Prädiktive Lichttechnik

Viele Autounfälle ereignen sich bei Dunkelheit oder Dämmerung. Um die Sicherheit bei schlechten Sichtverhältnissen zu erhöhen, werden zunehmend adaptive Scheinwerfersysteme, mit Kurvenlicht oder automatischem Abblendassistenten, eingesetzt. Diese werden auch AFS (Adaptive Front Lighting Systems) genannt und berücksichtigen derzeit ausschließlich die aktuelle Fahrsituation. Die nächste Generation solcher Systeme versucht darüber hinaus, „in die Zukunft zu sehen“, um potenzielle Gefahrenstellen sowie Gegenverkehr früh zu erkennen und die Ausrichtung der Scheinwerfer dem Straßenverlauf vor dem Fahrzeug anzupassen. Das Fraunhofer ESK erforscht als Projektkoordinator zusammen mit der AUDI AG und der DELVIS GmbH, wie die Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs anhand von Straßenattributen und digitalen Kartendaten von NAVTEQ sowie der Kommunikation zwischen Fahrzeugen vorausschauend gesteuert werden können.

© Foto Fraunhofer ESK

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Zur optimalen Steuerung der Scheinwerfer müssen unterschiedliche Umgebungsdaten zeitnah verarbeitet und bewertet werden.

Lokale Umfelderfassung und digitale Karte

Die Basis für eine vorausschauende Steuerung der Scheinwerfer bildet die möglichst exakte Beurteilung der aktuellen Fahrsituation. GPS, Lenkwinkel- und Beschleunigungssensoren sowie digitale Karten dienen zur Beurteilung der gegenwärtigen und zukünftigen Fahrzeugposition. Sensoren zur Umgebungserfassung wie Kamera oder Radar liefern zusätzliche Informationen über erkannte Objekte und andere Verkehrsteilnehmer in deren Reichweite.

Die so gesammelten Daten sind jedoch oft lückenhaft oder gar widersprüchlich. Aus diesem Grund wurde vom Fraunhofer ESK ein Datenfusionsmodul entwickelt, welches die vorgefilterten Eingangsinformationen in einen gemeinsamen Kontext überführt und eine genaue Beurteilung der gegenwärtigen Fahrsituation ableitet. Mit Hilfe von Situationsbeschreibungen, die in einer Wissensdatenbank vorab gespeichert wurden, können anschließend optimal angepasste Steuerentscheidungen abgeleitet werden.

Mehr Weitblick durch Kommunikation

Die aktuellen Sensoren im Fahrzeug können jedoch nur ein beschränktes Sichtfeld erfassen. Gegenverkehr hinter einer Kurve oder Kuppe wird erst erkannt, wenn bereits die Gefahr einer Blendung besteht. Ein drahtloser Informationsaustausch zwischen den Fahrzeugen minimiert dieses Risiko. Mit Hilfe von speziellen Infrastrukturelementen, die beispielsweise über Wanderbaustellen oder unübersichtliche Straßenabschnitte informieren, kann der Autofahrer frühzeitig vor potentiellen Gefahren gewarnt werden.

Das Fraunhofer ESK hat hierfür eine Kommunikationseinheit für Fahrzeuge und Infrastruktur (C2X) entwickelt. So können zusätzlich kommunizierte Informationen ebenfalls bei der Steuerung der Fahrzeugscheinwerfer berücksichtigt werden.

Evaluierung mittels Prototyp und Probandentests

Zur Evaluierung der entwickelten Konzepte wurden alle Komponenten einschließlich Scheinwerfer-Prototyp, Datenfusionsmodul und C2X-Kommunikationseinheit in ein Versuchsfahrzeug integriert. Auf vordefinierten Teststrecken wurden zuerst umfangreiche Datenmengen gesammelt, um anschließend mit Hilfe einer Simulationsumgebung offline die Vorhersage des Fahrweges und der zukünftigen Fahrsituation zu überprüfen und weiterzuentwickeln.

Ein abschließender Probandentest zeigte, dass die prädiktive Steuerung der Scheinwerfer zur Sicherheit und zum Komfort des Fahrers beitragen kann.

Sichere und effiziente Fahrbahnausleuchtung

Das AFS übernimmt die komplette Regelung für die Fahrbahnausleuchtung. Der Fahrer wird dadurch unterstützt und kann sich besser auf den Straßenverkehr konzentrieren.

Die eigene Fahrbahn und wichtige Objekte am Straßenrand wie Verkehrsschilder werden unter Berücksichtigung anderer Verkehrsteilnehmer gezielt ausgeleuchtet. Durch das rechtzeitige Erkennen von anderen Fahrzeugen können Blendungen verhindert werden. Eine ineffiziente Ausleuchtung über den Fahrbahnrand hinaus wird vermieden. Die für die Datenfusion notwendigen Sensoren stehen bereits heute in vielen Fahrzeugen zur Verfügung und auch die Vernetzungstechnologien werden in wenigen Jahren nicht mehr wegzudenken sein. Das erleichtert eine schnelle Verwertung der Projektergebnisse, ohne dass zusätzliche Kosten für den Hersteller und somit auch den Endnutzer entstehen.

Auf dem Weg zu kooperativen Assistenzsystemen

Die Vernetzung von Fahrzeugen ist der elementare Baustein für kooperative Systeme in den Bereichen Fahrerassistenz und aktive Sicherheit. Das Projekt zeigt am Beispiel von Scheinwerfersystemen, dass zukünftig Fahrerassistenzsysteme von einem Informationsaustausch zwischen den Verkehrsteilnehmern profitieren.

Die gewonnenen Kompetenzen im Bereich der lokalen Datenfusion sind auch für andere Forschungsbereiche, wie energieoptimiertes und autonomes Fahren, unentbehrlich. Wichtige Entscheidungen im Energiemanagement und der Antriebsregelung von Elektrofahrzeugen können anhand fusionierter Sensor- und Umgebungsdaten zuverlässig und vollautomatisch getroffen werden.