Einige der Hauptunfallursachen im Straßenverkehr sind Unaufmerksamkeit, Müdigkeit und Ablenkung der Autofahrer. Fahrerassistenzsysteme, die dem Menschen am Steuer in einer solchen Situation helfen, können die Zahl der Unfälle daher weiter verringern. Das spiegelt sich auch in den neuen Euro-NCAP-Bewertungskriterien wider. Sicherheitsfunktionen, wie etwa ein Notbremsassistent, beeinflussen die mögliche Punktezahl eines Modells. Solche Funktionen setzen zuverlässige Sensoren voraus, die zugleich kompakt sein müssen und eine breite Anwendung ermöglichen – und zwar bis ins Kleinwagen-Segment. Continental geht daher davon aus, dass der Markt für ADAS in den nächsten Jahren mit jeweils über 40 % pro Jahr wachsen wird.
Bild 1: Continentals Testgelände in Alzenau bei FrankfurtAlfred Vollmer
LIDAR und Video in einem Sensor
Continental setzt diese Fahrerassistenzfunktionen mit einer Neuentwicklung skalierbar um: „Bei der SRL-CAM400 haben wir erstmals zwei besonders wettbewerbsfähige Sensortechnologien integriert“, erläutert Friedrich Angerbauer, Leiter der Business Unit Fahrerassistenzsysteme bei Continental. „Durch gezielte Kombination der Stärken einer Kamera mit denen eines Infrarot-Entfernungsmessers (LIDAR), klassifiziert das neue Sensormodul Objekte vor dem Fahrzeug und erkennt eine drohende Kollision. Neben den beiden Sensoren ist auch die gesamte Auswertung im Modul enthalten.“
Im Geschwindigkeitsbereich bis zu 72 km/h kann die SRL-CAM400 durch Auslösung der automatischen Notbremsung den Fahrer dabei unterstützen, eine Kollision zu vermeiden. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt darf dabei bis zu 40 km/h betragen. Bei höheren Geschwindigkeitsunterschieden mildert die Notbremsung den Aufprall zumindest deutlich ab. Das neue Sensormodul befindet sich in der Musterphase und ist für einen Serienstart im Jahr 2015 vorgesehen.
Bild 2: Fußgängerschutz - Automatisches Ausweichen gemäß den Vorgaben der Stereokamera.Continental
Kamera und Infrarot-LIDAR ergänzen sich
CMOS-Kameras dienen heute bereits dazu, Objekte vor einem Fahrzeug zu klassifizieren. Für eine automatische Vollbremsung allerdings ist eine einzelne CMOS-Kamera nicht immer aussagekräftig genug. Deshalb kombiniert Continental diese passive Sensortechnik in der SRL-CAM400 mit einem Infrarot-LIDAR. Der LIDAR-Sensor sendet drei gepulste IR-Strahlen mit 905 nm Wellenlänge aus und misst die Laufzeit bis zum Eintreffen der reflektierten Strahlen an der Empfangsoptik. Erfasst wird eine Strecke von über zehn Metern vor dem Fahrzeug. Es handelt sich also um ein Nahbereichs-LIDAR-System. Aus der Lichtgeschwindigkeit und der Laufzeit errechnet die SRL-CAM400 die Distanz zum Objekt mit bis zu 10 Zentimeter Genauigkeit. In Kombination mit der CMOS-Kamera kann die Auswertung im Sensormodul damit sowohl auf eine robuste Objektklassifizierung als auch auf eine präzise Distanzmessung zurückgreifen. Vor einer automatischen Notbremsung gleicht das System beide Signalpfade ab, was die Entscheidungszuverlässigkeit weiter erhöht.
Skalierbarkeit erleichtert den Schritt in die Großserie
„Im Hinblick auf die engen Kostenvorgaben gerade für Kleinfahrzeuge ist das SRL-CAM400 Modul skalierbar“, betont Friedrich Angerbauer. „Je nach Anwendung kann die Rechenkapazität für die drei Stufen Entry, Base und Premium angepasst werden. In allen drei Varianten liefert die SRL-CAM400 immer die robuste und zuverlässige Datengrundlage für eine automatische Notbremsung – und das auf kleinstem Raum.“ Weitere Fahrerassistenzsysteme wie etwa Spurverlassenswarner (LDW) und Spurhalteassistent (LKS), Verkehrszeichenerkennung (TSR) sowie ein Intelligenter Lichtassistent (IHC) lassen sich zusätzlich als optionale Fahrzeugausstattung mit demselben Sensormodul umsetzen. „Mit der SRL-CAM400 kann ein Fahrzeug je nach Skalierung des Sensormoduls in allen Kategorien der Euro NCAP-Bewertung Punkte holen“, hebt Friedrich Angerbauer hervor. Für den Fahrer hat die Ausstattung seines Fahrzeugs mit einem Notbremsassistenten (Emergency Brake Assist) neben dem Sicherheitsgewinn noch den zusätzlichen Charme, dass die Versicherungsprämien günstiger ausfallen können.
Bild 3: Der Monitor zeigt das von der Stereokamera wahrgenommene Mono-Bild. Die Aufnahme in diesem Demo-Fahrzeug entstand zwar bei stehendem Fahrzeugaber die Stereo-Kamera liefert alle 60 ms einen neuen Datensatz.Alfred Vollmer
Stereo-Kamera
Noch mehr Möglichkeiten bietet eine Stereokamera. Sie besteht bei Continental aus zwei hoch auflösenden CMOS-Monokameras, die mit einem Abstand von zirka 20 Zentimetern (Contis Vorgänger-Generation hatte 22 cm; siehe infoDIREKT 313AEL0212) in einem Gehäuse hinter der Windschutzscheibe installiert sind. Während eine Monokamera Distanzen lediglich schätzt, kann die Stereokamera den Abstand zu einem Objekt sowie dessen Höhe über der Straße messen. Möglich wird das durch die perspektivischen Unterschiede zwischen dem linken und rechten optischen Pfad.
Die Auswertungselektronik in der Stereokamera nutzt somit denselben Effekt, der auch den Menschen zum räumlichen Sehen befähigt: die Parallaxenverschiebung zwischen zwei Bildern. Auf eine mittlere Distanz von 20 bis zu 30 Metern kann Continentals Stereokamera die Entfernung bis zum Objekt auf 20 bis 30 Zentimeter genau bestimmen. „Diese hohe Auflösung steht auch unter erschwerten Bedingungen zur Verfügung“, hebt Dr. Andreas Brand, Leiter des Geschäftsbereichs Passive Safety und ADAS bei der Continental-Division Chassis & Safety, hervor. Die Bilder 3 und 4 vermitteln einen guten Eindruck von den neuen Möglichkeiten, die sich mit Stereokameras ergeben.
Wenn sich beispielsweise mehrere Objekte dicht nebeneinander befinden, wenn Objekte teilweise verdeckt sind oder der Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund schwach ist, dann stoßen andere technische Lösungen zur Objekterkennung unter Umständen an ihre Grenzen. Der Abgleich beider optischen Pfade ist eine grundsätzliche Stärke der Stereokamera, denn wenn sich in beiden Bildern dieselben Zonen mit übereinstimmenden Merkmalen befinden, dann erhöht diese Redundanz die Zuverlässigkeit. Zudem verstärken sich die optischen Pfade bei schwachen Lichtverhältnissen gegenseitig und verbessern so beispielsweise die Funktion in der Dämmerung. Continentals Stereo-Kamera arbeitet mit zwei 12-Bit-CMOS-Farbsensoren, die bei einem Bildwinkel von 53 ° (horizontal) beziehungsweise 31 ° (vertikal) einen Dynamikbereich von 120 dB aufweisen.
Bild 4: Nutzt man die Stereodaten von Bild 3, so lassen sich präzise Abstandsinformationen ermitteln: Objekte wie das Auto im Vordergrund, ein Fußgänger rechts und die Stahlrohrkonstruktion sind eindeutig im Raum verortet.Alfred Vollmer
6D-Sehen
Über die räumliche Lage (3-D) eines erkannten Objektes hinaus liefert die Stereokamera eine ganz entscheidende Zusatzinformation für Systeme der aktiven Fahrsicherheit: Für jeden Pixel eines erkannten Objekts lässt sich eine Bewegungsrichtung auf der horizontalen, vertikalen und longitudinalen Achse bestimmen. Mit dieser 6-dimensionalen (6-D) Erkennung ist eindeutig, ob und wohin sich ein Objekt bewegt. Fachkongress „Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ unter 305AEL0512 im Kapitel „Stereosehen“.
„In Kombination mit der Objektklassifizierung anhand gemeinsamer Merkmale erreicht die Stereokamera mit diesem Verfahren eine so hohe Entscheidungssicherheit, dass sie eine Vollbremsung mit bis zu 1 g auslösen kann, wenn der Fahrer selbst nicht auf ein Objekt reagiert“, führt Dr. Brand weiter aus. Bedingt durch diese Systemgenauigkeit könne die Stereokamera den exakten Aufprallort einer möglichen Kollision errechnen und die verbleibende Zeitspanne optimal für Schutzmaßnahmen nutzen. Die Stereokamera unterstützt dabei über den gesamten Geschwindigkeitsbereich hinweg.
6D für neue Applikationen
„Da die Stereokamera in ihrem Sichtbereich auch mögliche Ausweichwege für das Fahrzeug bestimmen kann, ist es sogar möglich, eine Kollisionswarnung beziehungsweise eine automatische Bremsung früher einzuleiten, wenn kein Ausweichweg zur Verfügung steht“, ergänzt Dr. Brand. Dies ist vorteilhaft, weil einige Hundert Millisekunden Zeitgewinn für eine Vollbremsung den Unterschied zwischen Prellungen und deutlich schwereren Verletzungen bedeuten können. Mit einer Reichweite von bis zu 60 Metern biete die Stereokamera somit optimale Voraussetzungen für die Entwicklung von – im wahrsten Sinne des Wortes – vorausschauenden Bremssystemen.
„Selbst Kinder, also kleine Fußgänger, querende Radfahrer oder Rollstuhlfahrer können mit der Stereokamera zukünftig erkannt werden. Damit realisieren wir eine so umfassende Hinderniserkennung, wie sie bis heute noch nicht möglich war“, fügte Wilfried Mehr, Leiter Business Development Fahrerassistenzsysteme, hinzu.
Alfred Vollmer
