Fahrerassistenzsysteme Wie Assistenzsysteme autonomen Fahrzeugen das Sehen ermöglichen

Autor / Redakteur: Narayan Purohit * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Leistungsfähige Assistenzsysteme ebnen den Weg in Richtung auto­nomes Fahren. Besonders wichtig sind dabei Bildverarbeitungssysteme, mit denen das autonome Auto seine Umgebung „sehen“ kann.

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Autonomes Fahren: Mehrere Kameras und intelligente Bildverarbeitung sind Voraussetzung dafür, dass das Fahrzeug seine Umgebung wahrnehmen kann.
Autonomes Fahren: Mehrere Kameras und intelligente Bildverarbeitung sind Voraussetzung dafür, dass das Fahrzeug seine Umgebung wahrnehmen kann.
(Bild: © RioPatuca Images - Fotolia)

Im Laufe der Zeit wurden in Personenkraftwagen Hunderte neuer Ideen verwirklicht sowie Systeme und Funktionen entwickelt, die heute zu einem Standard-Ausstattungsmerkmal zählen. Einige dieser Funktionen stechen durch ihre Leistungsfähigkeit, den Komfort und die Sicherheit, die sie bieten, hervor. Dazu zählen Turbolader, Kraftstoff-Einspritzsysteme, Navigations-/Infotainment-Systeme, Airbags und Antiblockiersysteme.

Zukünftige Assistenzsysteme werden völlig neue Funktionen im Auto ermöglichen

Der heutige Oberbegriff für eine Reihe von Funktionen im Auto lautet ADAS (Advanced Driver Assistance Systems). Diese Systeme unterstützen, ergänzen und ersetzen sogar den Fahrer, um die Gefahren durch menschlichen Konzentrationsverlust, Fehleinschätzung und Müdigkeit zu verringern. Eine wichtige Funktion für zukünftige ADAS-Anwendungen ist die Bildverarbeitung. Die technologische Weiterentwicklung von CMOS-Bildsensoren spielt dabei eine entscheidende Rolle, um Systeme auf den Markt zu bringen, die in den nächsten Jahren völlig neue Funktionen in unseren Autos ermöglichen.

Die Oberklasse bietet schon viele ADAS-Funktonen

Einige Fahrzeuge der Oberklasse bieten bereits grundlegende ADAS-Funktionen wie Spurhalteassistent, Kollisionswarnung, adaptives Fernlicht, autonomes Bremsen und andere Sicherheitsfunktionen. Kameras unterstützen den Fahrer in vielerlei Hinsicht, z.B. beim Einparken über Rückfahrkameras, als Parkassistent, bei der Rundum-Ansicht (Surround View) sowie bei der Beifahrer-/Mitfahrer-Beobachtung. Die Zahl und Vielfalt dieser Anwendungen wächst dabei stetig.

Schon in zwei bis drei Jahren werden wir eine Verschmelzung bestehender ADAS-Funktionen mit Bildverarbeitungsfunktionen sehen. Dies ermöglicht hochverlässliche Systeme, die auf Basis von Echtzeit-Ereignissen oder der Vorhersage von Situationen teilweise die Kontrolle über die Fahrzeugbewegung übernehmen. Bildsensoren können dann z.B. Seiten- und Rückspiegel ersetzen, um tote Winkel zu vermeiden. Als Teil eines ADAS kann ein Fahrzeug dann auch automatisch daran gehindert werden, seine Richtung zu ändern, z.B. wenn es in einen gefährlichen Straßenverlauf bzw. in eine falsche Fahrspur gerät.

Ziel ist das vollständige autonome Fahrzeug

Ein automatisches Bremsen oder Lenken auf Basis von Bildsensoren und anderer Komponenten (LiDAR, RADAR) vermeidet Unfälle und ändert letztendlich die Art und Weise wie wir fahren und reisen. Ziel ist das vollständige autonome Fahrzeug. Für diejenigen, die das interaktive Fahren schätzen, sind das zwar schlechte Nachrichten; aber die tiefgreifenden Änderungen werden von allen geschätzt, die schnell von A nach B gelangen möchten – und das mit möglichst komfortabel und sicher.

Standards für ADAS & Leistungsfähigkeit

Die ASIL-Zertifizierung (Automotive Safety Integrity Level) ist ein Klassifizierungsschema nach ISO 26262, das als Referenz für die Einhaltung und Eignung dieser Standards bei neuen Systemen dient, wenn bestehende ADAS-Funktionen und Bildverarbeitungsanwendungen verschmelzen und Funktionen wie Kollisionsvermeidung und elektronisches Bremsen die Kontrolle des Fahrzeugs übernehmen.

ASIL ist in vier Stufen (A bis D) eingeteilt, die die aufsteigende Gefährdung im Automotive-Bereich und die Strenge der zugehörigen Sicherheitssysteme abdecken. Die Stufe D fordert dabei die strengste Auslegung. ASIL-B-Konformität ist derzeit das Ziel von ADAS-Entwicklern, die dem European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) angeschlossen sind. Das Programm wird auch die zukünftigen Sicherheits-Leistungsstufen definieren.

Um die erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit neuer ADAS zu garantieren, muss die Frame-by-Frame- und Block-by-Block-Performance der CMOS-Bildsensoren extrem zuverlässig sein. Dies muss bereits zu Beginn des gesamten Prozesses gewährleistet sein.

Automotive-Anwendungen werden durch Betriebsumgebungen/-bedingungen typisiert, die mitunter sehr rau sein können. Temperatur, Vibration, Feuchtigkeit und elektromagnetische Störungen (EMI) sind nur einige der Faktoren, die die Langzeitleistung elektronischer Bauteile in den verschiedenen Fahrzeugsystemen, einschließlich ADAS, beinträchtigen.

Heute die Bildsensoren von morgen entwickeln

Da der Markt für aktive Sicherheit und das Verschmelzen von Bildverarbeitungs- und ADAS-Funktionen weiter an Fahrt gewinnt, wird ON Semiconductor die Weiterentwicklung von Bildsensoren vorantreiben. Damit ergeben sich Funktionen, mit denen sich die Anforderungen kommender ADAS für eine höhere ASIL-Konformität erfüllen lassen.

* Narayan Purohit ist Product Line Manager, Automotive Image Sensors, ON Semiconductor.

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