Optimisation of a tramway collision detection system for triggering a front airbag

Abstract

Since “road traffic injuries are now the leading cause of death for children and young adults aged 5–29 years” and “the number of deaths on the world’s roads remains unacceptably high” (World Health Organisation, 2018:2), countries all over the world try to reduce those numbers. So far, the introduced initiatives mostly concern cars and trucks, because the highest number of people die involved in a road accident with either one of them. Little research, though, is being carried out on the sometimes even more fatal road accidents with trams. Between 2014 and 2017 an average of 38 vulnerable road users (VRUs) died due to accidents with a tram in Germany. In order to counteract this in a preventive manner, the tram manufacturer Bombardier Transportation is working on several driver assistance systems. An Obstacle Detection Assistance System (ODAS) was developed to warn the driver in case of a possible collision and even trigger a moderate brake if the driver is not reacting to the warning. The latest research was performed on a special pedestrian airbag, that should be inflated before a person crashes against the windscreen of the tram in case of an unavoidable crash due to too long braking distances. A special front airbag structure was designed in a cooperation between Bombardier and the Technical University of Vienna and carried out in the master thesis of M. Baumgartner by the end of 2019. In the present thesis an investigation of how to combine those two components was performed. Which additional information and sensors will be necessary to reach an appropriate accuracy of such a pedestrian protection system was researched. The main goal thereby was to reduce the false-positive (FP) rate to a minimum and to avoid unwanted airbag triggering in non-critical situations. Different sensors have been analysed and rated according to the given problem. Concepts have been validated and a future recommendation was given in the end.

Da „Straßenverkehrsunfälle inzwischen die häufigste Todesursache für Kinder und Jugendliche im Alter von 5 bis 29 Jahren sind“ und „die Zahl der Todesfälle auf den Straßen der Welt nach wie vor inakzeptabel hoch ist“ (World Health Organization, 2018: 2), versuchen Länder auf der gesamten Welt, diese Zahlen zu senken. Bisher betreffen die eingeführten Initiativen zur Verminderung Verkehrstoter hauptsächlich Personen- und Lastkraftwägen, da hier die meisten Menschen ums Leben kommen. Bezüglich der teilweise noch folgenschwereren Verkehrsunfälle mit Straßenbahnen wird jedoch kaum geforscht. Zwischen 2014 und 2017 starben in Deutschland durchschnittlich 38 Verkehrsteilnehmer an den Folgen von Unfällen mit einer Straßenbahn. Um dem präventiv entgegenzuwirken, arbeitet der Straßenbahnhersteller Bombardier Transportation an mehreren Fahrerassistenzsystemen. Ein Hinderniserkennungs-Assistenzsystem (ODAS) wurde entwickelt, um den Fahrer bei einer möglichen Kollision zu warnen und sogar eine moderate Bremsung auszulösen, wenn der Fahrer nicht auf die Warnung reagiert. Die neuesten Untersuchungen wurden an einem speziellen Fußgängerairbag durchgeführt, der aktiviert werden sollte, bevor eine Person bei einem unvermeidbaren Aufprall aufgrund zu langer Bremswege gegen die Windschutzscheibe der Straßenbahn stößt. Eine spezielle Frontairbag-Struktur wurde in Zusammenarbeit zwischen Bombardier und der Technischen Universität Wien entworfen und Ende 2019 in der Masterarbeit von M. Baumgartner durchgeführt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie diese beiden Komponenten miteinander kombiniert werden können und welche zusätzlichen Informationen und Sensoren erforderlich sind, um eine angemessene Genauigkeit eines solchen Fußgängerschutzsystems zu erreichen. Das Hauptziel dabei war, die false-positive rate (FP rate) auf ein Minimum zu reduzieren und unerwünschtes Auslösen des Airbags in unkritischen Situationen zu vermeiden. Verschiedene Sensoren wurden analysiert und anhand des vorliegenden Problems bewertet. Konzepte wurden validiert und eine Empfehlung für eine zukünftige Vorgehensweise wurde gegeben.