Audi zFAS Enorme Datenmengen bewältigen

Fahrfunktionen und Sensorinformationen kombiniert mit spezieller Hardware-Lösungen.
Eine Vielzahl von Sensoren helfen, ein Umgebungsmodell des Fahrzeugs zu erstellen.

Für teil- und hochautomatisierte Fahrfunktionen sollten möglichst alle verfügbaren Sensorinformationen zu einem umfassenden Modell der Fahrzeugumgebung kombiniert werden. Dies erfordert eine neue Generation von Steuergeräten zur Bewältigung der enormen Datenmengen bei der Sensorfusion.

Die zentrale Erfassung von Sinneseindrücken und ihre gemeinsame Verarbeitung verlaufen beim Menschen meist so reibungslos, dass man sie gar nicht mehr bewusst wahrnimmt. Um etwa einzuschätzen, ob man als Fußgänger gefahrlos eine Straße überqueren kann, verlässt sich das Gehirn nicht allein auf die Augen, sondern wertet parallel auch akustische Signale aus. Die Verknüpfung beider Sinnesmodalitäten erhöht im Normalfall die Wahrscheinlichkeit, eine Gefahr rechtzeitig zu bemerken.

Wie eng Hör- und Sehsinn dabei kooperieren, fällt eigentlich erst auf, wenn es zu einer Fehleinschätzung kommt. Etwa wenn man als Fußgänger erschrocken zur Seite springen musste, weil man beim Überqueren der Straße einen fast lautlos heranrollenden Radfahrer nicht bemerkt hat. Denn wenn das Ohr keine typischen Fahrzeuggeräusche meldet, begnügt man sich oft unwillkürlich nur mit einem flüchtigen Blick – in der Erwartung, dass die Fahrbahn ja ohnehin frei sei. Und übersieht so den Radfahrer, der bei genauem Hinsehen leicht zu erkennen gewesen wäre.

Vom Einzelsystem zur zentralen Verarbeitung

Solche Aufmerksamkeitsdefizite gibt es bei der maschinellen Informationsverarbeitung nicht. Doch was der Mensch in der Regel mühelos beherrscht – das Verschmelzen unterschiedlicher Sinneswahrnehmungen zu einem sinnvollen Ganzen – ist für die Steuerelektronik im Auto noch eine große Herausforderung. Bislang haben sich die Assistenzsysteme im Fahrzeug vor allem additiv weiterentwickelt, d.h. bestehende Funktionen wurden Schritt für Schritt um neue ergänzt: Zur ultraschallbasierten Parkhilfe kam das Abstandsradar hinzu, die Spurerkennungskamera, der Totwinkelwarner, das Top-View-System,…

Für die Entwicklung teil- oder gar hochautomatisierter Fahrzeuge reicht es jedoch nicht aus, die Zahl der Einzelsysteme immer weiter zu erhöhen. Derart anspruchsvolle Steuerungsfunktionen lassen sich erst durch die Verknüpfung aller verfügbaren Sensor- und Kamerasignale umsetzen. Diese sogenannte Sensorfusion setzt voraus, dass die bisher oft getrennt voneinander verarbeiteten Sensorsignale an einer zentralen Stelle gemeinsam aufbereitet werden. Bei Audi hat man sich aus diesem Grund für die Entwicklung eines zentralen Fahrerassistenzsteuergeräts (zFAS) entschieden (Bild 1).

Durch den Einsatz eines solchen Steuergeräts verlagert sich die Signalverarbeitung vom Sensor weg hin zu einer zentralen Einheit. Konkret hat das zFAS beispielsweise Zugriff auf alle Rohdaten der bildgebenden Sensoren. Eine Datenfusion ist zwar prinzipiell auch mit bereits ausgewerteten Daten möglich, doch bei Audi hat man sich bewusst für Rohdaten entschieden: „Wir können mit diesen Daten deutlich mehr anfangen, als wenn nur Objektlisten oder Ähnliches von den Kameras übertragen würden“, betont Alejandro Vukotich, Leiter Entwicklung Fahrerassistenzsysteme bei Audi (Bild 2).

Allerdings ist es laut Vukotich nicht in allen Fällen sinnvoll, Rohdaten an das zentrale Steuergerät zu schicken. Bei Rardarsensoren etwa übernehmen Mikrocontroller vor Ort die Auswertung und senden die Auswertung in Listenform an das zFAS. Die Frontkamera sowie vier weitere rundum am Fahrzeug angebrachte Kameras wiederum besitzen keine eigene Auswerteelektronik. „Eine leistungsstarke zentrale Recheneinheit kann die Bildverarbeitung viel effizienter erledigen als jeweils ein eigener kleiner Controller direkt an der Kamera“, so Vukotich.
Neben dem zFAS wird es bei Audi zukünftig weitere zentrale Domänen-Steuergeräte geben, beispielsweise im Infotainment-Bereich, für den der Modulare Infotainment-Baukasten (MIB) entwickelt wurde. Das zFAS, für das Audi projektverantwortlich ist, gehört zwar nicht zu einem bestimmten Baukastensystem. Doch es ist so ausgelegt, dass es bei unterschiedlichen Fahrzeugen sowohl von Audi als auch von anderen Marken aus dem Volkswagen-Konzern zum Einsatz kommen kann.
Der erste Serieneinsatz des zFAS ist im neuen Audi A8 geplant, der Ende 2017 auf den Markt kommen soll. Konkret soll es dort u.a. pilotiertes Fahren im Stau und automatisches Parken ermöglichen. Schon Anfang 2015 fuhr das mit einer zFAS-Architektur ausgerüstete Erprobungsfahrzeug „Audi A7 piloted driving concept“ fahrerlos von Stanford im Silicon Valley nach Las Vegas (Bild 3).