Trafikksikkerhet med ITS Kjøretøybaserte sikkerhetssystemer

Trafikksikkerhet med ITS Kjøretøybaserte sikkerhetssystemer Gunnar Deinboll Jenssen SINTEF gunnar.d.jenssen@sintef.no www.sintef.no 1

Innhold Teknologi og Trender Forholdet mellom passive sikkerhetssystemer og aktiv sikkerhet. Hva er viktigst og hvorfor? Førerstøttesystemer som bidrar til, eller vil i nær fremtid bidra til, økt sikkerhet i veitrafikken Vil nye EU-direktiver bidra til økt sikkerhet i kjøretøyer? 2

Foresight studie for Teknologirådet ITS ogtrafikksikkerhet 2020 (video) 3

Sikkerhetsperspektivet Kjøretøyteknologi 4

Aktive og passive sikkerhetsystem i bil Aktiv sikkerhet Hindre ulykker Passiv sikkerhet Redusere alvorlighetsgrad 5

Sikkerhetspotensial for aktive og passive system Kilde: Leen and Heffernan (2002) 6

Tiltak: Tid vs Intensitet diagram Passive sikkerhetssystemer Aktive sikkerhetssystemer 7

In Vehicle Information Systems (IVIS) Head-Up Display Dashboard / Central display 10 0 Navigation system display Vibrating seat Haptic accellerator 8

Potensielle sikkerhetsproblemer IVIS Overbelastning Distraksjon Utilpasset HMI eks. tidlig versjon av info. system i BMW 7 serie 9

Avansert førerstøtte Advanced Driver Assistance Systems (ADAS): Active safety systems which detect and evaluate the vehicle surroundings by complex signal processing Kilde:European code of practice for evaluation of ADAS 10

ADAS Tilgjengelig i dag 1. Driver monitoring 2. Night vision systems 3. Automatic speed sign recognition 4. Automatic parking 5. Workload management systems 6. Emergency steering assist 7. Brake force display 8. Adaptive headlights 9. Lane departure warning 10. Lane keeping assistance 11. Adaptive cruise control 12. Counter steering assistance 13. Hill decent control 14. Electronic stability control 15. Blind spot detection system 16. Pre collision, collision avoidance and obstacle detection systems 17. Emergency braking assist Systems acting on a range of vehicle dynamics 18. Active whiplash injury risk reduction 19. Airbags 20. Pedestrian impact mitigation 21. Post-crash systems and e-call 11

Limited knowledge There is a clear lack of reviews of previous experience and data to support investments in ADAS both from a cost/benefit point of view and especially, from a safety perspective (HUMANIST NoE - Vaa et. al. 2006) 12

ADAS - Potensielle sikkerhetsproblemer Passivitet Bruk av ledig kapasitet til andre aktiviteter (sms, tv, mobil med mer.) Understimulering, manglende situasjons bevissthet Out of the loop forårsaket av passiv overvåkning og manglende årvåkenhet Ikke oppmerksom på teknisk svikt og funksjonsfeil Forvirring i forhold til system modus Tap av manuelle kontrollferdigheter (inngripen mindre effektiv ved regresjon til manuell kontroll) Kilder: Stevens (2008), Sheridan and Nadler (2006), Sheridan (2001), Bainbridge (1987) 13

ADAS - Potensielle sikkerhetsproblemer Tillit Overdreven tillit til system: Bremseevne Funksjonsområde Mulighet til å ta inn skrens Mistillit, krenkelse, motstand: Påvirker bruk, aksept, spredning (dermed sikkerhet) Kontrollerbarhet: Stående fast opp glatt bakke 14

ADAS - Potensielle sikkerhetsproblemer Mental modell Misforståelser omkring funksjon, og anvendelsesområde Eksempelvis Bruker ACC uten Stop & i bystrøk Tror ACC er antikollisjonssystem Skremt når ACC akselererer når target vehicle forsvinner over bakketopp, rundt sving Ike vet at du med ABS og ESC bør tråkke bremsen i bånn Fuctional limit-module Incident-Module 15

ADAS - Potensielle sikkerhetsproblemer Atferdstilpasning Utilsiktet atferd: Økt hastighet, redusert avstand, tidsluke aksept m.m. Bruk av ITS støtte til å se på TV Bruk utenfor funksjonsområde Kjører lenger enn forsvarlig (fare for avsovning) Endring i : Fartsvalg Konsentrasjon, årvåkenhet, situasjons bevissthet Avstand til forankjørende, akksept av tidsluke Reiserute, tidspunkt for avreise Vær og føreforhold det kjøres under Transportmiddel 16

Automated parking Obvious support potential For visual field impairments 17

BMW Night Vision: Pedestrian support 18

Hva kan vi si om sikkerhetseffekten? 19

Problem i forhold til å estimere sikkerhetseffekter Teknologien endrer seg stadig Atferden endrer seg over tid Liten eksponering, ulykkesdata 20

Sikkerhet påvirkes av en rekke faktorer Atferdstilpasning Reliabilitet Potensial for misbruk Bruker aksept Markedsandel, utbredelse Utviklingstadie teknologien er på 21

Betingelser for at atferdstilpasning kan inntreffe 1. Forandring i vegtrafikksystemet veg-kjøretøy-fører 2. Feedback kan merkes Forventninger, mental tilstand 3. Atferdsendring er mulig Handlefrihet omgivelsene tillater 4. Atferdsendring er motivert Bevisst/ubevisst, risikopersepsjon, trygghetsfølelse 22

Prediksjoner av nytte by Proxy Oppskrift ( e-impact, Prosper): 1. Innhente empiriske data om atferdsendring fra Field Operational Test (FOT) 2. Oversette observert atferdsendring til prediksjon av prosentvis endring for kjøretøy med systemet 3. Predikere framtidig kjøretøypark, år for år 4. Predikere framtidig kjørestrekning pr kjøreertøy, år for år 5. Predikere framtidig endring i ulykkesrate pr km, år for år 6. Predikere systemutbredelse I kjøretøyparken 7. Resultat er ulykker spart pr år Source Carstens (2008) 23

Prediksjon av endring i sikkerhet for Speed Alert Intelligent Speed Adaptation Hvis vi vet endring I kjørehastighet mellom baseline (ingen ISA) og kjøring med informerende ISA an vi kalkulere hvordan risiko endrer seg med ISA Med bakgrunn i data fra ISA-UK prosjektet (London) kalkulerte Leeds University reduksjon i ulykkesrisiko på 19.3% 24

Systemer for førerstøtte Measure Safety effect BA Net Antilock Braking System (ABS) (-) + Acc.-3.5% Electronic Stability Control (ESC) 0 ++ Acc -50%, -13%, -32 E-call - + Acc. -5% (?) Alcolock/Druglock? + Adaptive front lighting systems (AFS) -? Enhanced night vision (NV) - + Intelligent Cruise Control (IC)?? Adaptive Cruise Control (ACC)?? Ingen ulykker registrert Lateral control/warning (LDW)?? By Proxy -10% til -40% Collision Avoidance System?? Driver vigilance/fatigue monitoring?? Intelligent Speed Adaptation (ISA) Informative Speed Advice (ISA) (+) (+)?? By Proxy -10% til -26 % Intersection control?? 25

Ikke bruk antiskrensen ESP får sjåføren til å ta større sjanser Av Gjermund Glesnes 03.12.2009 kl. 09:00 Kilde: VG NETT (VG Nett) Antiskrenssystem på bilen gjør at føreren tar større risiko i trafikken. Det viser en spørreundersøkelse fra det svenske forskningsinstituttet VTI. SKAL HA KONTROLL: Bilføreren skal kjøre slik at bilens antiskrens ikke slår inn. Foto: Martin Nilsen Instituttet har spurt bilførere hvordan de vil oppføre seg i tre ulike situasjoner, med og uten elektronisk stabilitetskontroll (ESP) på bilen. Svarene er bekymringsverdige. Bilistene svarer nemlig at de er langt mer troende til å ta en sjanse hvis bilen er utstyrt med ESP enn hvis den ikke er det. 26

ESC ESC checks 25 times per second: Where does the driver want to steer? ESC checks 25 times per second: Where is the vehicle going? Figure 1. Illustration of ESC capability in evasive hazard manouveres. From an ad for ESP by Bosch in a Chinese magazine (2005). ESC takes action: It "steers" the vehicle by brake interventions. The car is kept more safely on track Figure 2. ESC is active all the time. It recognizes critical situations before the driver can and intervenes independently. From (Bosch 2008). 27

Funksjon 28

ESCs bidrag til ulykkesreduksjon er STORT! 30 % 29

Oversikt over system og metoder I PhD studie: Technologies studied ESC & ACC In depth interview In situ observation ( in traffic, on road) Method Scenario Exposure Population Oslo and Trondheim One hour drive 12 drivers Male and female Age 38 69 ESC & ACC Survey Norway 2 6 years 500 drivers Male and female Age 27 68 One day ISA Driving Simulator Within subjects ACC Driving Simulator Within subjects ACC Driving Simulator Exploratory AFS Driving Simulator Mixed design Urban Dual Carr. Motorway City streets Urban Dual Carr. Motorway City streets Urban & Rural Dual Carr. Motorway City streets Urban & Rural Dual Carr. City streets One day Four days Six days 24 drivers Male and female Age 25 45 18 drivers Male and female Age 25 45 4 drivers Male Age 31 45 22 drivers Male and female Age 25 45 30

Electronic Stability Control (ESC) 1. Forbausende få studier har adressert mulig atferdstilpasning ved bruk av ESC 2. Den første Norske studie av ESC (Jenssen 2008) viser at fleste kjører med ESC slik intensjonen er 3. Negativ atferdstilpasning En mindre andel (10%) av førerne rapporterer at de kjører mer aggressivt, mindre defensivt og kjører fortere med ESC. Dette er i tråd med en nylig publisert survey blant Canadiske førere (Rudin- Brown 2008). 4. Varslingseffekt bekreftet 5. Stor sikkerhetseffekt bekreftet 31

Dersom man kombinerer ESP og vanlig cruise-kontroll med evnen til å se, så får man ACC Motorstyring Radar ABS/ESP aggregat Betjenings modul Rotasjons- og aks. sensor Rattvinkel Girkassestyring 32

Adaptive Cruise Control (ACC) 1. Noe potensial for misbruk og sikkerhetsnegativ atferdstilpasning (Jenssen et al, 2003) Detection Adaptation Back to driver settings 2. Atferd som ønskelig Majoriteten av førerne har en atferd i tråd med intensjonen for ACC 3. Atferden er i tråd med Norske anbefalinger for avstand til forankjørende 3 sekunds regelen (Jenssen, 2008) 4. Ingeen ulykker relatert til ACC bruk er rapportert så langt 5. Potensial ACC har et enda større sikkerhetspotensial under typike Nordiske vegtrafikkforhold hvis sensor utviklingen evner å overkomme funksjonsfeil under snøvær, slaps. 33

Adaptive Front Lighting Systems (AFS) Urban Rural Motorway Full light Poor visibility 34

Adaptive kjørelys Uten AFS Med AFS 35

Adaptive Front Light Systems (AFS) 1. AFS studien er den første omkring atferd til norske førere med AFS og den første omkring atferdseffekter i et internasjonalt perspektiv (Jenssen et al 2007). 2. Ingen negativ atferdstilpasning ble observert for førere utstyrt med AFS 3. Signifikant lavere hastighet med AFS i urban omgivelser Helt imot hva vi forventet var hastigheten i urbane omgivelser signifikant lavere for AFS førere. Hastigheten økte over en seksdagersperiode, men tilsvarende økning ble observert for førere uten AFS. 4. Ingen forsøk på å kvantifisere sikkerhetseffekter så langt 36

Intelligent Speed Adaptation (ISA) 1. Stort sikkerhets potensial 2. Lav brukeraksept Blant førere som vil ha størst nytte av systemet -fartsovertredere, unge førere 3. Ennå en ung teknologi med et stort forbedringspotensial 4. Kontrollerende ISA Krever politisk handling for vellykket implementering 20-26 % reduksjon av dødsulykker (Carstens 2008; Elvik 2007) Blaupunkt ISA On board speed limit integrated in navigation display Norwegian ISA On board speed, speed limit and overspeed warning Integrated in PDA Figure 1. HMI solutions for three different ISA technologies. ISA UK On board speed limit and overspeed warning integrated in standard instrumentation 37

Karakteristika for fem lærings faser i føreres atferdstilpasning til ADAS Learning Phase Level of experience Behaviour Duration Scenario experience Typical learning Typical problems 1.First encounter Tabula rasa Exploratory Unstable First day < 50km 1 6 hours Limited Interface use HMI related Distraction Distrust 2. Learning Novice Unstable 3 4 weeks < 1000km 10 40 hours Most urban, rural road/traffic conditions including day/night driving Controllability HMI related distraction System limitations 3. Trust Relatively experienced Relativley stable 1 6 months Most urban, rural road types including day/night driving and many weather conditions Trust Shift of locus of control Passive monitoring Overreliance Drowsiness 4. Adjustment Experienced Stable 6 12 months All urban rural road types most summer winter conditions Functional limitations Malfunction Resentment 5.Readjustment Expert Very stable >1 2 years All relevant road traffic conditions Rarely occurring hazard events System limitations & Malfunction Mistrust Resentment Loss of manual control skills 38

Status for en del andre system Adekvat støtte Adekvat Sikkerhet i dag Adekvat sikkeret i framtida Intersection Control Nei Nei Avhengig av automatiseringsnivå Anti collision Nei Nei Avhengig av automatiseringsnivå Lane Change Ja Sannsynigvis / ja Avhengig av automatiseringsnivå Lane keeping Yes Sannsynligvis / ja Avhengig av automatiseringsnivå Parking Ja Ja Ja 39

Trender i framtiden 40

Foresight om teknologi Det går om lag 50 år fra en nyvinning skjer til den er allment utbredt, selv om den er sosialt nødvendig Jacques Attalli 2006 Une breve histoire del avenir 41

42

Fikk en koffert i 1988. Prometheus planlagt 1985 Min sjef Birger Elvestad kom hjem fra Brussel med en koffert Kravspekk for ITS system og utviklingsplan 1985-2010 Planen i stor grad fulgt opp 43

44

PROMETHEUS & DRIVE 4 Rammeprogram Chauffeur I og II 5 Rammeprogram Cybercar, Cybermove EDICT STARDUST 6 Rammeprogram E-Safety Citymobil Cemacs 7 Rammeprogram Cvis Longitudinell kontroll Lateral kontroll Integrerte system Samvirkende system 45

ITS Action Plan Problemområder Aging Public funds, skills shortage, preferences Migration and internal mobility connections Environmental challenges emissions Increasing scarcity of fossil fuels dearer-dirtier Urbanisation The last mile issue World trends need for global solutions 46

ITS Action Plan Strategi for implementering En strategi for raskere spredning av ITS på en sammenhengende og konsekvent måte, med fokus på: Action Area 1: Action Area 2: Action Area 3: Action Area 4: Action Area 5: Action Area 6: Optimal bruk av veg, trafikk og reise data Gjennomgående ITS baserte trafikk og frakthåndteringstjenester i Europeiske transport korridorer og sammenhengende urbane områder Vegtrafikk sikkerhet og security Integrering av kjøretøy med transport infrastruktur Datasikkerhet, datavern, og forsikringsansvar Europeisk ITS samarbeid og koordinering 47

ITS Action Plan Strategi for implementering Human Machine Interaction (HMI): Behov for standardiserte plattformer og grensesnitt av hensyn til sikkerhet Sikkerhetssystem i bil: Samvirkende system krever synkronisert spredning i kjøretøy og infrastruktur ecall: Bør ikke introduseres som et autonomt system Elektroniske Betalingssystemer: Harmonisering over landegrenser for å sikre likebhandling av nyttetransport Trafikkstyring: Kompleksiteten i trafikkstyring (offentlig/privat og mellom transportformer) krever et helhetlig kontrollsystem, nettverk Kritisk for å nå ambisiøse mål 48

ITS ActionPlan Konkretisering Utvikling av et rammeverk for et trafikksikkert HMI grensesnitt i bil og for integrering av nomadiske enheter basert på European Statement of Principle 29 angående effektive og sikre informasjons og kommunikasjonssystem i bil Adressere problem tilknyttet forsikringsansvar i forbindelse med bruk av ITS løsninger og spesielt sikkerhetssystem i bil Adoptering av en åpen platformarkitektur for i-bilen løsninger tilknyttet ITS tjenester og applikasjoner inkludert standard grensesnitt. Resultat fremmes for relevante standardiserings organ Definisjon av spesifikasjoner for Veg-til-Veg, Bil-til-Veg og Biltil-Bil kommunikasjon innenfor samvirkende system 49

Konklusjoner Framtidens sikkerhetstiltak ULYKKER Opplæring Kampanjer Kontroller Trafikkregulering Vegkonstruksjon? Bildesign Intelligente Transportsystemer TID 50

Shipton's Prophecy, Publisert i 1448 ANCIENT PREDICTION Carriages without horses shall go, And accidents fill the world with woe. Around the world thoughts shall fly In the twinkling of an eye. The world upside down shall be And gold be found at the root of a tree. Through hills man shall ride, And no horse be at his side. Under water men shall walk, Shall ride, shall sleep, shall talk. In the air men shall be seen, In white, in black, in green; Iron in the water shall float, As easily as a wooden boat. 51