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Automatisiertes Fahren

Intelligent Speed Assistance optimal umsetzen

Intelligent Speed Assistance ist eine Brückentechnologie auf dem Weg zum autonomen Fahren.
© Marko Rupena | Shutterstock.com

Ein Schritt auf dem Weg zum autonomen Fahren ist die verpflichtende Einführung von Systemen für Intelligent Speed Assistance (ISA). Doch wie lässt sich die neue Regelung adäquat umsetzen? Here Technologies hilft dabei.

Auf dem Weg zum vernetzten und automatisierten Fahren setzen die Automobilhersteller zunehmend auf Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems / ADAS). ADAS-Funktionen unterstützen die Fahrer:innen hinsichtlich mehr Komfort, effizienterem Fahren und höherer Sicherheit. Insbesondere die Einhaltung der vorgeschriebenen Geschwindigkeit ist ein entscheidender Faktor, um Unfälle zu vermeiden. Dem trug die Europäische Kommission Rechnung und verabschiedete eine Reihe von verbindlichen Sicherheitsstandards für alle in der Europäischen Union verkauften Neufahrzeuge.

Eine Technologie, die unter dem neuen Rahmenwerk eingeführt wird, ist Intelligent Speed Assistance (ISA). Die General Safety Regulation (EG Nr. 661/2009), die die Europäische Kommission im Jahr 2009 verabschiedete, wird in diesem Jahr um eine Verordnung ergänzt, die ISA-konforme Technologien verbindlich vorschreibt. Ab Mitte 2022 wird ISA in allen neu im Markt eingeführte Fahrzeugtypen der Klassen M und N (Pkw, Transporter, Lkw und Busse) umgesetzt werden müssen. Bis Mitte 2024 müssen sämtliche neuen, innerhalb der EU verkauften Fahrzeuge serienmäßig mit ISA-Systemen ausgestattet sein.

Intelligent Speed Assistance warnt bei zu schnellem Fahren

Was charakterisiert ISA genau? Die EU-Kommission hat die technischen Anforderungen an ISA und die Testverfahren zur Systemabnahme und Zulassung definiert. ISA ist ein fahrzeuginternes Assistenzsystem, das Fahrer:innen über die auf der aktuell befahrenen Straße geltende zulässige Geschwindigkeit informiert, beim Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit warnt oder sogar daran hindert. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn Fahrer:innen abgelenkt sind, Verkehrsschilder übersehen, durch Wetter- und Umweltfaktoren in der Sicht beeinträchtigt sind oder situationsbedingte Geschwindigkeitslimits schwer zu erkennen sind. In diesen Fällen unterstützt ISA die Fahrer:innen und informiert oder fordert sie dazu auf, die gesetzlichen Geschwindigkeitsbegrenzungen einzuhalten. Dies soll dazu beitragen, Unfälle zu verhindern und die Sicherheit im Straßenverkehr insgesamt zu erhöhen.

ISA kann im Wesentlichen durch drei aufeinander aufbaubare Funktionen umgesetzt werden: In einer minimalen Umsetzung zeigt das ISA-System über ein Display in direkter Sichtlinie das derzeit geltende Tempolimit an. In einer möglichen zweiten Funktionsstufe werden die Fahrer:innen bei einer Überschreitung der Geschwindigkeit audiovisuell gewarnt. In beiden Stufen behalten Fahrer:innen weiterhin eigenständig die volle Kontrolle über die gefahrene Geschwindigkeit. In der dritten Funktionsstufe schließlich begrenzt ISA die Höchstgeschwindigkeit automatisch entsprechend dem geltenden Tempolimit. Wenn aktiviert, können Fahrer:innen nur durch zusätzlichen Druck auf das Gaspedal über das erlaubte Tempolimit hinaus beschleunigen. Dabei erhalten sie in der Regel Warnungen vom System.

Kameras erkennen nicht alle Geschwindigkeitsbegrenzungen

Eine zentrale Herausforderung besteht darin, zu ermitteln, welche Tempolimits auf dem Straßenabschnitt gelten, auf dem sich das Fahrzeug aktuell befindet. Die ISA-Verordnung der Europäischen Kommission schreibt nämlich eine korrekte Anwendung der Tempolimits für mindestens 90 Prozent der gefahrenen Strecke beim Systemabnahmetest vor.

Here Technologies hat analysiert, dass über 60 Prozent der geltenden Tempolimits auf europäischen Straßen nicht mittels expliziter Schilder ausgewiesen sind (Bild 1).

Bild 1. Anteil der Geschwindigkeitsbegrenzungen, die explizit ausgewiesen sind, in Prozent.
Bild 1. Anteil der Geschwindigkeitsbegrenzungen, die explizit ausgewiesen sind, in Prozent.
© Here Technologies

Stattdessen muss die gültige Geschwindigkeitsbegrenzung über verschiedene andere Hinweise ermittelt werden. In allen EU-Ländern werden zudem generelle Tempolimits, etwa für Autobahnen oder städtische Gebiete, über landesweite Regelungen bestimmt und dann nicht immer über explizite Schilder ausgewiesen, sodass sie für Kameras nicht immer oder gar nicht wahrnehmbar sind.

Unter expliziten Tempolimits versteht man Schilder, welche die erlaubte Geschwindigkeit numerisch anzeigen. Implizite Tempolimits ergeben sich aus Schildern wie zum Beispiel denen für Ortseingang, Spielstraße oder den Beginn einer Kraftfahrstraße oder Autobahn. Diese Schilder zeigen nicht explizit die erlaubte Geschwindigkeit an (Bild 2).

Bild 2. Explizite und implizite Tempolimits.
Bild 2. Explizite und implizite Tempolimits.
© Here Technologies

Und dann gibt es die regionalen und landesweiten Regularien, die gar nicht über Schilder kommuniziert werden. Eine weitere Herausforderung: Manche Geschwindigkeitsbegrenzungen sind abhängig von der Tageszeit, den aktuellen Wetterbedingungen, der Anzahl der Fahrspuren oder dem Fahrzeug selbst.

Verfügt ein Schild beispielsweise über den Zusatz »bei Nässe«, kann eine Kamera mit intelligenter Bildverarbeitungs-Software diese Information erkennen und weiterreichen. So können die Daten des Regensensors mit der Assistenzsoftware verknüpfen werden, damit das ISA-System die richtigen Schlüsse ziehen und verlässliche Ergebnisse liefern kann. Dazu muss das System aber das kleine und für Kameras oft schlecht erkennbare Zusatzschild überhaupt erst erkennen. Front-Kameras benötigen eine optimale und klare Sicht auf das Verkehrsgeschehen, um verlässliche Ergebnisse zu liefern. Verkehrsschilder können aber durch Wetter, Beschädigungen, Laubbewuchs, Verschmutzung, Straßenbau-Maßnahmen oder mangelnder Instandhaltung für die Kamera schwer oder gar nicht erkennbar sein. Das wird zur Herausforderung für das ISA-System.

Ein weiteres Beispiel: Manche Tempolimits wiederum beziehen sich ausschließlich auf die jeweilige Spur, auf der sich das Fahrzeug gerade bewegt – beispielsweise auf einer Abbiege-Spur, für die Tempo 40 gilt. Die Kameras und Sensoren können diese Information nicht immer richtig deuten. Andere Geschwindigkeitsbegrenzungen hingegen sind abhängig von einem bestimmten Kontext. Sie gelten beispielsweise ausschließlich für Lkw, für Fahrzeuge mit Gefahrengut oder für Pkw mit Anhänger. Das ISA-System könnte solche Schilder aber als Limits interpretieren, die für alle Verkehrsteilnehmer bindend sind, was zu falschen Ergebnissen führt.

Da diese Herausforderung so groß ist, wurden Geschwindigkeitsbeschränkungen mit Zusatzschildern von den offiziellen ISA-Systemtests ausgeklammert. Für die Fahrer:innen jedoch bleiben sie Teil der Nutzererfahrung und beeinflussen das Vertrauen in die Technik und die Kundenzufriedenheit, wenn Informationen falsch oder gar nicht interpretiert und vom System entsprechen genutzt werden. Daher setzen moderne ISA-Systeme auf eine Vielzahl an Datenpunkten, um Tempolimits verlässlich zu ermitteln und einzuhalten.

Tempolimit durch verschiedene Datenpunkte ermitteln

ISA-Systeme greifen auf verschiedene Datenpunkte zu, um die aktuell erlaubte Geschwindigkeit zu ermitteln. Im Bereich der Sensorik werden nach vorne gerichtete Kameras und GNSS für die Ortsbestimmung als Minimum für ISA angesehen. Weitere fahrzeuginterne Sensoren wie Ultraschall-, Radar- und LiDAR-Systeme können zusätzliche Informationen über die unmittelbare Umgebung, Entfernungen und Abstände zu Hindernissen und sonstigen Objekten liefern. Sie sind wichtig für erweiterte ADAS-Funktionen wie adaptive Tempomaten und Spurhalteassistenten und stellen auch erweiterte Daten für ISA bereit.

Da aber nicht alle Geschwindigkeitsbeschränkungen durch Sensorik erkennbar sind, empfehlen sich für ISA neben Sensorik auch eine digitale Karte sowie ein elektronischer Horizont. In einer digitalen Karte sind nicht nur Informationen über die Strecke oder die Anzahl an Spuren hinterlegt, sondern auch geltende Tempolimits mit möglichen bedingenden Faktoren auf die jeweiligen Straßensegmente kodiert. Damit stehen Tempolimits für alle Straßen in der Karte zur Verfügung, unabhängig ob diese durch explizite oder implizite Schilder erkennbar sind, ob sie variable sowie kontext-abhängige Tempolimits sind oder sich durch generelle Regelungen ergeben und nicht ausgeschildert sind.

Beim elektronischen Horizont handelt es sich um eine Software, die digitale Kartendaten mit Informationen über Position und Straßenverhältnisse aus der Sensorik kombiniert und damit ein Modell der vorausliegenden Strecke erzeugt. Dies umfasst Streckenabschnitte von einigen hundert Metern bis hin zu mehreren Kilometern. Die Daten des elektronischen Horizonts werden den Assistenzsystemen zur Verfügung gestellt, damit diese fehlerfrei funktionieren.

Kontinuierlicher Realitätsabgleich zwischen Karten- und Sensordaten

Um also störende Faktoren auszugleichen, sollten die über die Kameras generierten Daten mit digitalem Kartenmaterial über einen elektronischen Horizont kombiniert werden. Die digitale Karte trägt dazu bei, die ISA-Anforderungen zu erfüllen – was rein über Sensorik nicht möglich ist. Um Systeme für ISA, ADAS und das automatisierte Fahren zu unterstützen, bietet Here eine minimalistische ISA Map, eine umfassende ADAS Map und die hochgenaue HD Live Map an.

Die Kartenprodukte bauen aufeinander auf und bieten von Straßengeometrien, Straßenattributen und Geschwindigkeitsbeschränkungen über ADAS-relevante erweiterte Geometrien und Attribute bis hin zu detailgenauen Informationen zu Fahrspuren, Fahrbahnmarkierungen, Positionen von Schildern und Ampeln, Leitplanken und viele weitere Objekte mit höchster Präzision eine Vielzahl an Daten, um die Sensorik zu ergänzen und zu erweitern. So kann ein umfassendes Bild der momentanen Verkehrssituation erzielt werden, das allein mit Sensorik in der Tiefe und Länge der Voraussicht nicht möglich ist.

Die Here-Karten werden aus verschiedensten Quellen mit validen Informationen gespeist. Hierfür betreibt Here eine Flotte an eigenen Vermessungsfahrzeugen. Diese erfassen und sammeln weltweit Daten über Millionen von Straßenkilometern. Die Fahrzeuge verfügen über modernste Sensoren wie etwa hochauflösende Kameras und LiDAR-basierte Entfernungsmesser für eine hochpräzise Erfassung von Daten. Um eine große Menge an aktuellen Datenpunkten für die kontinuierliche Aktualisierung der Karte zu bekommen, werden außerdem ständig große Mengen an Fahrzeugsensordaten anonymisiert an Here übertragen. Zudem fließen in das Kartenmaterial viele weitere Informationen ein: Satellitenbilder, zugekaufte Daten, oder Updates aus der Nutzer-Community.

ISA als Brücke zum automatisierten Fahren

ISA-Systeme sind nur ein kleiner Zwischenschritt hin zum erklärten Fernziel, dem automatisierten Fahren. Dennoch gilt ISA als Technologien, die eine Brücke dahin schlägt. Denn als EU-weite Vorschrift ist ISA für alle Hersteller verpflichtend, sodass sie entsprechende Systeme entwickeln, testen und in fast alle ihre Fahrzeuge integrieren müssen. Dabei sind sie an einen strikten, zeitlichen Umsetzungsplan gebunden.

Die in ISA verwendeten Technologien lassen sich natürlich auch in ADAS-Lösungen nutzen, die über das bloße Ermitteln und Anzeigen der Geschwindigkeit – und Warnen bei einer Überschreitung – deutlich hinausgehen. Dazu zählen beispielsweise die automatische Abstandsregelung (Adaptive Cruise Control / ACC), der Spurhalteassistent (Lane Keeping Assistant System / LKAS), Assistenzsysteme die für mehr Effizienz sorgen, Steuerung in Hybridfahrzeugen die zwischen Verbrenner- und Elektromotor hin und her schalten, Notbrems-Systeme, Rückfahrkameras oder die Einparkhilfen.

Die verpflichtenden ISA-Systeme bringen Technologien wie Kamerasysteme und digitale Karten in fast jedes Fahrzeug. Die Einführung von ISA wird außerdem die Akzeptanz von Assistenzsystem hin zum automatisierten Fahren erhöhen. Denn Fahrer:innen bauen durch ein perfekt funktionierendes ISA-System schneller vertrauen für Assistenzfunktionen im Fahrzeug auf und möchten sie irgendwann nicht mehr missen. Die digitale Karte von Here in Kombination mit Kamera-Technologien und einem elektronischen Horizont leistet dabei nicht nur wertvolle Unterstützung bei der Umsetzung von ISA, sondern auch bei der Realisierung anspruchsvollerer ADAS-Lösungen.

Ausblick

Die Entwicklung und Integration von ISA-Systemen in Neufahrzeuge wird in den kommenden Jahren zur Pflicht für alle Automobilhersteller. Dabei soll ISA Fahrer:innen mit genauen und zuverlässigen Informationen zu Tempolimits versorgen und sie zu deren Einhaltung motivieren. Dies lässt sich kombinieren mit Mechanismen, die physisch von Tempolimit-Überschreitungen abhalten. Unabdingbar hierfür ist eine sinnvolle Kombination verschiedener Technologien. Dazu zählen hochwertige Kamera-Systeme ebenso wie weitere fahrzeuginterne Sensoren, ein elektronischer Horizont und digitale Karten – wie die von Here.

Im Ergebnis soll dieses Gesamtportfolio dazu beitragen, sowohl die Häufigkeit als auch die Schwere von Verkehrsunfällen zu reduzieren und die Sicherheit im Straßenverkehr auf ein neues Niveau zu heben. Die Chance besteht darin, über ISA hinaus weitere Assistenzsysteme anzubieten, und so die Akzeptanz dieser Systeme zu erhöhen und den Weg hin zum automatisieren Fahren zu ebnen.

 

 

 

Der Autor

Philip Hubertus
leitet das Produkt-Management-Team für Automated Driving Content bei Here Technologies. Mit seinem Team definiert und managt er Kartenprodukte, die Fahrerassistenz ermöglichen, sowie die Here HD Live Map, die das automatisierte Fahren unterstützt. Bei Here hat Hubertus erfolgreich verschiedene Teams aufgebaut, Enterprise Web Services skaliert und die Veröffentlichungen von Navigationsdaten vorangetrieben.
Zusätzlich zu seiner Haupttätigkeit arbeitet Hubertus aktiv an der Entwicklung und Vermarktung des weltweiten Standards für Kartendaten in automobilen Ökosystemen: NDS (Navigation Data Standard) – ein Gemeinschaftsprojekt von über 40 Unternehmen aus der Automobilindustrie.


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