Mercedes-Benz-Forschung: Entwicklung von Assistenzsystemen für übermorgen

21.06.2007

Versuchsanordnung: Standardisierte Fahrten und Verkehrssituationen werden auf Simulatoren gefahren, um vergleichbare Daten zu gewinnen.

Nachdem heute aktive Sicherheitskomponenten wie elektronische Stabitätssysteme oder Anti-Blockier-Technik in vielen Serienfahrzeugen zum Einsatz kommen, richtet sich jetzt der Blick auf die nächste Generation intelligenter Assistenten. Ziel der Forschung etwa bei Mercedes-Benz ist es, Unfälle durch überhöhte Geschwindigkeit und durch das Abkommen von der Fahrbahn zu verhindern sowie das Autofahren an typischen Unfallbrennpunkten wie Kreuzungen, Einmündungen und Baustellen sicherer zu machen.

Dafür braucht es neue Technologien: Neben den bisherigen, die das Verkehrsgeschehen mithilfe von Nah- und Fernbereichs-Radarsensoren beobachten, halten in Zukunft auch videobasierte Assistenzfunktionen Einzug in die Autos. Kameras an der Innenseite der Frontscheibe liefern Computern die notwendigen Informationen, um den Fahrbahnverlauf, vorausfahrende oder am Straßenrand parkende Autos zu erkennen. Mehr noch: Die Systeme werden auch Fußgänger, Radfahrer, Verkehrszeichen, Ampeln und Fahrbahnmarkierungen „sehen“ und den Autofahrer frühzeitig auf drohende Gefahren aufmerksam machen.

Prozesse, die im Gehirn ablaufen, werden gleichfalls untersucht.

„Bildverstehen“ heißt der Fachbegriff für dieses Verfahren. Er signalisiert, dass es nicht nur um das Sehen mittels Videokamera geht -- es geht vor allem darum, die Bilder zu verstehen, zu interpretieren und zu beurteilen. Diese Aufgabe übernehmen Prozessoren, die dank hoher Rechnerleistung und modernster Berechnungsverfahren eine maschinelle Vorhersage über die Entwicklung der jeweiligen Verkehrssituation in den nächsten Sekunden ermöglichen.

Verkehrszeichen automatisch erkennen

Solche Frühwarnsysteme werden sich auf Basis der künstlichen Intelligenz verwirklichen lassen. Die ersten Anwendungen werden in einigen Jahren serienreif sein. Einer dieser Assistenten soll Autofahrer daran erinnern, die jeweils vorgeschriebene Geschwindigkeit einzuhalten: Eine Kamera an der Innenseite der Frontscheibe beobachtet permanent die Umgebung vor dem Auto und sucht mittels Computer aus diesem Bild runde Flächen aus und markiert sie. Im nächsten Schritt filtert die Algorithmik alle Gegenstände heraus, die zwar rund sind, aber keine Ähnlichkeit mit Verkehrsschildern haben. Übrig bleiben schließlich nur jene Zeichen, auf die das System programmiert ist: Kreisrunde Verkehrszeichen, die Tempolimits anzeigen. Sie werden aufgenommen und das Bild in das Cockpit-Display übertragen. So hat der Autofahrer stets die Information vor Augen, in welcher Tempozone er sich gegenwärtig befindet und kann seine Geschwindigkeit entsprechend anpassen. Wird die Tempobegrenzung wieder aufgehoben, erscheint auch dieses Verkehrszeichen im Display und signalisiert freie Fahrt.

System warnt, wenn Radfahrer oder Fußgänger kreuzen

Mit vier hinter der Scheibe montierten Kameras lernt das Auto dreidimensionales Sehen.

Ein anderes Forschungsprojekt von Daimler widmet sich dem Kreuzungsbereich. Laut Statistik ereignen sich in Deutschland fast ein Drittel aller Unfälle mit Personenschäden an Kreuzungen. Die meisten dieser Unfälle passieren beim Ein- und Abbiegen, beim Kreuzen sowie durch Missachtung von Stoppzeichen oder Ampelsignalen. Häufige Ursachen sind Ablenkung oder Unaufmerksamkeit. Oft reagiert der Mensch nur um den Bruchteil einer Sekunde zu langsam.

Assistenzsysteme kennen hingegen keine Schrecksekunde. Sie können Autofahrer frühzeitig bei Gefahr warnen. Voraussetzung ist allerdings, dass sie die jeweilige Situation richtig erkennen und verstehen. Die zentrale Idee besteht darin, auffällige Bildpunkte zu identifizieren und sie über einen gewissen Zeitraum zu verfolgen. Das kann zum Beispiel ein Radfahrer sein, der vor dem Auto unterwegs ist und möglicherweise bald nach links abbiegen möchte. Das Stereo-Bildsystem peilt den Radfahrer an und beschreibt ihn als eine Vielzahl einzelner Bildpunkte, von denen jeder einzelne in Bewegung ist. Beim sogenannten Tracking wird die Bewegung dieser Bildpunkte verfolgt und so die wahrscheinliche Bewegungsrichtung vorhergesagt. Das System kann so eine Aussage über eine mögliche Unfallgefahr treffen.

Das räumliche Sehen mit zwei Kamera-Augen verhilft Autofahrern auch in anderen Situationen zu mehr Durchblick. So werden zum Beispiel in engen Baustellen die Breite der Fahrbahn und die Platzreserven nach rechts und links genau vermessen, etwa bei der Einfahrt in die oft engen und unübersichtlichen Baustellenbereiche. Im Versuchswagen macht das System die freie Fahrspur als grün markierte Fläche sichtbar.

Räumliches Sehen erlaubt, den tatsächlich zur Verfügung stehenden Verkehrsraum (grün markiert) zu identifizieren.

Autos warnen sich gegenseitig vor Gefahren

Eine schnelle und frühzeitige Gefahrenwarnung wird für zukünftige Automobilgenerationen mithilfe der Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation angestrebt. Im Rahmen einer gemeinsamen europäischen und amerikanischen Initiative sollen die politischen Voraussetzungen für eine standardisierte Fahrzeug-Kommunikation in Europa und Amerika geschaffen werden. Wenn Autos gegenseitig Informationen austauschen, so die Überlegung, können Fahrer künftig Gefahren bereits erkennen, wenn sich die Gefahrenstelle noch hinter der nächsten Kurve befindet.

Die Fahrzeuge sollen über WLAN-Komponenten (Wireless Local Area Network) kommunizieren. Hier kann auf teure, fest installierte Sende- und Empfangseinrichtungen verzichtet werden, denn die Automobile sind Sender und Empfänger zugleich. Sie bauen ein spontanes Funk-Netzwerk (ad hoc-Funknetz) auf und senden Warnmeldungen an alle Fahrzeuge im Umkreis von etwa 500 Metern. Für Autos außerhalb der Funkreichweite dienen sie als Vermittler und geben die Warnung weiter. Zur Erfassung kritischer Situationen sind keine zusätzlichen Sensoren notwendig. Das Anti-Blockier-System (ABS), das Elektronische Stabilitäts-Programm (ESP), die Lenkwinkel-Sensoren, das Außenthermometer oder das Navigationssystem liefern die erforderlichen Informationen.

In der Serie wird die Darstellung der diversen Assistenzfunktionen wie gewohnt über ein zentrales Display geschehen.

Damit bereits die ersten mit einem solchen System ausgerüsteten Fahrzeuge einen sofortigen Nutzen haben, ist an eine Unterstützung über Funk-Baken am Straßenrand gedacht. Über solche stationären Funkknoten könnten außerdem Verkehrsmanagementzentralen mit zusätzlichen und besseren Informationen versorgt werden. Aber auch ein direkter Kontakt mit dem Internet ist möglich. So kann das Funknetz nicht nur dazu dienen, Autofahrer rechtzeitig auf kritische Situationen vorzubereiten, sondern auch, den Verkehrsfluss zu optimieren. Kommunizierende Autos sollen etwa ihre Passagiere an Staus vorbeilotsen oder Staus nach Möglichkeit von vornherein verhindern.

Angestrebt wird, diese Technologie auf einer breiten Basis von Automobil-, Zulieferer- und Elektronikindustrie zu entwickeln und zu standardisieren. Auch Teilnehmern, die sich dem Projekt erst später anschliessen, werden Zugang zu allen Informationen haben. Denn nur in Zusammenarbeit vieler Automobilhersteller und den zuständigen Behörden kann ein funktionierendes WLAN-Funknetz aufgebaut werden, das allen Verkehrsteilnehmern dient. Schließlich ist ein sinnvolle Nutzung erst möglich, wenn genügend Fahrzeuge mit dieser Technik ausgerüstet sind.

Mit intelligenten Assistenzsystemen und Kommunikationsfunktionen, die das Umfeld rund um das Fahrzeug verstehen und Situationen vorausschauend interpretieren können, will Mercedes-Benz in den nächsten Jahren einen weiteren wichtigen Schritt auf dem Weg zum unfallfreien Fahren gehen.

(Text: Rainer Roßbach)
(Fotos: Rainer Roßbach (3), Daimler (2))

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