Handbuch Fahrerassistenzsysteme

Das Thema Fahrerassistenzsysteme ist bei Automobilherstellern, Zulieferern und in der universitären Forschung seit geraumer Zeit aktuell und hat in den vergangenen Jahren auch das Interesse der Öffentlichkeit geweckt. Die Zahl der am Markt verfügbaren Systeme und ihr Funktionsumfang zur Unterstützung des Fahrers bei der Ausführung der Fahraufgabe nehmen stetig zu. Bedingt durch die jüngsten Entwicklungen wird der Begriff Fahrerassistenzsysteme (in unserer abgekürzten Welt kurz mit FAS bezeichnet) heute zumeist mit Systemen der Aktiven Sicherheit, d. h. Systemen, die das Eintreten eines Unfalls verhindern, in Verbindung gebracht. Tatsächlich kann dieser Begriff jedoch sehr viel breiter gefasst werden, denn schon mit der Erfindung des elektrischen Starters, der die manuelle Kurbel ablöste, war ein erstes Fahrerassistenzsystem geboren, das das Fahren erleichterte. Auch Dinge wie die automatische Blinkerhebelrückstellung oder das synchronisierte Handschaltgetriebe werden heute als Selbstverständlichkeiten angesehen, sind im eigentlichen Sinne jedoch als Fahrerassistenzsysteme zu verstehen.

Die Arbeitsaufgabe Kraftfahrzeugführen zählt zu den vorwiegend informatorischen Tätigkeiten mit dem Arbeitsinhalt, Informationen in Reaktionen umzusetzen. Der Fahrer führt hierbei in der Regel eine Steuerungstätigkeit mit kontinuierlicher Informationsverarbeitung aus.

Die aktive Teilnahme am Straßenverkehr als Fahrer eines Kraftfahrzeugs ist eine komplexe Überwachungs- und Regelungsaufgabe, für deren Gelingen der Fahrer bei heutiger Rechtslage und heutigem Stand der Technik voll verantwortlich ist. Um ihm für diese Aufgabenstellung die bestmöglichen Arbeitsbedingungen zu verschaffen, muss die Auslegung der technisch gestaltbaren Komponenten des Straßenverkehrssystems die Anpassung an die besondere Leistungsfähigkeit des Menschen, aber auch an seine inhärenten Leistungsgrenzen zum Ziel haben. Dies gilt in vollem Umfang auch für Fahrerassistenzsysteme.

Einer weit verbreiteten Auffassung zufolge sind ca. 95 % aller Unfälle im Straßenverkehr zumindest anteilig auf die Ursache „Human Error“ zurückzuführen. Weiterhin soll menschlichem Fehlverhalten bei ca. 75 % der Straßenverkehrsunfälle der Status einer „Alleinursache“ zukommen [1] [7]. Zitiert wird in diesem Zusammenhang häufig eine frühe Studie von Treat und Mitarbeitern [5], die aufgrund einer Detailanalyse von 2.258 Unfallprotokollen zu dem Ergebnis kam, dass menschliches Fehlverhalten als Ursachenfaktor in 93 % der Fälle (gegenüber 34 % Umweltfaktoren und 13 % Fahrzeugfaktoren) beteiligt waren. Ungeachtet der erkenntnistheoretischen Probleme, die ein allzu leichtfertiger Umgang mit dem Ursachenbegriff in diesem Falle mit sich bringt, dürfen die Entstehungsbedingungen „menschlichen Versagens“ [6] natürlich nicht unreflektiert bleiben, wenn es um die Entwicklung zielführender Ansätze und Maßnahmen zur Einschränkung des Unfallgeschehens geht. Eine im Zusammenhang mit „menschlichem Versagen“ häufig thematisierte Unfallursachenkategorie ist beispielsweise die des „Looked-but-Failed-to-See“. Gemeint sind damit Unfälle, bei denen sich das kritische Hindernis oder Fahrzeug durchaus im Sehfeld der den Unfall verursachenden Fahrer befand, ohne dass es von ihnen

erkannt

wurde, um auf dieser Grundlage dann die erforderlichen, den Unfall möglicherweise vermeidenden Fahrhandlungen auszuführen. Aus psychologischer Sicht wird dieses Phänomen zumeist mit Kapazitätsbegrenzungen der visuellen Aufmerksamkeit, der Selektivität des Prozesses des visuellen Abtastens oder der fehlerhaften Integration relevanter Merkmale der Szenerie erklärt [1].

Durch langjährige Forschungen bei Kfz-Herstellern, Zulieferfirmen und an Hochschulen sind umfangreiche, aber dennoch lückenhafte Erkenntnisse über das Zusammenspiel zwischen FAS und Nutzer gewonnen worden. In deutschen und internationalen Projekten wie z. B. PROMETHEUS, DRIVE, MOTIV, INVENT, RESPONSE und AKTIV haben sich Kfz-Hersteller, Zulieferfirmen, Hochschulen und weitere staatliche und private Forschungseinrichtungen zusammengefunden, um die vorwettbewerbliche Forschung für derartige Systeme voranzutreiben. Im folgenden Kapitel sollen einige der gewonnenen Kenntnisse dargelegt werden, um die Entwicklung des HMI von FAS zu erleichtern.

Der Begriff „Fahrerassistenzsysteme“ ist in seiner allgemein sprachlichen Bedeutung zunächst weitreichend: Ein „Fahrer“, also „jemand, der ein Kraftfahrzeug fährt“, erhält „Beistand, Mithilfe“ [6] von einem technischen System. Dabei bezeichnet das „System“ die „Gesamtheit von Objekten, die sich in einem ganzheitlichen Zusammenhang befinden und durch die Wechselbeziehung untereinander gegenüber ihrer Umwelt abzugrenzen sind“ [6].

Abgeleitet vom lateinischen „assistere“ (jemandem beistehen, behilflich sein, jemandem nach dessen Anweisungen zur Hand gehen) ist die Bezeichnung „Assistenzsystem“ durchaus bewusst gewählt und beschreibt Anspruch und Grenzen dieser technischen Systeme treffend. Sie sollen den Fahrer auf dessen Wunsch hin bei bestimmten Teilen der Fahrzeugführungsaufgabe durch Informationen unterstützen (Informationssysteme) bzw. von bestimmten Teilaufgaben entlasten (Komfortsysteme). Bestimmte Assistenzsysteme können dem Fahrer auch in kritischen Situationen durch einen Eingriff dabei helfen, seinen Wunsch nach sicherer Bewältigung umzusetzen. Somit können diese technischen Systeme sowohl zur Erhöhung des Komforts als auch der Sicherheit beitragen. Assistenzsysteme sollen und können den Fahrer jedoch nicht ersetzen und können ihn auch nicht aus der Verantwortung für das sichere Führen eines Fahrzeugs entlassen.

Bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen (FAS) für die Vermeidung von Unfällen sind geeignete Testmethoden für das Erzeugen von Bewertungen erforderlich. Für eine größtmögliche Übertragbarkeit der Versuche sind realitätsnahe und repräsentative Szenarien darzustellen. Dabei gilt bisher, dass eine Vergrößerung der Realitätsnähe mit einer enormen Vergrößerung des Aufwands einhergeht. Die Testmethoden mit Probanden für in kritischen Situationen unterstützende FAS müssen vor allem sicher für die beteiligten Versuchspersonen, aber auch reproduzierbar sein. Da bisher geeignete Verfahren fehlen, stellt dieser Test von Antikollisionssystemen in kritischen Situationen eine große Herausforderung dar.

Mit der Vehicle in the Loop-Simulation hat Audi eine Test- und Simulationsumgebung für Fahrerassistenzsysteme entwickelt, welche die Vorzüge eines realen Versuchsfahrzeugs mit der Sicherheit und Reproduzierbarkeit von Fahrsimulatoren kombiniert. Virtueller Fremdverkehr, Straßenbegrenzungen oder sonstige simulierte Gegenstände werden durch ein „Optical see through Head Mounted Display“ während der Fahrt realitätsnah und kontaktanalog für den Fahrer eingeblendet. Besonders bei der Erprobung aktiver Fahrerassistenzsysteme eröffnen sich durch das Konzept des virtuellen Fremdverkehrs im realen Versuchsfahrzeug neue Möglichkeiten.

Die Komplexität der Systeme bei modernen, hoch ausgestatteten Fahrzeugen hat ein hohes Niveau erreicht. Auch in Zukunft werden Innovationen im Kraftfahrzeug vermehrt nur über hochvernetzte und komplexe Systeme zu realisieren sein. Dies gilt in besonderem Maße für das Gebiet der Fahrerassistenz. Aufgrund der Nutzung von sensorisch erfasster Information über die Fahrumgebung, fahrzeuglokaler Daten und der Nutzung der bereits im Fahrzeug verbauten Aktorik sind Fahrerassistenzsysteme geradezu ein Synonym für verteilte hochvernetzte Funktionen. Umfang und Qualität der sensorisch erfassbaren Information und ihre Interpretation bestimmen den Funktionsumfang und die Komplexität der jeweiligen Assistenzfunktion wesentlich. Die technische Sensorik, z. B. Radar oder Kamerasysteme, nutzt gleiche oder ähnliche Information wie der Fahrer. Es wird allerdings auch auf längere Sicht keine Sensorik geben, die die Gesamtheit der Wahrnehmungsleistungen des Menschen und seine Fähigkeit der Interpretation dieser Daten in unterschiedlichen Kontexten erreicht. In einzelnen Aspekten sind technische Sensoren aber durchaus der menschlichen Wahrnehmung überlegen, wie beispielsweise bezüglich Daueraufmerksamkeit, Geschwindigkeitsbestimmung bewegter Objekte oder aufgrund von Empfindlichkeit in anderen Wellenlängenbereichen als der des menschlichen Auges. Insbesondere die Verknüpfung der Sensorinformationen, die so genannte Sensorfusion, bietet ein hohes Potenzial, den Fahrer zu entlasten und die Fahrsicherheit zu erhöhen bzw. kritischen Fahrsituationen vorzubeugen. Durch die Sensorfusion wird die Qualität der Interpretation von mit technischer Sensorik erfassten Daten deutlich erhöht. Hierzu sind Entscheidungen über die Fusionsebene wie Rohdaten, aufbereitete oder interpretierte Daten zu treffen sowie geeignete Fusionsarchitekturen im Fahrzeug vorzusehen (siehe Kapitel 17).

Die Auswahl einer Sensorkomponente für ein Fahrerassistenzsystem ist in vielen Bereichen unabhängig von dessen Funktion. Die Bedingungen richten sich nach den Standards, die in der Kfz-Industrie nach VDA oder ISO weltweit eingeführt sind, und den Regeln, die die Systemlieferanten und Fahrzeughersteller für sich selbst hieraus abgeleitet haben.

Ultraschallsensoren werden in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Beispielhaft seien hier die Werkstoffprüftechnik, medizinische Diagnostik, Unterwassersonar sowie industrielle Näherungsschalter erwähnt. Die physikalischen Grundlagen und zahlreiche Anwendungsbeispiele werden in der Literatur vielfältig beschrieben; [1], [2], [3], [4]. Die Verwendung im Automobil hat dagegen erst vergleichsweise spät mit der Einfühirung von ultraschallbasierten Einparkhilfesystemen Anfang der neunziger Jahre eingesetzt und seitdem eine weite Verbreitung gefunden.

Radar (

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anging) hat seine Ursprünge in der Militärtechnik des Zweiten Weltkriegs und blieb auch lange an militärische Anwendungen gebunden. Der erste Einsatz im Verkehrsbereich für ein Geschwindigkeitsüberwachungs-system hatte für viele Autofahrer zu eher negativen Erlebnissen geführt. Aber auch für den Fahrer als nützlich empfundene Anwendungen wurden schon früh angedacht, so wie ein Zeitschriftenartikel [1] aus dem Jahre 1955 belegt. In den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts fand ein großes Forschungsprojekt statt, dessen Ziel die Entwicklung von serientauglichen Radarsensoren für den Auffahrschutz war. Zwar hat dieses vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt die Radar-Entwicklung vorangebracht, für einen Serieneinsatz aber war die Zeit noch nicht reif. Erst zwanzig Jahre später waren die technischen Voraussetzungen gegeben, um Radar für die Fahrerassistenz einzusetzen. Im Jahre 1998 war erstmals ein Fahrzeug mit Radar erhältlich. Die Schlüsselfunktion war allerdings nicht die Auffahrwarnung, sondern die Adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC (s. Kapitel 32), auch wenn die Auffahrwarnung bei diesem System als Funktionsteil mit integriert war. In kurzen Abständen folgten weitere radarbasierte ACC-Systeme.

LIDAR: Light Detection And Ranging ist ein optisches Messverfahren zur Ortung und Messung der Entfernung von Objekten im Raum. Prinzipiell ähnelt das System dem Radar-Verfahren, wobei allerdings anstelle von Mikrowellen beim LIDAR Ultraviolett-, Infrarot- oder Strahlen aus dem Bereich des sichtbaren Lichts (daher LIDAR) verwendet werden (vgl.

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).

Trotz steigender Verkehrsdichte ist die Zahl der Verkehrsunfälle mit Personenschäden in den letzten Jahren gesunken. Um zukünftige Fahrzeuge sowohl für die Insassen als auch für andere Verkehrsteilnehmer noch sicherer zu machen, wird eine zuneh-mend dreidimensionale Umfelderfassung durch das Fahrzeug notwendig. Eine entsprechende 3D-Sen-sorik ist in der Lage, gefährliche Situationen vorausschauend zu erkennen, den Fahrer bestmöglich zu unterstützen und somit Unfälle zu vermeiden. Aber auch im Falle eines nicht mehr zu vermeidenden Unfalls lässt sich das Verletzungsrisiko für alle Beteiligten minimieren.

Ein Bildsensor bildet Lichtmuster auf mehrdimensionale Messsignale ab. Aus diesen primären Messungen werden anschließend mittels Bildauswerteverfahren sekundäre Messgrößen extrahiert, wie beispielsweise die Positionen, die Geschwindigkeiten oder die Art interessierender Objekte.

Die Detektion oder Erkennung von Fußgängern im Straßenverkehr ist eines der wichtigsten, zugleich aber auch eines der schwierigsten Probleme der Sensorverarbeitung. Um dem Fahrer optimale Assistenz leisten zu können, sind idealerweise alle Fußgänger unabhängig von Sichtverhältnissen robust zu erkennen. Dies wird jedoch durch verschiedenste Umweltfaktoren erschwert. Problematisch sind insbesondere wechselnde Wetter- und Sichtverhältnisse, schwierige Beleuchtungssituationen und Straßenverhältnisse. Des Weiteren erschweren individuelle Kleidung und die Verdeckung von Fußgängern beispielsweise durch parkende Autos die Detektionsaufgabe. Weiterhin zeichnen sich Fußgänger im Vergleich zu vielen anderen Objekten in Straßenverkehrsszenen durch einen hohen Grad an Artikulation aus, die insbesondere umrissbasierte Verfahren erschwert.

Es existieren Fahrerassistenzsysteme, die ausschließlich auf Einzelsensorlösungen aufbauen. Als Beispiel lassen sich die Anwendungen Adaptive Cruise Control, die z. B. mit einem Radar- oder einem Lasersensor arbeitet, und Lane Departure Warning nennen, welche zumeist auf Videosensorik basiert.

Hydraulische Pkw-Bremssysteme haben die Aufgabe, das Fahrzeug gemäß Fahrerwunsch sicher und entsprechend gesetzlich vorgeschriebener Mindestanforderungen (z. B. ECE R13H) zu verzögern. Die an den Rädern erzeugten Kräfte sollen dabei über die Reifen so auf die Fahrbahn übertragen werden, dass das Fahrzeug stets der vom Fahrer gewünschten Richtung folgt. Voraussetzung hierfür ist eine entsprechende Verteilung der Bremskräfte sowohl auf die Vorder- und Hinterachse als auch auf die rechte und linke Fahrzeugseite. Die Reglementierung erfolgt in gesetzlichen Vorschriften, für deren Einhaltung der Fahrzeughersteller verantwortlich ist.

In der Entwicklung des Automobils steht die Bremsanlage als Grundbaustein der aktiven Fahrsicherheit vor einem Generationswechsel: Nach Anfängen mit rein mechanisch betätigten Bremsen dominiert heute die hydraulische Bremsanlage mit integriertem elektronischen Antiblockiersystem und Stabilitäts-Programm. Deren Ablösung durch mechatronische Brake-by-Wire-Anlagen ist mittlerweile vorgezeichnet.

Die Lenkung setzt die vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung der gelenkten Räder um. Gleichzeitig hat sie die Aufgabe, den Fahrer anhand der haptischen Rückmeldung über die aktuelle Fahrsituation und die Fahrbahnbeschaffenheit zu informieren. Somit trägt das Lenksystem entscheidend zu einem komfortablen und sicheren Führen des Fahrzeugs bei.

Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine erfolgt über Schnittstellen, die dem Fahrer Informationen liefern und ihm behilfich sein sollen, die Fahraufgabe sicher, effektiv und effzient zu bewältigen. Wie die Gestaltung von Anzeigen und Bedienelementen vorgenommen werden muss und worauf während des Entwicklungsprozesses in Bezug auf die Interaktion zwischen Mensch und Maschine Rücksicht genommen werden muss, soll hier geklärt werden.

Mit diesem Kapitel soll dem Leser ein Überblick über das Vorgehen zur Gestaltung von Bedienelementen (BE) gegeben werden. Dabei wird der theoretischen Erarbeitung des Themas ein konkretes Beispiel hinzugefügt, um dem Leser den Zugang zur Thematik zu erleichtern.

Der Autofahrer muss eine ständig wach sende Flut von Informationen verarbei ten, die vom eigenen und von fremden Fahrzeugen, von der Straße und über Telekommunikationseinrichtungen auf ihn einwirken. Diese Informationen müssen ihm mit geeigneten Anzeigemedien und unter Beachtung ergonomischer Erfordernisse übermittelt werden.

Sowohl der Mensch als auch die Maschine können gerade in schwierigen Situationen Fehler verursachen. Die Schwächen von Menschen liegen unter anderem in einer begrenzten Aufmerksamkeitsfä-higkeit. Ist diese etwa stärker fokussiert auf eine Bedienung des Navigationssystems als auf das Fahrzeugführen, können in Notsituationen falsche, zu späte oder keine Entscheidungen getroffen werden.

Im täglichen Verkehr verhält sich das Fahrzeug auf griffger Fahrbahn meistens linear: Die Querbeschleunigung ist selten größer als 0,3 g, die Längsbeschleunigung und die Längsverzögerung sind ebenso selten größer als 0,3 g. Damit sind die Beträge der Schräglauf- und Schwimmwinkel selten größer als 2° und der Schlupfbetrag selten größer als 2 %. In diesen Bereichen verhalten sich Reifen und Fahrzeug linear. Gerät das Fahrzeug in den physikalischen Grenzbereich, so verhält es sich nichtlinear und kann sogar instabil werden. Bei blockierten oder durchdrehenden Rädern lässt sich das Fahrverhalten nicht mehr beeinfussen. Erreicht z. B. die Hinterachse den maximalen Seitenreibwert vor der Vorderachse, kann das Fahrzeug ins Schleudern geraten (

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). ABS, ASR und ESP sind Systeme, die dafür sorgen, dass das Fahrzeug bei extremen Brems-, Antriebs- und Lenkvorgängen beherrschbar bleibt. Diese Systeme sind in diesem Sinne weniger als Fahrerassistenzsysteme, sondern eher als Fahrzeugassistenzsysteme zu verstehen, da sie dem Fahrzeug dabei helfen, kontrollierbar zu bleiben, wohingegen Fahrerassistenzsysteme den Fahrer dabei unterstützen, die Lenk-, Vortriebsund Bremsvorgaben richtig zu dosieren und zu koordinieren.

Der Nutzen moderner Bremsensysteme bis hin zur elektronischen Stabilitätsregelung (engl. Electronic Stability Control, ESC) liegt darin, das Verhalten des Autos für den Fahrer berechenbarer, in einem weiten Bereich stabil und im Grenzbereich gut beherrschbar zu machen. Stabil bedeutet hierbei für den Fahrer, dass die Reaktion des Autos auf Bedienvorgaben seinen Erwartungen entspricht. Ein Fahrzustand heißt stabil, wenn er bei konstanten Fahrervorgaben unverändert bleibt und sich bei kleinen Änderungen der Vorgaben nur wenig ändert. Stabile Fahrzustände sind der Normalfahrbereich, in dem vor allem komfortrelevante und fahrspaßrelevante Abstimmungen des Fahrwerks vom Fahrer wahrgenommen werden. Führt ein geringfügiger Eingriff des Fahrers dagegen zu großen Änderungen des Fahrzustands – z. B. eine geringe Lenkkorrektur zum Schleudern – so heißt der Fahrzustand instabil; das Fahrzeug bewegt sich im sicherheitsrelevanten Grenzbereich. Fahrer und Fahrzeug bilden den im

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skizzierten Regelkreis. Der Fahrer lenkt, gibt Gas oder bremst. Seine Befehle werden in z unehmendem Maße n icht direkt umgesetzt, sondern durch aktive Systeme „gefltert“, um ein optimales und sicheres Fahrverhalten zu erzielen.

Das Risiko, bei einem Motorradunfall getötet zu werden, ist pro Fahrstrecke ungleich höher in Vergleich zu einem sonstigen Verkehrsunfall. Dennoch wurden als Fahrdynamikregelsysteme für Motorrä-der bisher lediglich Brems- und Antriebsschlupfregelsysteme für Geradeausfahrt entwickelt. Das erste ABS für Motorräder wurde 1988 auf den Markt gebracht [1], die erste Antriebsschlupfregelung 1992 [2]. Die Marktdurchdringung ist dennoch gering im Vergleich zu Personenkraftwagen, wenngleich sie innerhalb der letzten fünf Jahre stark gestiegen sein dürfte.

Das folgende Kapitel beschreibt bremsbasierte Assistenzfunktionen zur Fahrzeugstabilisierung von Nutzfahrzeugen. Die Abgrenzung zu den Pkw-Kapiteln erfolgt im Wesentlichen über das zugrunde liegende Bremssystem. So werden hier alle stra-ßengebundenen Nutzfahrzeuge mit pneumatisch betriebenen Betriebsbremsen (Fremdkraftbremsen) behandelt, wie sie überwiegend in mittleren und schweren Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen (> 6 Tonnen).

In heutigen Pkws ist das Lenkrad das zentrale Bedienelement zur Querführung des Fahrzeugs. Die fahrdynamischen Anforderungen an die Auslegung des Lenksystems reichen dabei vom Parkieren über zielgenaue Bahnführung bis zur Stabilisierung des Fahrzeugs im Grenzbereich. Abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der Lenkaufgabe variieren die erforderlichen Spurwinkel der Vorderräder und die resultierenden Radlenkmomente jedoch erheblich. Auslegungskriterium der Lenkgesamt-übersetzung ist es, die Reaktion des Fahrzeugs auf eine Lenkei ngabe des Fa h rers sowie d ie resultierenden Handmomente für die jeweiligen Fahraufgaben sicher und komfortabel zu gestalten.

Die Verkehrsunfälle bei Nacht haben schwere volkswirtschaftliche Folgen. Nach K. Rumar [1] betrugen die geschätzten Kosten der Straßenverkehrsunfälle im Jahr 1999 mehr als 160 Milliarden Euro, etwa doppelt soviel wie der Etat der EU-Länder in dem betrachteten Zeitraum.

Einparken ist für viele Fahrer eine langweilige oder gar anstrengende Aufgabe: Es ist zunächst erforderlich, eine für das Fahrzeug passende Parklücke zu fnden, um unnötige Fehlversuche zu vermeiden. Anschließend muss das Fahrzeug – teils unter Beobachtung – in mitunter unbekannter Umgebung bei minimaler Beeinfussung des restlichen Verkehrs zügig positioniert werden.

Mit Adaptive Cruise Control, abgekürzt ACC, wird eine Fahrgeschwindigkeitsregelung bezeichnet, die sich an die Verkehrssituation anpasst. Synonyme Bezeichnungen sind Aktive Geschwindigkeitsregelung, Automatische Distanzregelung oder Abstandsregeltempomat. Im englischen Sprachraum fnden sich die weiteren Bezeichnungen Active Cruise Control, Automatic Cruise Control oder Autonomous Intelligent Cruise Control. Als markengeschützte Bezeichnungen sind Distronic und Automatische Distanz-Regelung (ADR) eingetragen.

Unfälle im Längsverkehr zählen zur größten Gruppe der Unfallarten und zur zweitgrößten der Unfälle mit Getöteten und Schwerverletzten. Daher besitzen Systeme zum Schutz gegen diese Unfallart ein sehr hohes Potenzial (s. Kap. 3). Auf welche Weise Gegenmaßnahmen abgeleitet werden, zeigt

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Jährlich kommt es weltweit im Straßenverkehr zu rund 1,2 Millionen tödlichen Unfällen. Allein in Europa ereignen sich 1,3 Millionen Unfälle, hierbei werden mehr als 40 000 Menschen getötet. Die Kosten dieser Verkehrsunfälle werden mit 160 Milliarden Euro beziffert. Dies entspricht rund 2 % des Bruttosozialprodukts der Europäischen Union. Mehr als ein Drittel aller tödlichen Unfälle wird durch einen Spurwechsel oder ein unbeabsichtigtes Verlassen des Fahrstreifens ausgelöst. Daraus lässt sich ableiten, dass durch ein SpurhalteAssistenzsystem, insbesondere einer Warnung vor ungewolltem Verlassen des Fahrstreifens, eine Reihe von Unfällen verhindert oder zumindest in ihrer Schwere gemindert werden könnten. SpurhalteAssistenzsysteme, wie sie in diesem Kapitel beschrieben werden, sind Fahrerassistenzsysteme, welche die Fahrzeugposition relativ zur Fahrstreifenmitte bestimmen und den Fahrer, sollte er unbeabsichtigt den Fahrstreifen verlassen, warnen oder das Fahrzeug durch einen automatischen Lenkeingriff wieder in den Fahrstreifen zurückbewegen können.

Während längerer Fahrten auf autobahnähnlichen Straßen wird die Fahraufgabe des Spurhaltens von vielen Fahrern als lästig empfunden. Andererseits stellt das unbeabsichtigte Verlassen des Fahrstreifens eine häufge Unfallursache dar, wie bereits in Kapitel 34 beschrieben. Im Gegensatz zu der im vorigen Kapitel dargelegten Funktion des Lane Departure Warning (LDW) greift die hier beschriebene Spurhalteassistenz bzw. Lane Keeping Support (LKS) aktiv in das Lenksystem ein. Dadurch wird der Fahrer bei der Fahraufgabe des Spurhaltens unterstützt. Ziel dieser Funktion ist, je nach Auslegung, eine Erhöhung der Sicherheit, eine Erhöhung des Fahrkomforts oder eine Kombination beider Ziele. Ein wichtiges Merkmal der hier beschriebenen Systeme ist die Art der Assistenz, die über Warnungen hinausgeht, jedoch keine den Fahrer ersetzende Assistenz darstellt. Die motorische Ausführung der Lenkung des Fahrzeugs erfolgt somit durch den Fahrer und das LKS-System zugleich. Das Einsatzgebiet der heute verfügbaren Systeme erstreckt sich über autobahnähnliche Straßen in mittleren bis hohen Geschwindigkeiten und sichtbaren Markierungen der Fahrstreifen.

Fahrerassistenzsysteme dienen dazu, für den Fahrer einen Zugewinn an Komfort und Sicherheit zu erzielen, indem sie ihn bei seiner Fahraufgabe unterstützen. Der zu erwartende Kundennutzen eines Fahrerassistenzsystems ist dann besonders hoch, wenn die Fahraufgabe, bei welcher der Fahrer unterstützt werden soll, mit einem hohen Fehlerpotenzial behaftet ist. Zu diesen Fahraufgaben mit hohem Fehlerpotenzial gehört u. a. der Fahrstreifenwechsel.

Eine der Hauptunfallursachen insbesondere im innerstädtischen Straßenverkehr ist das Fehlverhalten von Verkehrsteilnehmern im Bereich von Kreuzungen und Einmündungen. So ereigneten sich im Jahr 2006 etwa 43 % aller Unfälle mit schwerem Sachschaden, 36 % aller Unfälle mit Personenschaden und 18 % aller Unfälle mit Todesfolge bei den kreuzungsrelevanten Unfalltypen Abbiegen (Unfalltyp 2 gemäß [12]) bzw. Einbiegen/Kreuzen (Unfalltyp 3) [20]. Daher steht die Kreuzung derzeit aus verkehrs- und sicherheitstechnischer Sicht im Fokus der Forschung.

Ergänzend zu den vorangegangenen Kapiteln der Bahnführungsassistenz wird in diesem Abschnitt auf die speziellen Merkmale der Bahnführungsassistenz für Nutzfahrzeuge eingegangen. Mit Nutzfahrzeugen sind hier insbesondere schwere Lastkraftwagen, z. B. Sattelzugmaschinen, und Busse zur Personenbeförderung gemeint. Statistisch betrachtet zählen Reisebusse mit zu den sichersten Verkehrsmitteln im Straßenverkehr. Kommt es jedoch zu einem Unfall, so besteht im Vergleich zum durchschnittlich mit 1,2 Personen besetzten Personenkraftwagen ein erheblich höheres Unfallschadenspotenzial aufgrund der deutlich höheren Anzahl an Passagieren. Hinsichtlich der bewegten Massen besteht bei schweren Nutzfahrzeugen aufgrund der kinetischen Energie bei einem Unfall ebenfalls ein höheres Unfallschadenspotenzial im Vergleich zu Personenkraftwagen. Dies gilt insbesondere beim Transport von Gefahrgütern.

Die Entwicklung von modernen Radionavigationsund Telematikgeräten begann mit der Einführung von Radiogeräten in das Kfz zu Beginn der 30er Jahre des 20. Jahrhunderts. Diese ersten Radiogerä-te für das Kfz basierten auf der Röhrentechnologie und nahmen ein Volumen von mehr als 10 Litern ein.

Technologiesprünge gab es immer wieder in der Geschichte der Automobiltechnologie, so auch in der Kraftfahrzeugbremse, die seit ihren Anfängen eine stete Weiterentwicklung erfahren hat (

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). So erlangten schon mechanische Bremsen durchaus ein hohes Niveau, ehe die Hydraulik Mitte der zwanziger Jahre für Komfort und Sicherheit vollkommen neue Perspektiven eröffnete, welche durch Einführung der Hilfskraft(servo)bremsanlagen Mitte des letzten Jahrhunderts noch erweitert wurden. Den wichtigsten Technologiesprung, den der Kunde als Fortschritt erkennt und dementsprechend honoriert, ermöglichte die Elektronik Mitte der siebziger Jahre. ABS, ASR, EBV und nicht zuletzt ESC wären ohne sie nicht vorstellbar.

Dank einer zunehmenden Verbreitung von aktiven und passiven Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen konnte die Zahl der Verkehrstoten in den letzten Jahren stetig gesenkt werden. Bei der Bearbeitung des Projekts PRORETA wurde mit der Entwicklung eines elektronischen Fahrerassistenzsystems zur Unfallvermeidung das Ziel verfolgt, durch Notbremsen und Notausweichen Unfälle zu vermeiden. Das System wurde an der TU Darmstadt in Kooperation mit der Continental AG entwickelt. Im Folgenden werden die Grundlagen des Systems, Fahrversuche und Ergebnisse einer ergonomischen Studie dargestellt.

Das Aufgabenspektrum moderner Assistenzsyseme erstreckt sich von der Steigerung des Fahrkomforts bis hin zur Übernahme aktiver Sicherheitsfunktionen. Selbst komplexe Systeme wie die adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC (Adaptive Cruise Control, vgl. Kap. 32), die wie viele weitere Innovationen in der Fahrzeugindustrie einst der automobilen Oberklasse vorbehalten war, dringen derzeit über die Mittelklasse in den Massenmarkt vor und beginnen, die Öffentlichkeit für die mit hoher Automatisierung einhergehenden Veränderungen und Herausforderungen zu sensibilisieren. Denn so beeindruckend die Leistungsfähigkeit moderner Fahrerassistenzsysteme auch ist, so verursacht sie doch ein Dilemma: Mit der Übernahme von primären Fahraufgaben durch Fahrerassistenzsysteme werden vom Fahrer neue und erweiterte Bedienfähigkeiten erwartet. Zum einen muss er ein mentales Modell eines jeden vorhandenen Assistenzsystems mit dessen spezifscher Mensch-Maschine-Schnittstelle aufbauen und dessen funktionale Grenzen verinnerlichen. Zum anderen muss er, nachdem er einen Teil seiner Fahraufgabe an ein Assistenzsystem übertragen hat, die (teil-)automatisierte Funktion überwachen, die Handlungen des Systems antizipieren und eine permanente Bereitschaft zur Rückübernahme der durch die Assistenzfunktion ausgeführten Fahraufgabe aufweisen. Die Rückübernahme geschieht entweder willentlich, wenn die Unterstützung nicht nach des Fahrers Vorstellung verläuft, oder sie ist obligatorisch, wenn die Assistenzfunktion an ihre funktionalen Grenzen stößt und explizit zur Übernahme auffordert.

Die Fähigkeit, die Umgebung eines Fahrzeugs wahrzunehmen, das Fahrzeug dabei stabil auf der Straße zu halten und zugleich der aktuellen Verkehrssituation angemessene Fahrmanöver auszuführen, ist nach wie vor ein herausragendes Leistungsmerkmal menschlicher Fahrer. Aus Gründen des Fahrkomforts, der Effzienz und der Verkehrssicherheit arbeiten jedoch Forschungsgruppen weltweit an autonomen technischen Systemen, welche diese Fähigkeiten nachbilden (siehe z. B. [1], [3], [6], [7], [2]).

Erste Assistenzfunktionen entstanden bereits in der Frühzeit der Automobilentwicklung, doch in der aktuell zu beobachtenden Häufung und Qualität sind sie eine noch junge Erscheinung. Systeme, die heute üblicherweise mit dem Begriff Fahrerassistenzsysteme in Verbindung gebracht werden, gibt es seit etwa 20 Jahren, und neue Innovationen kommen in immer kürzeren Abständen auf den Markt. Zum Zeitpunkt des Erscheinens dieses Handbuchs ist bereit s ei ne ga nze Reihe von Assisten zsystemen, die auf Basis des aktuellen Stands der Technik umsetzbar sind, in den Markt eingeführt worden und somit nicht mehr dem Forschungsstadium zuzuordnen. Der Markterfolg, insbesondere der Assistenzsysteme mit Umfelderfassung, ist bislang aber eher mäßig, und die Hersteller sehen sich der zweifachen Herausforderung einer kontinuierlichen Verbesserung und gleichzeitiger Kostensenkung gegenüber. Ein verbesserter Markterfolg ist jedoch nicht nur aus Sicht der Hersteller wünschenswert, sondern auch für die Verbesserung der aktiven Sicherheit von größter Bedeutung. Gesetzliche Initiativen, wie von der EU beabsichtigt [1], [2], können zu einem erheblichen Stück zahlwachst u m und d amit auch zur Kostensenkung der Systeme beitragen. Sie unterstützen darüber hinaus durch die mit der Gesetzgebung verbundene öffentliche Wirkung die Wahrnehmung und Bekanntheit dieser Systeme.