(Fast) alles was Sie über ADAS wissen müssen

Ob Spurhalteassistent, Berganfahrhilfe oder das altbekannte Antiblockiersystem (ABS) – Fahrerassistenzsysteme (ADAS) sind aus heutigen Autos nicht mehr wegzudenken. Sie befinden sich seit vielen Jahren in Entwicklung, um die automobile Welt sicherer zu machen und Fahrern das Leben zu erleichtern. Zukünftig werden sie auch eine entscheidende Rolle beim hochautomatisierten beziehungsweise autonomen Fahren spielen.

Um das Thema ganzheitlich zu beleuchten, haben wir eine große Übersicht über die verschiedenen Aspekte rund um ADAS erstellt. Für Diejenigen, die sich nur über einen bestimmten Aspekt von Fahrassistenzsystemen informieren möchten, haben wir hier ein Inhaltsverzeichnis, welches Sie zum entsprechenden Textabschnitt bringt.

• Was bedeutet ADAS?
• Worin besteht der Unterschied von ADAS zu DAS?
• Welche DAS/ADAS gibt es?
• Was war das erste DAS?
• Für was werden ADAS eingesetzt?
• Welche Kategorien von ADAS gibt es?
• Wie funktionieren ADAS?
• Welche Sensoren stecken in ADAS?
• Welches ist das häufigste Fahrassistenzsystem?
• Wie entwickelt sich der ADAS-Markt?
• Wie viele neu zugelassenen Personenkraftwagen in Deutschland verfügen über Assistenzsysteme?
• Welche NCAP-Vorgaben für Radarsysteme gelten in der ADAS-Entwicklung?
• Was sind PADAS?

Was bedeutet ADAS?

Die Abkürzung ADAS steht für Advanced driver-assistance systems und bedeutet wörtlich übersetzt damit eigentlich "fortschrittliches Fahrerassistenzsystem", aber mittlerweile ist im Allgemeinen als Abkürzung für "Fahrerassistenzsystem" üblich. Je nach Zusammenhang oft auch ADAS-System.

In anderen Zusammenhängen steht ADAS auch für "Asiago - DLR Asteroid Survey", wobei DLR für Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt steht. Dabei handelt es sich um ein Asteroidensuchprogramm, das seit 2001 vom Asiago-Observatorium der Universität Padua in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des DLR betrieben wird. Zudem gibt es die Alzheimers Disease Assessment Scale. Sie stellt eine Beurteilungsskala zur Einschätzung des Schweregrades dementieller Symptome dar. Dabei werden kognitive Leistungen, Verhalten und psychopathologische Symptome erfasst.

Worin besteht der Unterschied von ADAS zu DAS?

Da ADAS für Advanced driver-assistance systems steht, muss es auch nicht-advanced Systeme geben. Das sind die DAS (driver-assistance systems). Der Unterschied besteht in der Art, wie Signale die Fahrassistenzsysteme erreichen: Während DAS nur Daten aus dem Inneren des Autos verarbeiten, verwenden ADAS auch Daten aus der Außenwelt. Heruntergebrochen auf eine Gleichung wäre das ADAS = DAS + Umfelderkennung.

Anschaulicher wird das am Beispiel des Tempomats gegenüber einem Abstandsregeltempomat. Beim Tempomat stellt der Fahrer eine Geschwindigkeit ein, die der Bordcomputer anhand der Daten eines Sensors über die aktuelle Motordrehzahl konstant hält. Dabei nimmt der Tempomat keine Rücksicht auf die Umgebung. Fährt das Auto also auf ein langsamer fahrendes Auto zu, gäbe es eine ungebremste Kollision. Anders sieht es beim Abstandsregeltempomat. Hier kontrolliert eine Kamera die Umwelt, zusätzlich zur Überwachung der Geschwindigkeit. Im Szenario von eben, „sieht“ die Kamera das andere Auto und drosselt die Geschwindigkeit beim Auffahren und vermeidet so einen Unfall. Demnach gilt: Tempomat = DAS, Abstandsregeltempomat = ADAS.

Welche DAS/ADAS gibt es?

Das Spektrum der Funktionen, die ADAS unterstützen oder selbst durchführen wurde im Laufe der Jahre immer breiter. Hier eine Liste der gängigen Fahrassistenzsysteme mit ihren Abkürzungen beziehungsweise den englischen Begriffen und einer Zuteilung zu DAS oder ADAS

• Abbiegeassistent (ADAS)
• Abstandsregeltempomat (ACC, Adaptive Cruise Control)
• Aktiver Überholalarm (AOA) (ADAS)
• Antiblockiersystem (ABS) (DAS)
• Antriebsschlupfregelung (ASR) (TCS: Traction Control System) (DAS)
• Automatische Notbremssysteme (AEBS) (DAS)
• Driving Planner (Software-Modul von Continental, das Längs- und Querbewegungen steuert)
• Elektronische Bremskraftverteilung (EBD, Electronic Brakeforce Distribution)
• Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP, Electronic Stability Programm) (DAS) – ein Markenname von Bosch beziehungsweise Daimler, der im allgemeinen Sprachgebrauch als Synonym für diese Systeme steht. Eigentlich: Electronic Stability Control (ESC), elektronische Stabilitätsregelung
• Erkennung und Notbremsung beim Rückwärtsfahren (Reversing Detection) (ADAS)
• Fahrermüdigkeitserkennung und -aufmerksamkeitsüberwachung (Driver Drowsiness Dectection (DDD) and Attention Warning) (DAS/ADAS)
• Intelligent Speed Adaptation (ISA) (ADAS)
• Intelligente Lichtsysteme
  
  • Abbiegelicht (DAS)
  • Autobahnlicht (ADAS)
  • Fernlichtassistent (ADAS)
  • Kurvenlicht (ADAS)
  • Schlechtwetterlicht (ADAS)
• Multikollisionsbremse (MKB) (ADAS)
• Notausweichassistent (ADAS) (ESA: Emergency Steer Assist)
• Notbremslicht (Emergency Stop Signal) (DAS)
• Park Distance Control (PDC)
• Querverkehrswarnung hinten (RCTA, Rear Cross Traffic Alert) (ADAS)
• Regensensor (ADAS)
• Speed Limiter (DAS/ADAS) (externer oder interne Signalgeber (z.B, Schild erkannt))
• Spurhalteassistenten (LKA, Lane Keeping Assistant) (ADAS) verwandte Begriffe: Lane Keeping System (Continental) und Lane Keeping Support (Volvo)
• Spurverlassenswarner (LDW, Lane Departure Warning) (ADAS)
• Tempomat(DAS)
• Toter-Winkel-Erkennung (BSD/BSM, Blind Spot Detection/Monitoring) (ADAS)
• Toter-Winkel-Warner (SBSA, Side Blind Spot Alert)
• Überholassistent (ADAS)

Für was werden ADAS eingesetzt?

Fahrerassistenzsysteme greifen teilautonom oder autonom in Antrieb (z. B. Gas, Bremse), Steuerung (z. B. Park-Lenk-Assistent) oder Signalisierungseinrichtungen des Fahrzeuges ein. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die ADAS den Fahrer durch geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen den Fahrer kurz vor oder während kritischer Situationen warnen. Aktuell sind die meisten Fahrerassistenzsysteme so konzipiert, dass die Verantwortung beim Fahrer bleibt. Damit kann er autonome Eingriffe in der Regel übersteuern, wodurch der Fahrer mündig bleibt. Gründe hierfür sind vor allem:

• Die rechtliche Lage: Fahrer müssen jederzeit die Verantwortung für die Führung des Fahrzeugs haben und es beherrschen können. Festgeschrieben ist das im Wiener Übereinkommen über den Straßenverkehr von 1968 in Art. 8, Absatz 5.
• Der Stand der Technik: Viele Systeme sind nicht ausreichen zuverlässig, um besonders anspruchsvolle Aufgaben wie das Erkennen und Klassifizieren von Objekten und vor allem die Interpretation der Szenerie im Umfeld des Fahrzeugs so durchzuführen, dass die Sicherheit des Fahrers gewährleistet ist. Derzeit verfügbare Sensoren und bekannte Signalverarbeitungsansätze können noch keine zuverlässige Umfelderkennung unter allen möglichen Fahrzuständen und Wetterbedingungen bieten. Assistenzsysteme bieten daher nur eine begrenzte Unterstützung in bestimmten, beherrschbaren Situationen.
• Die fehlende Akzeptanz: Nicht alle Fahrer sind zu bereit, das Fahrassistenzsysteme die Kontrolle übernehmen.

Daher gilt, dass Fahrassistenzsysteme zwar

• Informieren
• Warnen
• Unterstützen
• Erkennen kritische Situationen
• Zu einem gewissen Grad eingreifen

aber sie fahren – zumindest noch – nicht allein.

Welche Kategorien von ADAS gibt es?

Heutige ADAS lassen sich in die Art der Datenerfassung aus der Umwelt des Autos einteilen. Diese kann über Sensoren, Kameras, Ultraschall, Radar oder Lidar (FMCW oder ToF) erfolgen. Diese Liste erweitern will Infineon, das Autos mit Mikrofonen ausstatten möchte, damit es beispielsweise Einsatzfahrzeuge schon von weitem „hören“ kann. Des Weiteren werden ADAS unterschieden, die Daten von außer- oder innerhalb (In-Cabin-Sensing) erfassen und verwerten. Zumindest aktuell zählen die meisten ADAS zu ersterer Kategorie.

Wie funktionieren ADAS?

Die Funktion von ADAS lässt sich grob dreiteilen: Es bedarf immer eines Datenlieferanten, beispielsweise in Form eines Sensors, einer Kamera oder eines Radars. Dann braucht es ein "Hirn", das die Daten verarbeitet. Zu guter Letzt, gibt es auch Fahrassistenzsysteme, die in das Fahrverhalten eingreifen, womit der dritte Punkt der entsprechende Aktor, etwa die Bremse oder ein Eingriff in die Lenkung.

Allerdings: So vielfältig wie das Portfolio an ADAS ist, so unterschiedlich sind auch die Funktionsweisen. Daher stellen wir hier einzelne Fahrassistenzsysteme vor.

Wie die adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung funktioniert

Herzstück der adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control kurz ACC) beziehungsweise Abstandsregeltempomat, etwa von Bosch ist ein Radarsensor. Bei freier Fahrt hält die ACC die vom Fahrer eingestellte Wunschgeschwindigkeit. Erkennt das System im Detektionsbereich ein langsameres Fahrzeug, verringert es durch Gas wegnehmen oder durch einen aktiven Eingriff über das Bremsregelsystem die Geschwindigkeit. Fährt der Vordermann wieder schneller oder macht die Fahrspur frei, beschleunigt die ACC automatisch bis auf das Wunschtempo des Fahrers.

Um den Komfort und die Sicherheit der Funktion zu erhöhen, lässt sich der Radarsensor mit einer Multifunktionskamera ergänzen. So kann die ACC aufgrund der lateralen Messgenauigkeit der Multifunktionskamera beispielsweise Ein- oder Ausscherer früher erkennen und damit dynamischer reagieren. Für ein robusteres und besseres Szenenverständnis werden die gesammelten Daten beider Sensoren in einem Steuergerät fusioniert (Sensorfusion).

So funktioniert eine Notausweichassistent

Der Ausweichassistent wird aktiv, sobald das System aus Front-Radarsensor und Multifunktionskamera eine drohende Kollision erkennt und der Fahrer ein Ausweichmanöver initiiert. Sobald der Fahrer lenkt, hilft ihm der Assistent mit Momenten-Eingriffen in die Servolenkung, um das Hindernis herum zu steuern. Mit den Daten von Videokamera und Radarsensor berechnet der Assistent in kürzester Zeit einen geeigneten Fahrweg, wobei er Abstand, Breite und Versatz des vorausfahrenden Fahrzeugs einbezieht. Für ein robusteres und besseres Szenenverständnis werden die gesammelten Daten von Radar und Kamera in einem Steuergerät fusioniert.

Wie Spurassistenzsysteme Autos in der Spur halten

Bei Spurassistenzsysteme greifen Sensorik und Aktorik ineinander: Mithilfe von Umfeldsensoren und gezielten Eingriffen in das Lenk- oder Bremssystem halten Spurassistenzsysteme Autos in der Spur. Dafür kommen beispielsweise Eck-Radarsensoren, Ultraschallsensoren sowie Multifunktionskameras zum Einsatz. Außerdem das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) sowie eine Elektrolenkung mit achsparalleler Servoeinheit.

Ein Beispiel: Erkennt die Videokamera, dass das Fahrzeug von der Fahrbahn abzukommen droht, lenkt beispielsweise der Spurhalteassistent bei Fahrzeugen mit elektrischer Servolenkung sanft aber spürbar gegen, um das Fahrzeug in der Spur zu halten. Bei Fahrzeugen ohne elektrische Servolenkung erfolgt das Gegenlenken über das gezielte Abbremsen einzelner Räder durch das elektronische Stabilitäts-Programm.

Weshalb die Totwinkelerkennung beim Spurwechsel helfen kann

Die Basisvariante der Totwinkelerkennung funktioniert mit Ultraschallsensoren oder Eck-Radarsensoren. Die Funktion nutzt die Sensoren, um den Verkehrsraum auf der Nachbarspur zu überwachen, den der Fahrer üblicherweise nur schwer einsehen kann. Befindet sich ein anderes Fahrzeug im überwachten Bereich, wird der Fahrer, zum Beispiel über ein Leuchtsymbol im Bereich der Seitenspiegel, auf die potenzielle Gefahr hingewiesen. Falls der Fahrer diesen Warnhinweis übersieht oder ignoriert und den Blinker betätigt um die Spur zu wechseln, kann das System eine zusätzliche Warnung ausgeben. Stationäre Objekte auf und an der Straße wie Leitplanken, Masten oder parkende Fahrzeuge sowie eigene Überholvorgänge erkennt das System, ohne zu einem Alarm zu führen.

Die nächste Ausbaustufe der Totwinkelerkennung basiert auf zwei Eck-Radarsensoren, die bei Bosch links und rechts verdeckt im hinteren Stoßfänger installiert sind. Die Sensoren überwachen den Bereich neben und schräg hinter dem Fahrzeug. Eine Steuerungssoftware führt die Sensorinformationen zusammen, wodurch ein ein Bild des kompletten rückwärtigen Verkehrsraums entsteht, der über den Wahrnehmungsbereich der Ultraschallsensoren hinausgeht. Damit lassen sich im Gegensatz zum ultraschallbasierten System auch sich schnell nähernde Fahrzeuge frühzeitig vor einem Spurwechsel erkennen.

Was intelligente Lichtfunktionen bringen

Der Abblendlichtassistent kann das Abblendlicht des Fahrzeugs entsprechend der Beleuchtungssituation selbsttätig ein- oder ausschalten. Der Fernlichtassistent ermöglicht es dem Fahrer, so häufig wie möglich die Sichtverhältnisse bei Nacht durch Fernlicht zu verbessern, ohne es manuell ein- oder ausschalten zu müssen. Erkennt die Funktion keine anderen Fahrzeuge, aktiviert sie das Fernlicht. Werden von der Funktion Fahrzeuge detektiert, schaltet sie das Fernlicht automatisch aus.

Auf Basis von Videodaten kann auch die Reichweite des Abblend- oder Fernlichts automatisch geregelt werden. Die adaptive Fernlichtsteuerung regelt nicht nur die Reichweite bzw. Segmentierung des Lichts, sie passt auch die Breite der Ausleuchtung den Verkehrsverhältnissen an. Damit können zum Beispiel Kurven vorausschauend ausgestrahlt werden oder im städtischen Verkehr durch einen breiteren Lichtkegel Straßenränder und damit potenziell gefährdete Fußgänger besser beleuchtet und erkannt werden.

Mit der kontinuierlichen Fernlichtsteuerung kann der Fahrer dauerhaft mit Fernlicht fahren. Sie basiert auf horizontal und vertikal schwenkbaren Scheinwerfern oder Voll-LED-Scheinwerfern, bei denen die gesamte Lichtverteilung segmentiert so gesteuert wird, dass einerseits Verkehrsteilnehmer, die geblendet werden könnten, vom Lichtkegel ausgespart sind, während andererseits der übrige Teil mit Fernlicht optimal ausgeleuchtet wird. Die Fernlichtverteilung bleibt dadurch nahezu erhalten, die Sichtweite für den Fahrer vergrößert sich erheblich.

Welche Sensoren stecken in ADAS?

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) nutzen eine Vielzahl von Sensoren, um Daten über die Umgebung des Fahrzeugs zu sammeln. Diese Daten werden dann verwendet, um den Fahrer in verschiedenen Situationen zu unterstützen, sei es beim Einparken, beim Spurwechsel oder bei der Kollisionsvermeidung. Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen Sensoren, ihre Messprinzipien und ihre spezifischen Anwendungen im Bereich der Fahrerassistenz gegeben.

Welches ist das häufigste Fahrassistenzsystem?

2019 war beispielsweise die einfache Einparkhilfe, umgangssprachlich „Parkpiepser“, das ADAS, mit dem 75 % der neu erworbenen PKW ausgestattet waren und damit das am weitesten verbreitete Fahrassistenzsystem. Auf den Plätzen 2 und 3 folgen der Regensensor und die Berganfahrhilfe. Diese Platzierungen gelten auch für die Gruppen „Erworbene Gebrauchtwagen“ und „Fahrzeuge im Bestand“, bei denen die Einparkhilfe mit etwa 60 % die Liste anführt.

Große Unterschiede zwischen den Gruppen gibt es beispielsweise beim Totwinkel-/Spurwechselassistent: In 41 % der Neuwagen findet sich diese Fahrhilfe, in den Gebraucht- bzw. Bestandswagen sind es dagegen nur 10 bzw. 13 %.

Interessanterweise zeigen Umfrageergebnisse der Dekra sehr deutlich, dass sich viele gar nicht mit Assistenzsystemen auskennen oder nicht wissen, welche Systeme sie wirklich in ihren Fahrzeugen haben.

Wie entwickelt sich der ADAS-Markt?

Autos ohne Fahrassistenzsysteme sind heute nicht mehr denkbar. Daher zeigt auch das prognostizierte Marktvolumen Fahrassistenzsystemen und autonomen Fahrfunktionen in Europa, China und den USA in den Jahren 2020 bis 2030 deutlich nach oben. So soll das Marktvolumen entsprechender Funktionen laut der Prognose 2030 bei rund 270 Milliarden US-Dollar liegen. Heute sind es etwa 80 Milliarden US-Dollar. Einen Großteil davon wird auf Radarsensoren entfallen, denn laut Prognose wächst der Umsatz mit Radarsensoren im Bereich des autonomen auf rund 14 Milliarden US-Dollar. Für Lidar rechnet McKinsey mit einem Umsatz von 12 Milliarden im Jahr 2030, für Kameras sind es 8 Milliarden US-Dollar, sonstige Sensoren wie Ultraschall erreichen einen Umsatz von 9 Milliarden US-Dollar. Was die Hersteller beispielsweise auf der CES 2022 zum Thema ADAS zeigten, haben wir hier für Sie zusammengefasst.

Wie viele neu zugelassenen Personenkraftwagen in Deutschland verfügen über Assistenzsysteme?

Der Anteil der neu zugelassenen Personenkraftwagen in Deutschland, die der Fahrer alleine und ohne Unterstützung durch Assistenzsysteme fahren kann, ist in den vergangenen Jahren immer kleiner geworden. Noch im Jahr 2015 waren Pkw ohne Assistenzsysteme in der Mehrheit. Heute dagegen läuft nur noch geschätzt nicht mal mehr jedes fünfte Auto ohne eine fahrerunterstützende Technologie vom Band.

Um den Grad der Automatisierung von Fahrzeugen zu beschreiben, wird seit 2014 die Norm J3016 der SAE International herangezogen. Sie klassifiziert die Systeme automatisierten Fahrens in sechs Stufen.

• Level 0 – keine Automatisierung: Dem Fahrer obliegt die Fahraufgabe. Er wird lediglich durch Warnhinweise (Bsp.: Totwinkelassistent) oder situationsbezogene Assistenzsysteme (Notbremsassistent) unterstützt.
• Level 1 – Fahrerassistenz: Der Fahrer übernimmt federführend die Fahraufgabe, wird aber fahrmodusabhängig durch jeweils einen Assistenten (Bsp.: Spurhalteassistent, Adaptive Cruise Control) entweder beim Lenken, Bremsen oder Beschleunigen unterstützt.
• Level 2 – Teilautomatisierung: Mehrere Assistenzsysteme (Bsp.: Überhol- oder Einparkassistent) helfen dem Fahrer gleichzeitig beim Lenken, Bremsen oder Beschleunigen. Die Kontrolle und Umgebungsüberwachung liegt jedoch weiterhin beim Menschen.

Wie die nächsten Level definiert sind und noch vieles mehr rund um das autonome Fahren finden Sie bei den Kollegen der automotiveIT.

Was sind PADAS?

Wer braucht schon einen Parksensor, wenn es den besten Freund des Menschen gibt? Hierfür haben wir mit einem Schmunzeln den Begriff PADAS gefunden: Pet ADAS.

Welche NCAP-Vorgaben für Radarsysteme gelten in der ADAS-Entwicklung?

Das New Car Assessment Programme; Sicherheitsbewertung von Autos durch eine amerikanische Verbraucherschutz-Organisation; kurz NCAP aktualisierte jüngst seine Standards für den Einsatz von Radarsystemen mit dem Ziel, die Fahrassistenz-Funktionen in neuen Autos zu verbessern. Darin wird auch geregelt, bis zu welcher Distanz ein Radarsensor Hindernisse detektieren muss. So legt der aktualisierte NCAP-Standard in Abschnitt 5.6.4.8 fest, bei welcher Minimalgeschwindigkeit zusammen mit einer Mindestdistanz ein Spurwechsel erlaubt ist. Diese Vorgaben sind für die Entwicklung von Corner-Radarsystemen wichtig. OEMs müssen basierend auf den von ihnen eingesetzten Sensorsystemen diese Mindestdistanz angeben, um den Spurwechselvorgang noch sicherer zu machen. Hochauflösende Radarsysteme können dazu beitragen, lassen sich herankommende Fahrzeuge noch schneller und in größerer Entfernung detektieren.