Innovation und Technik

Automatisiertes Fahren

Der technologische Fortschritt auf dem Weg zum automatisierten Fahren zeigt sich bereits heute in modernen Fahrzeugen, die vermehrt mit Fahrerassistenzsystemen (FAS) ausgerüstet sind.

Die Innovationen deutscher Ingenieurskunst

Das Automobil ist wie kein zweites industrielles Produkt Ausdruck deutscher Ingenieurskunst. In Deutschland wurde das Auto erfunden, und hier wird es – mit über 6.700 Patentanmeldungen pro Jahr – immer wieder neu erfunden.

Die deutsche Automobilindustrie stellt die effizientesten und sichersten Fahrzeuge der Welt her. Um diese Spitzenposition weiter auszubauen, werden weltweit jährlich 30 Milliarden Euro in Forschung und Entwicklung investiert. Ein Großteil davon fließt in die kontinuierliche Verbesserung der Sicherheit. Ziel ist, es gar nicht erst zu Unfällen kommen zu lassen.

Aufgrund von widrigen Bedingungen oder persönlichen Fehleinschätzungen kommt es im Verkehr jedoch immer wieder zu gefährlichen Situationen. Mittlerweile gibt es eine Vielzahl von Fahrsicherheits- und Assistenzsystemen, die dem Fahrer zur Seite stehen. Diese Systeme helfen bei der Bewältigung der Fahraufgaben. Sie erleichtern dabei je nach Anforderung und Anwendungsfall die Bedienung des Fahrzeugs.

Bei der Entwicklung von Fahrsicherheits- und Fahrerassistenzsystemen spielt die deutsche Automobilindustrie seit jeher eine entscheidende Rolle. Im Oktober 1978 wurde „ABS“ erstmals großserientauglich im Markt eingeführt. Es verhindert während des Bremsens gezielt das Blockieren einzelner Räder, wodurch das Fahrzeug auch während einer Notbremsung weiter lenkbar bleibt.

1995 wurde mit dem Elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ein weiterer Meilenstein der Fahrsicherheit erreicht. Ein Mikrocomputer überwacht die Signale der ESP-Sensoren und erkennt, wenn das Fahrzeug instabil wird oder anfängt zu schleudern. Durch gezielte Bremseingriffe in einzelne Räder und die Drosselung der Motorleistung stellt ESP die Stabilität wieder her, sodass das Fahrzeug nicht von der Bahn abkommt, sondern weiter in die vorgegebene Richtung fährt.

Auch innovative Fahrerassistenzsysteme, die die Steigerung des Fahrkomforts zum Ziel haben, stammen vielfach aus den Entwicklungszentren deutscher Fahrzeughersteller und der Zulieferindustrie. Der seit 1998 am Markt erhältliche Abstandsregeltempomat – abgekürzt ACC (Adaptive Cruise Control) – unterstützt den Fahrer aktiv dabei, den Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug durch Bremsen oder Beschleunigen einzuhalten. Die aktuell verbreiteten Abstandsregeltempomaten sind sogar dazu in der Lage, selbsttätig abzubremsen, bis das Fahrzeug steht, und nach Freigabe durch den Fahrer automatisch wieder anzufahren. Sowohl bei Pkw als auch bei Nutzfahrzeugen (Nfz) hat ACC vor allem eine Komfortfunktion, die den Fahrer auf der Autobahn oder bei konstantem Kolonnenverkehr entlastet. Die automatische Abstandsregelung erhöht jedoch auch die Verkehrssicherheit, da sie plötzliche Notbremssituationen aufgrund eines zu geringen Abstands oder der Unaufmerksamkeit des Fahrers vermeiden hilft.

Fahrsicherheits- und Fahrerassistenzsysteme haben schon seit vielen Jahren bei Fahrern von Pkw und Nfz eine hohe Akzeptanz als Unterstützer im Straßenverkehr erreicht. Heute leisten bis zu 100 Steuergeräte im Fahrzeug ihren Dienst, insbesondere bei der Motorsteuerung. Ihr Sicherheitspotenzial wurde vielfach in Studien und Praxisversuchen nachgewiesen. Einige Systeme, wie beispielsweise ABS und ESP, sind in Neuwagen sogar gesetzlich vorgeschrieben oder werden aufgrund einer Selbstverpflichtung der europäischen Automobilindustrie serienmäßig verbaut.

Die Evolution von Fahrfunktionen - von Assistenten zu Automaten

Heute steht für fast alle Fahrzeuge eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen zur Verfügung. Sie sorgen in kritischen Situationen für Stabilität, halten automatisch Abstand zum Vordermann oder unterstützen den Fahrer bei Parkmanövern. Um das Umfeld in all seinen Richtungen erfassen zu können, benötigt es Daten und Informationen, die es von seinen Sensoren (Ultraschall, Radar, Kameras) erhält.

Die Leistungsfähigkeit der Sensoren und die Datenverarbeitung in den Steuergeräten verbessern sich stetig, durch hoch entwickelte Software werden diese Informationen in Bruchteilen von einer Sekunde ausgewertet. Der Pkw und das Nfz erhalten künftig ein vollständiges Bild der Umgebung in Echtzeit.

Radarsensoren, die meistens im vorderen und hinteren Bereich des Fahrzeugs angebracht sind, können andere Fahrzeuge oder Hindernisse erkennen. Der rückwärtige Sensor erfasst den sich von hinten nähernden und überholenden Verkehr. Der vorausfahrende Verkehr wird vom Fernbereichsradar überwacht. Der Nahbereichsradar beobachtet das unmittelbare Umfeld des Autos.

Kameras kommen zum Einsatz etwa bei der Erkennung von Fahrstreifenmarkierungen, Verkehrszeichen, Ampeln und anderen Verkehrsteilnehmern.

Ultraschallsensoren werden bereits seit Anfang der Neunzigerjahre als Einparkhilfe in Fahrzeugen verbaut. Inzwischen hat sich ihr Funktionsumfang deutlich erweitert. Sie können Parklücken während der Fahrt vermessen und erkennen, wenn Fahrzeuge auf der Nebenspur fahren.

Radar, Kameras und Ultraschallsensoren wurden in der Vergangenheit für voneinander unabhängige Funktionen verwendet. Inzwischen können alle relevanten Daten aber mithilfe der Sensorfusion intelligent und zeitgleich verknüpft werden. Das macht das automatisierte Fahren erst möglich. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Funktionssicherheit gelegt. Durch Redundanzen und Plausibilitätsprüfungen, also die systeminterne Kontrolle, ob die Umgebungsdaten korrekt erfasst wurden, wird eine fehlerhafte Interpretation der Daten verhindert. Dabei werden die Signale der Fahrzeugsensoren untereinander verglichen. Nur wenn die Daten stimmig sind, werden Lenkung und Motor angesteuert.

Zu den automatisierten Fahrfunktionen gehören u. a. das „Fahren auf der Autobahn“, das beim hochautomatisierten Fahren bis zu einer definierten Geschwindigkeit auf Autobahnen und autobahnähnlichen Straßen Anwendung finden wird. Der Fahrer aktiviert auf Wunsch das System und muss es nicht dauerhaft überwachen. Er wird somit entlastet und in bestimmten Fällen rechtzeitig zur Übernahme der Fahraufgabe aufgefordert. Beim vollautomatisierten Fahren muss der Fahrer das System überhaupt nicht mehr überwachen. In ferner Zukunft wird in Städten durch die Fahrfunktion „Fahren in der Stadt“ das Fahren auf verschiedenen Strecken völlig ohne Fahrereingriff möglich sein. So kann die Fahrzeit frei gestaltet werden.

Das automatisierte Fahren wird zu einer neuen Qualität der Mobilität beitragen.

Graham Smethurst
Graham Smethurst Leiter Koordinierungsstelle Vernetztes und Automatisiertes Fahren

Tel: +49 30 897842-426  
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