Qualitätssicherung von Fahrerassistenzsystemen

Der Einsatz von GNSS-Verfahren zur Qualitätssicherung von Fahrerassistenzsystemen

Problemstellung

Fahrerassistenzsystems sind elektronische Zusatzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Unterstützung des Fahrers in bestimmten Fahrsituationen. Einerseits werden Fahrerassistenzsysteme zur Steigerung der Fahrsicherheit bei erhöhtem Verkehrsaufkommen benötigt, zum anderen bewirken sie eine Steigerung des Fahrkomforts.

Derzeit befinden sich eine Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen in der Entwicklung bei führenden Automobilherstellern und auch Zulieferern, einige Systeme haben bereits Serienreife erreicht und sind schon in Fahrzeugen integriert, wie zum Beispiel Einparkhilfen und Abstandswarnsysteme.
Da präzise satellitengestützte Messverfahren sehr viele der geforderten Informationen liefern können, bietet sich in vielen Fällen der Einsatz dieser Systeme in der Qualitätssicherung an. Mit einer Messrate bis zu maximal 100 Hz können beispielsweise Positionen und sehr präzise Geschwindigkeiten gemessen werden. Auch die Fahrtrichtung ist direkt aus den Messwerten abzulesen. Die Basisinformationen Zeit, Position, Geschwindigkeit und Kurs mit dazugehörigen Genauigkeitsinformationen sind die grundlegenden Größen um daraus die zur Qualitätssicherung benötigten Informationen, wie beispielsweise der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen, die relative Geschwindigkeit von zwei Fahrzeugen und der Winkel zwischen zwei Fahrzeugen, präzise ableiten zu können.

Anforderungen an das GNS System

• Die Verfügbarkeit der gemessenen Daten soll bei ca. 95% liegen, obwohl das System auch im realen Verkehrsfluss auf offener Straße eingesetzt werden soll.
• Der Abstand zwischen zwei sich bewegenden Fahrzeugen soll mit einer Genauigkeit von besser als 10 cm gemessen werden.
• Die relative Geschwindigkeit zwischen den Fahrzeugen muss mit einer Genauigkeit von besser als 0.1 km/h verfügbar sein.
• Präzise Informationen müssen nicht in Echtzeit verfügbar sein.
• Zwecks Visualisierung sollen alle gemessenen Informationen in Echtzeit verfügbar sein. Eine hohe Genauigkeit ist in Echtzeit nicht erforderlich.
• Die Informationen sollen mit einer Datenrate von 10Hz ausgegeben werden.
• Das System soll auch in normalen Verkehrssituationen einsetzbar sein. Das System soll auch unter dem Einfluss von Multipatheffekten und Abschattungen möglichst zuverlässig funktionieren.

Systemaufbau entsprechend der Anforderungen

• Um eine möglichst hohe Verfügbarkeit der Daten in für den Einsatz von GNSS-Verfahren nicht ganz so optimalen Bedingungen zu erreichen, wird ein GPS + GLONASS Zweifrequenz-Receiver eingesetzt. Dieser ermöglicht eine Positionsbestimmung auch in stärker abgeschatteten Gebieten, in denen unter der Verwendung eines reinen GPS-Empfängers keine Positionsbestimmung mehr möglich sein würde.
• Aus den Genauigkeitsanforderungen von ca. 10 cm für den Abstand zwischen beiden Fahrzeugen resultiert eine Genauigkeitsanforderung von besser als 10 cm für die absoluten Positionen der Einzelfahrzeuge, aus denen der Abstand abgeleitet werden kann. Diese Anforderung erfordert grundsätzlich die Verwendung von differentiellen GNSS-Verfahren je nach Ansprüchen an die Verfügbarkeit in Echtzeit oder im Postprocessing. Ein Moving-Base Verfahren, dass heißt eine präzise Positionsbestimmung zwischen beiden Fahrzeugen ermöglicht eine direkte Ausgabe des Abstandes zwischen beiden Fahrzeugen. Dieses Verfahren bedarf jedoch einer möglichst himmelsfreien Umgebung und kann in einer realen Testumgebung die hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit der Daten nicht erfüllen. Auf speziellen Teststrecken ist dieses Verfahren jedoch einwandfrei einsetzbar. In realer Umgebung bieten sich Postprocessing-Verfahren für die Positionsbestimmung an, da diese sowohl die Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und auch Verfügbarkeit erfüllen.
• Die Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeiten und Kurswinkel können mit einem hochwertigen GNSS-Empfänger problemlos erfüllt werden. Des Weiteren sind auch Genauigkeitsangaben zu allen Informationen verfügbar. Derzeit kann mit geodätischen Zweifrequenzempfängern mit einer Datenrate von 20Hz gemessen werden.
• Die für die Echtzeitvisualisierung notwendigen Informationen können mittels Funkverbindung vom einen Auto in das nächste übertragen werden. Aus den im Standard-NMEA Protokoll vorliegenden Messgrößen können die geforderten Größen Abstand, relative Geschwindigkeit und relativer Winkel zwischen zwei Fahrzeugen mathematisch abgeleitet werden. Die Daten können mit Hilfe der vorliegenden sehr präzisen Zeitinformation synchronisiert werden.

Systemkonfiguration