Feature Stories - Sensoren für die Sicherheit
Schaut man sich den Motorraum eines modernen Autos an ist klar, dass die Tage vorbei sind, an denen man noch am Motor herumbasteln konnte. Alle Fahrzeugkomponenten und Subsysteme verlassen sich auf clevere Sensoren und komplexe elektronische Steuergeräte, um Sicherheits- und Komfortfunktionen zu implementieren. Fortschrittliche Technologien sind weit verbreitet: von GPS-fähigen, smartphone-kompatiblen Navigations- und Mediensystemen bis hin zu komplexen Hybridantrieben und dynamischer Kontrolle der Kraftstoffeffizienz. Aber letztendlich wollen wir alle ein Fahrzeug, das uns von A nach B bringt - in einem Stück. Sicherheit muss an erster Stelle stehen. Natürlich wenden Autobauer Sicherheitssysteme nach bestem Wissen und Gewissen an, sodass in allen Systemen, angefangen bei ABS-Bremsen, elektronischem Schleuderschutz und bald auch im eCall-Notfall-Kommunikationssystem, die neuesten intelligenten Sensoren und Steuerungssysteme eingebaut werden. Ein Projekt, das über das Siebte Rahmenprogramm (RP7) finanziert wurde, hat Forscher und Autohersteller bei der Entwicklung der nächsten Generation von Sicherheitsprodukten unterstützt. "Reliable application specific detection of road users with vehicle on-board sensors" (ADOSE) konzentrierte sich auf die Entwicklung von neuen Sensoren, die in anspruchsvollen On-Board-Sicherheitssystemen integriert werden können. Das Projekt lief parallel zu anderen Großprojekten (etwa INTERACTIVE, HAVE-IT), die sich mit der Entwicklung sicherheitskritischer Systeme befassten und weniger mit Sensorgeräten. Bahnbrechende Technologien Die ADOSE Partner adoptierten fünf Sensortechnologien, um bahnbrechende Prototypen und Lösungen, mit höheren Leistungen oder niedrigeren Kosten im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik zu bauen. Die Sensor-Prototypen wurden in Pilotsysteme integriert, die Hindernisse erkennen, Abstände messen und Sichtbarkeit beurteilen können. Der Far Infrared (FIR)-Imager - ein Bildrechner, der im fernen Infrarotbereich arbeitet - und ein Formverfahren für FIR-Optik wurden entwickelt, um die Kosten für die wichtigsten Komponenten von Fahrzeugnachtsichtsystemen zu senken. "Nachtsicht ist derzeit nur eine Option für Luxusfahrzeuge", sagt Ingo Herrmann von der Robert Bosch GmbH, "aber Kollisionsraten könnten drastisch reduziert werden, wenn diese als Standardsicherheitssystem eingebaut werden würde. Wir wollten Nachtsicht attraktiv und auch für einen breiteren Markt erschwinglich machen. Wir mussten einen Sensor entwickeln, der wesentlich billiger war, als die bestehenden Systeme auf dem Markt." Das ADOSE-Team entwickelte auch einen "Multifunktionalen optischen Sensor" (MFOS), der Umweltparameter misst (z. B. Nebel, Regen, Dämmerung). Diese Informationen können Fahrtdaten (wie z. B. Erkennen entgegenkommender Fahrzeuge) in Echtzeit ergänzen. Das MFOS-Gerät basiert auf einem kostengünstigen Kunststofflichtleiter, der mit einem standardmäßigen CMOS-Bildrechner ("Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS) gekoppelt ist. Das dritte Gerät ist eine kostengünstige 3D-Kamera (3DCAM), die die Entfernung zu Objekten, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen wie entgegenkommende Fahrzeuge, erkennen und deren Geschwindigkeit messen kann. Es eignet sich für Pre-Crash-Warnsysteme. Verkehrssicherheit betrifft natürlich nicht nur den Schutz des Fahrers. Auch Fußgänger und Radfahrer, die bei Zusammenstößen in der Regel den Kürzeren ziehen, werden auch von der ADOSE-Forschung profitieren. Das Projekt hat ein Radarsystem entwickelt, das Hindernisse ortet und Verkehrsteilnehmer, die mit passiven und aktiven Transpondern (RFID-Tags) ausgestattet sind, eindeutig identifiziert. Das Projekt hat erfolgreich Signalverarbeitung in das Radar-System integriert, um Hintergrundrauschen zu entfernen und schlechte Wetterbedingungen zu überdecken. Der letzte Prototyp ist ein innovativer Stereosensor mit Siliziumretina ("Silicon Retina Stereo-Sensor", SRS). Dieses System ist ein kostengünstiger Sensor, der sich an der Biologie inspiriert, für sehr schnelle und energiesparende Objekterkennung. Der Sensor kann Objekte in Echtzeit lokalisieren, die sich relativ zum Sensor (und Fahrzeug) schnell bewegen. Das ist durch eine "Stereo-Überlappungstechnik" möglich, ähnlich wie unser Binokularsehen es uns ermöglicht, Entfernungen abzuschätzen. "Die SRS-Technologie wurde von der Industrie als neuester Sensor-Typ anerkannt", sagt Franco Fresolone vom Austrian Institute of Technology. "Das neuartige Verfahren der Objekterkennung inspiriert sich an biologischen Prozessen und eignet sich für verschiedene Anwendungen wie am Straßenrand eingebaute Detektoren und die Zählung von Personen. Wir sind schon in ersten Verhandlungen mit einer Reihe von Ingenieurbüros über die Verwendung der SRS-Technologie für eine Vielzahl von Verkehrssicherheitsanwendungen." Wert demonstrieren Einige der ADOSE Prototypsensoren wurden im November 2011 auf zwei Testfahrzeugen auf der Sicherheitsteststrecke in Orbassano getestet. Wie Nereo Pallaro, ADOSE Koordinator vom Fiat-Forschungszentrum erklärt, wurde "eine relevante Anzahl von lebensechten Testszenarien bereitgestellt. Wir testeten die ADOSE-Sensoren in den wichtigsten Situationen, in denen sie wettbewerbsfähige Leistungen in Bezug auf den Stand der Technik zeigten." Die Tests ermöglichten die Validierung der installierten Sensorvorrichtungen unter realistischen Bedingungen im Freien und es wird erwartet, dass sie in Zukunft in Sicherheitssysteme eingebaut werden. Durch die Forschung, durch die die MFOS-Technologie entstanden ist, wurde von ST Microelectronics auch ein High Dynamic-Range CMOS-Sensor entwickelt, der mit Mikrolinsen und Farbfiltern ausgestattet ist und der zu wettbewerbsfähigen Herstellungspreisen produziert werden kann. Der Sensor wird in die Produktion gehen, sobald ein kommerzieller Vertrag mit einem großen Lieferanten unterschrieben wurde. Das harmonische Radar und passiv/aktiv-Tagsystem wird auch kommerzielles Interesse bei Organisationen außerhalb des Konsortiums wecken, die nun zusammenarbeiten, um die Technologie zu verfeinern und einen kommerziellen Prototyp bauen. Die Zukunft erspüren? "Durch die Entwicklung von Sensor-Technologien für den industriellen Einsatz haben wir zur Spitzenposition Europas auf dem Gebiet der intelligenten Sicherheitssysteme und zum Ausbau dieses neuen Marktes beigetragen", sagt Pallaro. "Die Technologien sind jetzt in verschiedenen Entwicklungsstadien, sie werden weiteren Tests oder Verfeinerungen unterzogen und wir hoffen auf weitere Verbesserungen bei der Straßenverkehrssicherheit in den kommenden Jahren." Das ADOSE-Projekt wurde mit 6,1 Mio. EUR (von insgesamt 10,2 Mio. EUR Projektbudget) unter dem Siebten Rahmenprogramm der EU (RP7) gefördert. Nützliche Links: - "Reliable application specific detection of road users with vehicle on-board sensors" Website - ADOSE Projektfaktenblatt auf CORDIS - INTERACTIVE Projekt-Website - HAVE-IT Projektwebsite Weiterführende Artikel: - Road safety: the uncrashable car?