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Samstag, 17. Februar 2018

Automobilelektronik

Kooperative Sensorik als Lebensretter

Von Chr. Schulzki-Haddouti | 14. Februar 2014 | Ausgabe 7

Die künftige Generation von Fahrzeugkommunikationssystemen soll auch dann Fußgänger und Fahrradfahrer orten können, wenn diese durch Hindernisse teilweise oder ganz verdeckt sind. Dafür haben Forscher nicht nur ein Ortungssystem im Auto, sondern auch einen Transponder entwickelt, der auf Signale des Autos antwortet. Das Forschungsprojekt gilt als wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum unfallfreien Verkehr der Zukunft.

Fußgänger mit Transponder
Foto: BMW

Mit Transpondern bepackt: Im Projekt Ko-TAG führen Fußgänger Transponder, also Funksender und -empfänger, mit sich, die auf die Signale des Ortungssystems im Auto reagieren. So könnten auch halb verdeckte Personen erkannt und Unfälle vermieden werden. Davon sind Forscher von BMW, Continental, Daimler und der TU München überzeugt.

Die Fahrzeugsicherheit ist für viele Autokäufer wichtig. Deshalb wächst die Nachfrage nach Fahrerassistenzsystemen, die etwa über Antiblockiersysteme, Bremsassistenten oder einen Abstandsregler verfügen. Zur nächsten Generation der Assistenzsysteme gehört die Car2X-Kommunikation, die ab 2016 auf den Markt kommen und europaweit standardisiert werden soll. Damit können Fahrzeuge mit anderen Fahrzeugen oder mit Infrastrukturobjekten wie Ampeln kommunizieren. Car2X nimmt Warnungsfunktionen wahr wie die Meldung "Vorsicht Baustellenfahrzeug in 100 m" oder "Krankenwagen/Polizeiwagen nähert sich von rechts". Übertragen werden diese Nachrichten über ein WLAN-basiertes Funkprotokoll.

Die Technik dahinter: WLAN-Transponder

Die zweite Car2X-Generation, die ab 2020 auf den Markt kommen könnte, soll zeitkritische Situationen mit Ortungsinformationen lösen können. Sie soll Objekte und Fußgänger identifizieren, Unfälle erkennen und die Notbremsung auslösen können.

Im Herbst letzten Jahres ging das groß angelegte Forschungsprojekt "Kooperative Sensorik" (Ko-FAS) zu Ende, in dessen Rahmen das Projekt "Kooperative Transponder" (Ko-TAG) entwickelt wurde (siehe VDI nachrichten vom 27. 9. 2013). Damit sollen Autos etwa auf Fußgänger und Radfahrer reagieren können, die halbverdeckt oder verdeckt sind. "40 % der schweren Fußgängerunfälle haben mit Sichtbehinderung zu tun", erklärt Stephan Zecha vom Automobilzulieferer Continental, der das Projekt leitete. Heutige Systeme können mit solchen Situationen noch nicht umgehen, weil sie auf Sichtkontakt angewiesen sind.

Forscher der Technischen Universität München entwickelten für das Projekt das Verfahren, mit dem die Fahrerassistenzsysteme Fußgänger und Fahrradfahrer rechtzeitig orten können. Die Fahrzeugtechnik stammt von BMW, Daimler und Continental.

Die Münchner Forscher wiederum präsentierten jetzt einen Transponder, den die Personen mit sich tragen. Dieser Transponder ist ein Funksender und -empfänger, der auf die Signale des Ortungssystems im Auto reagiert. Dieses kann den Abstand zum Fußgänger mit dem Transponder dann in Mikrosekunden auf wenige Zentimeter genau messen.

Wie die Kommunikation zwischen Auto und Transponder funktioniert, erklärt Professor Erwin Biebl von der TU München so: "Das Fahrzeug initiiert den Vorgang, indem es ein Abfragesignal mit einer einzigartigen Code-Folge sendet. Darauf antworten alle im Erfassungsbereich vorhandenen Transponder, indem sie den Code modifizieren und ihn in einem sehr genauen zeitlichen Schema zurückschicken. Die Reichweite liegt in der Stadt bei bis zu 50 m, Überland sind es bis zu 400 m."

Biebl weiter: "Dann antwortet der Transponder und wird lokalisiert. Daraufhin erfolgt eine Gefährdungsbewertung. Gefährdete Transponder-Träger werden mit einer Positionsbestimmung häufiger abgefragt. Für die Risikobewertung werden Position und Fahrbewegung sowie die Bewegungsdynamik des Transponder-Trägers berücksichtigt."

Dabei können Fußgänger und Radfahrer mit ihren möglichen Bewegungsmustern unterschieden werden. Auch wenn ein Transponder zum Beispiel geworfen wird, kann dies erkannt werden. "Wenn eine Risikoschwelle überschritten wird, wird das Bremsen vorkonditioniert. Wenn der Fahrer nicht reagiert und eine weitere Risikoschwelle überschritten wird, wird die Notbremse ausgelöst."

Stephan Zecha sieht mit Ko-TAG "die einmalige Chance, Verkehrspartner sicher im Umfeld zu erkennen". Der Transponder meldet mit 100 %-iger Sicherheit, dass da jemand ist, auf den das Auto Rücksicht nehmen muss. Dagegen bräuchten Kameras oder Sensoren einen Klassifikationsalgorithmus für die Erkennung, was beim Transponder entfalle. Außerdem lasse sich das Bewegungsvermögen zuordnen und das Risiko "viel präziser" auch bei schlechten Sicht- und Wetterbedingungen einschätzen. Zecha: "Das ist ein deutlicher Schritt nach vorne."

Die Ortungseinheit im Fahrzeug kombiniert eine Antenne mit Einheiten für das Schätzen von Winkel und Abstand sowie für Kommunikation. Für die Positionsbestimmung werden Winkel- und Laufzeitmessung verwendet. Auch wenn bei dem Begriff "Tag" viele an RFID denken, so sei die Funktionalität des Transponders doch "weit weg von dem, was Standard-RFID heute kann", erklärt Biebl. Die Forscher bezeichneten den Transponder als "SafeTag" und wollen die Sicherheitsfunktion betonen. Biebl: "Er kann eindeutig lokalisiert und identifiziert werden und er ist aktiv."

Im Moment sind die Transponder mit Chip und Antenne handtellergroß. In einem künftigen Projekt soll der Safe-Tag auf Nagelgröße miniaturisiert werden und könnte dann in ein Smartphone integriert werden.

Ein großer Hersteller von Mobiltelefonen soll auch schon "nachhaltiges Interesse" an dem System gezeigt haben, erzählt Biebl. Eine Studie kam zu dem Ergebnis, dass ein solcher Ortungschip mehrere Euro kosten würde. "Überschaubare Kosten", meint Stephan Zeche.

Wie sind die Realisierungschancen? Erwin Biebl sagt: "Noch gibt es keine konkrete Roadmap für die weitere Entwicklung. Aber ich bin ziemlich sicher, dass es da weitergeht." Die Frage sei nur, wie. Biebl: "Die Sensorik ist ausentwickelt. Für die Forschungsentwicklung ist das ausgereizt. Wesentlich besser können wir nicht werden, wir können nur noch einen geringeren Stromverbrauch erzielen."

Ralph Helmar Rasshofer, Leiter der ConnectedDrive-Projekte bei BMW, betont: "Im Ko-TAG-System werden nur elektronische Bauelemente der aktuellen Mobilfunkgeneration genutzt, welche alle heute schon im Massenmarkt industrialisiert sind und deutliches Low-cost-Potenzial bieten." Eine exakte Schätzung der Kosten sei aber derzeit leider noch nicht möglich.

Und Conti-Experte Zecha weist darauf hin, dass Car2X erst einmal eine Marktdurchdringung erzielen müsse. Danach gebe es "sehr gute Möglichkeiten, dass sich so ein kooperatives System verbreitet". Die Miniaturisierung koste allerdings richtig viel Geld, daher müsse ein konkretes Projekt dahinterstehen.

Gleichwohl ergänzt Rasshofer, dass viele Projektergebnisse wie die Textverfahren und Auslösealgorithmen schon jetzt in die aktuelle BMW-Produktentwicklung einfließen. Das Ko-TAG-Projekt sei auf dem Weg zum unfallfreien Verkehr der Zukunft "ein sehr wichtiger Meilenstein" und seine Ergebnisse "weisen auf höchstem wissenschaftlichen Niveau weit nach vorne, sie bringen uns dem intelligenten, vernetzten und unfallfreien Straßenverkehr der Zukunft einen entscheidenden Schritt näher".  CHR. SCHULZKI-HADDOUTI

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