Kooperative Sensorik zur Steigerung von Fahrzeugsicherheit und Fahrkomfort Kooperative Sicherheit

Die BMW Forschung und Technik GmbH entwickelt mit Partnern im Rahmen der Forschungsinitiative Kooperative Fahrzeugsicherheit (Ko-FAS) im Teilprojekt Ko-TAG eine kooperative Sensortechnologie zur Anwendung für Fahrzeugsicherheitsfunktionen. Das entwickelte Sensorsystem arbeitet nach dem Prinzip des Sekundärradars, welches in der Luftfahrt bereits seit vielen Jahren zuverlässig und erfolgreich eingesetzt wird. Dabei können kooperative Objekte, die einen Transponder (intelligentes Radarziel) bei sich tragen, vom Fahrzeug aus präzise geortet werden. Gleichzeitig zum Messvorgang werden zwischen Messobjekt und Sensor Daten ausgetauscht. Bei den kooperativen Objekten kann es sich um verletzliche Verkehrsteilnehmer (z.B. Fußgänger oder Radfahrer), Fahrzeuge oder auch In­frastrukturelemente, wie Baustellenschilder oder Bahnübergänge, handeln.

Fahrerassistenzsysteme auf Basis von Ultraschall, Kamera, Millimeterwellen-Radar oder Lasertechnik (LIDAR) tragen seit vielen Jahren zur Steigerung der Sicherheit im Straßenverkehr bei und werden derzeit im Rahmen vieler Forschungsprojekte intensiv untersucht und weiterentwickelt. Diese Systeme erfassen das Fahrumfeld (Perzeption), indem je nach Messprinzip Objekte und relevante Umgebungsinformationen detektiert sowie über charakteristische Eigenschaften klassifiziert werden. Droht eine gefährliche Verkehrssituation – beispielsweise das unbeabsichtigte Verlassen der Fahrbahn oder eine Kollision mit einem anderen Verkehrsteilnehmer – kann dies durch die Perzeptionssensoren erkannt werden. Die entwickelten Assistenzsysteme geben in diesem Fall eine Warnung an den Fahrer aus oder greifen in letzter Konsequenz aktiv in die Fahrzeugdynamik ein, falls ein Unfall unvermeidlich geworden ist.

Für die Detektion der relevanten Umgebungsinformation ist bei heute genutzten, primären Perzeptionstechnologien eine Sichtverbindung zwischen Sensor und dem zu detektierenden Objekt notwendig. Die Klassifikationsgüte hängt dabei entscheidend vom Detailreichtum der Sensordaten ab. Diesem sind häufig durch enge technologische (Arbeitsfrequenz), wirtschaftliche (Systemkomplexität) oder rechtliche Rahmenbedingungen (Bandbreite) klare Grenzen gesetzt. Die Komplexität einer Szene, die Beleuchtungsverhältnisse und die Witterung können darüber hinaus einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des Perzeptionssystems haben.

Im Gegensatz zur herkömmlichen, primären Perzeptionstechnologie nutzt kooperative Sensorik kooperative Zielobjekte, die mit dem abfragenden, ortenden Sensor (z.B. Radarsystem) zusammenarbeiten. Kooperative Sensorik wurde bereits in den 1940er-Jahren für militärische Zwecke entwickelt (Freund-Feind-Erkennung) und findet seither im Bereich der professionellen Technik (z.B. in der Luft- und Seefahrt) überall dort Verwendung, wo es auf höchste Sicherheit und größte Zuverlässigkeit ankommt. Seit 2006 wird das vielversprechende Prinzip der kooperativen Sensorik von der BMW Forschung und Technik GmbH für Anwendungen im Straßenverkehr praktisch untersucht. Derzeit wird es in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojekt Ko-FAS im Teilprojekt Ko-TAG intensiv für Fahrzeugsicherheitsanwendungen – speziell auch zum Fußgängerschutz – weiterentwickelt.

Im Ko-TAG-System trägt der Verkehrsteilnehmer einen aktiven Transponder (SafeTAG), welcher vom Fahrzeug aus geortet werden kann. Durch eine zusätzliche Datenübertragung kann neben einer zuverlässigen Positionsbestimmung auch zweifelsfrei der Typ des ansonsten anonymen Verkehrsteilnehmers vom Transponder übertragen werden, wodurch eine absolut eindeutige Klassifikation, etwa als Fußgänger, Radfahrer oder Pkw, möglich ist. Rückschlüsse auf die Identität des Trägers oder eine ständige Verfolgung von Personen sind aufgrund der Ortungs- und Kommunikationsdaten nicht möglich, da Transponder regelmäßig ihre eigene Netzwerkadresse ändern und nur in einem begrenzten Bereich vor dem Fahrzeug geortet werden können (Bild 1).

Durch die Wahl eines geeigneten Frequenzbereiches (5,9 GHz) ist sichergestellt, dass eine Ortung auch möglich ist, wenn keine direkte Sichtverbindung besteht. Die hohe Sicherheit in der Klassifikation und die präzise Detektion auch bei Sichtverdeckung führen zu einer deutlichen Reduktion der Zeit zwischen dem Auftreten einer kritischen Situation und deren Erkennung durch das Sicherheitssystem. Durch die geringere Reaktionszeit des Systems werden Schutzmaßnahmen früher eingeleitet und die Wirksamkeit entscheidend gegenüber herkömmlichen Schutzsystemen erhöht.