Auf dem Weg zum unfallfreien Fahren – Bosch vernetzt und automatisiert das Auto

Stereo-Videosensor von Bosch für die Fahrerassistenz 
Die neue Stereo-Videokamera von Bosch erfasst neben dem reinen Bild auch Entfernung und Höhe von Objekten. Eine Vielzahl von Assistenz- und Sicherheitsfunktionen kann damit mit nur einem Sensor realisiert werden. Foto: Bosch

Weltweit wird die Zahl der produzierten Fahrzeuge und damit die Verkehrsdichte weiter zunehmen. In den etablierten Märkten ist es gelungen, in den vergangenen Jahren die Zahl der Verkehrstoten mit einem Bündel an Maßnahmen dennoch signifikant zu senken. Bosch hat diese Entwicklung maßgeblich geprägt: 1978 mit dem elektronisch gesteuerten Antiblockiersystem, 1980 mit der elektronischen Airbagsteuerung, und 1995 mit dem Elektronischen Stabilitäts-Programm. Dies alles sind Meilensteine der Verkehrssicherheit, die Bosch jeweils als weltweit erstes Unternehmen auf den Markt gebracht hat.

Treibende Kraft für alle Weiterentwicklungen ist die „Vision Zero“, also Null Unfälle. Niemand soll im Straßenverkehr zu Schaden kommen, idealerweise soll gar kein Unfall geschehen. Neben dem immer breiteren Einsatz von ABS und ESP unterstützen immer leistungsfähigere Assistenzsysteme von Bosch den Weg zum verletzungsfreien und schließlich unfallfreien Autofahren – bei gleichzeitig mehr Komfort und geringerem Energieverbrauch. Beispiele hierfür sind die adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC (Adaptive Cruise Control), das vorausschauende Notbremssystem oder der Spurhalteassistent. Und schon bald werden einzelne Fahraufgaben vollständig von der Elektronik übernommen. Bosch entwickelt diese Funktionen und liefert mit Produkten wie dem neuen Bremskraftverstärker iBooster, einem Stereovideosensor und einer Linux-basierten Multimedia-Einheit dafür erforderliche Technologien.

In Europa wird das neue Bewertungsschema von Euro NCAP in den kommenden Jahren ein großer Treiber für die Verbreitung sicherheitssteigernder Funktionen sein. So werden von 2014 an fünf Sterne nur noch vergeben, wenn mindestens eine Assistenzfunktion an Bord ist. Ab 2016 ist ein umfassender, vorausschauender Fußgängerschutz zum Erreichen der Höchstwertung Pflicht. Diese wird nur vergeben, wenn tatsächlich auch mindestens jedes zweite verkaufte Fahrzeug die Sicherheitstechnik an Bord hat. Allein die Verfügbarkeit als optionale Ausstattung reicht also nicht. In den USA und in Japan wird mittlerweile ebenfalls diskutiert, entsprechende Kriterien in die dortigen NCAP-Regelungen zu integrieren. Bosch hat alle hier geforderten Systeme im Portfolio: die vorausschauende Notbremsung ebenso wie Funktionen, die beim Spurhalten unterstützen sowie vor unerlaubt hohen Geschwindigkeiten warnen.

Das gesamte Bosch-Programm an Assistenzfunktionen reicht aber noch deutlich weiter. Unser ultraschallbasierter Einparkassistent beispielsweise lenkt bereits heute selbsttätig in die Parklücke. Der Fahrer muss lediglich Gas geben und bremsen. Demnächst übernimmt das System auch das noch, und in zwei Jahren wird der Fahrer diesen Vorgang neben dem Auto stehend mit seinem Mobiltelefon steuern können. Keinen Engpass kennt künftig auch die Spurunterstützung: So entwickeln wir einen Baustellenassistenten, der auf Basis unserer Stereo-Videokamera mit leichten Lenkbewegungen exakt selbst zwischen Betonwand und Lkw-Bordwand führt. Bereits 2014 geht der Stauassistent von Bosch in Serie. Er kann auf Autobahnen im Stau die Führung übernehmen – das heißt er bremst bei Bedarf bis zum Stillstand, beschleunigt und lenkt ganz automatisch innerhalb der eigenen Fahrspur. Er ist von Null bis 50 Kilometer in der Stunde aktiv und deckt damit den typischen Stop&Go-Verkehr ab. In den Folgejahren werden die Funktionen immer höhere Geschwindigkeitsbereiche und komplexere Fahrsituationen abdecken und eines Tages als Highway Pilot ein vollautomatisiertes Fahren ermöglichen.

Systemlieferant mit allen Kompetenzen
Bosch treibt wie kaum ein anderer Zulieferer weltweit die Realisierung neuer Assistenzfunktionen voran. Umfassendes Wissen über den Antriebsstrang, das Bremssystem und die Lenkung wird ergänzt von einem vollständigen Sensorportfolio.

Im Gemeinschaftsunternehmen ZF Lenksysteme GmbH entwickeln wir elektrische Lenksysteme, die für alle Pkw-Klassen verfügbar sind und sich flexibel an die Fahrzeuganforderungen der Hersteller anpassen lassen. Bis heute arbeiten bereits über 35 Millionen Elektrolenkungen in ganz unterschiedlichen Fahrzeugen auf der ganzen Welt.

Auch unsere Bremsentechnik entwickeln wir weiter. So startet noch in diesem Jahr mit dem iBooster eine echte Innovation: ein elektromechanischer Bremskraftverstärker, der ganz ohne Vakuum arbeitet. Er unterstützt elektronisch gesteuert und ist konzipiert für all die Fahrzeuge, die umfassend „segeln“ oder über mehrere Kilometer oder durchgängig rein elektrisch fahren und dadurch motorseitig gar keinen Unterdruck mehr erzeugen. Doch auch die Fahrerassistenz profitiert von der neuen Technik. Der iBooster verstärkt den Bremsdruck des Fahrers mittels eines Elektromotors. Im Vergleich zur pneumatischen Lösung kann der Druck dadurch um den Faktor drei schneller aufgebaut und über die elektronische Steuerung wesentlich genauer geregelt werden. Ein großer Vorteil für Notbremsfunktionen, aber auch für ein sanftes automatisches Abbremsen im Stau, wo der Druck bislang über die ESP-Pumpe aufgebaut wurde. Bietet der Fahrzeughersteller in seinem Modell unterschiedliche Fahrmodi an, lassen sich hierfür individuelle Pedalcharakteristiken festlegen. Wichtig insbesondere für Komfortfunktionen: Der iBooster arbeitet nahezu vibrationsfrei und fast geräuschlos. Er ergänzt unseren modularen Baukasten für Bremssysteme, mit dem wir die jeweils passende Lösung für jedes Fahrzeug anbieten können – vom Kleinwagen bis zum Oberklasse-Plug-in-Hybrid. Da das System weiterhin einen direkten mechanischen Durchgriff auf die Bremse hat, bietet es im Zusammenspiel mit dem ESP von Bosch die für automatisiert fahrenden Autos aus Sicherheitsgründen geforderte Redundanz des Bremssystems.

Ein umfassendes Programm an Bremsregelsystemen bietet Bosch auch für Motorräder. Die Basissysteme lassen sich beispielsweise mit einer Traktionskontrolle ergänzen, die auch auf losem Untergrund wie Schotter für Dynamik und Sicherheit sorgt. Ende 2013 geht für leistungsstarke Bikes eine Motorrad-Stabilitätskontrolle in Serie, die auch die Schräglage bei Kurvenfahrt in die ABS-Regelung einbezieht. Das zahlenmäßig größte Potenzial für mehr Motorradsicherheit ist in den aufstrebenden Ländern wie Indien zu heben. Hierfür haben wir ein kostengünstiges Front-ABS entwickelt, dass ausschließlich das Vorderrad regelt und ebenfalls von diesem Jahr an verfügbar ist.

Bosch besitzt umfassende Sensorkompetenz
Doch zurück zum Auto, und dort zu den Sensoren. Bereits seit 2000 fertigt Bosch leistungsfähige Radarsensoren, die den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen messen. Im Frühjahr 2013 haben wir den millionsten Radarsensor gefertigt, der das 77-Gigahertz-Frequenzband nutzt. War die erste Million nach 13 Jahren erreicht, so wird die zweite Million innerhalb eines guten Jahres vom Band laufen. Aktuell fahren wir die Fertigung eines kostengünstigen Mid-Range-Radarsensors hoch. Auch er arbeitet im weltweit dauerhaft für automobile Anwendungen freigegebenen 77-Gigahertz-Frequenzband und bietet gegenüber üblichen 24-Gigahertz-Sensoren eine verbesserte Abstandsmessung, eine wesentlich bessere Objekttrennung und ist dazu noch besonders kompakt. Er ist die Basis für eine Adaptive Cruise Control (ACC) bis zu Geschwindigkeiten von 150 Kilometer pro Stunde und für einen Notbremsassistenten. Im Heck eingesetzt, überwacht er den toten Winkel und warnt beim rückwärts-Ausparken vor querendem Verkehr.

Ein weiteres wichtiges Erzeugnis für mehr Verkehrssicherheit ist unser Stereo-Videosensor, mit dem wir 2014 unsere Multi-Purpose-Kamera ergänzen. Durch die Kombination zweier Optiken bietet er eine schnelle und genaue 3D-Messung von Objekten bei einer Reichweite von über 50 Metern. Als erster Zulieferer realisieren wir allein auf Basis dieses Sensors einen verbesserten Fußgängerschutz. Weitere neue Funktionen, beispielsweise der erwähnte Baustellenassistent, sind damit auch möglich. Alle von Euro NCAP geforderten Sicherheitsfunktionen sind auf wirtschaftliche Weise mit diesem Sensor realisierbar. Mit zwölf Zentimetern Basisbreite, das ist der Abstand zwischen den optischen Achsen der Objektive, bietet Bosch das derzeit kompakteste Stereo-Kamerasystem für automobile Lösungen an. Der Fahrzeughersteller kann es daher besonders einfach und optisch ansprechend in das Auto integrieren.

Auch die bereits weit verbreiteten Ultraschallsensoren für die Parkassistenz entwickeln wir weiter. Unsere aktuelle Fünfte Generation kann im Vergleich zum Vorgänger Objekte noch genauer erfassen, sie ist kompakter, und sie lässt sich einfacher in andere Steuergeräte wie dem Body Computer integrieren. Weitwinkelige Videokameras wiederum zeigen dem Fahrer alle Details im Heckbereich. Und schließlich arbeiten wir an Multikamerasystemen, die die Informationen liefern, um dem Fahrer unverzerrt das Auto und seine direkte Umgebung in hoher Bildqualität aus der Vogelperspektive darzustellen – eine große Hilfe beim Rangieren. Im nächsten Schritt werden die Videosysteme die aufgenommenen Bilder nicht nur anzeigen, sondern auch interpretieren. Leistungsfähige Software analysiert dazu die Videosequenzen und erkennt Hindernisse und sich bewegende Objekte im Fahrzeugumfeld. Das System kann den Fahrer so rechtzeitig warnen und bei Bedarf aktiv bremsen.

Ein etwas anderer Sensor: der elektronische Horizont
Vervollständigt wird die Liste der Sensoren mit dem Navigationssystem. Dieses erfasst zwar nicht sein direktes Umfeld, aber es liefert basierend auf seinen digitalen Kartendaten und der voraussichtlichen Route des Fahrers den sogenannten „elektronischen Horizont“ – eine detaillierte, weit vorausschauende Information über den Streckenverlauf, die in den kommenden Jahren zunehmend um Krümmungs-, Steigungs- und Fahrspurinformationen erweitert wird. Bestehende Funktionen lassen sich mit dieser Information weiter verbessern:

Die Navigation kann besonders energieeffiziente Routen empfehlen und bei Elektrofahrzeugen wesentlich exakter die verbleibende Reichweite berechnen. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor lässt sich dadurch, abhängig vom Straßennetz, ungefähr zehn Prozent Kraftstoff sparen.
Geschwindigkeitsbegrenzende Elemente, wie Ortseinfahrten, Kurven oder Tempolimits lassen sich in der Routenführung berücksichtigen. Liefert das System daher einige hundert Meter im Voraus das Steigungsprofil der Straße, kann der Fahrer zum richtigen Zeitpunkt den Hinweis erhalten, den Fuß vom Gas zu nehmen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit möglichst ohne Bremse abzubauen. Allein dadurch ist eine Treibstoffeinsparung von rund sieben Prozent auf Landstraßen erreichbar – segelt das Fahrzeug dabei mit ausgeschaltetem Motor, sogar rund 15 Prozent.
Neben der Assistenz durch Information an den Fahrer profitieren aber auch selbsttätig eingreifende Assistenzfunktionen von diesen Daten. So ging Daimler im Jahr 2012 mit einem vorausschauenden Tempomaten für schwere Langstrecken-Lkw in Serie, der in Abhängigkeit des Straßensteigungsprofils die Geschwindigkeit vollautomatisch in einem Toleranzband variiert, um den Treibstoffbedarf zu senken. Der elektronische Horizont samt Steuergerät hierzu wird von Bosch geliefert.Durch die Einbindung der Daten im Antriebsstrang lassen sich noch weitere Potenziale heben. Dazu mehr im Folgereferat über die automobile Vernetzung.

Connectivity – das Auto geht ins Netz
Je umfassender die Fahrerunterstützung ist, desto wichtiger ist die vorausschauende Information. Künftige Fahrerassistenzsysteme nutzen zunehmend hochaktuelle, zuverlässige Daten. Für deren Erfassung bauen wir derzeit eine entsprechende Infrastruktur auf. Diese sammelt von Smartphones und Fahrzeugsensoren während der Fahrt erfasste Daten und wertet sie auf einem zentralen Server aus, um damit Navigationskarten zu ergänzen. Ein Beispiel ist unsere iPhone-App „MyDriveAssist“. Die von der Smartphone-Kamera „im Vorbeifahren“ erfassten Verkehrszeichen werden erkannt, dem Fahrer angezeigt, aber auch anonym an einen zentralen Server in der Cloud gemeldet. Wird diese auf dem Server gesammelte und verifizierte Information an andere Fahrzeuge übermittelt und dem elektronischen Horizont mitgeteilt, kann eine Vielzahl von Funktionen weiter verbessert werden. Mit diesem Crowd-Sourcing der Verkehrsdaten schaffen wir eine technologische Voraussetzung für künftige hochautomatisierte Fahrfunktionen. Langfristig werden Fahrzeuge auch direkt miteinander kommunizieren können. Bosch sammelte hierzu nicht zuletzt in einem Gemeinschaftsprojekt führender deutscher Automobilhersteller, Automobilzulieferer, Forschungsinstitute und öffentlicher Einrichtungen im Großraum Frankfurt umfassende Erfahrungen, die in die weitere Entwicklung einfließen.

Vom teilautomatisierten zum vollautomatisierten Fahren
Mehr als 90 Prozent aller Unfälle werden vom Fahrer verursacht. Es ist daher eine logische Konsequenz, den Autofahrer möglichst umfassend zu unterstützen und ihm schließlich gewisse Fahraufgaben ganz abzunehmen. Ganz nebenbei ist das auch durchaus komfortabel. So kann sich in Zukunft, eine 360°-Umfeldsensierung vorausgesetzt, das Fahrzeug auf speziell konzipierten Parkplätzen oder in entsprechenden Parkhäusern seinen Platz ganz alleine suchen. Wir nennen das „Valet Parking“. Ausgehend vom bereits beschriebenen Stauassistenten wird der Grad der Unterstützung auch auf Autobahnen stufenweise steigen: Von der immer weitreichenderen Unterstützung bei Stop&Go schließlich bis zum Highway Pilot, der die Fahrt von Autobahnauffahrt bis -ausfahrt im kommenden Jahrzehnt völlig selbstständig übernimmt. Das vollautomatische Fahren kommt Schritt für Schritt.

Für eine echte Serienreife des automatisierten Fahrens müssen aber noch mehrere grundlegende technische Meilensteine erreicht werden:

Das Fahrzeug muss sein Umfeld vollständig erfassen. Für diese 360 Grad-Abdeckung werden wir die Informationen unterschiedlicher Sensortechnologien zusammenführen.
Software-Sicherheit: Die Funktionsalgorithmen müssen so „robust“ sein, dass sie auch mit komplexen, unbekannten Fahrsituationen sicher umgehen können.
Hardware-Sicherheit: Die Steuergeräte, die Datenübertragung und die Aktuatorik wie Bremse und Lenkung müssen eine größtmögliche Verfügbarkeit und Sicherheit bieten.
Die Navigationsdaten müssen hochaktuell und zuverlässig sein. Die Position des Fahrzeugs zu den in der Karte angegebenen und mittels Sensorik erfassten Umgebungsobjekten ist bis auf einige Dezimeter genau zu ermitteln. Hierzu müssen GPS-Ortung zur Grobortung und Umfeldsensorik zur Feinortung zusammenwirken.
Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen reichen klassische Absicherungsmethoden wie Fahrtests nicht mehr aus. Es müssen neue Methoden der Funktionsabsicherung gefunden werden, um eine extrem geringe Fehlerwahrscheinlichkeit zu erreichen.Augmented Reality für beste Bedienbarkeit
Ein Schlüssel zum Erfolg von Assistenzsystemen sind die Bedienkonzepte. Funktionen, die immer weitreichendere Fahraufgaben übernehmen, müssen intuitiv erfassbar und bedienbar sein. Bosch untersucht und erarbeitet daher intensiv die unterschiedlichen Ansätze und wird beispielsweise Head-up-Displays nutzen. Informationen wie Fahrempfehlungen oder Abstandswarnung werden wir mit neuen Visualisierungsverfahren auf Basis der „Augmented Reality“, einer erweiterten Realität, wirklichkeitsnah in die reale Verkehrssituation einblenden. Dieses Verfahren ist sehr gut geeignet, Informationen positionsgenau zu projizieren: zur richtigen Zeit, an der richtigen Stelle, so dass der Fahrer das Fahrgeschehen deutlich schneller und damit sicherer erfassen kann. Ein weiterer Ansatz für beste Bedienung sind unsere multimodalen Konzepte. Sie vereinen Gesten und die Berührung über Touchscreens mit der Sprachsteuerung.

Unser aktuell innovativstes Fahrer-Informationssystem haben wir gemeinsam mit GM in Serie gebracht. Bei Cadillac läuft es unter dem Begriff CUE: Cadillac User Experience. Es zeichnet sich durch ein Smartphone-typisches Bedienkonzept aus und lässt sich weitgehend über natürliche Spracheingabe steuern. Es ist die weltweit erste Lösung auf Basis des Betriebssystems Linux. Die Entscheidung für dieses Betriebssystem fiel bereits 2008 – aus dem Verständnis heraus, dass das Infotainment im Auto die gleiche Innovationsgeschwindigkeit wie das Internet erfordert. Über unseren Beitrag in der Genivi-Allianz für In-Vehicle Infotainment werden wir diese Open-Source-Entwicklungsplattform in Richtung eines Industriestandards ausbauen.

Bosch baut Connectivity-Angebote weiter aus
Basierend auf der Verbindung des Autos mit dem Internet wird auch unser Geschäftsbereich Automotive Aftermarket neue Serviceangebote machen. Datenquelle ist jeweils die Diagnoseschnittstelle des Fahrzeugs, die über eine entsprechende Hardware ausgelesen wird. So „übersetzt“ die Smartphone-App „fun2drive“ Fehlercodes, zeigt aber auch Daten wie Leistung und Drehmoment an. Für Flottenbetreiber ist ein weiteres geplantes Dienstleistungsangebot interessant. Hier werden die Fahr- und Servicedaten sowie die Fehlercodes der Flottenfahrzeuge übertragen, was den Betreibern eine besser verteilte Service- und Reparaturplanung ermöglicht. Ein elektronisches Fahrtenbuch und ein Diebstahlwarner anhand der GPS-Daten sind weitere Anwendungsbeispiele.

Drivelog schließlich ist eine Online-Plattform für Autofahrer, auf der sie ihre Fahrzeugdaten verwalten können, direkte Verbindung zu umfassender modellspezifischer Info haben und auch den direkten Werkstattkontakt suchen können. Dieses Angebot ist bereits seit 2012 online.

Unsere Car-Multimedia-Experten vereinfachen darüber hinaus mit Integrations-Lösungen wie „mySpin“ die Einbindung von Smartphones ins Auto. Damit lassen sich sowohl für Apple- als auch Android-Smartphones die präferierten Apps sicher und in gewohnter Weise nutzen, und die Bedienung erfolgt über das Display des Fahrzeugs.

Datensicherheit bleibt gewährleistet
Wir vernetzen also das Auto und unterstützen eine große Zahl an Endgeräten und fahrzeugrelevanten Apps. Dabei müssen wir Sorge tragen, dass der hohe Sicherheitsstandard in der Fahrzeugelektronik erhalten bleibt. Wir werden mit dualen Architekturen die fahrrelevanten Funktionen wie die Fahrerassistenz strikt vom Infotainment trennen. Ein Hardware Security Module wird zudem künftig die Kommunikation in jedem Steuergerät absichern, und escrypt, seit 2012 eine Bosch-Tochtergesellschaft, entwickelt entsprechende Sicherheitssoftware.

Quelle: Bosch/kw
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