für VRU-Kollisionsvermeidungssysteme eingeführt. Diese Leistungsmetrik besteht aus zwei Key Performance Indicators (KPIs), die die Wahrscheinlichkeit eines Systems quantifizieren, drohende und nicht drohende Kollisionen korrekt anzuzeigen. Unter Verwendung der beiden KPIs wird dann untersucht, welche Genauigkeit für die Erkennung der Bewegung von VRUs erforderlich ist, um einen bestimmten KPI-Wert zu erreichen. Damit die Untersuchung repräsentativ ist, stützt sie sich auf Szenarien aus dem European New Car Assessment Programme (Euro NCAP). Schließlich bietet diese Arbeit einen imulationsbasierten Vergleich zwischen einem fahrzeugbasierten und einem kooperativen VRU-Kollisionsvermeidungssystem.