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Fahrzeugtechnik Was sind Fahrerassistenzsysteme?

| Autor: Sven Prawitz

Fahrerassistenzsysteme, auch ADAS genannt, halten seit einigen Jahren Einzug in neue Fahrzeugmodelle. Sie unterstützen nicht nur die Fahrer sondern ebnen den Weg zum autonomen Fahren.

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Der Autobahnpilot ist bereits ein recht weit fortgeschrittenes Fahrerassistenzsystem.
Der Autobahnpilot ist bereits ein recht weit fortgeschrittenes Fahrerassistenzsystem.
(Bilder: Projekt Kohaf)

Fahrerassistenzsysteme, im Englischen auch advanced driver assistance system (ADAS) genannt, sollen Fahrer von Pkws und Lkws bei der Fahrzeugführung unterstützen und damit die Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen. Die Bandbreite der Systeme ist dabei recht umfangreich: Es gibt relativ einfache Assistenzsysteme wie zum Beispiel die Einparkhilfe aber auch deutlich komplexere wie einen Staupiloten. Hochautomatisierte und autonome Systeme sind momentan noch nicht zugelassen.

Definition Fahrerassistenzsystem

Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Lenker von Kraftfahrzeugen und übernehmen in bestimmten Fällen seine Aufgaben. Ziele des Einsatzes von Fahrerassistenzsystemen sind Erhöhung der Fahrsicherheit, Steigerung des Fahrkomforts und Verbesserung der Effizienz.[1]

Um die Vielzahl an Fahrerassistenzsysteme unterscheiden zu können, werden diese in unterschiedliche Kategorien eingeteilt. Weltweit durchgesetzt hat sich dabei die Klassifizierung der society of automotive engineers (SAE). Im SAE-Dokument J3016 sind die unterschiedlichen Fahrmodi in sechs Level unterteilt.

  • Level 0 steht für keine Automation. Das heißt, der menschliche Fahrer steuert das Fahrzeug. Fahrerassistenzsysteme unterstützen lediglich durch akustische Signale, wie etwa die Einparkhilfe oder der Totwinkelwarner.
  • Level 1 beschreibt bereits erste unterstützende Funktionen. Der Fahrer wird beim Lenken oder Beschleunigen bzw. Bremsen aktiv unterstützt. Beispiele sind der Spurhalteassistent oder eine adaptive Geschwindigkeitsassistent mit Abstandsregelung.
  • Level 2 verknüpft den Lenkeingriff mit der Geschwindigkeitsregelung. Systeme dieser Klasse können ein Fahrzeug gleichzeitig beschleunigen bzw. bremsen und in der Spur halten.

Bei allen bisher genannten Systemen muss der Mensch die Umgebung im Blick behalten. Außerdem muss der Fahrer alle verbleibenden Aspekte der dynamischen Fahraufgabe ausführen – etwa einen Spurwechsel oder Überholvorgang. Bei den Level 3 bis 5 überwachten die Systeme des Fahrzeugs die Umgebung. Den Fahrern ist es erlaubt, sich vom Fahrgeschehen abzuwenden, Sie dürfen beispielsweise lesen, schlafen oder fernsehen. Eine Besonderheit gibt es bei Level 3: Hier kann das System des Fahrzeugs den Faherer auffordern, innerhalb einer gewissen Zeit, die Steuerung des Autos oder Lkws zu übernehmen.

  • Level 3 erfüllt ein System, wenn es in einer abgegrenzten Situation die Steuerung des Autos komplett übernimmt. Ein Beispiel ist der Staupilot. Löst sich der Stau auf, muss der Fahrer das Steuer wieder übernehmen.
  • Level 4 ist für hochautomatisierte Fahrzeuge. Ein Eingriff durch die Insassen ist nicht mehr nötig. Fahrzeuge dieser Kategorie haben jedoch noch Pedale und ein Lenkrad mit dem auf Wunsch manuell gesteuert werden kann.
  • Level 5 ist vom System her identisch mit Level 4. Allerdings haben Fahrzeuge dieser Kategorie kein Lenkrad und keine Pedale mehr. Deshalb muss das Fahrzeug überall, wo es unterwegs ist, autonom Fahren können.

Liste ausgewählter Fahrerassistenzsysteme

  • Antiblockiersystem, ABS
  • Autopahnpilot
  • Berganfahrhilfe
  • Einparkhilfe
  • Adaptiver Fernlichtassistent
  • Adaptive Geschwindigkeitsregelung
  • Automatischer Notbremsassistent
  • Scheibenwischer-Automatik
  • Aktiver Spurhalteassistent
  • Totwinkel-Überwachung
  • Verkehrszeichenerkennung

Wie sind Fahrerassistenzsysteme aufgebaut?

Grundsätzlich benötigt ein Fahrerassistenzsystem unterschiedliche Sensoren, eine elektronische Steuerung, die die Sensordaten auswertet und anschließend Steuersignale sendet – entweder an Lautsprecher und Displays um den Fahrer zu warnen oder an Aktuatoren, um aktiv in die Fahrzeugsteuerung einzugreifen.

In aktuellen Fahrzeugmodellen sind zum Beispiel Ultraschallsensoren verbaut, die für die Einparkhilfe verwendet werden. Weitere Sensoren sind Kamera, Radar und Lidar. Letztere funktionieren ähnlich wie Radarsensoren, senden jedoch Licht (Light detection and ranging) im Wellenlängenbereich von etwa einem Mikrometer aus. Radarwellen in modernen Automobilanwendungen senden und empfangen Signale mit Wellenlängen von etwa vier Millimetern.

Radar und Lidar eignen sich sehr gut, um Distanzen zwischen dem eigenen Fahrzeug und Objekten in der Umgebung zu messen. Außerdem können mir diesen Sensoren Relativgeschwindigkeiten ermittelt werden. Die Kamera hat ihre Stärke darin, Objekte zu erkennen – also den Unterschied zwischen einer Hecke und einer Mauer.

Sämtliche Sensordaten werden in elektronischen Steuergeräten ausgewertet. Bei den einfachsten Assistenzsystemen wird bei Gefahr zum Beispiel ein Piepton erzeugt, um auf das Überfahren einer Linie hinzuweisen. Bei manchen Fahrzeugen kann auch das Lenkrad kurz vibrieren oder auf dem Display des Tachos erscheint ein Warnsymbol.

Bei komplexeren Systemen gibt es Aktuatoren, die direkt in die Fahrzeugsteuerung eingreifen. Mittlerweile ist zum Beispiel der automatische Notbremsassistenz (AEB für automatic emergancy braking) gesetzlich vorgeschrieben. Das AEB-System erkennt Hindernisse und leitet automatisch eine Notbremsung ein, falls der Fahrer nicht rechtzeitig reagiert. Andere Systeme, wie die adaptive Abstandsregelung oder der aktive Spurhalteassistent, regeln automatisch die Geschwindigkeit und den Lenkeinschlag eines Fahrzeugs.

Fahrerassistenzsysteme nachrüsten

Vor zwei Jahren gab das kanadische Start-up X-Matik bekannt, einen Nachrüstsatz für ein höher automatisiertes Fahrerassistenzsystem anbieten zu wollen. Als Kunden hat das Unternehmen Flottenbetreiber im Blick. Das System soll den gefährliche Situationen erkennen und den Fahrer vor riskanten Manövern warnen können. Lane Cruise biete eine automatisierte Spurhaltefunktion und ermögliche einen automatischen Spurwechsel auf Autobahnen. Auch das amerikanische Unternehmen Comma.ai und das Berliner Start-up Kopernikus haben Nachrüstsätze präsentiert. Eines der Probleme der Retrofittechnik ist allerdings, dass die Systeme gegen Fehlbedienungen durch seine Nutzer immun sein müssen und in unterschiedlich konfigurierten Fahrzeugmodellen funktionieren müssen.

Video mit Beispielen von X-Matik

Quellen:

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 Sven Prawitz

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Technikjournalist