Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme: Die Technologie für mehr Fahrzeugsicherheit
Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme machen Fahrzeuge intelligenter und sicherer und ermöglichen es den Autoherstellern, ihre Vision von einer kollisionsfreien Zukunft zu verwirklichen.
Mit unserer Hilfe können Automobilhersteller fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) entwickeln, die kostengünstig und einfach implementiert werden können. Durch diese Kostenersparnis kann diese Technologie in immer mehr Automobilen eingesetzt werden, so dass der Straßenverkehr für alle sicherer wird.
Eine einzige Sekunde kann schon genügen: Sie werden zum falschen Zeitpunkt von einem Kind auf dem Rücksitz oder einer Textnachricht auf Ihrem Handy vom Straßenverkehr abgelenkt und schon ist es passiert: Sie sind mit voller Wucht auf das Auto vor Ihnen, das plötzlich anhalten musste, aufgefahren.
Oder es hätte so verlaufen können, wenn Ihr automatisches Bremssystem das Auto vor Ihnen nicht rechtzeitig als Hindernis erkannt und in Sekundenschnelle die Bremsen aktiviert hätte.
Auch wenn selbstfahrende Autos noch immer in der Zukunft liegen, ist klar: Automatisierung bringt mehr Sicherheit; und so gehört ADAS-Technologie in vielen Fahrzeugen bereits zur Standardausstattung. Funktionen zur Unterstützung der Fahrzeugsicherheit, die in der Vergangenheit noch als Premium-Zubehör galten – wie der Abstandsregeltempomat (ACC) oder die Tote-Winkel-Erkennung – können immer kostengünstiger hergestellt werden. TI unterstützt Autohersteller mit seinen Fahrzeugtechnologien bei der Integration von ADAS-Funktionen, der Reduzierung von Komplexität und Kosten in der Herstellung und der Leistungsverbesserung, sodass ADAS zur Standardausstattung für Fahrzeuge verschiedener Serien und Modelle eingesetzt werden und weltweit für mehr Sicherheit auf den Straßen sorgen.
„Menschen sind in Standardsituationen nicht unbedingt die besten Autofahrer, aber wir können richtig gut mit unerwarteten Situationen umgehen, mit denen Computer derzeit noch Probleme haben,” erklärt Curt Moore, General Manager für Jacinto™-Prozessoren. „Deshalb ist es auch heute immer noch so schwer, selbstfahrende Autos zu entwickeln, aber dennoch bietet sich uns hier eine einzigartige Möglichkeit, Autos sicherer zu machen, indem wir Sicherheitsfunktionen, wie Fahrspurerkennung oder Unterstützung beim Stopp & Go in einem Stau einsetzen.”
Intelligentere Autos, weniger Unfälle
Mithilfe von fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen können Autos in Bruchteilen von Sekunden Entscheidungen über die Fahrsituation, ähnlich einem Fahrer, treffen – dazu gehört das Erkennen von Witterungsverhältnissen, Hindernissen auf der Fahrbahn – und in den Fahrvorgang eingreifen, um die Fahrzeugsicherheit zu erhöhen. ADAS-Funktionen sind unter anderem der Notbremsassistent, Müdigkeitsassistent, Auffahrwarnsystem und der Abstandsregeltempomat (Adaptive Cruise Control – ACC).
Während Autohersteller noch daran arbeiten, die Basis für vollständig autonome Fahrzeuge der Zukunft zu schaffen, setzen sie bereits zunehmend ADAS-Systeme für ein sichereres Fahrerlebnis ein.
Alle diese Technologien zusammen genommen, könnten allein in den USA jährlich bis zu 2,7 Millionen Unfälle verhindern.1
„In Zukunft wird es darum gehen, wie Autos ihre Geschwindigkeit dynamisch ändern könnten, nicht nur gemäß ihrem Standort, sondern auch nach einer Analyse der Umgebungsverhältnisse – wie der Witterungsverhältnisse oder je nachdem wie befahren die Straße ist,” sagt Miro Adzan, Leiter in unserer ADAS-Abteilung. „Wir werden definitiv einen deutlichen Anstieg der autonomen Entscheidungen sehen, die eine Auto treffen kann, und dies wird zur Vermeidung von Kollisionen und zu weniger Unfallopfern beitragen.”
Radar auf einem Chip
Mehr als zehn Jahre bevor ADAS in der Automobilindustrie an Bedeutung zu gewinnen begann, arbeitete eine kleine Gruppe von Ingenieuren in den Kilby Labs – dem Inkubator für bahnbrechende Innovationen bei TI – an einer Technologie, die ADAS erst ermöglichen würde.
Um auf Gefahren reagieren zu können, müssen Autos Hindernisse erkennen und zugleich Entfernungen unter allen Witterungs- und Beleuchtungsbedingungen korrekt messen können. Als mögliche Lösung für dieses Problem wurde die Radartechnologie gehandelt. Das Problem dabei war allerdings, dass Radartechnologie zu groß und teuer war, viel Strom verbrauchte und bisher nur zur Erkennung großer Objekte, wie Flugzeuge oder Panzer – nicht einzelner Fußgänger – verwendet wurde.
„Wir begannen diese Reise mit vielen Überlegungen, Bemühungen und Investitionen dahingehend, wie ein vollständiges Radarsystem auf einen einzelnen Chip integriert werden könnte,” erklärt Yariv Raveh, TI-Radarmanager. „So etwas hatte bisher noch keine andere Firma geschafft.”
Das Ergebnis war der TI mmWave, ein Hochfrequenzradarsensor, so klein wie eine Münze. Er kann mit seiner Auflösung nicht nur das Vorhandensein von Hindernissen erkennen, sondern auch zwischen einem Auto und einem Fußgänger unterscheiden. Außerdem erfüllt er die aktuellsten Fahrzeugsicherheitsstandards, wie das New Car Assessment Program (NCAP) – alles auf einem einzigen Chip.
In Kombination mit einem Digitalsignalprozessor (DSP), ermöglicht unser mmWave-Chip Machine Vision-Funktionen zur Klassifizierung von Objekten, die direkt auf dem Chip selbst ausgeführt werden können. Diese Integration erleichtert ADAS-Herstellern die Arbeit und hilft bei der Entwicklung von Systemen mit geringem Stromverbrauch, die klein genug sind, dass sie in die Heckstoßstange eines Fahrzeugs passen, und dazu noch sehr kostengünstig sind.
Der Weg zum allsehenden Auto
Aufgrund der Erschwinglichkeit und Effizienz der mmWave-Technologie von TI konnten Radarsysteme zu entscheidenden Bestandteilen von Fahrerassistenzsystemen werden. Die unterschiedlichen Ausführungen der Sensoren in Bezug auf ihre Stärke, wie hochauflösende LIDAR-Sensoren oder Farbdaten von Kameras sind außerdem notwendig, um die erforderliche allgemeine Zuverlässigkeit des Systems sicherzustellen. Unsere FPD-Link™-Serializer und Deserializer, die unkomprimierte Videodaten zwischen den verschiedenen Fahrzeugsystemen übertragen, ermöglichen die Verwendung höher auflösender Kameras für adaptive Fahrerassistenzsysteme und Infotainment-Displays im Fahrzeug. So können Kamerafunktionen, die zur Fahrzeugsicherheit beitragen, eingesetzt werden. Dazu gehört die Frontkamera zur Vermeidung von Kollisionen und zur Fußgängererkennung, die Heckkamera für den Notbremsassistent beim Rückwärtsfahren und die Rundum-Kamera für die Einparkhilfe.
Durch die Fusion von Daten aus unterschiedlichen Sensortypen – auch Sensordatenfusion genannt – kann die Detektionsleistung des Sensorsystems erhöht werden. So können gefährliche Situationen, wie Bereiche mit starkem Verkehr und gefährliche Witterungsbedingungen, besser erkannt werden.
„Mit Sensordatenfusion können Sie ein genaueres Bild Ihrer Umgebung erstellen, da Ihnen Daten aus unterschiedlichen Dimensionen geboten wird,” erklärt Miro Adzan. „Die Sensordaten werden an das zentrale Steuergerät weitergegeben, wo ein Machine Learning-Algorithmus diese Informationen zur Auswertung der Umgebung nutzt. Von hier aus kann zum Beispiel ein Befehl an Ihr Bremssystem gesendet werden und so ein Zusammenstoß verhindert werden.”
Safety-First Design
Sicherheit steht an erster Stelle bei der Entwicklung jedes ADAS-Systems. Das macht die schnelle Verarbeitung besonders wichtig. Unsere Jacinto-Prozessoren erhöhen die Detektionsleistung des Fahrzeugs und beschleunigen den Austausch von Daten im Software-definierten Auto. Dabei ermöglichen sie die effiziente Verwaltung von Multi-Level-Computing in Echtzeit, bei gleichzeitiger Reduzierung des hohen Stromverbrauchs bei Datenübertragungsoperationen vom Speicher.
„Wir beschäftigen uns mit der Lösung dieser ADAS-Probleme aus Systemperspektive, also haben wir eine Familie speziell angefertigter Produkte mit einer gemeinsamen Plattform entwickelt,” sagt Curt Moore. „So können Kunden die Software skalieren und wiederverwenden, was wesentlich zur Senkung ihrer Entwicklungskosten beiträgt.”
Über die Prozessor-Architektur selbst hinaus, wird umfangreiche Dokumentation zu funktionaler Sicherheit und Informationen zum Zertifizierungsprozess durch die unabhängige Prüfstelle TÜV SÜD geboten. Diese Informationen dienen Herstellern dazu die nötigen Standards für funktionale Sicherheit einzuhalten.
„Fahrzeugsicherheit ist wichtig für jeden Fahrer auf der Straße,” so Miro Adzan. „Ganz gleich, ob es sich dabei um Radar, Sensordatenfusion, integrierte Verarbeitung, Leistungsmanagement oder Kommunikation handelt, die Technologien von TI werden Autohersteller auch weiterhin in ihrer Vision für eine kollisionsfreie Zukunft unterstützen.”
Aus Leidenschaft für eine bessere Welt
Die Unterstützung von Autoherstellern bei der Bewältigung von Fahrzeugsicherheit ist ein Beispiel dafür, wie TI-Innovatoren ihre Leidenschaft leben, eine bessere Welt zu schaffen, indem sie Elektronik durch Halbleiter erschwinglicher machen. Wir erreichen unser Ziel durch jahrelange Erfahrung – mit jeder Generation bahnbrechender und zukunftsweisender Innovationen wird unsere Elektronik kleiner, effizienter zuverlässiger und erschwinglicher. Das bedeutet technischer Fortschritt für uns. Dabei können wir auf unsere jahrzehntelange Erfahrung aufbauen.