Forschungsprojekt Autosafe: Vernetzung von Fahrerassistenzsystemen

Autos der kommenden Modellgenerationen werden über ein integrales Sicherheitssystem verfügen, an deren Serienreife die Entwickler der Automobilzulieferer und -hersteller in den nächsten Jahren intensiv arbeiten werden. Allein die Vernetzung derzeit bereits auf dem Markt befindlicher oder serienreifer Fahrerassistenzsysteme wird den Gewinn an Komfort und vor allem Sicherheit für den Fahrer noch einmal deutlich erhöhen. Durch den Datenaustausch zwischen den einzelnen Assistenzsystemen stehen erheblich mehr Informationen zur Verfügung, um Gefahrensituationen schneller und zuverlässiger erkennen zu können. Für diese komplexen Aufgaben wird der Einsatz hochintegrierter, intelligenter und skalierbarer Chipmodule erForderlich sein; dadurch wird die Integration in unterschiedlichste Fahrzeugmodelle ebenso erleichtert wie durch eine gemeinsame Softwareplattform.

Zu diesen Ergebnissen kamen die Partner des vom BundesMINIsterium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts Autosafe. Das BMBF unterstützte das Projekt Autosafe mit rund 5,2 Millionen Euro im Rahmen seiner Forschungsprogramme zu den Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Ziel des BMBF ist es, mit seinen Fördermaßnahmen nachhaltige Impulse für eine direkte Umsetzung von Forschung- und Entwicklungsergebnissen in Produkte, Dienstleistungen und Verfahren zu geben und damit den IKT-Standort Deutschland branchenübergreifend zu stärken.

Im Rahmen des Projekts, das zum Jahresende 2008 ausläuft, waren neben der Continental AG auch der Automobildienstleister Porsche Engineering sowie der Chiphersteller Infineon beteiligt, ein "Modulares System für integrale Sicherheit im Straßenverkehr" zu erforschen und anschließend in realen Versuchsträgern zu integrieren. Eingesetzt wurden dafür 2 Porsche Cayenne. Dabei verfolgte Autosafe 2 Entwicklungsschienen: Die Erforschung des integralen Sicherheitssystems und eines diesem zugrunde liegenden modularen Hardware-Software-Konzepts. Das integrale Gesamtsystem soll den Fahrer situationsabhängig während aller Phasen des Fahrens unterstützen – vom normalen Fahren bis hin zu einem drohenden Unfall. Mittels dieses "virtuellen Copiloten" sollen möglichst viele kritische Situationen vermieden und im Fall nicht mehr zu vermeidenden Kollisionen die Unfallfolgen MINImiert werden. Die bei diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden im Laufe der nächsten Jahre schrittweise in die Serienentwicklung der Verbundpartner in Deutschland einfließen.

8 Hilfen für den Fahrer zusammengeführt in einem System

Fahrerassistenzsysteme haben in den vergangenen Jahren einen rasanten Aufschwung genommen und sind längst keine Zukunftsvisionen mehr, sondern gehören zum Autofahrer-Alltag. Bereits 1998 wurden die ersten Oberklassefahrzeuge mit Abstandsradar ausgestattet, in den nächsten Jahren wird der Markt boomen: Für Assistenzsysteme zur Vermeidung von Kollisionen oder zum Halten der Spur werden Studien zufolge 2013 rund 3 Milliarden Dollar ausgegeben, heute sind es 150 Millionen. Die Zahl der Neuwagen mit Fahrassistenten wird sich weltweit auf mehr als 60 Millionen Stück fast versechsfachen.

Für das integrale Sicherheitssystem wurden 8 Assistenzfunktionen zusammengeführt:

• Lane Departure Warning (Spurhalteassistent) überwacht mittels Kamera die Straße vor dem Auto und erkennt anhand der Markierungen, ob das Auto von der Fahrbahn abzukommen droht, weil zum Beispiel der Fahrer übermüdet ist. Der Fahrer wird in diesem Fall durch Vibrationen im Lenkrad sowie optische und akustische Warnungen zum Wiedereinlenken in die Fahrspur animiert.
• Die Blind Spot Detection überwacht mittels Radarsensorik den toten Winkel vom Fahrzeug und warnt den Fahrer bei Bedarf optisch und akustisch vor einem Spurwechsel.
• Die Traffic Sign Recognition (Verkehrszeichenerkennung) ist durch die Hilfe von Kamerasensoren in der Lage, den Fahrer zum Beispiel über Tempolimits zu informieren.
• Full Speed Range Adaptive Cruise Control (FSRA) erleichtert das Fahren in der Kolonne, denn der Tempomat passt die eingestellte Geschwindigkeit dem notwendigen Sicherheitsabstand an. Dies funktioniert bis hin zum stehenden Verkehr. Die dazu notwendigen Informationen erhält das System unter anderem über Radarsensoren.
• Highway Exit Assistance stellt eine Erweiterung von FSRA dar. Die Funktion vermeidet das Beschleunigen auf der Verzögerungsspur beim Ausfahren auf Autobahnen.
• Darüber hinaus werden die Umgebungssensoren genutzt für optische Abstandswarnung bei Unterschreitung des gesetzlichen Sicherheitsabstandes,
• optische, akustische und haptische Kollisionswarnung sowie
• die Minderung von Unfallfolgen, wenn sich ein Crash nicht vermeiden lässt, etwa durch die zeitlich optimale Auslösung der Airbags.

Zur optimalen Einbindung des Fahrers in das Gesamtgeschehen wurde eine neue Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt, welche situationsabhängig akustische, optische und haptische Kanäle (z.B. über reversible Gurtstraffer im Fall sicherheitskritischer Situationen) nutzt.

Durch dieses innovative Zusammenführen verschiedener Sensortechnologien, zum Beispiel von Radar- und Kamerasystemen für Nah- und Fernbereich in Verbindung mit überlappenden Detektionsbereichen, kann sowohl die Gesamtperformance als auch die Zuverlässigkeit des Sensorsystems deutlich verbessert werden. Dazu wird der komplette Bereich vor dem Fahrzeug lückenlos überwacht und auch der rückwärtige Verkehr mit einbezogen. In Gefahrensituationen unterstützen die Systeme je nach Situation informierend, warnend oder wenn nötig autonom eingreifend. So können Unfälle vermieden oder deren Auswirkungen zumindest deutlich reduziert werden.

Auch das Einbinden von Informationen, die heute ausschließlich für Komfortfunktionen genutzt werden, kann das Sicherheitsniveau noch einmal deutlich erhöhen. So liegen im Navigationssystem Informationen über den weiteren Straßenverlauf vor: Etwa ob eine scharfe Kurve für das aktuelle Tempo zu eng ist oder ob die Strecke durch ein Waldstück oder über eine Brücke führt, mit Glatteisgefahr bei entsprechenden Außentemperaturen. Diese Daten ergänzen sich und geben dem Gesamtsystem mehr Grundlagen bei der Entscheidung, ob eine Information plausibel ist oder nicht. So können die Kamerasensoren des Lane Departure Warning-Systems erkennen, ob die Autobahn eine scharfe Kurve macht und so verhindern, dass eine falsche Abstandswarnung angezeigt wird, weil ein Fahrzeug auf der rechten Spur als Hindernis erkannt wird, obwohl das eigene Fahrzeuge auf der linken Spur ist und überholt.

Hohe Ansprüche an Soft- und Hardware

Durch die Integration der verschiedenen Assistenzsysteme entsteht eine Vielzahl an Informationen, die auf das Fahrzeugverhalten und auf den Fahrer einwirken. Da dessen Aufnahmevermögen jedoch begrenzt ist, dürfen die Informationen nur selektiv an den Fahrer weitergegeben werden. Vor allem in Gefahrensituationen ist es wichtig, für die Informationen Prioritäten zu vergeben, um den Fahrer nicht unnötig zu beanspruchen. Dieses mehrstufige Warn- und Handlungskonzept zur Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug war für die Entwickler ebenso eine HerausForderung wie die Entwicklung und Umsetzung einer geeigneten Hard- und Softwarearchitektur für das Gesamtsystem sowie innovativer Algorithmen für die Entscheidungsmodule des auf Datenfusion basierenden Sensorsystems.

Diese komplexe Technologie so zu gestalten, dass sie andererseits möglichst einfach in unterschiedlichste Fahrzeugmodelle integriert werden kann, war die zweite HerausForderung. Daher lag ein weiterer Schwerpunkt des Projektes auf der Erforschung eines modularen Hardware-Software-Konzepts. Die Entwickler im Projekt Autosafe entschieden sich als Hardware für konfigurierbare 3D-Chipstacks, also dreidimensional aufgebaute Chips. Ziel war es, unterschiedlichste Technologien miteinander in einem Chipsystem zu verknüpfen, damit auf diese Weise für jedes Hardware-Modul die jeweils optimale Technologie eingesetzt werden kann.

Ein weiterer zentraler Vorteil der modularen Hardware-Architektur wird in der vollständigen Testbarkeit der Einzelkomponenten liegen. Dies wird sich in hoher Zuverlässigkeit des gesamten Chipsystems widerspiegeln. Das modulare Hardwarekonzept wird komplettiert durch eine standardisierte Software-Schnittstelle; diese basiert auf Softwarekomponenten, die mit dem im Automobilbereich verwendeten Standard AUTOSAR kompatibel sind.