Fahrerassistenzsysteme: Überblick und aktueller Trends

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1 Institut für Institut für Telematik Institut für Datenstrukturen (ITM) Wirtschaftspolitik und und Datenorganisation Wirtschaftsforschung (IPD) (IWW) Institut für Wirtschaftstheorie und Operations Research (WIOR) Zentrum für Angewandte Rechtswissenschaften (ZAR) Interdisziplinäres Seminar Ausgewählte technische, rechtliche und ökonomische Aspekte des Entwurfs von Fahrerassistenzssystemen Fahrerassistenzsysteme: Überblick und aktueller Trends Seminararbeit von Ioannis Papadakis Sommersemester 2007 Betreuender Mitarbeiter: Dipl.-Inform. Heiko Schepperle 1

2 Ich versichere wahrheitsgemäß, die Arbeit selbständig angefertigt, alle benutzten Hilfsmittel vollständig und genau angegeben und alles kenntlich gemacht zu haben, was aus Arbeiten anderer unverändert oder mit Abänderungen entnommen wurde. Papadakis Ioannis Karlsruhe, den 2

3 Inhaltsverzeichnis 1.Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Was sind Fahrerassistenzsysteme? 1.3 Wie funktionieren die Fahrerassistenzsysteme? 2. Welche Gründe machen den Einsatz von Fahrerassistenzsysteme notwendig 2.1 Verkehrssicherheit 2.2 Verkehrseffizienz 2.3 Fahrkomfort 3. Forschungsinitiativen/Entwicklungen 3.1 Europäische Projekte 3.2 Internationale Projekte 4. Klassifikation von Fahrerassistenzsysteme 2.1 Sicherheits-Fahrerassistenzsysteme 2.2 Komfort-Fahrerassistenzsysteme 2.3 Verkehrseffizienz-Fahrerassistenzsysteme 5. Notwendige Technologien zur Realisierung von Fahrerassistenzsystemen 6. Probleme durch den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen 7. Verschiedene Aspekte bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen 8. Zusammenfassung 9. Referenzen 3

4 1. Einleitung 1.1 Motivation Während der letzten 20 Jahre ist der Verkehrsfluss stetig gewachsen. In Zukunft ist damit zu rechnen, dass der Verkehr auf der vorhandenen Verkehrsinfrastruktur noch weiter zunehmen wird. Dieses schnelle und große Wachstum des Verkehrs macht das Fahren immer schwieriger und stressiger, so dass die Einführung und Entwicklung neuartiger und intelligenter Fahrerassistenzsysteme (FAS) notwendig wird[1]. Um den Fahrer bei seiner Fahraufgabe zu unterstützen werden zunehmend Assistenzsysteme eingesetzt. Diese Systeme entlasten den Fahrer von monotonen Aufgaben und kompensieren Unachtsamkeiten seitens des Fahrers in bestimmten Situationen, wie bspw. Spurwechselmanövern. Diese Entwicklung wird verstärkt durch die zunehmende Anzahl von elektronischen Komponenten im Auto. Diese stellen zum einen die benötigten Informationen für die Regelung bereit. Zum anderen stellen diese Komponenten das Endglied der Regelungskette in Form von intervenierenden Aktuatoren oder Informationsdisplays dar[1]. In diesem Zusammenhang gibt es mehrere bisher ungelöste Probleme bei der Entwicklung sicherheitsrelevante Assistenzsysteme. Das Hauptproblem ist dabei die Erkennung von potentiellen, als gefährlich eingestuften Situationen, d.h. wie soll das System eine Situation als normal bzw. gefährlich einstufen, nach welchen Kriterien, so dass das System eine Warnung an den Fahrer ausgeben bzw. mit dem Fahrer kommunizieren kann. Für die erste Generation von FAS war diese Funktion nicht so wichtig, weil es mehr um Komfort-FAS handelte, wobei heutzutage der Aspekt der Sicherheit an vorderster Stelle kommt[1]. Die Bedeutung von Fahrerassistenzsystemen hat in den letzten 15 Jahren drastisch zugenommen, heute sind Schlagwörter wie ABS und Navigationssystem handfeste Verkaufsargumente. Die Automobilindustrie investiert immer größere Summen in die Entwicklung neuer Systeme, deren Potential noch sehr lange Zeit nicht ausgereizt sein wird. Ziel dieser Seminararbeit ist es einen Überblick über existierende und noch in der Entwicklung befindliche Fahrerassistenzsysteme zu geben. Dabei werden die technischen Eigenschaften von Fahrerassistenzsystemen nicht diskutiert, sondern viel mehr die Funktion bzw. der Einsatz von Fahrerassistenzsysteme erläutert [2]. 1.2 Was sind Fahrerassistenzsysteme? Fahrerassistenzsysteme (FAS) sind elektronische bzw. mechatronische Zusatz einrichtungen in Kraftfahrzeugen als Teil des Gesamt-Eingabe-Systems zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten (kritischen oder gefährlichen) Situationen[3]. Dabei stehen Sicherheits-, Komfort-, Verkehrsaspekte im Vordegrund. 1.3 Wie funktionieren Fahrerassistenzsysteme? Fahrerassistenzsysteme greifen autonom oder teilautonom in Antrieb, Steuerung (z.b. Gas, Bremse) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeuges ein oder warnen durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen[3]. 4

5 2. Welche Gründe machen den Einsatz von Fahrerassistenzsysteme notwendig? 2.1 Verkehrssicherheit Heutzutage sind die Fahrerassistenzsysteme als integrierte Systeme in Fahrzeugen nicht mehr weg zu denken. ABS, Navigationssysteme sind schon beim Kauf eines neuen Fahrzeuges sozusagen Pflicht. Warum eigentlich kauft man ein Fahrzeug und hat so viele elektronische Systeme on-board? Die Antwort ist leicht: Der Grund ist die Sicherheit. Das Auto ist heutzutage aus unseren Gesellschaft nicht mehr weg zu denken, fast alle besitzen ein Auto und einige sogar ein zweites. Die meisten Menschen fahren mit dem Auto zur Arbeit, sie fahren damit überall hin wo es denen Spaß macht, statt z.b. es den Bus oder den Zug zu nehmen. Die heutigen Autos sind auch noch ziemlich leistungsstark, was sehr schwieriger macht, kleine Geschwindigkeiten zu halten und damit sicher zu fahren. Das Benutzen von Autos hat nicht nur Vorteile sondern sogar gravierende Nachteile. Tausende von Toten jedes Jahr, tausende schwer Verletze und Millionen von Euro Schaden entstehen durch Autounfällen. Hier werden einige Tatsachen beschrieben, die den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen unbedingt notwendig machen: Pendler legen mehr als drei Viertel der Verkehrsleistungen im Berufsverkehr mit dem Personenkraftwagen zurück[1]. Rund 1/5 der Verkehrsleistungen auf dem Weg zur Arbeit vereinen Busse und Bahnen auf sich, der Rest von lediglich 3 Prozent der Verkehrsleistung wird zu Fuß oder mit dem Fahrrad zurückgelegt[1]. Fast 85% der Leistungen im Geschäfts- und Dienstverkehr werden mit dem Automobil absolviert[1]. Über 70% der Einkaufsfahrten werden mit dem Personkraftwagen unternommen, während mit Bussen und Bahnen knapp 17% sowie per Fahrrad und zu Fuß lediglich 12% des Einkaufsverkehrs absolviert werden[1]. 40% aller Wege und 50% aller Personenkilometer finden in der Freizeit statt. Mit 468,7 Mrd. Personenkilometern pro Jahr weist der Freizeitverkehr den großten Anteil an der Personenverkehrsleistung in Deutschland auf[1]. Der PKW ist heute mit rd. 80%-Anteil das dominierende Verkehrsmittel im Bereich der Freizeitmobilität in Deutschland[1]. Auch Rentner sind mobil: ca. 40% der Älteren bevorzugen Aktivitäten außerhalb ihrer eigenen vier Wände[1]. Wenn man überlegt, dass wenn Fahrer eine halbe Sekunde früher reagieren könnten, wären 65% der Auffahrunfälle ein Drittel der Frontalzusammenstöße und die Hälfte der Kreuzungsunfälle vermeidbar. Die Hälfte aller Kollisionen erfolgt ungebremst und in 20% der Fälle wird zu zaghaft gebremst[3]. 5

6 Die Anzahl der Unfälle mit Personenschaden hatten im Jahr 2005 folgenden Ursachen: Fehler beim Überholen: Unfälle Fehler beim Abbiegen: Unfälle Statistiken belegen, dass die meiste Autounfällen aufgrund menschlichen Versagens passieren und die wenigen (ein paar Prozente) aufgrund von technischen Defekten (Abbildung 1). Statistik tödlicher Unfälle Gründe mit Schwerpunkten Abbildung 1: Diese Tabelle zeigt, dass die meiste Unfällen aufgrund menschlichen Versagens passieren[3]. Abbildung 2: Diese Abbildung zeigt wie die Unfälle nach Einführung von FAS reduziert wurden. [3] 6

7 Auf der Abbildung 2 ist deutlich zu sehen, dass sich nach der Einführung von Gurten im Jahr 1970,und weiter im Jahr 1980 bei der Einführung von ABS, die tödliche Verkehrsunfälle reduziert haben. In diesem Zusammenhang wird versucht die Verkehrsunfälle durch den Einsatz neuartiger intelligenter Fahrerassistenzsysteme, die Anzahl der Verkehrunfälle/-toten zu reduzieren. Das wird durch Einführung von folgenden Systemen erreicht: Active Safety Systeme Pre-Crash Systeme (z.b Straffung des Gürtels, Erhöhung der Sensibilität des Airbags) Darüber hinaus hat sich die europäische Union als Ziel gesetzt, Projekte, die zur Weiterentwicklung von neuartigen intelligenten Fahrerassistenzsystemen beitragen, finanziell zu unterstützen, so dass die Zahl der Verkehrstote bis 2010 auf die Hälfte reduziert wird. Dies wird in der Abbildung 3 verdeutlicht. Abbildung 3: Verletzungsreduzierung durch Einführung von neuartigen intelligenten FAS [3]. 2.2 Verkehrseffizienz Der zweite wichtige Grund ist der Verkehrseffizienz. Den meisten europäischen Städten stehen zahlreichen Herausforderungen gegenüber, die mit dem Gebrauch von privaten Fahrzeugen verbunden sind. Probleme wie Straßenblockierung (oder Stau), Energieverschwendung, Verkehrslärm und Umwelt verschmutzung, vermindern die Qualität des städtischen Lebens. Deshalb, stehen historische Stadtzentren schwerwiegenden Problemen gegenüber, die den traditionellen Handel nicht mehr machen können, und gezwungen sind an Peripherie Orten zu gehen, die ihrerseits für die Besucher dieser historischen Zentren nicht interessant sind[4]. 7

8 Abbildung 4: Verkehrsstau [3] Städte sind in der Größe und in der Infrastruktur sehr unterschiedlich. Im allgemeinen haben europäische Städte einen alten dichten Teil mit einer Menge historischer Denkmäler und sehr schmale Straßen. Einige US Städte haben auch ein gut definiertes Stadtzentrum, während andere (LA) einen sehr großen Bereich umfassen, während das Stadtzentrum von begrenzter Größe ist. Gesellschaften sind auch sehr unterschiedlich. Einige Länder werden vollständig durch das Auto (USA) beherrscht, während andere aus historischen Gründen ein umfangreiches traditionelles System der öffentlichen Transportmittel haben, um die Autos zu ergänzen. Einige industrialisierte Länder haben eine bedeutende Menge von Fahrräder (Dänemark)[5].Energiequellen sind auch sehr unterschiedlich. Einige Länder (Norwegen) haben eine Menge Hydroenergie, andere (Frankreich) eine Menge Kernenergie, während einige auf Öl beruhen. Für diese und andere Gründe müssen Transportsysteme der umgebenden Gesellschaft angepaßt werden, die von Land zu Land schwanken. Der Schlüsselgrund für Erfolg für ein neues Transportsystem ist Flexibilität. Ein System, das flexibel genug ist, den Transportbedarf der modernen Städte zu decken, wird ein Erfolg. 8

9 Solche Systeme heißen Intelligent Transport Systeme ( Intelligent Transport Systems) und basieren auf völlig automatisierten Fahrzeuge, die in der Lage sind, ganz allein zu fahren. In der Abbildung 6 stehen solche Fahrzeuge die selbständig und vor allem effizient, und energiesparsam fahren können[5]. Abbildung 5: Oben Links : ParkShuttle in Shiphol [4] Oben Rechts und Unten : RUF Dual Mode Public Transport [6] 2.3 Fahrkomfort Der dritte und letzter Grund ist die Erhöhung des Fahrkomforts. Der Fahrkomfort trägt indirekt zur Verkehrssicherheit bei, indem der Fahrer entlastet und bequem fahren und sich voll auf das Fahren konzentrieren kann. Damit können natürlich viele Unfälle vermieden werden, da die Reaktionsfähigkeit bzw. die Konzentration des Fahrers im Vergleich zu einem anderen Fahrer der z.b. müde oder abgelehnt ist (er hat z.b. kein Tempomat, und muss ständig auf das Gaspedal drücken, um seine Geschwindigkeit zu halten) viel besser ist. Solche Systeme sind zum Beispiel Einparkhilfe, Stauassistent, Navigationssystem und noch andere die später in dieser Arbeit besprochen werden. 9

10 3. Forschungsinitiativen/Entwicklungen Wie bereits erwähnt wurde, hat sich die Europäische Union als Ziel gesetzt, die Anzahl der Verkehrstoten bis 2010 auf die Hälfte zu reduzieren. Aus diesem Grund versucht die Europäische Union in Kooperation mit europäischen Automobilherstellern Projekte zu unterstützen, die zur Verbesserung der existierenden und zur Weiterentwicklung von neuartigen, intelligenter Fahrerassistenzsysteme beitragen. Zuerst werde ich die wichtigsten europäischen Projekte und ihre Funktionen und dann über einige internationale Projekte berichten. 3.1 Europäische Projekte PReVENT (Programm zur Verbesserung der aktiven Sicherheit) PReVENT ist ein von der EU gefördetes Projekt der europäischen Automobilindustrie, dessen Ziel es ist, durch Entwicklung von präventiven Sicherheitsapplikationen und - technologien zur Sicherheit im Verkehr beizutragen. Diese präventiven Sicherheitsfunktionen zukünftiger Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer durch intelligente Systeme zur autonomen Fahrumfelderfassung und -bewertung, so dass Unfälle vermieden bzw. Unfallfolgen abgeschwächt werden[6]. Das PReVENT Programm besteht aus folgenden Teilprojekten: INTERSAFE (Kreuzungssicherheit) Vorbeugende und aktive Sicherheitsanwendungen helfen dem Fahrer, Unfälle durch den Gebrauch von On-Board Systemen und Kommunikation zwischen Fahrzeug und Fahrzeug (Car-2-Car Communication) oder Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur Unälle an den Kreuzungen zu vermeiden oder abzuschwächen. Abhängig von der Bedeutung und Zeitpunkt der Gefahr informieren diese aktiven und vorbeugenden Sicherheitssysteme den Fahrer zu einem früheren Zeitpunkt und warnen ihn, wenn der Fahrer auf diese Meldung nicht reagieren. Bei Bedarf unterstützen diese Systeme den Fahrer aktiv (Meldungen, Warnungen) oder greifen schließlich autonom ein, um einen Unfall zu vermeiden oder die Konsequenzen abzuschwächen[7]. SAFE SPEED AND SAFE FOLLOWING Diese Systeme helfen den Fahrer eine konstante Geschwindigkeit oder eine Sicherheitsentfernung zu behalten oder zu wählen, sodass sie in der Lage sind auf nicht vorhersehende Straßensituationen, die in der nächsten Sekunden auftreten, richtig zu reagieren. Dieses Teilprojekt enthält folgende Aktivitäten: 1. SASPENCE (Sichere Geschwindigkeit und Sicherheitsabstand) Das Hauptziel von SASPENCE ist ein System zu entwickeln das fähig ist, die sichere Geschwindigkeit und Sicherheitsabstandskonzept zu realisieren. Das bedeutet, den Fahrer zu unterstützen, um Unfallsituationen zu vermeiden, die auf übermäßiger Geschwindigkeiten oder zu geringen Abstände zum vorderen Auto zurückzufahren sind. Das Hauptziel ist die frühzeitige Gefahrerkennung und die Unterstützung des Fahrers mit On-Board Sensoren. Dennoch können solche Sensoren für die Kurzstreckenabfragung eine zusätzliche Aufgabe machen, nämlich die Kommunikation zwischen Fahrzeugen zu unterstützen. Die Fahrzeuge die mit einem Radarsystem ausgerüstet werden, können zum Beispiel eine Warnung zu einem anderen Fahrzeug übertragen, wenn das Fahrzeug ein Dringlichkeitsmanöver durchführt z.b. stark bremsen um dadurch einen Unfall zu vermeiden. Diese Informationen können z.b. die Reaktionszeit des Fahrers im 10

11 vorhausfahrenden Auto verkürzen und könnte für ein frühzeitige Manöver helfen, um ein Unfall zu vermeiden[7]. 2. WILLWARN (Drahtlose lokale Gefahrwarnung) Das vorausschauende Fahren und die frühe Entdeckung von Gefahren sind ein Schlüssel für das sicheres Fahren und die Unfall vermeidunng. WILLWARN entwickelt ein kommunikationsbasiertes System, dass den Horizont (den Blick) des Fahrers erweitert und den Fahrern in gefährlichen Situationen intelligent im voraus warnt. WILLWARN gibt den Fahrer die Gelegenheit, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Zwischenfahrzeugentfernung früh genug anzupassen, sodass der Fahrer sozusagen bereit ist, auf die potentiellen Gefahren zu reagieren[7]. LATERAL SUPPORT (Querführungsassistent) Dieses Projekt befasst sich mit autonomen Anwendungen und konzentriert sich auf die seitlichen (Quer) Bereiche des Fahrzeugs, um dem Fahrer zu helfen, sein Fahrzeug auf der Fahrspur zu halten und im Notfall, ihn zu warnen, wenn der Fahrer die Spur verlässt. Dieses Projekt enthält folgende Aktivitäten: 1. SAFELANE SAFELANE entwickelt ein Spurhaltesystem, das sicher und zuverlässig auf ungünstigen Straßenbedingungen und notwendige Fahrsituationen reagieren kann. Wenn ein unbeabsichtigter Spurwechsel ermittelt wird, löst das System eine Warnung (um den Fahrer zu warnen) oder das aktive Lenksystem aus (autonom)[7]. 2. LATERAL SAFE LATERAL SAFE (Querführungsunterstützung) besteht aus einer Menge von Sicherheitsanwendungen, die zur Verhinderung von seitlichen Unfällen beitragen und den Fahrer bei schwierige Sicht und im sogenannt toten Winkel helfen[7]. VULNERABLE ROAD USERS AND COLLISION MITIGATION Kollisionsmilderung und Pre-Crash Systeme konzentrieren sich auf die Verminderung von Verletzungen und Totesfällen im Falle von unvermeidbaren Unfällen (insbesondere auf den letzten 2-3 Sekunden vor dem Aufprall). Die Kollisionsmilderung ist erheblich, wenn das Fahrzeug vor dem Unfall stark bremst, da die kinetische Energie nicht voll auf das zufahrende Objekt einschlägt und dadurch der Unfall viel geringere Auswirkungen hat. Pre- Crash Systeme können wirksam angewandt werden, um die Knautschzone von Fahrzeugen zu erweitern. Strukturdesign könnte sogar das Eindringen von mechanischen Teilen, in den Passagieraum, während eines Unfalls erheblich verringern[7]. In der Abbildung 6 sind die verschiedenen Funktionen des PReVENT Programms zu sehen, bestehend aus allen oben beschriebenen Teilprojekten. Vor allem ist bei dieser Abbildung die Kommunikation zwischen Fahrzeugen und zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturen zu betonen, da dieses System unbedingt notwendig, für die Realisierung bzw. das Funktionieren der anderen Systeme ist. 11

12 Abbildung 6: Diese Abbildung zeigt die Funktionen des PReVENT Programms[7] CYBERCARS, CYBERMOVE Cybercars sind Straßenfahrzeuge mit vollständig automatisierten Fahrfähigkeiten. Eine Flotte von solchen Fahrzeugen formt ein verwaltetes Transportsystem für Passagiere und Güte auf einem Netz von Straßen, die auf Anfrage und sogar von Haus-zu-Haus verlangt werden können INVENT (Intelligente Verkehr und nutztgerechte Technik) Das INVENT Projekt ist von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert um neue Technologien zu entwickeln um Unfälle zu vermeiden und Staus zu reduzieren. Durch die Verknüpfung von Verkehrs-, Informations-, und Kommunikationstechnologien entstehen Assistenzsysteme, die den Fahrer in jedem Moment unterstützen, immer den schnellsten Weg kennen und in brenzligen Situationen sogar Leben retten können. Fahrzeuge werden in der Zukunft miteinander kommunizieren können und sich gegenseitig auf Gefahrsituationen warnen. Ergebnisse aus der Stauforschung erlauben ein Verkehrsmanagement, das Staus auflöst oder gar nicht entstehen lässt[8]. Damit diese Ideen Wirklichkeit werden, arbeiten in INVENT 23 Unternehmen aus der Automobil-, Zuliefer-, Elektronik-, Telekommunikations-, und IT-Industrie, Logistikdienstleister, Softwarehäuser sowie Forschungsinstitute zusammen. Das INVENT Programm besteht aus drei Projekten: Diese drei Projekte sind beschriftet in der Abbildung 8. 12

13 Abbildung 7: Projekte des INVENT Programms. [8] Die Autos der Zukunft müssen intelligenter und sicherer werden. Weniger Unfälle, weniger Staus und damit weniger Stress m Auto machen die Straßen sicherer. Neue Fahrerassistenz und Verkehrsmanagementsysteme unterstützen Fahrer in schwierigen Verkehrssituationen und helfen bei der Stauvermeidung. In Acht Teilprojekten zu den Bereichen Fahrerassistenz, Verkehrsmanagement 2010 und Verkehrmanagement in Transport und Logistik arbeiteten seit 2001 insgesamt 24 Projektpartner gemeinsam an der Entwicklung von intelligenten Autos und am Verkehrsmanagement der Zukunft. Unter anderem haben sie die Entwicklung einer Fahrzeuggeneration auf den Weg gebracht, die in der Lage sein wird, mitzusehen, mitzudenken, zu kommunizieren und den Fahrer in kritischen Situationen aktiv zu unterstützen. Hilfe leistet z.b. ein Kreuzungsassistent: Automatisch erkennt er querenden Verkehr an Kreuzungen sowie Gegenverkehr und Stoppschilder. In Gefahrsituationen wird der Autofahrer rechtzeitig gewarnt[8]. Die acht Teilprojekten sind: Fahrumgebungserfassung und Interpretation Vorausschauende Aktive Sicherheit Stauassistenz Fahrerassistenz und Mensch-Maschine-Interaktion Verkehrliche Wirkung, Recht und Akzeptanz Verkehrleistungsassistenz Netzausgleich Individueller Verkehr Verkehrsmanagement in Transport und Logistik 13

14 3.2 Internationale Projekte Nicht nur die Europäische Union hat Interesse den Verkehr sicherer und effizienter zu machen sondern noch andere Länder, wie z.b. Japan, USA. Hier werden kurz die Projekte von USA und Japan erwähnt. USA IVI (Intelligent Vehicle Initiative) Beschäftigt sich mit Fahrerassistenz, Sicherheit und Effizienz und Kollisionsvermeidung[9]. JAPAN MLIT (Ministry of Land Infrastucture and Trasport) Kooperativer Ansatz (Fahrzeug zu Infrastruktur Kommunikation mit Hindernis-, Kurvenverwaltung[11]. VICS (Vehicle Information and Communication System) Erweiterte Navigationssysteme[10]. 4. Klassifikation von Fahrerassistenzsystemen 4.1 Sicherheits-Fahrerassistenzsysteme ABS (Anti-Blockier-System) Dieses System hilft den Fahrer die Kontrolle des Fahrzeugs zu behalten, auch wenn er bei einer gefährliche Situation Vollbremsung machen muss. D.h die Räder des Autos sind noch steuerbar[12]. ASR (Antriebsschlupfregelung) Dieses System verhindert, dass die Räder des Autos bei Beschleunigung durchdrehen[12]. ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) System, dass den Fahrer beim Schleudern hilft. Wenn das Fahrzeug im Schleudern kommt (z.b. Bei einer Kurve) setzt sich das ESP ein und regelt die Krafteinteilung der Räder das heißt nur die Räder die, die meisten Bodenhaftung haben. bekommen noch Schub von der Motor, so dass das Auto stabil bleibt[12]. EDS (Elektronische Differentialsperre) Dieses System ermöglicht das gleichmäßige Anfahren auf unterschiedlichen Oberflächen (z.b. Schnee, Regen ) Wenn ein Rad durchdreht, bremst das EDS dieses Rad ab und überträgt die Kraft an anderen haftenden Räder. Es ist Teil des ESP Systems[13]. Adaptives Kurvenlicht Dieses System hilft den Fahrer bei schlechten Sichtverhältnissen. Die Scheinwerfer des Fahrzeugs drehen in der Kurve mit und verbessern dadurch die Sicht. 14

15 Bremsassistent Der Bremsassistent hilft den Fahrer beim Bremsen bzw. tritt automatisch ein wenn der Fahrer zu zaghaft auf die Bremse tritt[14]. ACC (Abstandsregeltempomat) Der ACC hält den gewünschten Abstand zum vorausfahrenden Auto. Wenn der Abstand sich verringert, wird die Bremse aktiviert und behält trotzdem ein Sicherheitsabstand. Gibt es kein Fahrzeug voraus wird die gewünschte Geschwindigkeit eingehalten[14]. Verkehrszeichenerkennung (In Entwicklung) Ein System dass die Verkehrszeichen erkennen kann und den Fahrer warnen kann wenn, er das Tempolimit überschritten hat[19]. Fahrspurassistenten (In Entwicklung) Es sind Systeme die, den Fahrer vor dem unbeabsichtigten Verlassen der Fahrspur warnen und unterstützen ihn, wenn er die Fahrspur wechseln will[8]. Kreuzungsassistenten (In Entwicklung) Der Kreuzungsassistent erkennt kritische Situationen an Kreuzungen und warnt den Fahrer vor Rotlichtverstoßen und riskanten Abbiegemanövern. Das System kann ebenfalls den Fahrer empfehlen ob er seine Geschwindigkeit halten oder drosseln soll, wenn er bei Ampeln ankommt. (Erkennt wie lange Rot oder Grün ist und entsprechend sagt es Bescheid)[8]. Kollisionswarnsysteme (In Entwicklung) Diese Systeme können per Radar Position und Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge erfassen und so kritische Situationen im voraus erkennen. Wenn das der Fall, werden Warnsignale ausgelöst um den Fahrer zu warnen und gleichzeitig werden pre-crash Systeme aktiviert (z.b. Straffung der Gürtel, Erhöhung der Sensibilität des Airbags[8]. Fußgängererkennung (In Entwicklung) Mit Hilfe von Kameras ist dieses System in der Lage Fußgänger zu erkennen und den Abstand zum Auto zu bewerten. Wenn der Fahrer nicht merkt dass er zu nah zu der Fußgänger ist dann bremst das Auto (Notbremsung) automatisch[8]. Automatische Notbremsung Dieses System wird aktiviert, wenn ein Unfall sozusagen nicht mehr vermeidbar ist.es geht aber darum die wichtigsten Sekunden (kurze Zeitspanne) vor dem Unfall bei der, der Fahrer nicht reagieren kann! In diesem Fall tritt die automatische Notbremsung ein um das Unfall eigentlich zu mildern[12]. Reifendruckkontrollsystem Dieses System überwacht den Reifendruck und kontrolliert ob dieser von den festgelegten Rahmen abweicht[14]. Fahrerzustandserkennung Dieses System überprüft den Zustand des Fahrers (Müdigkeit, durch Drogen/Alkohol eingeschränkte Fahrtauglichkeit ) und erkennt aus Verhaltensgrößen ob der Fahrer in einer solcher Zustand ist. Ist das der Fall greift das System ein (technische Maßnahmen) oder unterstützt den Fahrer[15]. 15

16 Unterstützung von Spracherkennung Mit Hilfe von Sprachsteuerung ist es möglich, Bedienfunktionen des Autos mit Hilfe der Sprache zu steuern. Der Vorteil ist, dass der Fahrer nicht seinen Blick von den Fahrbahn abwenden muss, um irgendwelche Tätigkeiten zu machen (z.b. Schalter, Radio) [16]. Aktivlenkung Bei diesem System wird die Lenkung entsprechend der Geschwindigkeit angepasst. Das bedeutet, dass bei höheren Geschwindigkeiten ist der Lenkwinkel geringer (also stabiler) und bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist sie lockerer (z.b. bei Einparken) [12]. Night Vision Mit diesem System ist es möglich Menschen, Tiere, Gegenstände in der Nacht bzw. Dunkelheit frühzeitig zu erkennen[12]. Kooperativer Systeme Dieses System erlaubt dem Fahrzeug mit anderen Fahrzeugen als auch mit anderen Infrastrukturen (Ampel, spezielle gebaute Kommunikationseinrichtungen) zu kommunizieren um für den Verkehr nützlichen Informationen auszutauschen. (z.b. Stau-, Unfallinformationen usw.) Mit diesem Kommunikationssystem ist es auch möglich Daten, Musikdateien usw. auszutauschen. In der Abbildung 8 wird gezeigt wie Fahrzeuge mit Fahrzeuge als auch mit Infrastrukturen kommunizieren können. Abbildung 8: Kooperative Systeme, Car-2-Car Kommunikation, Car-2-Infrastruktur Kommunikation, [3]. 4.2 Komfort-Fahrerassistenzsysteme Navigationssysteme Systeme, die bei der Routenwahl (Digitale Karten, Ortsbestimmung) zwischen Start und Ziel helfen. Diese Systeme sind notwendig für zukünftige Systeme so wie für die Kooperative Systeme, die vorher erwähnt wurden. 16

17 Tempomat Dieses System erlaubt dem Fahrer seine vorgegebene Geschwindigkeit während der Fahrt einzuhalten. Dieses System ist heutzutage im ACC mitinstalliert. Berganfahrhilfe Dank dieses Systems kann der Fahrer an Steigungen den Fuß von den Bremse nehmen, ohne dass das Fahrzeug zurückrollt[18]. Stauassistent Dieses entlastet den Fahrer indem für ihm in Stausituationen die Kontrolle übernimmt. Wenn man beim Stau ist, hat man immer die gleiche Situation man gibt ein bisschen Gas und fährt und dann wieder anhalten, und wieder von vorne (Stop-and-Go). Dieses System entlastet den Fahrer indem es selber diese Tätigkeiten durchführt und noch dazu energiesparend[18]. Automatic Parking Pilot Dieses System erkennt beim Vorbeifahren eine Parklücke(Parklücke-Abstand). Durch automatisches Lenken, Gasgeben und Bremsen wird das Fahrzeug mit Hilfe genau berechneter Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen exakt in der Mitte zwischen den benachbarten Fahrzeugen positioniert[19]. 4.3 Verkehrseffizienzsysteme Cybercars Cybercars sind Straßenfahrzeugen mit völlig automatisierten Fahreigenschaften. Eine Flotte von solchen Fahrzeugen bildet ein Transportsystem (CTS), für Passagiere oder Güter. Diese Flotte wird von einem zentralen Managementsystem gesteuert, um bestimmten Nachfragen in einer bestimmten Umgebung zu befriedigen. Solche Fahrzeuge sind in der Abbildung 9 zu sehen. Die Nutzung solcher Fahrzeuge bringt folgende Vorteile mit sich: Zuerst Verkleinerung von Verkehrstaus und besserer Verkehrsstrom, Luftqualität und Energiehaltung[20]. An zweiter Stelle, das System ist viel sicherer (Führerschein ist nicht notwendig) also jeder kann es verwenden egal ob Leute mit Behinderung oder ältere Personen. Drittens, die Fahrzeuge können zu einem Remote-Parkplatz autonom fahren, wenn sie nicht benötigt werden und folglich wertvollen städtischen Raum frei für Fußgänger und Radfahrer lassen[20]. Viertens, das Konzept und die Technologien sind auch für Anlieferung von Waren in den Stadtzentren und für Abfallsammlung gleichmäßig angebracht: die gleiche Infrastruktur könnte durch angepasste Fahrzeuge mit für Anlieferung (oder Ansammlung) benutzt werden[20]. Um das alles zu realisieren müssen aber zuerst einige Probleme gelöst werden. Ein großes Problem ist die Straßeninfrastruktur. Die Benutzung von solchen Fahrzeugen benötigt die Veränderung der Straßeninfrastruktur und das bringt mit sich natürlich sehr viele Kosten. Wie sieht es mit der Sicherheit aus? Sind solche Fahrzeuge sicher um den Transport von Menschen zu erlauben? Wie sieht es aus mit der aufwendigen Technologie aus? Gibt es sie oder müsste sie neu entwickelt werden? All dies sind Problem, die zuerst gut überlegt sein müssen um mit der Entwicklung von solchen Systemen weiterzumachen. 17

18 Abbildung 9: Cybercars in einer Parkstation (Links), Cybercar in einer Abholstation(Rechts) [4]. RUF Dual Mode Public Transport Dual Mode Public Transport ist ein System, bei dem die Fahrzeuge in zwei Modi fahren können : Entweder als normalen Fahrzeugen auf der Straßen oder auf einer speziellen gelegten Schiene. Diese Funktion (Dual Mode) ist in der Abbildung 10 zu sehen. Auf das linke Bild kann man deutlich sehen wie das Fahrzeug auf die Schienen als auch auf der Straße fahren kann. Abbildung 10: Ruf Dual Mode Transport [6] Auf der Straße werden die Fahrzeuge manuell gesteuert (wie normale Autos) und auf dem Führungssystem fahren alle Fahrzeuge automatisch. Das Führungssystem wird als Netz von Führungsschienen organisiert, die an Verzweigungen angeschlossen werden. Eine typische Trennung der Verzweigungen ist 4.8 Meilen. Geschwindigkeiten an den Verzweigungen sind Km/h und die maximalle Geschwindigkeit auf der Schiene ist 153 Km/h[5]. Damit ein solches System richtig funktioniert, muss der automatisierte Teil äußerst sicher sein und auch für den Benutzer sicher fühlen, der sich mit der Technik, die hinter diesem Konzept steckt, nicht vertraut ist[5]. 18

19 Die Sicherheit wird durch folgende Baudetails erreicht: Die Schiene ist eine dreieckige Einschienebahn[5]. Die Fahrzeuge reiten auf Einschienebahn, damit der Schwerpunkt unter die Oberseite der Einschienebahn gesetzt wird[5]. Eine spezielle Geländerbremse kann gegen beiden Seiten der Einschienebahn drücken. Der Druck wird nicht durch Schwerkraft begrenzt, die bremsende Energie ist immer vorhanden, wenn sie benötigt wird[5]. Abbildung 11: Sicherheitsaspekte eines RUF Dual Mode Transport Systems [6] In der Abbildung 11 wird gezeigt wie ein solches Bremssystem funktioniert. Dazu gibt es verschieden RUF Dual Mode Transport Fahrzeuge, die für verschiedene Zwecke benutzt werden können. Zum Beispiel man kann solche Fahrzeuge für Gütertransport benutzen wie die Abbildung 12 zeigt. Eine andere Möglichkeit ist es die Fahrzeuge zusammenzuführen und sie zu einem sozusagen Zug zu bilden. Dieses Prinzip ist in der Abbildung 13 gezeigt. 19

20 Abbildung 12: Ruf Dual Modus Fahrzeugen in verschiedenen Aufgaben. Abbildung 13: Ruf Dual Mode als Zug Platooning Platooning ist eine Methode um die Verkehrskapazität auf eine einzelne Fahrspur zu erhöhen, ohne zusätzliche Verkehrswege einzurichten. Es geht darum mehrere voll automatisierte Fahrzeuge zusammenzustellen (wie ein Zug, Kolone), die hintereinander mit gleicher Geschwindigkeit und gleiche Abständen voneinander fahren. Dabei braucht man nur einen Fahrer (Führer) der das erste Fahrzeug fährt und alle andren folgen einfach hinterher. Diese Eigenschaft wurde erlauben dass alle miteinander verbundene Fahrzeuge zusammen zu bremsen und zu beschleunigen. Anstatt auf andere Fahrzeuge zu warten, wenn es Grün (Ampel) sich zu bewegen, werden die Fahrzeuge, die als Platooning zusammengekoppelt sind als ein Fahrzeug zusammenfahren. In der Abbildung 18 ist das Prinzip des Platooning zu sehen[21]. 20

21 Abbildung 14: Das Prinzip des Platooning[17]. 5. Notwendige Technologien zur Realisierung von Fahrerassistenzsystemen Um solche intelligente und neuartige Fahrerassistenzsysteme zu entwickeln braucht man auch die entsprechende Technologie. Diese Technologie ist bereits vorhanden, nur muss ein Weg gefunden werden, dass die verschiedene Technologien zusammen zu bringen und richtig zusammenarbeiten. Man braucht vor allem intelligente Navigationssysteme (GPS, Ortung) die in der Lage sind die Fahrzeuge zu orten und entsprechende Informationen weiterzugeben. Informations- und Kommunikationstechnologien ist ein sehr wichtiges Aspekt, die eigentlich ein sehr wichtiges Teil bei der Entwicklung von intelligenten Fahrerassistenzsysteme spielen und zwar die Car-2-Car und Car-2-Infrastruktur Kommunikation ermöglichen sollen. Man benötigt natürlich ein entsprechendes HMI (Human Maschine Interface) das erlaubt die Interaktion zwischen Mensch und Maschine (System). Die Sensorik spielt auch eine sehr wichtige Rolle, denn sie ist dafür zuständig die Umgebung aufzunehmen, sie zu verbessern und weiter an der Algorithmik zu geben, die ihrerseits zuständig für die Analyse der aufgenommenen Daten, die Entscheidung was mit diesen Daten zu machen ist und die wie die Systeme zu steuern sind[17]. 6. Probleme durch den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen. Der Einsatz von FAS bringt natürlich viele Vorteile mit sich aber leider auch ein paar Nachteile. Die Nachteile werden im folgenden besprochen. Driving Without Awareness Es bedeutet, dass die Fahrer nicht mehr aufmerksam fahren, weil sie wissen, dass die eingebaute Systeme in kritischen Situationen sie helfen werden[3]. Risikokompensation Fahrer neigen dazu, die durch FAS gewonnene Sicherheit wieder, durch riskantere Fahrweise aufs Spiel zu setzen, ein sogenanntes akzeptiertes Risiko wird also in Kauf genommen[3]. 21

22 Überlastung des Fahrers Der Fahrer wird überlastet indem er gleichzeitig viele Tätigkeiten machen muss, zum Beispiel muss er das System bedienen, telefonieren, auf die Meldungen/Warnungen des Systems beachten und sogar mit dem Beifahrer reden. Alle diese Tätigkeiten in Zusammenspiel mit dem Fahrerassistenzsystem führen zu einer Überlastung des Fahrers[3]. Hacker Zugriffe Wie schon erwähnt braucht man entsprechende Informations- und Kommunikationstechnologien um solche Systeme zu realisieren. Solche Technologien wie man kennt sind auch angreifbar! Wie garantiert man das solche FAS nicht eingegriffen und die Funktionen des Systems manipuliert werden um andere Zwecke zu erfüllen? Technische Defekte und Haftung Wer garantiert, dass in einem solchen System kein Fehler passiert? Und was passiert, wenn ein Teil des Systems kaputt geht oder defekt ist? Zum Beispiel eine plötzliche Vollbremsung, oder plötzlich gibt das Auto Gas. Wer haftet für solche Gegebenheiten? 7. Verschiedene Aspekte bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Bis jetzt wurde über einige Aspekte berichtet, die mit berücksichtigt werden müssen um solche intelligente Fahrerassistenzsysteme zu entwickeln oder die vorhandenen zu verbessern. Zum Beispiel Verkehrseffizienz, Verkehrssicherheit, Komfort, Technologie, Umwelt. Nun aber das ganze ist nicht so einfach wie es aussieht. Um dies realisierbar machen zu können, müssen noch andere Bereiche bzw. Disziplinen (Recht, Politik, Markt, Wirtschaftlichkeit, Gesellschaft, Psychologie) miteinbeteiligt werden und sozusagen mit den anderen Disziplinen (Informatik, Elektrotechnik) zusammenarbeiten, sonst wird diese Entwicklung nicht möglich. Unten in der Abbildung 15 wird dieses Schema verdeutlicht. Abbildung 15:Verschiedene Aspekte, die notwendig für die Entwicklung von intelligenten, neuartigen Fahrerassistenzsysteme sind[17]. 22

23 8. Ausblick In dieser Arbeit wurde gezeigt, welche Gründe die Weiterentwicklung und die Verbesserung der vorhandenen Fahrerassistenzsysteme notwendig machen und dann wurden manche diese Systeme kurz erklärt. Später wurde kurz gezeigt welche Probleme durch den Einsatz von FAS entstehen und zum Schluss welche Aspekte noch bei der Entwicklung zu berücksichtigen sind. Es ist also notwendig dass viele verschiedene Disziplinen aus vielen Bereichen sich in einem Tisch setzen und darüber diskutieren wie solche Systeme zu entwickeln sind und viele offene Fragen zusammen überlegen und beantworten, so dass der zukünftiger Einsatz von FAS sicher wird. Schön und gut diese neue Fahrerassistenzsysteme aber die meiste sind Zukunftsmusik! Wie sollte eigentlich das Auto der Zukunft aussehen? Ich habe ein bisschen rechechiert und habe ich folgende Bild (Abbildung 16) gefunden, wie das Auto der Zukunft aussehen könnte. Bestehend aus vordere, hinter, seitliche (rechts und links) Sensoren (Kameras, Infrarot) die, die Umgebung überwachen als auch mit intelligente Systeme (Car-2-Car -, Car-2-Infrastruktur Kommunikation) ausgerüstet. Abbildung 16: Auto der Zukunft[1]. 23

24 8. Referenzen [1] Dr.-Ing. D. Neunzig, Fahrerassistenz auf dem Weg zur aktiven Unfallvermeidung, Stand: [2] Johannes Grunenberg, Tendenzen bei Fahre(er)assistenzsystemen, Stand: [3] Prof. Dr.-Ing. Bernard Bäker, Dipl. -Ing Philipp Schuricht (Technische Universität Dresden), Vorlesung Automobilelektronik, Kapitel 6: Fahrerassistenzsysteme,, er/automobilelektronik/epoz_toolbox?mode=none&field_a=none&field_b=none&field_c =None Stand: [4] Michael Parent, Georges Gallais, Intelligent Transportt in Cities with CTS, Stand: [5] Pale R Jensen, RUF Dual Mode Public Transport, Stand : [6]Universität Passau, PReVENT Aktive präventive Fahrsicherheitsanwendungen Stand: [7] PReVENT European Commision Information Society and Media Stand: [8] Bundesministerium für Bildung und Forschung, INVENT Intelligent Traffic ans userfriendly technology, Stand: [9] U.S Department of Transportation, Intelligent Vehicle Initiative, Stand: [10] VICS Vehicle Information and Communication System, Stand: [11] Ministry of Land, Infrastucture and Transport, Stand:

25 [12] DVR Deutscher Verkehrssicherheitsrat e.v, Bester Beifahrer Fahrerassistenzsysteme Stand: [13] Technik Lexikon, Das Volkswagen Techniklexikon, Stand: [14] Mercedes-Benz, Stand: [15] BG Die gewerblichen Berufsgenossenschaften Stand: [16] Ramon Niefund HAW(Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg), Fahrerassitenzsysteme für PKWs Stand: [17] Dr. Paul Mathias Siemens I&S IST Kooperative Straßenverkehrssysteme, pdf-datei: _tum_verkehraktuell_mathias.pdf Stand: [18]DAZ24.de Der Auto-Anzeiger,New Kid in Town Hersteller=&SerchTyp Stand: [18] INVENT Intelligenter Verkehr und nutzgerechte Technik, Stand: [19] Siemens VDO, Automatisches Parken, Stand: [20]Cybercars, Cybernetic Technologies for the Car in the City, Stand: [21] Studienprojekt zwischen der Hochschule für Gestaltung und Kunst Zürich, der BMW AG München und The Visioneers Linz, Platooning, 25