Fahrerassistenzsysteme

Sensorik – Datenfusion – Anwendungen

Nachbericht

Sensor- und Datenfusion für neue Funktionalitäten
Dynamisches Feld der Fahrerassistenz bleibt spannend
Gesamte Wertschöpfungskette auf dem Forum vertreten

Sicherheit und Komfort sind Treiber für die Weiterentwicklung von Elektronik im Automobil und auch ein bedeutendes Differenzierungsmerkmal der Hersteller. Neben dem zunehmenden Einfluss auf die Volumensegmente der Mittelklassefahrzeuge ist unverändert das Premiumsegment relevant für die Einführung neuer Systeme oder Systemkombinationen für die Fahrerassistenz. Speziell im Sicherheitsbereich orientieren sich neue Assistenz-Lösungen an den Unfallursachen und deren Häufigkeit. Dadurch rücken komplexe Situationen wie Kollisionsvermeidung mit dem Gegenverkehr oder Kreuzungsassistenten sowie allgemein der Fußgängerschutz weiter in den Vordergrund.

Wie aus bekannten Komponenten und Systemen neue Funktionen im Zusammenspiel erschlossen werden können, zeigte das Kooperationsforum Fahrerassistenzsysteme am 20.05.2010 den rund 140 Teilnehmern aus 9 Ländern. Neben aktuellen Firmenentwicklungen gewährten Forschungsinitiativen, u.a. gefördert vom BMWi und BMBF, einen Blick in die Zukunft.

Das jährliche Forum fand im Rahmen der SafetyWeek in Aschaffenburg statt und wurde von der Bayern Innovativ GmbH als Projektträger der Bayerischen Innovations- und Kooperationsinitiative BAIKA für Automotive und BAIKEM für Elektronik und Mikrotechnologie sowie des Clusters Automotive konzipiert. Partner waren der Kooperationsverbund Fahrzeugsicherheit Bayerischer Untermain und die carhs GmbH als Organisator der SafetyWeek.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:

Strategien und Konzepte der OEMs

Zukünftige Schwerpunkte der Fahrerassistenz aus Sicht der DAIMLER AG vermittelte Dr. Walter Ziegler, Senior Manager Collision Avoidance and Mitigation. Die Sicherheits-Strategie von Daimler hat als Ziel das unfallfreie Fahren und verfolgt hier den integralen Ansatz von aktiver/passiver Sicherheit unter den Aspekten Vorbeugen, Reagieren, Schützen und Retten. Es wurden aktuelle Konzepte wie die PRE-SAFE-Bremse oder DISTRONIC PLUS/ACC vorgestellt. Mit den bereits vorhandenen Sensorsystemen lassen sich unterschiedlichste Objekte in der Umgebung erkennen und deren Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit auswerten, was am Beispiel einer Stereokamera demonstriert wurde. „Das wichtigste ist die Bewertung des Bildes, das einem die Vielzahl an Sensoren liefern" so Dr. Ziegler. Ziel ist es, diese Analyse für die Steuerung aktiver Systeme zur Unfallvermeidung einzusetzen. Dabei wird neben dem Bremsen zukünftig auch an Beschleunigen oder Lenkeingriffe gedacht. Die Funktion eines aktiven Ausweichassistenten wurde mit mehreren Videos demonstriert. Der generelle Trend liegt in der weiteren Teilautomatisierung für routinemäßigen Fahraufgaben sowie der Unfallvermeidung in komplexen Verkehrssituationen.

Die Car2Car- und Car2Infrastructure - Kommunikationstechnik sei eher ein „langfristiger", zukünftiger Aspekt in der Umsetzung, wobei diverse Dienste über Mobilfunk (UMTSLTE) im Bereich der Warnsysteme wohl die schnellste Möglichkeit der Einführung versprechen.

Das Konzept von ConnectedDrive wurde von Dr.-Ing. Dirk Wisselmann, Leiter Projekte ConnectedDrive, BMW Group, vorgestellt: Durch die Verbindung von Fahrerassistenzsystemen, Telematik- und Online-Diensten sowie Anzeige-/Bedienfunktionen werden die Aspekte Fahrer-Fahrzeug-Umwelt miteinander vernetzt. Damit adressiert BMW das gesamte Fahrerlebnis und entlastet und unterstützt den Fahrer vor, während und nach der Fahrt.

BMW entwickelt hierbei auf allen Ebenen, u.a.:

Bürodienste über das BMW-Onlineportal
Vernetzung der Fahrzeuginformation mit den Lebenswelten des Fahrers
Personalisierte Fahrzeugkonfiguration auf USB Stick, die auf jeden anderen (5er/7er-)BMW übertragen werden kann
neue Fahrerassistenzfunktionen, wie der Nothalteassistent, der das Auto autonom auf einen Standstreifen fährt und anhält
Advanced e-Call, der nicht nur den Standort, sondern auch die Schwere des Unfalls und die Anzahl der beteiligten Personen meldet

„Das Auto als elektronischer Co-Pilot wird immer mehr können, soll aber Co-Pilot bleiben", so Dr. Wisselmann bei seinem Resümee.

Car Assessment Protokolle von Euro NCAP zur Kundenempfehlung - Neue Bewertungskriterien zur Fahrzeugsicherheit

Bewährte Sicherheitsassistenten, wie ESP, Sicherheitsgurt-Warnvorrichtung oder Geschwindigkeitsregelung gehen bereits in die Sicherheitsanalyse aktueller NCAP- Fahrzeugbewertungsprogramme ein. Die Bewertung neuer Assistenzsysteme kämpft mit dem Tempo der Entwicklung und der großen Hersteller spezifischen Unterschiede dieser Systeme. Die Entwicklung von robusten Protokollen kann Jahre dauern - währenddessen Euro NCAP nicht in der Lage wäre, einerseits die Verbraucher zu beraten oder andererseits die technologischen Leistungen der Autohersteller anzuerkennen.

Daher ist ein wohl definierter neuer Prozess entwickelt worden, der den Autoherstellern ermöglicht, den Nutzen ihrer neuen Technologien darzulegen und eigene Validierungs-Protokolle zu erstellen. Gleichzeitig ermöglicht dieses Prinzip Euro NCAP die Würdigung von Technologien, die dem Verkehrsteilnehmer Nutzen bringen und stimuliert damit die weitere Entwicklung von neuen Sicherheitstechnologien. Dr. Aled Williams, Programm Manager von Euro NCAP, Brüssel, erläuterte diesen neuen Prozess "Beyond NCAP", der die OEMs in den Qualifizierungsprozess mit einbindet.

Forschungslandschaft und Förderprojekte: Ko-FAS, RoCC, Propedes und HiSpe3D-Vision

Mit einem Budget von rund 25 Mio € ist Ko-FAS eine der größten Forschungsinitiativen des BMWi der letzten Jahre. Stephan Zecha von der Continental Safety Engineering in Alzenau, der Koordinator dieses Projektes ist, erläuterte diesen neuen Weg in der Fahrzeugsicherheit. Aufbauend auf den Erkenntnissen des Projektes AMULETT, dessen Ziel die Ortung optisch verdeckter Fußgänger über ein aktives Transponder-Signal war, werden nun die Applikationen deutlich erweitert. Ko-FAS steht unter dem Motto „Kooperative Sensorik und kooperative Perzeption für die präventive Sicherheit im Straßenverkehr".

Kernstück sind kooperative Transponder mit Sende- und Empfangseinheiten, die Informationen zwischen Verkehrsteilnehmern und / oder der Infrastruktur austauschen. Somit können neben der Umgebungsanalyse aus den eigenen Assistenzsystemen auch Klassifizierungs- und Bewegungsdaten der anderen Verkehrsteilnehmer in die Situationsbewertung einbezogen werden. Hiermit werden präventive Schutzmaßnahmen möglich, um u. a. Kollisionen zu verhindern bzw. deren Folgen zu vermindern. Durch eine Datenweiterleitung über Dritte, können auch verdeckte Verkehrsteilnehmer, z.B. an Kreuzungen erkannt werden. 2011 soll der Pilotversuch in der Region Aschaffenburg starten. Den Abschluss des Projektes bildet eine volkswirtschaftliche Betrachtung der Einführung dieses Systems. „Ko-FAS zeigt hervorragende Potenziale, da ich mehr Information über andere Verkehrsteilnehmer bekomme - das ist der entscheidende Vorteil", so Zecha.

Ko-FAS, das zu anderen Forschungsinitiativen, die kooperative Technologien einsetzen, methodisch komplementär steht, dürfte sich auch im Hinblick auf die „lautlos fahrende Elektromobilität" als vielversprechend erweisen.

Über die E|ENOVA-Innovationsallianz Automobilelektronik fördert das BMBF u. a. zwei Projekte im Bereich der Fahrerassistenzsysteme:

Das erste Projekt RoCC - Radar on Chips for Cars befasst sich mit der Entwicklung von Radarsensorik im 76 bis 81 GHz Bereich, die in Zukunft die kostengünstigen 24 GHz Systeme ersetzen soll, da die Lizenzen für deren Frequenzband im Jahr 2013 auslaufen. Zielmarkt dieser neuen Radar-Systeme sind Volumenmodelle unter dem Motto: „Sicherheit für alle". Deshalb wurde von vornherein auf Fertigungstechnologien aus der Halbleitertechnik gesetzt. „Die besondere Herausforderung ist die Herstellung von MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuit) in Si/Ge Technologie in diesem Frequenzbereich und deren Integration in ein SMD-Gehäuse", so Dr. Rudolf Lachner, Projektkoordinator des RoCC-Projektes bei Infineon Technologies. Die neuen Radarsensoren sollen sowohl für den Nah- als auch für den Fernbereich eingesetzt werden.

Das zweite Projekt PROPEDES befasst sich mit der Entwicklung eines vorausschauenden Kfz-Nachtsichtsystems für den Fußgängerschutz auf einem Verbund von bildgebenden Umfeldsensoren (Video und Radartechnik). Dr. Martin Kunert, Projektkoordinator bei der Robert Bosch GmbH stellte die Konzepte und Architekturen der Videobildbearbeitung als Erweiterung zukünftiger Assistenzsysteme vor. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung von Algorithmen zur Fußgängererkennung und der Sensordatenfusion. Im ersten Schritt werden im Projekt flexible FPGA Videoprozessoren eingesetzt. Mit der Steigerung der Stückzahl soll dann auf eine leistungsfähigere ASIC-Plattform umgestiegen werden. „Mit dem Projekt werden die Grundlagen für eine einheitliche und skalierbare Videoprozessorarchitektur geschaffen", so Kunert.

Die Signum Bildtechnik GmbH stellte mit HiSpe3D-Vision die Entwicklung eines neuen Vision-Systems zur Kollisionsvermeidung vor. Basis ist ein 100 Hz-Stereo-Kamerasystem mit einer dreidimensionalen Highspeed -Bewegungsanalyse, mit der sich erstmals Trajektorien der sich vor einem Fahrzeug bewegenden Objekte in Echtzeit erstellen lassen. Daraus wird dann eine Prognose für zukünftige Koordinaten der mobilen Objekte erstellt. „Durch die Überlagerung der Bewegungsanalyse mit der Vorausschau der eigenen Fahrzeugbewegung lassen sich zukünftig mögliche Kollisionen genauer vorhersagen", so Geschäftsführer Dr. Martin Hainfellner. Im nächsten Schritt wird an einer Miniaturisierung des Systems und der direkten Integration in die Automobilelektronik gearbeitet.

360° Rundumsichtkamera, skalierbare Bildauswertung und Bussysteme für Assistenzsysteme

Dr. Gib de Medeiros von ImmerVision, Montreal, Kanada zeigte Videokamera-Anwendungen mit neuartigen Rundumsichtobjektiven, die ursprünglich für Überwachungssysteme entwickelt wurden. Die Objektive können je nach Applikation entworfen werden, passen auf konventionelle CMOS-Kameras und ermöglichen eine nahezu vollständige Ausnutzung des rechteckigen CMOS-Pixelsensors (30% Pixelgewinn). Mit dieser „panomorphen Optik" ergibt sich eine bessere Bildauflösung, vor allen in den Randbereichen, und mit geeigneten Softwarealgorithmen kann auch eine 360°-Blickwinkel-Funktion realisiert werden. Für eine komplette Umgebungsüberwachung inkl. des Innenraumes reichen 5 Kameras mit panomorpher Optik - mit konventionellen Objektiven wären 14 Kameras notwendig - deren Bereiche sich zudem noch überlappen. Ein Demonstrationsfahrzeug beeindruckte viele interessierte Teilnehmer und Kontakte für zukünftige Kooperationen konnten geknüpft werden.

Beim rasch wachsenden Markt für Kamera-basierte ADAS-Funktionen stehen nicht nur die Entwicklungen der Kamerakomponenten auf der Agenda; die Bildinformationen müssen auch verrechnet und interpretiert werden. Echtzeitverarbeitung und Datenvolumen stellen dabei hohe Anforderungen an Hardware und Bildverarbeitungsalgorithmen. Dabei wird in verschiedenen Stufen, von der Bildaufbereitung (z.B. Filtern) über Objekterkennung bis zur Verfolgung interessanter Objekte analysiert. Die Bildverarbeitung mittels digitaler Signalprozessoren stellt hier eine Lösung bereits auf Sensor-Ebene dar. Auf der nächsten Ebene werden dann Auswertungen verschiedener Sensoren zu einer „intelligenten Kamera" vereint. André Schnarrenberger, Marketingmanager Automotive Vision/Fahrerassistenz, Texas Instruments erläuterte die technologischen Konzepte in diesem Bereich und machte klar, dass auf Grund der hohen Rechenleistungen auch eine zentrale Bildanalyse verschiedener Sensoren mit parallel laufenden Programmen möglich ist. Vorteile liegen in der Skalierbarkeit der angebotenen Fahrerassistenzsysteme, der Wiederverwendbarkeit von Softwarealgorithmen und einem besseren Echtzeitverhalten.

Wie die unterschiedlichen Komponenten und Systeme in Zukunft miteinander per Bussystem vernetzt werden sollen zeigte Harald Schöpp, Vice President Marketing SMSC und Gründungsmitglied der MOST Cooperation im Abschlussvortag des Tages: Er erläuterte die Möglichkeiten, wie die MOST-Systemarchitektur, die bisher vorwiegend im Infotainment/Multimedia-Bereich im Fahrzeug eingesetzt wird, in ein echtzeitfähiges System erweitert werden kann. Die jüngsten Untersuchungs-Ergebnisse zeigen, dass das 2007 entwickelte MOST150 Bussystem auch für sicherheitsrelevante Applikationen bei Fahrerassistenzsystemen geeignet ist. Damit könnte eine engere Verzahnung von Infotainment und Fahrerassistenzsystemen erfolgen.

Die außergewöhnlich gute Mischung der Schwerpunkte zum Thema Sensor- und Datenfusion sowie die Wahl der Referenten spiegelten sich im sehr gut besuchten Kooperationsforum wider, das die gesamte Wertschöpfungskette repräsentierte: Chiphersteller, Komponentenlieferanten, Engineering-Dienstleister, Systemzulieferer und OEM zeigten die Relevanz des Themas auf allen Stufen der Entwicklung auf. Wie sich das hochdynamische Feld der Fahrerassistenzsysteme weiterentwickelt und welche Trends und Schwerpunkte gesetzt werden, bleibt weiterhin ein spannendes Thema.

Fachlicher Ansprechpartner
Dr. Andreas Böhm
Tel. +49 911-20671-214
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