Kameragesteuerte Scheinwerfer

Den Verkehrsraum für den Fahrer optimal auszuleuchten und dabei unzulässiges Blenden anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden ist die Aufgabe lichttechnischer Fahrerassistenzsysteme. Optimaler Kundennutzen ist dann gegeben, wenn der Autofahrer visuell möglichst viele Informationen aufnehmen kann, ohne mit zusätzlichen Aufgaben belastet zu werden. Hella-Spezialisten arbeiten an der Entwicklung solcher Systeme. Dazu gehören adaptierende und assistierende Lichtsteuerungen auf Basis kamerabasierter Fußgänger- und Objekterkennung. Erste kameragesteuerte Scheinwerfersysteme werden im Jahr 2009 auf den Markt kommen.

Die Weiterentwicklung der Fahrzeug-Frontbeleuchtung von statischen hin zu dynamischen Systemen ist inzwischen Realität. Als erstes derartiges System kam im Jahr 2003 das dynamische Kurvenlicht auf den Markt, welches die Reichweite des Abblendlichts und somit den Sichtbereich des Fahrers in Kurven nahezu verdoppelt. Der nächste Schritt und bereits in Serie ist das Advanced Frontlighting System (AFS) auf Basis des VarioX-Scheinwerfermoduls von Hella. Das Scheinwerferlicht leuchtet den Verkehrsraum vor allem straßen-, geschwindigkeits- und wetterabhängig aus. Dadurch ist es ein echtes Fahrerassistenzsystem und stellt auf Basis der aktuellen gesetzlichen AFS-Regelung die Spitze der heutigen Scheinwerfertechnik dar.

Lichttechnische Fahrerassistenzsysteme der Zukunft gehen noch weiter:

Sie passen ihre Lichtverteilung nicht nur automatisch den Straßen- und Wetterverhältnissen, sondern auch der jeweiligen Verkehrssituation an. Sie basieren auf dem Zusammenspiel von bildgebenden Sensoren, leistungsfähiger Software zur Bildverarbeitung und modernster Lichttechnik. Das erste per Bilddaten gesteuerte lichttechnische Fahrerassistenzsystem wird die adaptive Hell-Dunkel-Grenze (aHDG) sein. Das System stellt die Reichweite der AFS-Scheinwerfer automatisch stets so ein, dass eine optimale und damit möglichst weitreichende Sicht für den Fahrer gegeben ist. Dies wird durch eine Anpassung (Adaption) der Scheinwerferreichweite an vorausfahrende oder entgegenkommende Kraftfahrzeuge erzielt. Dadurch endet das Abblendlicht nicht wie heute üblich bei etwa 65 Metern auf der Gegenfahrbahn, sondern kann im Extremfall auf einige hundert Meter erhöht werden. Neben der maximal möglichen Sichtweite für den Fahrer ist gleichzeitig eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer ausgeschlossen, da der Scheinwerferkegel stets an deren Fahrzeugen endet. Wenn das Bildverarbeitungssystem keine Verkehrsteilnehmer detektiert, kann das System dem Fahrer Licht bis hin zum Fernlichtniveau bereitstellen. Sobald die Kamera bis zu einer Entfernung von zirka 800 Metern andere Verkehrsteilnehmer erkennt, wird die Reichweite der Scheinwerfer innerhalb von Millisekunden entsprechend angepasst.

Mit dem VarioX-Modul zum blendfreien Fernlicht

Lichttechnische Basis von AFS ist das VarioX-Projektionsmodul. Zwischen Lichtquelle und Projektionslinse befindet sich eine drehbar gelagerte und entsprechend den AFS-Lichtverteilungen konturierte Walze. Mit einem Schrittmotor wird sie innerhalb von Millisekunden in die jeweils benötigte Position gedreht. Auf Basis des VarioX-Projektionsmoduls arbeiten Hella-Ingenieure an der ersten Generation des blendfreien Fernlichts. Das blendfreie Fernlicht folgt der Prämisse, dass der Autofahrer nahezu ständig mit Fernlicht fährt. Tauchen im Verkehrsraum blendungsgefährdete Verkehrsteilnehmer auf, werden aus der Fernlichtverteilung automatisch diejenigen Anteile ausgeblendet, die andere stören könnten. Dies lässt sich technisch durch eine spezielle Konturierung der drehbaren Walze im VarioX-Projektionsmodul umsetzen. Damit können Bereiche im Fernlicht ausgespart werden. Auf Basis von Bilddaten und durch intelligentes Verstellen der VarioX-Module wird so entgegenkommender Verkehr ausgeblendet. Für den Fahrer aber bleibt die Fernlichtverteilung nahezu erhalten, womit sich die Sichtweite gegenüber heutigen Systemen erheblich vergrößert.

Markierendes Licht strahlt Personen und Gefahrenstellen gezielt an

Im Gegensatz zum blendfreien Fernlicht verhält sich das markierende Licht als weitere Innovation auf dem Gebiet der lichtbasierten Fahrerassistenzsysteme genau umgekehrt: Basierend auf einer AFS-Lichtverteilung werden Personen und Gefahrenstellen gezielt angestrahlt. Der Fahrer erkennt sie nicht nur wesentlich früher, sondern nimmt sie bewusst wahr und kann sein Fahrverhalten entsprechend rechtzeitig anpassen. Diese zurzeit in der Entwicklung befindliche Innovation wird auf Basis von so genannten LED-Arrays realisiert. Haben LED-Scheinwerfer bislang ihre Stärken vor allem in den Bereichen Lichtfarbe und Styling, legen sie in der nächsten Generation durch einzeln ansteuerbare LED-Segmente ihr technisches Potenzial dar.

Multifunktionalen Kameras gehört die Zukunft

Derzeit entsteht ein Markt für lichttechnische Fahrerassistenzsysteme, die kamerabasiert sind und sich funktional deutlich von bereits bekannten Systemen (etwa Fahrspurerkennung oder Night Vision auf Basis von lediglich einem Sensor) abheben. Hella arbeitet bereits an multifunktionalen Kamerasystemen, mit denen mehrere Funktionen zusammengefasst werden können, wie zum Beispiel Fahrspur- oder Verkehrszeichenerkennung und adaptive Hell-Dunkel-Grenze. Ein zusätzlicher Mehrwert wird durch die Fusion der Daten von Kamerasystemen und anderen Fahrzeugsensoren geschaffen. So verfolgt Hella Konzepte, um mit Hilfe des ACC-Lidar-Sensors (Lidar = Light detection and ranging, basierend auf Infrarot-Technik) und einer Kamera ein ACC-Stop&Go-System (Abbremsen bis zum Stillstand und vom Fahrer initiiertes Anfahren) zu ermöglichen. Solch ein System wird heute mit Hilfe von bis zu drei Radarsensoren abgebildet. Um diesem hohen Anspruch gerecht zu werden verfolgt Hella neben monokularen auch stereobasierte Kameraansätze. Das Stereo-Sehen eröffnet durch Erschließen der Tiefeninformation das räumliche Sehen und leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Objektklassifizierung.

Eine gesteigerte Verfügbarkeit der Assistenzsysteme bei Nacht erreicht Hella mithilfe moderner Infrarot-Technik, die bereits heute die Grundlage aktiver Nachtsichtsysteme ist. Mit der Infrarot-Technik lässt sich eine für Menschen unsichtbare, für entsprechende Kameras jedoch nutzbare Fernlichtverteilung erzeugen. Neben Nachtsichtsystemen können so auch andere Assistenzsysteme wie Fahrspur- oder Verkehrszeichenerkennung bis hin zum assistierenden Licht (blendfreies Fernlicht und markierendes Licht) optimal unterstützt werden.

Kompetenz- und Entwicklungszentrum für Bildverarbeitung in Berlin: Hella Aglaia Mobile Vision GmbH

Als strategische Investition in das Innovationsfeld kamerabasierter Fahrerassistenzsysteme hatte Hella zum 01. März 2006 die Aglaia GmbH, Berlin, zu 100 Prozent übernommen. Das 1998 gegründete Unternehmen entwickelt prototypische visuelle Sensorsysteme als wesentliche Komponente neuartiger Fahrerassistenzsysteme und integriert sie in Fahrzeuge. Für die Umsetzung dieser Projekte hat Aglaia mit Cassandra eine sehr effektive Entwicklungsplattform geschaffen. Sie schließt Methoden zur Qualitätssicherung und Fortschrittskontrolle der Entwicklungen ein. Für Fahrspur-, Objekt-, Verkehrszeichen-, Scheinwerfer- und Heckleuchtenerkennung sowie Rückfahrkamerasysteme hat Aglaia frei konfigurierbare und miteinander verknüpfbare Anwendungsmodule entwickelt. Gestartet mit zunächst 30 Mitarbeitern ist der Standort Berlin für die Funktionsentwicklung kamerabasierter Fahrerassistenzsysteme inzwischen auf über 70 Mitarbeiter angewachsen. Arbeitsteilig kümmern sich die Hella-Spezialisten in der Lippstädter Konzernzentrale um die Industrialisierungsentwicklung dieser Systeme.

Vision: Halbierung der Verkehrstoten bis 2010

Die kontinuierliche Entwicklung von lichttechnischen Fahrerassistenzsystemen geht einher mit dem Aktionsprogramm eSafety für Straßenverkehrssicherheit der Europäischen Union mit dem Ziel, die Zahl der Verkehrstoten bis 2010 zu halbieren. Auf der Erfassung und Analyse des Fahrzeugumfelds beruhende Fahrerassistenzsysteme von Hella werden einen wesentlichen Beitrag dazu leisten. Nach Untersuchungen des BundesverkehrsMINIsteriums lässt sich damit vorbeugend Einfluss auf mehr als 50 Prozent aller Unfälle nehmen.