Der neue Audi Q7 ist aktuell das meist vernetzte Fahrzeug auf dem Markt. Nicht nur in punkto Bedienbarkeit, Infotainment und Konnektivität ist er Benchmark sondern auch beim Angebot der Fahrerassistenzsysteme. Diese bilden nicht zuletzt die technologische Basis für das zukünftige pilotierte Fahren und Parken.

Mit diesem Fahrzeug fuhr Audi im Januar 2015 vom Silicon Valley nach Las Vegas.

Mit diesem Fahrzeug fuhr Audi im Januar 2015 vom Silicon Valley nach Las Vegas.Audi

Serienmäßig sind im Q7 bereits einige Assistenten an Bord: ob Pausenempfehlung, Anfahrassistent, Geschwindigkeitsregelanlage beziehungsweise -begrenzer, Einparkhilfe hinten und die Sicherheitssysteme „Pre Sense Basic“ und „Pre Sense City“. Spannend wird es dann aber bei den optionalen Systemen. Neben dem prädiktiven Effizienzassistenten, Nachtsicht- und Anhängerrangierassistenten sowie der Ausstiegswarnung und dem „Pre Sense Front“ kommen wichtige Sicherheitssysteme zum Einsatz, die für das pilotierte Fahren unerlässlich sein werden:

ACC (Adaptive Cruise Control) hält den Q7 auf einer gewählten Geschwindigkeit beziehungsweise einen bestimmten Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug. Das System nutzt in erster Linie die beiden Front-Radarsensoren; die Stop-and-Go-Funktion bremst das Fahrzeug bis zum Stillstand und lässt es auf Fahrerwunsch automatisiert wieder anfahren. Auch wenn das ACC deaktiviert ist, zeigt es ab 60 km/h die Distanz zum Vorausfahrenden an und warnt vor zu dichtem Auffahren.

Darüber hinaus kann der neue Stauassistent im Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 65 km/h auf gut ausgebauten Straßen auch die Lenkarbeit übernehmen, solange eine Fahrzeugkolonne vorausfährt, der der Q7 folgen kann. Das System nutzt dafür zusätzlich die 3D-Videokamera sowie die ESC- und EPS-Sensoren. Es orientiert sich an den Markierungen auf der Straße und an anderen Fahrzeugen, folgt ihnen jedoch nicht bedingungslos, sondern versucht eine situationsgerechte Anpassung an die vorausfahrende Kolonne. Dabei hält es Mindestabstände ein und reagiert kooperativ auf andere Fahrzeuge.

Das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät zFAS.

Das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät zFAS.Audi

Ein weiteres wichtiges System ist der Active Lane Assist, welcher den Fahrer ab 65 km/h Geschwindigkeit beim Halten der Spur unterstützt. Er beobachtet die Linien auf der Straße mit der Videokamera und nutzt darüber hinaus weitere Daten. Wenn sich der Q7 beispielsweise einer Markierung ohne zu blinken nähert, hilft das System dem Fahrer über einen sanften Eingriff in die elektromechanische Servolenkung in die Spur zurückzusteuern. Der Fahrer kann wählen, ob er kontinuierlich oder erst kurz vor Überfahren der Spurmarkierung unterstützt werden möchte. Wenn er sich für den frühen Eingriff entscheidet, führt ihn das System in der Mitte der Spur. Den logischen Gegenpart zum Spurhalteassistenten bildet der Side Assist. Dieser unterstützt den Fahrer ab 15 km/h Geschwindigkeit beim Wechseln der Spur; dafür nutzt er zwei Heck-Radarsensoren, die etwa 70 m weit messen. Wenn sich ein anderes Fahrzeug im toten Winkel bewegt oder rasch annähert, leuchtet eine Warn-LED im Gehäuse des betreffenden Außenspiegels auf. Falls der Fahrer trotzdem den Blinker setzt, blinkt die LED mehrmals kurz hell auf und warnt somit den Fahrer.

Assistenten für Ausweichen, Abbiegen und bei Querverkehr

Die weiteren Systeme des neuen Q7 – darunter Ausweichassistent, Abbiegeassistent und Querverkehrassistent – bieten dem Fahrer weitere Unterstützung. Der Ausweichassistent dient primär der Unfallvermeidung. Das System unterstützt den Fahrer durch gezielte Lenkeingriffe, wenn der Audi Q7 in einer kritischen Situation ein Hindernis umfahren muss. Mit den Daten von 3D-Videokamera und Radarsensoren berechnet er eine geeignete Spur, wobei er Abstand, Breite und Versatz des vorausfahrenden Fahrzeugs einbezieht. Seine erste Aktion ist ein Warnruck, der den Fahrer auf die Gefahr aufmerksam machen soll. Sobald dieser jetzt lenkt, hilft ihm das System mit Momenten-Eingriffen in die Servolenkung, um um das Hindernis herumzusteuern.

Der neue Audi Q7 ist aktuell das meist vernetzte Fahrzeug am Markt.

Der neue Audi Q7 ist aktuell das meist vernetzte Fahrzeug am Markt.Audi

Beim Linksabbiegen erfährt der Fahrer mit dem Abbiegeassistenten eine weitere Unterstützung. Bei niedrigem Tempo überwacht das System den Gegenverkehr. Bei einer drohenden Kollision mit dem entgegenkommenden Fahrzeug hindert es den Q7 beim Anfahren. Das System wird im Geschwindigkeitsbereich zwischen zwei und zehn km/h aktiv, sobald der Fahrer den Blinker zum Linksabbiegen setzt. Legt der Fahrer den Rückwärtsgang ein, kommt ein weiteres System zum Einsatz: der Querverkehrassistent. Dieser nutzt die Heckradar-Sensoren zur Warnung vor anderen als kritisch erkannten Fahrzeugen, zum Beispiel bei der langsamen Ausfahrt aus einer Querparklücke. Voraussetzung dafür ist eine aktivierte Einparkhilfe. Der Warnhinweis für den Fahrer erfolgt mithilfe verschiedener Stufen: optisch auf dem MMI-Monitor, akustisch sowie gegebenenfalls per Warnruck.

Aber nicht nur für das pilotierte Fahren gibt es heute schon Systeme, auf die Audi in der Entwicklung aufbauen kann. Auch beim pilotierten Parken wird es eine Weiterentwicklung der heutigen Technik geben: Der Parkassistent im Q7 lenkt das Fahrzeug mithilfe von zwölf Ultraschallsensoren schon heute nahezu selbstständig in Längs- und Querparklücken. Zudem übernimmt das System das Ausparken aus den Längsparklücken. Für den Fahrer zeigen die Umgebungskameras auf dem MMI-Monitor unterschiedliche Ansichten vom direkten Umfeld des Fahrzeugs an, darunter eine virtuelle Draufsicht und 180-Grad-Bilder von Front und Heck. In unübersichtlichen Ausfahrten oder auch im Zusammenspiel mit dem Querverkehrassistenten hinten bieten diese Bilder einen guten Überblick für den Fahrer. In Zukunft wird es mit dem pilotierten Parken möglich sein, das Fahrzeug per Funkschlüssel oder App selbstständig in Längs- und Querparklücken sowie in eine Garage ein- und ausparken zu lassen, ohne selbst im Fahrzeug zu sitzen. Die Technologie schafft es sogar, ein Fahrzeug komplett selbstständig in ein Parkhaus zu steuern und abzustellen. Mit den heutigen Fahrerassistenzsystemen ist ein großer Schritt in Richtung pilotiertes Fahren und Parken bereits erfolgt.

Der Audi RS7 Piloted Driving Concept „Bobby” fuhr im Oktober 2014 ohne Fahrer im Renntempo auf dem Hockenheimring.

Der Audi RS7 Piloted Driving Concept „Bobby” fuhr im Oktober 2014 ohne Fahrer im Renntempo auf dem Hockenheimring.Audi

Audi Piloted Driving Historie

Audi leistet auf dem Gebiet des pilotierten Fahrens seit Jahren Pionierarbeit und zeigt dabei auch immer wieder, wie emotional das sein kann. Im Oktober 2014 umrundete „Bobby“, der „Audi RS 7 Piloted Driving Concept“, fahrerlos den Grand-Prix-Kurs in Hockenheim in knapp über zwei Minuten. Im Bereich der Langzeitnutzung folgte im Januar 2015 der nächste Quantensprung: „Jack“, ein weiteres Audi A7 Piloted Driving Concept car, fuhr rund 900 Kilometer von Silicon Valley nach Las Vegas. All diese Testkilometer fließen kontinuierlich in die Serienentwicklung des pilotierten Fahrens ein. Bereits im Jahr 2009 hat Audi damit begonnen, indem ein Audi TTS die Audi-Ringe auf einen Salzsee bei Bonnville in den USA zeichnete und ein Jahr später die berühmte Bergstrecke des Pikes Peak ohne Fahrer im Drift bezwang. Es folgten diverse Tests auf den Highways von Nevada und Kalifornien sowie die Demonstration von verschiedenen pilotierten Parksystemen.

Das pilotierte Fahren wird Realität

Die Gesamtwirkkette beim pilotierten Fahren.

Die Gesamtwirkkette beim pilotierten Fahren.Audi

Um das pilotierte Fahren zu ermöglichen, setzt Audi in der aktuellen Entwicklung drei große Technologieanforderungen um: Das Fahrzeug muss zunächst mit redundanter Sensorik jede Situation innerhalb eines bestimmten Radius sicher und zuverlässig erkennen. Man kann auch sagen, das Auto wird zukünftig viel mehr selbstständig sehen. Die zweite Anforderung ist das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS), mit dem diese Informationen interpretiert und blitzschnell Entscheidungen getroffen werden, die sicher und richtig sind. Drittens bedarf es einer neuen Sicherheitsarchitektur im Fahrzeug, bei der sich Systeme und Funktionen gegenseitig überwachen, während gleichzeitig Teile der Aktuatorik wie zum Beispiel die Bremse, redundant ausgeführt werden.

Meilensteine des pilotierten Fahrens bei Audi

  • 2009: Ein Audi TTS („Shelley“) zeichnet selbstständig Audi-Ringe auf einen Salzsee in Bonneville/Utah.
  • 2010: Mit über 70 km/h pilotiert auf den Berg: Der Pikes-Peak-Climb des Audi TTS in Colorado.
  • 2012: Pilotierte Fahrdynamik auf dem Thunderhill Race Track in Kalifornien: Der Audi TTS sammelt erstmals Erfahrungen auf einer Rennstrecke.
  • 2013: Audi erhält als erster Hersteller die Lizenz zum Testen von selbstfahrenden Fahrzeugen vom Nevada Departement for Motorvehicles in den USA. Es folgen diverse Präsentationen unter realen Straßenbedinungen für das pilotierte Fahren im Stau sowie das pilotierte Parken in Garagen und in ein öffentliches Parkhaus mit verschiedenen Audi-A7-Prototypen („James“).
  • 2014: Mit der technologischen Weiterentwicklung dieser Prototypen präsentiert Audi erstmals das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS) und erhält in den Staaten Florida und Kalifornien ebenfalls Testlizenzen.
  • 2014: Der Audi RS 7 Piloted Driving Concept („Bobby“) umrundet fahrerlos den Grand-Prix-Kurs in Hockenheim in knapp über zwei Minuten.
  • 2015: „Jack“, ein weiteres Audi A7 Piloted Driving Concept Car, fuhr rund 900 Kilometer von Silicon Valley nach Las Vegas.

Die zentrale ADAS-ECU (zFAS)

Das Management der Fahrerassistenzsysteme findet heute in den meisten Fahrzeugen in räumlich voneinander getrennten Steuergeräten statt. Audi realisiert es zukünftig in einer zentralen Domänenarchitektur: Alle verfügbaren Sensorinformationen laufen in einem zentralen Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS) zusammen. Dieses errechnet ein vollständiges Modell der Fahrzeugumgebung, das allen Assistenzsystemen und allen Systemen für das pilotierte Fahren zur Verfügung steht.

Audi entwickelte die Soft- und Hardwarebausteine dieser elementaren Schaltzentrale gemeinsam mit den Technologiepartnern TTTech, Mobileye, Nvidia und Delphi. Als zukünftigen Systemlieferanten für das zFAS-Elektronikboard hat Audi die Firma Delphi ausgewählt.

Das zFAS-Board nutzt sehr leistungsfähige Mehrkern-Prozessoren, die in Summe eine Rechenleistung erreichen, die der kompletten Elektronik-Architektur eines gut ausgestatteten aktuellen Mittelklassefahrzeugs entspricht. Derzeit nimmt das neue Board etwa die Fläche eines Tablet-PCs ein, doch der Platzbedarf wird weiter schrumpfen. Das zFAS-Board ist modular, flexibel und skalierbar.

Zentrale Sensordatenfusion

Die Bedeutung einer zentralen Sensordatenfusion geht weit über pilotierte Systeme hinaus. Ein gutes Beispiel hierfür sind prädiktive Lichtfunktionen, denn hierbei erfolgt bereits ein Schwenk des Lichtkegels in eine Kurve, obwohl sich das Fahrzeug noch auf einer geraden Strecke befindet. Die Eingangsdaten kommen aus der digitalen Karte des Navigationssystems und der Fahrspurerkennung des Kamerasystems. Auf dieser Grundlage berechnet das System per Sensordatenfusion den vorausliegenden Streckenverlauf, um dann basierend auf diesem Streckenverlauf den Schwenkwinkel für die Scheinwerfer zu bestimmen. Im zFAS werden die Daten der gesamten Umfeldsensorik fusioniert und den einzelnen Assistenz- und Automatisierungsfunktionen zur Verfügung gestellt.

Verschiedene Sensoren liefern jeweils ihren Beitrag für den 360-Grad-Rundumblick: So dienen zwölf Ultraschallsensoren vor allem dem Nahbereich und der Parkassistenz. Das Long Range Radar kommt ursprünglich vom ACC-System, kommt aber auch für Sicherheitssysteme wie den Braking Guard zum Einsatz. Für den Side Assist dienen Short-Range-Radarsensoren, die nach hinten gerichtet sind und gleichzeitig die Notbremsfunktion unterstützen, wenn es Verkehr hinter dem Fahrzeug gibt. Die Frontkamera bedient den Active Lane Assist und liefert Kontextinformation für das ACC-System, indem sie zum Beispiel das Blinken von Vorfahrzeugen erkennt. Das Top-View-System unterstützt den Fahrer beim Rangiervorgang und bekommt Zug um Zug mehr Aufgaben aber auch mehr Verantwortung. Ein Laserscanner erfasst feinste Strukturen wie Randbebauungen, Bordsteine sowie Objektkonturen in einem großen Winkelbereich vor dem Fahrzeug und sichert somit eine redundante Erfassung des Umfeldes.

Die Weiterentwicklung der Sensorik (Funktion, Performance) ermöglicht  eine dreidimensionale 360-Grad-Umfelderkennung.

Die Weiterentwicklung der Sensorik (Funktion, Performance) ermöglicht eine dreidimensionale 360-Grad-Umfelderkennung.Audi

Das zFAS integriert all diese Daten zu einer lokalen Karte, auf der sich das Fahrzeug bewegen kann. Als großer technischer Hub werden nicht mehr einzelne Sensoren für bestimmte Systeme fusioniert; vielmehr steht jeder einzelnen Funktion die gleiche Abbildung der Welt zur Verfügung. Dadurch können sämtliche Systeme jede Verbesserung in der sensorischen Wahrnehmung nutzen. Besonders in der Bildverarbeitung sind dramatische Verbesserungen zu erwarten, die zügig genutzt werden sollen. Auch die nächste Generation hochperformanter Bildverarbeitung lässt sich nahtlos in die Plattform integrieren.

Vision und Realität

Das beschriebene Sensorset ermöglicht mit der zFAS-Plattform auch Systeme wie zum Beispiel das pilotierte Parken im Parkhaus, die heute noch als Vision erscheinen. In Zukunft fahren wir mit einem Fahrzeug in die Stadt, wählen auf dem Weg dorthin ein Parkhaus aus und werden dann vom Fahrzeug automatisch dort hin geleitet. Während der Fahrt stehen dem Fahrer weitere Optionen zur Verfügung. So kann er beispielsweise entscheiden, ob das Fahrzeug geladen oder gewaschen werden soll. Am Ziel angekommen, kann er bequem aussteigen und das Fahrzeug per Funksignal ins Parkhaus schicken. Das Auto ist dabei sowohl mit dem Parkhaus als auch mit der gesamten Umwelt vernetzt und nutzt die entsprechende Sensorik sowie die Aktuatorik an Bord, um letztendlich selbstständig in eine freie Parklücke einzuparken. Der Kunde muss das Parkhaus nicht mehr selbst betreten, was nicht nur einen Sicherheits- sondern auch einen Zeitvorteil darstellt.

Dieser Komfort lässt sich durch ergänzende Technologien wie dem automatischen Laden für Elektrofahrzeuge weiter ergänzen. Das Fahrzeug kommuniziert mit den im Parkhaus verbauten Ladeplatten im Boden und steht bei Fahrtantritt wieder vollgeladen bereit. Auf Wunsch wird es per Knopfdruck via Funkschlüssel oder App sozusagen aufgeweckt und fährt selbstständig den Weg zur Parkhausausfahrt, an welcher der Fahrer bequem einsteigen kann.

Eckdaten

Audi setzt zukünftig auf eine zentrale Domänenarchitektur: Alle verfügbaren Sensorinformationen laufen in einem zentralen Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS) zusammen. Dieses errechnet ein vollständiges Modell der Fahrzeugumgebung, das allen Assistenzsystemen und allen Systemen für das pilotierte Fahren zur Verfügung steht.

Das intelligente und lernende Fahrzeug

Audis End-to-End-Architekturansatz des zFAS ermöglicht aber noch eine weitere Revolution: Das intelligente und lernende Fahrzeug. Das zFAS liest die Informationen sämtlicher Sensoren permanent ein und verarbeitet sie – darunter die Signale der Kameras, des Laserscanners sowie der Radar- und Ultraschallsensoren. Mittels der CUDA-Technologie (Compute Unified Device Architecture) auf dem Nvidia Tegra K1 und in Zukunft mit dem neuen Nvidia X1 kann bereits auf dem zFAS eine enorme parallele Verarbeitung stattfinden.

Über eine Highspeed-Datenverbindung ist das Auto permanent mit der Cloud und einem noch leistungsfähigeren IT-Backend verbunden. In der Cloud erfolgt die Datenverarbeitung unter Einsatz von Algorithmen des Machine-Learnings und damit eine permanente Erweiterung des Wissens durch kontinuierliches Lernen. Über die LTE-Verbindung werden die neuen Informationen wieder zurück ins Auto übertragen. Das Fahrzeug lernt damit mit jedem Kilometer, mit jeder Stunde, mit jedem Tag und mit jeder Situation mehr und mehr dazu: es wird immer intelligenter.