Safe Human Interaction Cockpit vereinfacht Fahrautomatisierung

Fortschrittliche elektronische Assistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) und die Automatisierung zählen zu den wesentlichen Instrumenten, die Sicherheit im Straßenverkehr zu steigern. Bei menschlichem Versagen können die Systeme eingreifen, um einem Crash zu vermeiden oder dessen Folgen zu mildern. Gleichzeitig verfügen Pkw dank dieser fortschrittlichen Systeme über die Fähigkeit, sich in immer mehr Situationen und über zunehmend lange Strecken selbst zu steuern.

Bild 1: Das SHI-Cockpit stellt sich samt Sitz und Lenkrad automatisch auf den Fahrer ein. Beim Steuern hat dieser alles im Blick und im Griff. ZF

Diesen Vorteilen steht in manchen Fahrzeugen heute ein weniger positiver Aspekt gegenüber: Es kann beispielsweise zu Warnsignalen, haptischen Meldungen am Lenkrad und im Sitz oder zu ADAS-Regeleingriffen kommen, die sich aus Fahrersicht nicht sofort nachvollziehen und zuordnen lassen. Darüber hinaus informieren Selbstfahrfunktionen nicht immer klar darüber, wann sie bereit zum Steuern sind oder – umgekehrt – weshalb der Fahrer eventuell spontan wieder zurück übernehmen muss. Das kann den Autonutzer irritieren und dazu führen, dass er den potenziellen Sicherheits- und Komfortgewinn nicht als solchen wahrnimmt.

Hinzu kommt, dass die Fahrer oft keine genaue Kenntnis mehr darüber haben, welche elektronischen Helfer an Bord sind. Je ausgereifter die Systeme sind, desto weniger muss er schließlich über sie wissen. Daraus kann ein Gefühl der Überforderung entstehen sowie die gefährliche Tendenz, sicherheitsfördernde Assistenten abzuschalten. Das Konzept des SHI-Cockpits wirkt dem entgegen: Erstens vereinfacht es beim automatisierten Fahren die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, insbesondere die komplexen Übergabeprozesse der Fahrzeugsteuerung. Zweitens visualisiert es während des manuellen Modus jederzeit klar, welcher Längs- und Querführungsassistent gerade weshalb aktiv ist. Die Bedienung aller Fahrdynamikfunktionen ist simpel und gelingt intuitiv.

Fahrer-Support auf höherem Level

Mehr Komfort und Sicherheit als in einem konventionellen Pkw bietet das SHI-Cockpit ab Fahrtantritt. Für einen bequemen Einstieg empfängt der Sitz den Fahrer in einer zurückgestellten, geneigten Position. Außerdem bewegt sich das abgeflachte Lenkrad nach oben weg und dreht sich. Hat der Fahrer Platz genommen, aktiviert sich eine 3D-Innenraumkamera von ZF. Diese misst beispielsweise Armlänge und Schulterbreite. Daraus errechnet das System die Statur der Person und justiert den Sitz sowie das Lenkrad – so, dass diese automatisch eine individuell passende Position für manuelles Fahren einnimmt (Bild 1).

Unterwegs informiert das SHI-Cockpit den Fahrer, sobald das Verkehrsgeschehen nicht mehr nur teilautomatisiertes, sondern auch hochautomatisiertes Fahren zulässt. Damit das Auto daraufhin tatsächlich die Steuerung übernimmt, muss der Fahrer lediglich die Hände vom Lenkrad nehmen. Letzteres arbeitet mit einer speziellen Hands On Detection (HOD), um diese Handlung zuverlässig registrieren zu können. Anschließend fährt das Lenkrad für diesen Fahrmodus hoch und nach vorne weg. Dank „Steer-by-Wire“ kann das Lenkrad danach außerdem stillstehen, anstatt sich weiter mit dem Radeinschlag zu drehen (Bild 2).

Gleichzeitig rückt der Sitz nach hinten und unten, neigt sich stärker. Dazu verfügt dieser über einen weiteren Verstellbereich als Standard-Modelle. Ein aktiver Gurt und ein aktives Gurtschloss sind beim SHI-Cockpit ebenso wie die Seitenairbags in den Sitz integriert. Dessen Struktur erfuhr hinsichtlich Komfort, Belastbarkeit und Schutzwirkung eine komplette Neugestaltung. Auch in dieser entspannteren Stellung bleiben Lenkrad und Pedale in Reichweite (Bild 3).

Den Wechsel der Fahrverantwortung kommuniziert das SHI-Cockpit nicht nur über die automatische Änderung der Sitzposition, sondern auch über weitere Kanäle: Dazu kombiniert es situationsbezogen verschiedene Informationsebenen, etwa haptische (zum Beispiel vibrierender Gurt), optische (zum Beispiel umlaufende, farbvariierende Cockpit-Lichtleiste) und akustische (Töne, Stimme). Wenn der Fahrer wieder das Steuer übernehmen soll, fordert ihn das SHI-Cockpit frühzeitig und in umgekehrter Reihenfolge dazu auf. Reagiert er nicht darauf, stoppt der Wagen selbstständig an einer möglichst sicheren Position.

Damit erfüllt diese Cockpit-Lösung von ZF und Faurecia bereits in hohem Maße den Anspruch an automatisiertes Fahren, eine klare und sichere Kommunikation zwischen Mensch und Maschine zu bieten: Es vereinfacht Szenarien, bei denen der Fahrer das Steuer an den Computer übergibt ebenso wie jene, in denen das Auto den Fahrer zur Rückübernahme der Kontrolle auffordert. Während des automatisierten Fahrens trägt das Cockpit signifikant zur Mode Awareness bei, das heißt zum jederzeit eindeutigen Verständnis zwischen Fahrer und Computer darüber, wer gerade was macht und für welche Steuerungsaufgaben zuständig ist.

Der Assistenz von A bis Z vertrauen

Bild 2: Schafft Klarheit bei Übergabeszenarien zwischen manuellen und automatisierten Fahrmodi: Im SHI-Cockpit kommunizieren menschliche und elektronische Fahrer eindeutig und einfach. ZF

Alle für den Fahrer relevanten Informationen bezüglich der Assistenz- und Regelfunktionen fasst das SHI-Cockpit auf nur einer Anzeigenebene zusammen: Der Fahrer sieht sein Fahrzeug auf dem Head Up Display Instrument Cluster (HUDIC) – einem zentralen Bildschirm oberhalb des Lenkrads – dargestellt. Dieses bildet den Pkw basierend auf der Umfeldsensorik virtuell im momentanen Verkehrsgeschehen samt des relevanten Umfelds (Gebäude, Schilder, etc.) ab. Die Visualisierung lässt sich von der Vogel- bis zur Froschperspektive variieren, wobei sich Detaillierungsgrad und Informationsmenge jeweils anpassen.

Außerdem ist das Fahrzeug auf dem HUDIC stets umgeben von ein bis drei ovalen Magnetlinien dargestellt. Letztere verfärben und verformen sich abhängig von der jeweiligen Fahrsituation und den Systemeingriffen. Die Person am Steuer kann somit alle Gefahren und ADAS-Aktivitäten auf einen Blick erkennen und sofort nachvollziehen: zum Beispiel, wenn das Fahrzeug einen Spurwechsel verhindert, weil der Fahrer einen Verkehrsteilnehmer im toten Winkel übersehen hat. Ebenso wie den Totwinkel-Assistenten (Blind-Spot-Detection) visualisiert diese Lösung auch alle anderen ADAS und Sicherheitssysteme – beispielsweise Aktivitäten des Abstandsregeltempomat – nicht wie üblich separat, sondern zusammengefasst über diese Linien. Bei einem automatischen Lenkeingriff etwa besteht dadurch nicht mehr die Gefahr, dass der Fahrer das entsprechende Lenkrad-Feedback oder der Fahrdynamik-Eingriff als irritierend empfindet. Die Systemsensibilität lässt sich dabei mit nur einem Finger über das Lenkrad einstellen: Drei Linien entsprechen einem frühen, sanften Eingreifen, nur ein Oval für geringstmöglichen Sicherheitsabstand und entsprechend späteres, stärker spürbares Regeln. Die gewählte Einstellung übernehmen alle Assistenzsysteme gleichzeitig, sodass diese einer einheitlichen Regelstrategie folgen (Bild 4).

Die Voraussetzung dafür schafft die Active Vehicle Aura (AVA). Es steht für die hinter der sichtbaren Cockpitebene liegende Vernetzung sämtlicher ADAS-, Umfelderkennungs- und  Fahrdynamikregelsysteme. Zur 360°-Detektion und -Visualisierung des Umfelds nutzt ZF hier ein eigenes Sensor-Set, das Kameras sowie Radar- und Lidar-Technologien fusioniert. Das Modell ergänzen Daten des GPS-Systems sowie der Car-to-X-Kommunikation. Als Schnittstelle zwischen diesen Informationsquellen sowie den ADAS und der AVA fungiert der Zentralrechner ZF ProAI. Beim automatisierten Fahren kann dieser beispielsweise sämtliche Funktionen der Längs- und Querführung regeln, indem er Aktuatoren wie Lenkung, Bremse und Fahrwerk sowie den Antrieb ansteuert. Außerdem übernimmt der Zentralrechner die Aufbereitung der AVA-Daten für das HUDIC.

Bild 3: Den Insassenschutz mit konzipiert: Integrierte Sicherheit gilt als Voraussetzung für höhere Automatisierungsstufen. ZF

Digitale Außenspiegel ergänzen im SHI-Cockpit sowohl das Umfelderkennungssystem als auch die Fahrerassistenz und das Anzeigenkonzept: Als Bildquelle dienen Kameras außen am Fahrzeug, die wesentlich unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen, Beschlag oder wechselnden Lichtverhältnissen sind als konventionelle Spiegel. Dank der kompakteren Abmessungen verbessern sie die Aerodynamik und damit die Verbrauchswerte von Fahrzeugen. Die Anzeige übernehmen innenliegende Bildschirme, die den toten Winkel und Fehleinschätzungen des Abstands vermeiden können. Positioniert sind diese Displays links und rechts des Armaturenbretts. Das bietet zwei Vorteile: Die Überdeckung ist dort am geringsten und Autofahrer können den Spiegelblick weiterhin in die gewohnte Richtung tätigen.

Bessere Funktionen einfacher nutzen

Wesentliches Kriterium für die rasche Akzeptanz innovativer Fahrzeugtechnologien ist – neben stets nachvollziehbaren Systemhandlungen – eine intuitive Bedienung. Deshalb orientieren sich beim SHI-Cockpit sämtliche Schalter- und Anzeigenelemente an gelernten Mustern der Autofahrer – mit dem Ziel, ihnen trotz der Neuerungen eine grundsätzlich vertraute Umgebung zu bieten.

Bild 4: Vom HUDIC dargestellte Magnetlinien um den Pkw lassen den Fahrer auf Anhieb erkennen, wo, warum und mit welchem gewählten Sensibilisierungsgrad die elektronischen Helfer regeln. ZF

Als zentrales Bedienelement – nicht nur der AVA-Einstellungen – fungiert im SHI-Cockpit das Lenkrad: Alle Funktionen sind darin logisch zusammengefasst und klar strukturiert: Links finden sich die Funktionen zur Einstellung der Assistenzsysteme, geclustert nach Sicherheits- und Komfortfeatures. Rechts sitzen die Anzeigensteuerung sowie die Schnittstelle zur Multimediaeinheit, die ein zusätzlicher Monitor in der Cockpitmitte visualisiert. Das Lenkrad zahlt auch auf das Innenraum- und Komfortkonzept ein: Oben und unten abgeflacht, lässt es in den meisten Fällen das Blickfeld auf das HUDIC frei. Außerdem schafft dieses Design mehr Raum, wenn das Lenkrad für das Ein- und Aussteigen schräg steht.

Ergänzend hält ein neues Schaltungssystem namens Swipetronic Einzug. Dabei handelt es sich um ein Shift-by-Wire-Konzept, das auf einem ergonomisch günstig platzierten, sicheren Touch-Bedienfeld mit haptischem Feedback basiert. Die gewünschte Fahrstufe lässt sich damit per Wischen wählen – eine intuitive, sichere und schnelle Alternative zu konventionellen Shiftern. Da kein Wählhebel mehr aus der Armaturenlandschaft oder einer Mittelkonsole ragt, entstehen zusätzliche Freiheiten hinsichtlich Bauraum und Innenraumdesign. Verabschiedet hat sich das SHI-Cockpit auch vom kombinierten Start-Stopp-Knopf für den Motor: Dieser ist unter Berücksichtigung der Bedienlogik funktionsgetrennt ausgeführt: eine Taste für „Motor an“, eine zweite für „Motor aus“.

(aok)