Sensorik der Zukunft

Sensorik und Kommunikation für unfallfreien Verkehr

Die Sicherheit des Straßenverkehrs ist neben der Energieeffizienz eines der strategischen Ziele bei der Weiterentwicklung innovativer Fahrzeugkonzepte. Dabei gewinnt der Schutz der Verkehrsteilnehmer außerhalb von Automobilen zunehmend an Bedeutung, weil die relative Verletzungs- und Todesfallquote ansteigt. Nachdem jahrelang die passive Sicherheit der Automobilinsassen im Zentrum des Interesses stand, verlagert sich dieses nun auf den Außenbereich. Neben den herkömmlichen Systemen der Umfeldsensorik über bildgebende Verfahren besitzt die sogenannte kooperative Sensorik ein besonderes Potenzial, weil sie eine Reihe von immanenten Vorteilen verspricht. Am Steinbeis- Innovationszentrum Embedded Design und Networking (sizedn) an der Dualen Hochschule Lörrach werden in Kooperation mit den Herstellern der Automobilindustrie Lösungen für die Sicherheitssensorik der Zukunft entwickelt.

Moderne Automobile der Oberklasse sind seit einigen Jahren mit bildgebender Sensorik ausgestattet, um Komfort- und Sicherheitsfunktionen zu unterstützen. Hierzu zählen beispielsweise Fahrerassistenzsysteme wie Nachtsichtunterstützung, Spurhalteassistent (LKA, Lane Keeping Assistant), Spurwechselassistent (LCA, Lane Change Assist), Verkehrszeichenerkennung und vieles mehr. Nicht nur die Kamerasysteme stellen einen wesentlichen Kostenfaktor dar, sondern auch die nachfolgende Bildverarbeitung und -auswertung, die umso komplexer wird, je mehr Funktionalität mit dem System verbunden sein soll. Die Erkennung von Gefahrsituationen mit Fußgängern beispielsweise soll unter vielen Beleuchtungs- und Umgebungsbedingungen funktionieren.

Um diese Systeme in möglichst vielen Automobilen umsetzen zu können, müssen die Kosten deutlich reduziert werden. Das ist aus heutiger Sicht nur mit Hilfe von Hardware- Lösungen möglich, die die Bildvorverarbeitung übernehmen. Im Verbundprojekt PROPEDES (Predictive Pedestrian Protection at Night), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, wird im Rahmen der Innovationsallianz Automobilelektronik e|enova ein vorausschauendes Kfz-Nachtsichtsystem für den Fußgängerschutz basierend auf einem Verbund von bildgebenden Umfeldsensoren (Video/Radar) entwickelt. Das Steinbeis- Innovationszentrum in Lörrach ist einer der Kooperationspartner und arbeitet im Projekt gemeinsam mit der Daimler AG, der Robert Bosch GmbH und der ProDesign GmbH. Das Projekt hat zur Aufgabe, Basisalgorithmen der Bildverarbeitung auszuwählen, zu bewerten und zu dimensionieren und diese anschließend in Hard- und Software umzusetzen. Außerdem sollen flexible FPGA Videoprozessoren entwickelt und beurteilt werden. Der Aufbau von FPGA-basierten Entwicklungsplattformen mit Softcore bzw. embedded Microcontroller-Core, sowie deren Einbindung in den Entwicklungsablauf schließlich stellen weitere Aufgaben dar.

Die bildgebende Sensorik bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, allen voran die vielfache Verwendbarkeit der Bildinformationen und die Erkennung quasi beliebiger Objekte. Ihnen gegenüber steht aber auch eine Reihe immanenter Nachteile, wie Schwierigkeiten, die sich bei teilverdeckten Objekten ergeben, oder die geringe Signalleistung auf Grund der passiven Reflexion und die hohe Rauschleistung bei schlechten Sichtverhältnissen. Die größte Herausforderung stellt aber die notwendige Klassifikation der Objekte dar, also die Zuordnung erkannter Objekte zu einer Bedeutungs-, sowie Verhaltensgruppe (beispielsweise Fußgänger oder Radfahrer).

Diese Nachteile können mit Hilfe kooperativer Sensorik ausgeglichen werden. Die zu erkennenden Objekte werden mit einem aktiven Element (Tag) ausgestattet, das den drahtlosen Austausch von Informationen erlaubt. Auf diese Weise können dann zumindest die Klassifikationsinformationen übertragen werden. Darüber hinaus besteht über die Techniken, wie sie von den Sekundärradars der Luftfahrttechnik bekannt sind, auch die Möglichkeit, die Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen für eine zusätzliche Schätzung der relativen Ortsposition auszuwerten. Auf diese Weise kann dann sowohl der Ort als auch die Objektklasse erkannt werden. Diesen Ansatz verfolgte schon das EU-Projekt WATCHOVER, an dem das Steinbeis-Innovationszentrum in Lörrach aktiv beteiligt war. Hier wurde bereits ein erster kooperativer Sensor aufgebaut, der ein Bestandteil für die Sensor-Fusion, also die Zusammenführung unterschiedlicher Sensordaten, in einer On-Board-Unit war.

Basierend auf diesem und dem bayerischen Projekt Amulett, in dem wesentliche Fortschritte für die funkbasierte Lokalisierung gemacht werden konnten, hat sich im Rahmen der Forschungsinitiative Ko-FAS (Kooperative Sensorik und kooperative Perzeption für die präventive Sicherheit im Straßenverkehr) ein Konsortium gebildet, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird und sich insbesondere diese kooperative Sensorik zum Ziel gesetzt hat.

Im Teilprojekt Ko-TAG arbeitet des Steinbeis- Innovationszentrum zusammen mit den Partnern BMW Forschung und Technik GmbH, Continental Safety Engineering International GmbH, Daimler AG, Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen und Technische Universität München. Im Projekt Ko-TAG wird kooperative Sensortechnologie auf Basis von Transpondersystemen vor allem in Hinblick auf die Anwendungsbereiche Schutz von verletzlichen Verkehrsteilnehmern und Fahrzeug-Fahrzeug-Sicherheit erforscht. Das Verbundprojekt Ko-TAG verwendet Sende-/Empfangseinheiten im Fahrzeug, die Transponder abfragen. Sie werden von den anderen Verkehrsteilnehmern mitgeführt und liefern so Antwort-Codes mit spezifischen Informationen. Über diese Abfrage erhält das Fahrzeug beispielsweise Informationen über die Relativposition der anderen Verkehrspartner im Verkehrsumfeld und kann daraus mögliche Kollisionsrisiken berechnen.

Seite teilen