Fahrerassistenzsysteme
Nachbericht
- Auf dem Weg zum mitdenkenden Fahrzeug
- Technologie-Konzepte und Fahrerpsychologie
- HMI-Bedienkonzepte für Fahrerassistenzsysteme
- Fahreraufmerksamkeit - Methodik und ADAS-Entwicklung
„Ein Ingenieur macht alles, was technisch möglich ist, ein Psychologe sagt dazu, dass nicht alles bedienbar ist, was machbar ist" - unter dieses Motto könnte man Entwicklungskonzepte für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) im Automobil stellen: Wie technische Funktionen umgesetzt und auch in Ihrer Entwicklung und Bedienbarkeit hinsichtlich des Fahrers ausgelegt werden, das waren die Schwerpunkte des diesjährigen 9. Kooperationsforum Fahrerassistenzsysteme mit rund 140 Teilnehmern.
Das jährliche Forum wurde von der Bayern Innovativ GmbH als Projektträger von BAIKA für Automotive und BAIKEM für Elektronik und Mikrotechnologie sowie des Clusters Automotive konzipiert und fand im Rahmen der Safety Week in Aschaffenburg statt.
Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:
- Auf dem Weg zum mitdenkenden Fahrzeug
- Fahrerassistenz und demographischer Wandel
- HMIs für Infotainmentsysteme
- Systeme state of the art
- Methoden zur Fahrerzustandsbeschreibung
- Entwickungstools für die Entwicklung von ADAS
Auf dem Weg zum mitdenkenden Fahrzeug
Einen umfassenden Überblick aus Sicht eines Automobilherstellers bot Michael Heimrath, Abteilungsleiter Projekte Connected Drive, BMW Group Forschung und Technik. Nach einer allgemeinen Übersicht über die eingesetzten Systeme im neuen 3er BMW wie Systeme zur Fahrumfelderfassung, Head-Up Display und Querführung sowie die neuen Komfort- und Sicherheitssyteme im aktuellen 5er wurden die zukünftigen Fahrerassistenzsysteme im i3 Concept vorgestellt. Eine verbesserte Umfelderfassung ermöglicht hier eine Automatisierung unangenehmer Fahraufgaben (z. B. Park- und Stauassistent) und sorgt so für mehr Freude am Fahren. Weiteres Thema waren die Entwicklungsschwerpunkte der Forschung bei BMW. Auf dem Weg zum hochautomatisierten Fahren wurden die Herausforderungen erläutert: an die Umfelderfassung sowie an die rechtlichen Rahmenbedingungen. Ziel ist, in geeigneten Situationen die gesamte Fahraufgabe an das Fahrzeug zu delegieren. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt bei BMW ist der Schutz von Motorradfahrern: über Datenaustausch zwischen Fahrzeugen und der Modellierung der Sichtbarkeit des Motorradfahrers wird eine mögliches Szenario vorausberechnet. In diesem Kontext wird auch das Eye-Tracking untersucht - ein möglicher Schlüssel zum mitdenkenden Fahrzeug. Hier treten auch die Aspekte der Modellierung des Fahrerbewusstseins sowie Algorithmen zur kognitiven Situationsinterpretation auf den Plan. Über Car-to-Car und Car-to-X Kommunikation werden weitere Potenziale in der vorausschauenden Fahrerassistenz angegangen.
Fahrerassistenz und demographischer Wandel
Mit Blick auf die kommende Seniorengeneration, die eine lebenslange Erfahrung mit dem Auto als selbstverständliches Fortbewegungsmittel hat, beleuchtete Dr. Ramona Kenntner-Mabiala vom Würzburger Institut für Verkehrswissenschaften (WIVW) diverse Aspekte: Anders als in manchen Schlagzeilen aus der Tagespresse behauptet, sind Senioren nicht überproportional häufig an Unfällen beteiligt: Obwohl der Anteil der Senioren an der Gesamtbevölkerung 20 Prozent beträgt, waren im Jahr 2010 nur 11 Prozent aller Unfallbeteiligten 65 Jahre und älter. Dagegen sind nur 8 Prozent der Gesamtbevölkerung 18 bis 24 Jahre alt, aber 20 Prozent der Unfallbeteiligten waren Führerscheinneulinge. Probleme im Verkehr haben ältere Teilnehmer vornehmlich mit komplizierten Verkehrssituation (z. B. Reissverschlussverfahren, Einordnen bei Spurwechseln, Abbiege- und Wendemanöver) - Trotzdem gibt es nicht „den" Gesundheitszustand, über den man die Senioren kategorisieren kann. Um im hohen Alter eine sichere Mobilität zu gewährleisten, sollten vor allem an das Assistenzsystem keine ganzen Aufgaben abgegeben werden, da sich Schwierigkeiten durch mangelnde Übung nur weiter manifestieren. Ferner sollte das System einfach zu bedienen sein und ein Training sollte im Leistungspaket enthalten sein. Tenor ist: diejenigen Fahrerassistenzsysteme, die für junge Menschen gut sind, sind auch für ältere gut. Voraussetzung ist hierbei, daß die Senioren bei der Einführung der Systeme nicht alleine gelassen werden.
HMIs für Infotainmentsysteme
Anschaulich und sehr unterhaltsam präsentierte Dr. Peter Rößger von TES Electronic Solutions, was ein gutes HMI ausmacht. Am Beispiel von Beobachtungen aus der Alltagswelt wurde klar, worin die Anforderungen bestehen: Es muss den Fahrer intuitiv dazu bringen, Systeme vom IST-Zustand (ich will Information haben) in einen SOLL-Zustand zu überführen (wie kommuniziere ich entsprechend mit meiner Technik) und darf den Fahrer dabei nicht ablenken. Zukünftige Lösungsansätze werden über optimierte graphische und über 3-D Darstellung laufen; auch die haptische Komponente, die aktuell noch nicht so ausgeprägt im Kfz ist, birgt noch enormes Potenzial.
Systeme state of the art
Ein beachtlicher Teil der Autounfälle ereignet sich bei Dunkelheit oder in der Dämmerungszeit. Um die Sicherheit für den Fahrer auch bei schlechten Sichtverhältnissen zu erhöhen, werden zunehmend adaptive Scheinwerfersysteme mit Kurvenlicht oder automatischer Abblendassistenz eingesetzt. Herkömmliche Systeme berücksichtigen ausschließlich die aktuelle Fahrsituation. Die nächste Generation solcher Systeme versucht darüber hinaus „in die Zukunft zu sehen", um potentielle Gefahrenstellen sowie Gegenverkehr frühzeitig zu erkennen und die Ausrichtung der Scheinwerfer dem Straßenverlauf vor dem Fahrzeug anzupassen. Torsten Steiner vom Fraunhofer ESK hat im Rahmen eines Forschungsprojektes mit mehreren Industriepartnern untersucht, wie die Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs anhand von Umgebungsinformationen, digitalen Kartendaten sowie der Kommunikation zwischen Fahrzeugen vorausschauend gesteuert werden können. Ebenso wurde der Einfluß von C2X Informationen auf die prädiktive Lichtverteilung vorgestellt.
Einen hervorragenden Überblick über aktuelle im Markt befindliche Systeme bot Dr. Peter Redlich, Ford Werke, Köln. Anhand des neuen Ford Focus erläuterte er u. a. die Ford Mission in Punkto Sicherheit: durch wenige Plattform-Lösungen und mehr Re-use soll für alle Märkte ein breites Produktportfolio angeboten werden, mit mehr Varianten pro Plattform. Über diese globale Produkt Strategie können über große Volumina auch wirtschaftliche Skaleneffekte generiert werden. Die Ford Vision für aktive Sicherheitskonzepte hat zum Ziel, in der EU die Zahl der Unfalltoten noch weiter zu verringern. „Hands on the wheel, eyes on the road" heißt der Slogan, in dessen Kontext Bedienkonzepte HMI realisiert werden. Ausgezeichnet mit vier NCAP Awards stellt der Ford Focus insgesamt 14 Assistenz-Features optional zur Verfügung und ist damit der Benchmark in Europa in der Mittelklasse. Die Entwicklung der Sicherheitssysteme erfolgt gemäß ISO 26262.
„Mit Sicherheit verbunden" war der Tenor von Dr. Rainer Denkelmann, Delphi Deutschland. Die rasante Entwicklung und daraus resultierende Marktdurchdringung von Smartphones verbunden mit dem Wunsch der Endkunden nach permanenter Konnektivität sowie eine Vielzahl neuer Anwendungen („Apps") hat auch die Erwartungshaltung von PKW-Kunden an die Integration dieser Systeme in Neufahrzeugen nachhaltig beeinflusst. Eine wachsende Anzahl von Kunden verlangt nach der Verfügbarkeit von Konnektivität, Information und Unterhaltungselementen, die aus der Nutzung des Smartphones während des sicheren Führens eines Fahrzeuges abgeleitet sind. In diesem Zusammenhang wurde von Delphi ein integraler Ansatz vorgestellt, der basierend auf einem Infotainmentsystem versucht, den Schlüsselelementen wie „Vermeidung von Ablenkung", „Vereinfachung der Nutzerschnittstellen (HMI)" und „Aktive Unfallvermeidung" Rechnung zu tragen. Hierzu wurde ein System entwickelt, das eine Integration dieser Elemente veranschaulicht und zur Diskussion für eine zukünftige Auslegung diverser Mensch-Maschine-Schnittstellen stellt. Voraussetzung hierfür ist der permanente Datenaustausch zwischen den Sicherheits- und Infotainment-Komponenten, um das Umfeld, in dem das Fahrzeug sich bewegt, die Aufmerksamkeit des Fahrers und die potentielle Gefahrensituation bewerten zu können und hieraus Handlungsoptionen zur Erhöhung der Fahrsicherheit mittels geeigneter Warnungen oder aktiver Fahrzeugeingriffe ableiten zu können. Durch dieses „Workload-Management" kann der Fahrer „in-the-loop" gehalten werden.
Ein nachrüstbares Mono-Kamera-System aus einem Guß - vom Chip bis zum Verarbeitungsalgorithmus - wurde von Richard Levy, Mobileye, vorgestellt. Dieses nachrüstbare Kamerasystem adressiert nicht nur die OEM direkt, sondern auch den Aftermarket bzw. den Endverbraucher. In weniger als 2 Stunden kann das optische System nachgerüstet werden, das über eine Kamera und Objekterkennung verfügt. Es dient als „drittes" Auge und warnt bei unachtsamen Fahren vor Fußgängern, möglichen Kollisionen mit dem Vordermann oder dient als Spurhaltesystem. Ideal ist dieses System auch für Transporter-Flotten oder Logistik-Unternehmen. Ein Business-Modell über Versicherungsrabatte, die beim Einbau des Systems gewährt werden, ist aktuell bei Versicherern in Verhandlung.
Methoden zur Fahrerzustandsbeschreibung
Das Ausmaß der Beteiligung von Müdigkeit an der Unfallverursachung wird in Studien sehr unterschiedlich beurteilt; es wird vielfach von einer hohen Dunkelziffer ausgegangen. Leider beeinträchtigt Müdigkeit nicht nur die Leistungsfähigkeit beim Fahren, sondern auch das Urteilvermögen über die eigene Leistungsfähigkeit. Fahrer können auch deswegen mit Müdigkeit nicht immer adäquat umgehen, weil ihnen die Auswirkungen von Müdigkeit nicht ausreichend bekannt sind, insbesondere in Bezug auf die Geschwindigkeit, mit der sie sich zeigen können. Unterschiedliche Methoden sind in den letzten Jahren entwickelt worden, um Fahrmüdigkeit zu erkennen und auf dieser Grundlage Warnungen an Fahrer zu ermöglichen. Dr. Harald Kolrep, HFC Human-Factors-Consult, stellte die Methodengruppen für die Erkennung von Fahrermüdigkeit und ihre möglichen Einsatzszenarien vor und reflektiert den möglichen Nutzen für Sicherheit und Komfort.
Assistenzsysteme an den Fahrer anpassen - Erkennung und Berücksichtigung von Aufmerksamkeit und Intention: Dr. Dietrich Manstetten von Robert Bosch berichtete. Für einen optimalen Kundennutzen reicht eine Erkennung von umgebender Fahr- und Verkehrssituation alleine nicht aus; das Assistenzsystem muss sich vor allem an den Nutzer des Systems anpassen. Beispiele aus der Praxis belegen, daß ein durch Bedientätigkeiten abgelenkter Fahrer in einer potenziell kritischen Situation eine verlängerte Reaktionszeit hat; er benötigt daher deutlich frühere Warnhinweise eines Kollisionsvermeidungssystems als ein aufmerksamer Fahrer. An die aktuelle Aufmerksamkeit des Fahrers und seine beabsichtigten Fahrmanöver angepasste Assistenzsysteme können in solchen Situationen unterschiedlich reagieren. Damit können sie die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort weiter erhöhen und einen größtmöglichen Kundennutzen erreichen. Im Kontext des BMWi-Forschungsprojektes AKTIV wurden Algorithmen zur Erkennung der Fahreraufmerksamkeit entwickelt und in Systemanwendungen deren Nutzen demonstriert. Verschiedenartige Vorgehensweisen zur Ermittlung der Aufmerksamkeit im Fahrzeug wurden dargestellt: die Analyse von Fahrparametern wie Lenk- und Pedaltätigkeit, die Auswertung der Bedientätigkeit an Fahrerinformationssystemen, die Messung von Kopf- und Blickrichtung durch Innenraumkameras. Zuletzt wurde ein Ausblick auf das Förderprojekt UR:BAN (Urbaner Raum: Benutzergerechte Assistenz und Netzmanagement) gemacht, in dem die Erkennung von Fahrerabsichten (z. B. Spurwechselabsicht, Abbiegeabsicht) erarbeitet wird, die auch neue Assistenzfunktionen gerade für den komplexen urbanen Verkehr ermöglichen wird.
Entwickungstools für die Entwicklung von ADAS
Virtuelle Realtität im Einsatz für die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen stellte Jürgen Müller von der Carmeq vor. Diese findet über das komplette V-Entwicklungs-Modell ihren Einsatz: von der Funktionsentwicklung bis zum Test. So kann bereits in der Phase der Kunden- und Funktionsanforderungen eine Absicherung erfolgen und damit der Kundennutzen dargestellt werden. Zum Realversuch stellt das Vehicle in the Loop eine hocheffiziente und kostengünstige Alternative dar: Die Reproduzierbarkeit, die Ausblendung von Störvariablen sowie das Fehlen von aufwändigen Vorarbeiten sind nur ein Aspekt. Auch der Fahrsimulator gerät hier ins Hintertreffen: die z. T. fehlende Fahrdynamik sowie die schnelle Ermüdung der Probanden bilden die Realität nur unzureichend ab. Der relevanteste Vorteil dürfte der zeitliche Benefit im Entwicklungsprozess sein: Versuche im Realverkehr finden typischerweise sehr spät, bereits im weit fortgeschrittenen Entwicklungsprozess statt und müßten über eine hohe Anzahl von Erprobungsfahrten abgedeckt werden. Über ein Head Mounted Display kann die virtuelle Welt in die reale Fahrumgebung eingespielt werden, die Simulation erfolgt damit im fahrenden Auto. Der Modus der Augmented Reality zeigt hier neben einer hohen Probandenverträglichkeit, einer hohen Reproduzierbarkeit und des gefahrenfreien Fahrens auch technisch eine hohe Variabilität was länderspezifische Eigenschaften, einer kontinuierlich wachsenden Performance und einer Problemfallmodellierung Rechnung trägt. Informationen und andere Kfz können beliebig eingeblendet werden - und zukünftig werden diese Systeme auch mit akustischen Effekten umgesetzt werden können.
Die Relevanz des Themas und die Auswahl der Referenten zum Thema spiegelten sich im sehr gut besuchten Kooperationsforum wider. Die Thematik der Bedienkonzepte/HMI für die immer weiter wachsenden Funktionen im Fahrerassistenzbereich wird im Kontext der Interieurgestaltung auch zukünftig einen maßgeblichen Anteil in der Entwicklung von Sicherheit und Komfort einnehmen.
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