Technik und Entwicklung des
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Zusammenfassung Technik und Entwicklung

Die technischen Entwicklungen der vergangenen Jahre machen das vollautomatisierte Fahren schrittweise möglich. So wird Fahren auf Autobahnen und in der Stadt mit immer höheren Automatisierungsgraden und in immer komplexeren Situationen möglich sein. Damit die Systeme von den Autofahrern angenommen werden, müssen sie funktional überzeugen und sich einfach bedienen lassen. Das Verhalten der Funktionen muss genau so intuitiv zu verstehen sein, wie ihre Grenzen.

Der Trend zum automatisierten Fahren stellt neue technische Herausforderungen an Umfeldsensoren, Aktuatoren und die elektrische/elektronische Architektur im Fahrzeug. Außerdem müssen die Kommunikationsprotokolle für den Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen standardisiert werden.

Was geschieht um das Fahrzeug herum? Eine wichtige Kerntechnologie für automatisiertes Fahren ist die zuverlässige und präzise Umfelderfassung. Da sich das Fahrzeug im realen Verkehr selbständig bewegen soll, muss es alle relevanten Verkehrsteilnehmer im gesamten Fahrzeugumfeld (360 Grad) erkennen können und zuverlässig den richtigen Fahrspuren zuordnen. Dazu wird jeder Bereich des Fahrzeugs von mehreren Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien überwacht. Durch den Einsatz redundanter Sensoren erhöht sich die Zuverlässigkeit und Robustheit der Informationen. Die Umfeldsensoren müssen eine echte, absolut zuverlässige und immer verfügbare 3D-Abbildung des Fahrzeugumfelds liefern. Ein Großteil der dafür nötigen Sensoren ist bereits heute in Serie.

Die herkömmliche Kombination von Radar, Video und Ultraschalltechnik ist allerdings nicht in der Lage, alle Anwendungsfälle abzudecken. Deshalb arbeitet Bosch an neuen Sensortechnologien, die den hohen Anforderungen an die Umfelderfassung gerecht werden. Die Daten der einzelnen Sensoren werden zusammengerechnet und zu einem kompletten Umfeldmodell verarbeitet. Darin sind alle statischen und dynamischen Objekte repräsentiert. Für diese Berechnung werden vollkommen neue Hard- und Softwaretechnologien und Algorithmen eingesetzt. Anschließend werden die erkannten Objekte genau den Fahrspuren zugeordnet – dazu lokalisiert sich das Fahrzeug selbst auf digitalen Karten. So kann es die Situation interpretieren, befahrbare Bereiche erkennen und eine Fahrstrategie ableiten.

Sensorik für den Fahrer:
Was passiert, wenn der Fahrer nicht übernimmt?

Hoch- und vollautomatisierte Funktionen müssen nicht nur das Fahrzeugumfeld im Auge behalten, sondern auch den Fahrer. Denn bei diesen Funktionen muss der Fahrer das System nicht mehr überwachen. Er kann die Kontrolle, zumindest für eine bestimmte Zeit oder einen definierten Fall, vollständig an das System übergeben. Danach wird der Fahrer zur Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert – und das Fahrzeug muss erkennen können, ob er dazu in der Lage ist.
Die Übergabe des Fahrzeugs durch das System an den Fahrer ist für Entwickler derzeit noch eine Herausforderung. Wie lange kann und darf sie dauern? Was passiert, wenn der Fahrer nicht übernimmt? Ein mögliches Szenario: Greift der Fahrer zum Beispiel beim Annähern an eine definierte Autobahnausfahrt nicht ein, hält das automatisierte Fahrzeug selbstständig auf dem Seitenstreifen an und setzt einen Notruf ab.

Positionsbestimmung: Gewusst wie, und vor allem wo

Für das automatisierte Fahren muss die Positionsbestimmung ständig verfügbar, robust und zentimetergenau sein. Ein Sensor allein kann diese Anforderungen nicht erfüllen. Deshalb werden Daten aus einer Satellitennavigation, Landmarken (Spurmarkierungen und Randbebauung) und einer hochpräzisen digitalen Karte kombiniert. In dieser dynamischen Karte sind neben allen Fahrspuren und der Randbebauung auch Kurveninformationen enthalten. Über eine Mobilfunkanbindung ist die Karte immer über aktuelle Geschwindigkeitsbegrenzungen, Änderungen des Straßennetzes und selbst kurzfristige Baustellen informiert.

Automatisierte Fahrzeuge müssen eine Vorschau des Fahrzeugumfelds errechnen, die weit über die Nahbereichssensorik hinausgeht, wie sie von Radar- oder Videosensoren geleistet wird. Diese Vorschau bezeichnet man als elektronischen Horizont. Für seine Berechnung wird eine exakte Echtzeit-Positionsbestimmung über das globale Navigationssatellitensystem (Global Navigation Satellite System, GNSS) vorgenommen. Mit den so gewonnenen Informationen und dem Abgleich mit aktuellen Fahrzeugparametern kann das System eine Fahrstrategie planen, zum Beispiel Spurwechselmanöver.

Zentimetergenau und in Echtzeit

Für automatisiertes Fahren ist eine hochpräzise, dynamische Positionsbestimmung in Echtzeit unbedingte Voraussetzung. Sie ist entscheidend, um das Fahrzeug zentimetergenau in der Fahrspur zu führen und somit eine Beeinträchtigung anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden.

Slider nach rechts: Genauigkeit der GPS-Positionsbestimmung

Slider nach links: Genauigkeit der Positionsbestimmung für automatisiertes Fahren mittels GPS, Cloud-Daten, Inertialsensorik und digitaler Karten

Fahrstrategie: Ihr Auto denkt voraus, Sie lehnen sich zurück

Bosch-Erprobungsfahrzeug für automatisiertes Fahren

Die Fahrstrategie entscheidet darüber, wie sich das automatisierte Fahrzeug im Straßenverkehr verhalten soll und ermittelt die nötigen Werte für die Fahrzeugregelung. Das Fahrzeug muss in der Lage sein, auch solche Aufgaben zu übernehmen, die bereits für den Menschen eine Herausforderung sind. Es muss selbst entscheiden, wohin es fährt, wann es beschleunigt, bremst und lenkt – und das auf der Basis von Informationen, die sich sehr schnell ändern. Das System muss also unter Berücksichtigung seines gesamten Umfelds die Route berechnen und das Auto schnell, sicher und präzise steuern.
Wenn das Fahrzeug die Aufgaben des Menschen übernimmt, stellt sich auch die Frage der Sicherheit. Das maschinelle Ausfallrisiko lässt sich zwar auf ein Minimum reduzieren – vollständig ausschließen lässt es sich jedoch nicht. Im Fall eines Systemausfalls muss daher das Fahrzeug auch ohne Eingreifen des Fahrers in einen sicheren Zustand gebracht werden.

Redundanz: Weil doppelt einfach besser hält

Systemredundanz für automatisiertes Fahren

Wenn sukzessive immer mehr Fahraufgaben vom Auto übernommen werden, stellt das besondere Anforderungen an sicherheitsrelevante Systeme wie Bremse und Lenkung. Um die größtmögliche Verfügbarkeit auch beim Ausfall einer Komponente sicherzustellen, wird sich die Fahrzeugarchitektur ändern. Eine Systemarchitektur mit Redundanzen, die auch im Fehlerfall das Fahrzeug unter Kontrolle hält oder ggf. die Kontrolle definiert an den Fahrer übergibt, wird nötig.

Im Normalfall steuert eine elektrische Lenkung das Fahrzeug. Diese wird zukünftig ebenfalls redundant ausgeführt sein. Für die Absicherung der Bremse hat Bosch bereits eine Lösung verfügbar: So können der elektromechanische Bremskraftverstärker iBooster sowie das Bremsregelsystem ESP® unabhängig voneinander das Fahrzeug abbremsen, ohne dass der Fahrer eingreifen muss.

Fahrerassistenzsysteme: Die Basis für automatisiertes Fahren

Moderne Fahrerassistenzsysteme helfen dem Fahrer, sicherer und entspannter ans Ziel zu kommen. Sie halten das Fahrzeug in der Spur, regeln die Geschwindigkeit und den Abstand, sie leuchten die Fahrbahn optimal aus, warnen vor Staus – und am Ziel helfen sie in kleinsten Parklücken. Falls nötig, können sie automatisch eine Vollbremsung auslösen, um einen Auffahrunfall zu verhindern oder zumindest dessen Schwere zu reduzieren.

Fahrerassistenzsysteme sind die Basis für das automatisierte Fahren von morgen. Schon seit vielen Jahren sind sie in Serie erhältlich und erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Bestimmt haben auch Sie den einen oder anderen Helfer an Bord Ihres Fahrzeugs.

Antiblockiersystem (ABS)

ABS verhindert das Blockieren der Räder in kritischen Fahrsituationen. Damit sorgt es für Lenkbarkeit, Stabilität und kurze Bremswege.

Einparkhilfe

Die Einparkhilfe bietet mehr Komfort und Unterstützung beim Parken, indem sie den Fahrer stufenweise vor Hindernissen warnt.

Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP®)

Das ESP® erkennt ein drohendes Schleudern und stabilisiert das Fahrzeug sofort mit gezielten Brems- und Motoreingriffen.

Adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (ACC)

ACC unterstützt aktiv dabei, die voreingestellte Geschwindigkeit sowie den Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten.

Parkassistent

Der Parkassistent erkennt passende Parklücken beim Vorbeifahren und lenkt das Fahrzeug automatisch in die Parklücke.

Vorausschauendes Notbremssystem

Das System unterstützt den Fahrer bei einem drohenden Auffahrunfall, um so Unfälle zu verhindern oder deren Folgen abzuschwächen.

Vorausschauendes Fußgängerschutzsystem

Hilft, Kollisionen mit Fußgängern zu vermeiden und Unfallfolgen zu mindern.

Spurhalteassistent

Der Spurhalteassistent erkennt die Fahrbahnmarkierungen und hält das Fahrzeug mit sanften Lenkeingriffen in der Spur.

Stauassistent

Der Stauassistent kann auf Autobahnen im Stau automatisch bremsen, beschleunigen und lenken und sorgt so für entspannteres Ankommen.

Autobahnassistent

Der Autobahnassistent kann auf Autobahnen bei Geschwindigkeiten bis zu 180 km/h automatisch bremsen, beschleunigen und lenken.

Ferngesteuerter Parkassistent

Der ferngesteuerte Parkassistent fährt das Fahrzeug auf Knopfdruck von selbst in die ausgewählte Parklücke und wieder heraus.

Baustellenassistent

Der Baustellenassistent unterstützt den Fahrer bei enger Spurführung dabei, einen seitlichen Sicherheitsabstand einzuhalten.

Ausweichassistent

Der Ausweichassistent hilft dem Fahrer während eines kritischen Ausweichvorgangs durch ein unterstützendes Lenkmoment.

Linksabbiegeassistent

Der Linksabbiegeassistent vermeidet Kollisionen, indem er den Fahrer warnt oder das Fahrzeug selbsttätig abbremst.

Multikamerasystem

Das Multikamerasystem hilft Fahrern, mit einer Rundumsicht auf das Fahrzeugumfeld leichter zu parken und zu rangieren.

Die nächsten Schritte auf dem Weg zum automatisierten Fahren

Größte Herausforderung bei der Entwicklung automatisierter Funktionen bleibt der Innenstadtverkehr, wo unterschiedlichste Verkehrsteilnehmer aus allen Richtungen berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus brauchen wir Konzepte zur funktionalen Absicherung der Systeme, damit sie in allen Situationen zuverlässig, umsichtig und situationsspezifisch arbeiten.
Außerdem ist für einen Regelbetrieb eine kritische Masse von Fahrzeugen notwendig (etwa 10 Prozent), die untereinander kommunizieren können.

Neben den technischen Herausforderungen müssen die rechtlichen Rahmenbedingungen angepasst oder neu geschaffen werden, um den Weg für automatisiertes Fahren zu ebnen. Als konkreter nächster Schritt werden derzeit Lösungen für das automatisierte und vernetzte Parken (Automated Valet Parking) von Bosch umgesetzt.