Fahrassistenz

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Fahrassistenz
Radar
Lidar

Fahrassistenz:
Systeme, die unter dem Begriff „Fahrassistenz“ fallen, unterstützen den Fahrer beim Fahren. Generell dient die Fahrassistenz der Erhöhung der Sicherheit. Oftmals arbeiten mehrere Systeme zusammen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Folgende Systeme können als Fahrassistenzsysteme klassifiziert werden:

LDW (Country Departure Warming). Funktion: Benachrichtigung beim Überqueren der Fahrbahnbegrenzung;
TSR (Verkehrszeichenerkennung). Funktion: Verkehrszeichen erkennen und den Fahrer darauf aufmerksam machen;
ACC (Aktive Geschwindigkeitsregelung). Funktion: Automatisches Halten des Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug;
BSD (Blink Spot Detection). Funktion: Benachrichtigung über Fahrzeuge im toten Winkel;
ALC (Adaptive Lichtsteuerung). Funktion: Licht automatisch ein- und ausschalten und teilweise auch den Reflektor drehen;
Pre-Crash-Systeme. Funktion: automatisches Bremsen zur Kollisionsvermeidung;
Fußgängererkennung. Funktion: Fußgängererkennung;
Regen-/Lichterkennung. Funktion: Scheibenwischer schalten sich automatisch ein und aus, wenn Regen erkannt wird;
HDC (Hill Descent Control). Funktion: Abstiegshilfe;
Berganfahr-/Berganfahrassistent. Funktion: Feststellbremse im Stand am Berg betätigen und beim Anfahren lösen;
Surround-View-System. Funktion: Rundumsichtsystem mittels verschiedener Kameras;
Adaptives Fern-/Kurvenlicht. Funktion: Blendschutz für Gegenverkehr;
Automatisches Parken. Funktion: automatisches Parksystem;
Erkennung der Müdigkeit des Fahrers. Funktion: Erkennung der Aufmerksamkeit des Fahrers, z.B. Einschlafen.
Navigationssystem. Funktion: Zum angegebenen Ziel navigieren. Bei einem Hybridauto kann der Ladezustand auf der vorgegebenen Strecke angepasst werden.

Eine Kombination der oben genannten Systeme bildet die Basis für ein autonom fahrendes Auto. Komponenten wie Radar, Videokameras und Ultraschallsensoren sind eine Erweiterung der zuvor genannten Systeme.

Radar:
Radar wird seit einigen Jahren zur automatischen Steuerung von Geschwindigkeits-, Brems- und Sicherheitssystemen als Reaktion auf plötzliche Änderungen der Verkehrsbedingungen eingesetzt. Die Hauptaufgabe des Radarsensors besteht darin, Objekte zu erkennen und anschließend deren Geschwindigkeit und Position im Verhältnis zum Fahrzeug, an dem die Sensoren montiert sind, zu bestimmen. Um dies zu erreichen, verfügt der Radarsensor über vier Antennen, die gleichzeitig Radarwellen mit einer Frequenz üblicherweise zwischen 76 und 77 GHz aussenden. Diese Wellen werden vom Objekt zurückreflektiert und von den Antennen empfangen. Durch den Vergleich der Phasenunterschiede und der Amplituden der Signalechos können die Positionen der Objekte bestimmt werden.

Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Automobilanwendungen, für die das Radar eingesetzt wird.

Man unterscheidet drei Arten von Radarsystemen: Kurz-, Mittel- und Langstreckenradar.

Kurzstreckenradar (SRR)
Rückwärts einparken: Beim automatischen Einparken sind Ultraschallsensoren zu langsam, als dass der Computer den Abstand zwischen zwei Autos erkennen könnte, daher kommt auch hier die SRR zum Einsatz.
Fußgängererkennung: Auch in unklaren Situationen greift das System ein, wenn sich ein Fußgänger nähert. Erfolgt keine rechtzeitige Reaktion, bremst das Fahrzeug automatisch ab.

Mittelstreckenradar (MRR)
Querverkehrswarnung: Wenn der Fahrer bei klarer Situation rückwärts aus der Parklücke fährt, warnt das System vor herannahenden Fahrzeugen (siehe Abbildung unten).

Langstreckenradar (LRR)
Aktive Geschwindigkeitsregelung (ACC): Mit einer Reichweite von 150 bis 250 Metern und einer Fahrzeuggeschwindigkeitserkennung von 30 bis 250 km/h eignet sich der LRR als Radarsystem für die aktive Geschwindigkeitsregelung. Der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug kann vom Fahrer eingestellt werden. Oftmals sind 4 bis 8 Phasen möglich. Jede Phase ist eine Anzahl von Metern. Im Folgenden wird die Funktionsweise des aktiven Tempomaten erläutert.

Die Automatische Distanzregelung (ADC) ist daher in der Lage, bei der Erfassung eines Objekts einen Bremseingriff durchzuführen. Die folgenden Bilder zeigen die ACC (Aktive Geschwindigkeitsregelung) eines Volkswagen Phaeton.

Die elektrische Installation des ACC ist in den folgenden Diagrammen dargestellt. G550 ist der Sensor zur automatischen Distanzkontrolle. Die Drähte von Pin 4 und 5 beziehen sich auf 17 und 18 im folgenden Diagramm.

Im folgenden Diagramm wird auf die Positionen 17 und 18 verwiesen. Dies scheinen CAN-Bus-Kabel (Extended Low) (B665 und B666) zu sein, die mit dem Steuergerät J533 verbunden sind. J383 kommuniziert mit J390 (Steuergerät Bremskraftverstärker) über CAN-Bus Drive High (B533 und B539). Das folgende Diagramm zeigt mehrere Verbindungen zu diesem Steuergerät.

Das Steuergerät J539 steuert das Ventil N374 für ADR (Automatische Distanzregelung) und das Ventil F318 (Servo am Bremskraftverstärker) für die Bremsung. Hier sind auch die Leitungen CAN-High (B383) und CAN-Low (B390) aus dem vorherigen Diagramm zu sehen.

Lidar:
LIDAR (Light Detection And Ranging oder Laser Imaging Detection And Ranging) ist eine Technologie, die mithilfe von Laserimpulsen die Entfernung zu einem Objekt oder einer Oberfläche bestimmt. Die Funktionsweise von Lidar ähnelt der von Radar: Ein Signal wird gesendet und gesendet Einige Zeit später wird es durch Reflexion erneut erfasst. Durch die Messung dieser Zeit wird die Entfernung zu diesem Objekt bestimmt. Der Unterschied zwischen Lidar und Radar besteht darin, dass Lidar Laserlicht verwendet, während Radar Radiowellen verwendet. Dies bedeutet, dass mit Lidar viel kleinere Objekte erkannt werden können als beim Radar. Die Wellenlänge von Radiowellen liegt bei etwa 1 cm, die von Laserlicht zwischen 10 μm (IR) und 250 nm (UV). Bei dieser Wellenlänge werden die Wellen von kleinen Objekten besser reflektiert.

Ein Lidar-Sensor sendet ein moduliertes, kontinuierliches Infrarotsignal aus, das von einem Objekt reflektiert und von einer oder mehreren Fotodioden im Sensor empfangen wird. Das modulierte Signal kann aus Rechteckwellen, Sinusschwingungen oder Impulsen bestehen. Der Modulator überträgt das empfangene Signal an den Empfänger. Das empfangene Signal wird mit dem gesendeten Signal verglichen, um zu prüfen, ob eine Phasendifferenz vorliegt und um die Zeit zwischen Senden und Empfangen zu überprüfen. Aus diesen Daten wird die Entfernung zum Objekt ermittelt.

Lidar-Systeme arbeiten mit Lichtgeschwindigkeit, die mehr als 1.000.000 Mal schneller ist als die Schallgeschwindigkeit. Anstatt Schallwellen auszusenden, senden und empfangen sie jede Sekunde Daten von Hunderttausenden Laserimpulsen. Ein Bordcomputer erfasst den Reflexionspunkt jedes Lasers und übersetzt diese sich schnell aktualisierende „Punktwolke“ in eine animierte 3D-Darstellung seiner Umgebung.

Dabei wird nicht nur das Objekt auf einem Bildschirm dargestellt, der Computer schätzt auch ab, welche Bewegungen das Objekt ausführen kann. Ein Fahrzeug kann sich schnell vorwärts und rückwärts bewegen, jedoch nicht seitwärts. Allerdings kann sich eine Person in jede Richtung bewegen, allerdings mit relativ langsamer Geschwindigkeit. Das Lidar-System erstellt stets eine Momentaufnahme der Situation, in der sich das Auto befindet. Der Fahrassistent trifft jede Minute mehr als hundert Entscheidungen, um ein sicheres Fahren zu gewährleisten.

Der Aufbau eines Lidar-Sensors ist wie folgt:

Lichtquelle: Dies kann ein Laser, eine LED oder eine VCSEL-Diode sein, die Licht in Impulsen aussendet;
Scanner und Optik: Diese Teile leiten das Licht über einen Spiegel oder eine Linse nach außen. Die Linse fokussiert das reflektierte Licht auf einen Fotodetektor;
Fotodetektor und Elektronik; Das Licht wird in einem Fotodetektor, beispielsweise einer Fotodiode, gesammelt. Die Elektronik verarbeitet die Bilddaten digital;
Positions- und Navigationssystem: Mobile Lidar-Systeme benötigen ein GPS-System, um die genaue Position und Ausrichtung des Sensors zu bestimmen.

Autonomes Fahren mit Lidar:

Google kombiniert Lidar und Radar;
Intel setzt komplett auf Kameratechnik.
Vereinbarung zwischen Herstellern: Sie kombinieren visuelle (Kamera-)Bilder mit Sensorinformationen.
Wenn ein System ausfällt, wird die andere Technologie dies trotzdem erkennen und eingreifen, um in einen abgesicherten Modus zu wechseln.