Augmented Reality in der Fahrzeugsicherheitstechnik

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Name des Autors / der Autoren:	Dirk Malinowski, Dirk Sommerfeld, Tobias Spiegel
Titel der Arbeit:	"Augmented Reality in der Fahrzeugsicherheitstechnik"
Hochschule und Studienort:	FOM Düsseldorf

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Augmented Reality 2.1.1 Definition 2.1.2 Begriffsabgrenzung 2.1.3 Technische Grundlagen 2.2 Fahrzeugsicherheitstechnik 3 Serienreife Systeme 3.1 Head-Up-Display 3.2 Abstandsradar 3.2.1 Klassische Geschwindigkeitsregelsysteme 3.2.2 Adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme 3.2.3 Automatische Bremssysteme 3.3 Einparkhilfen 3.3.1 Sensoren 3.3.2 Kamera 3.4 Nachtsichtsysteme 3.4.1 Aktive Infrarot-Nachtsichtsysteme 3.4.2 Passive Infrarot-Nachtsichtsysteme 3.4.3 Nachtsichtsysteme mit Fußgänger-Erkennung 3.5 Spurwechselassistent 3.6 Spurhalteassistent 3.7 Einschlafwarner 3.8 Verkehrszeichenerkennung 4 Systeme in der Entwicklung 4.1 Dynamischer Durchblick im Straßenverkehr 4.2 Weiterentwicklungen von Navigationssystemen 4.3 Car-to-Car-Kommunikation 4.4 Stimmungssensor 5 Bewertung 5.1 Wirtschaftlichkeit 5.1.1 Kosten 5.1.2 Nutzen 5.1.3 Rentabilität 5.2 Realisierbarkeit von Prototypen 5.2.1 Dynamischer Durchblick 5.2.2 Weiterentwickelte Navigationsgeräte 5.2.3 Car 2 Car Kommunikation 5.2.4 Stimmungssensor 6 Schlußbetrachtung 6.1 Pro 6.2 Contra 7 Fußnoten 8 Abbildungsverzeichnis 9 Abkürzungsverzeichnis 10 Literatur- und Quellenverzeichnis

1 Einleitung

Diese Fallstudie soll einen Einblick geben, wie Augmented Reality (AR) bereits heute in der Fahrzeugsicherheitstechnik angewendet wird. Dazu werden exemplarisch ausgewählte aktuelle Fahrassistenten auf ihren Augmented Reality Grad untersucht. Auch wenn es für einzelne Systeme keine reinrassige Augmented Reality Verwendung gibt, so sind diese Systeme in Kombination mit anderen Systemen wieder AR-relevant. Desweiteren werden in der Entwicklung befindliche Systeme vorgestellt und auf deren Realisierbarkeit untersucht.
Nach einer Kosten-Nutzen Bewertung erfolgt die Einschätzung, was genau Augmented Reality in der Fahrzeugsicherheitstechnik darstellt und ob deren Anwendung wirklichen Sicherheitsgewinn bringt oder nur einen Komfortgewinn.

2 Grundlagen

In diesem Kapitel werden die Begriffe „Augmented Reality“ und „Fahrzeugsicherheistechnik“ erklärt und definiert.

2.1 Augmented Reality

Augmented Reality steht für eine Mensch-Technik-Interaktion, bei der Objekte der realen Welt mit virtuellen Objekten interagieren.

2.1.1 Definition

Die heute meist verwendete Definition^[1] von AR ist die von Ronald T. Azuma:

Defintion von AR nach Azuma

Kombiniert Realität und Virtualität

Interaktion in Echtzeit

Virtuelle Informationen an realen Informationen ausrichten

Der starke Zuspruch für diese Definition begründet sich in der Allgemeingültigkeit der Aussage, d.h. sie ist unabhängig von der Technik mit der die AR umgesetzt wird.^[1]

2.1.2 Begriffsabgrenzung

Grundsätzlich muss zwischen 4 verschiedenen Begriffen unterschieden werden:

• Reality
• Augmented Reality
• Augmented Virtuality
• Virtuality

Beide Augmented Versionen blenden Zusatzinformationen in die jeweilige Welt ein. Bei Augmented Reality werden dazu reale Bilder einer Kamera genommen. Bei Augmented Virtuality sind es errechnete Bilder einer virtuellen Umgebung. Der Unterschied ist manchmal sehr schwer zu erfassen, vor allem wenn eine virtuelle Umgebung einer Realen sehr ähnlich sieht. Die fließenden Grenzen versucht die nachfolgende Abbildung zu beschreiben.^[2]

2.1.3 Technische Grundlagen

Grundlegende Komponenten eines ARS sind ein Trackingsystem, ein Szenengenerator und ein Ausgabesystem.

• Trackingsystem

Das Trackingsystem in einem ARS ermöglicht die dreidimensionale und interaktive Ausrichtung der realen und virtuellen Objekte zueinander.

Um einen Anwender oder ein Objekt in einem ARS bestmöglich zu erfassen sind unter anderem folgende Punkte bei einem Trackingsystem von Bedeutung:^[3]

• Genauigkeit

Die Genauigkeit des Sensors ist entscheidend für die exakte Übereinstimmung der realen und virtuellen Objekte. Hat der Sensor nicht die zum Anwendungsfall passende Genauigkeit so kommt es zu Fehldarstellungen.

Ein Beispiel^[4]:

Eine Abweichung von 1° (Winkelgrad) projiziert auf eine Strecke von 1000m bedeutet eine Abweichung von 17m.

Formel zur Berechnung: Abweichung von 1° = (2 ∗ 1000m ∗ π) 360°

• Reichweite / erfasster Bewegungsraum

Das Trackingsystem darf den Anwender oder Quell-Objekt (in unserem Fall das Fahrzeug) nicht in seiner Bewegungsfreiheit einschränken und muss den Anforderungen der Anwendung gerecht werden.

• Leistungsfähigkeit

An die Leistungsfähigkeit eines Trackingsystems werden hohe Anforderungen gestellt. Die Anzahl der zu verarbeitenden Eingangssignale nimmt stark zu. Dementsprechend muss das Trackingssystem leistungsstark ausgelegt sein.

Trackingsysteme können auf verschiedensten Techniken aufbauen. Ein paar Beispiele:

• GPS^[3]
• Elektromagnetisches Tracking^[5]
• Mechanisches Tracking^[5]
• Inertiales Tracking^[5]
• Laserbasiertes optisches Tracking^[5]
• Optisches (kamerabasiertes) Tracking^[5]

• Szenengenerator

Die gesammelten Informationen der einzelnen Komponenten eines ARS werden mit dem Szenengenerator aufbereitet. Der Szenengenerator ist eine Software. Mit der Software wird unter anderem die Registrierung der realen und virtuellen Objekte zu einander berechnet.

• Ausgabesystem

Das Ausgabesystem ist die technische Komponente welche zur Darstellung der fertigen AR-Szene dient. In unserem Fall handelt es sich in der Regel um ein HUD.

2.2 Fahrzeugsicherheitstechnik

Unter Fahrzeugsicherheitstechnik versteht man Systeme an Bord von Fahrzeugen (PKW und LKW), die dazu dienen, Verkehrsunfälle zu vermeiden oder deren Auswirkungen für die Fahrzeuginsassen abzumildern. Unabhängige Institutionen wie Euro NCAP^[6] und die grossen Automobilclubs wie der ADAC^[7] oder der AvD^[8] überprüfen regelmässig Neufahrzeuge in Bezug auf deren Sicherheit.
Zugelassene Fahrzeuge müssen in Deutschland regelmässig auf ihren Allgemeinzustand untersucht werden, ein sehr grosses Augenmerk wird hier auf die sicherheitsrelevanten Teile gelegt. Solche Untersuchen werden z.B. vom TÜV^[9] oder der DEKRA^[10] durchgeführt. Diese Pflichtuntersuchung ist weltweit nur in wenigen Länder vorgesehen. Durch diese regelmässigen Sicherheitschecks ist der technische Zustand der Fahrzeuge auf deutschen Straßen vergleichsweise gut.
Generell unterscheidet man zwischen zwei unterschiedliche Gruppen von Sicherheit:

• aktive Sicherheit
  

Hierunter versteht man generell, die Dinge, die dazu beitragen, im Voraus Unfälle zu vermeiden. Dazu zählen grundlegende und eigentlich selbstverständliche Dinge wie funktionstüchtige Bremsen, intakte Stoßdämpfer, Reifen mit ausreichender Profiltiefe und funktionierende Beleuchtung. Systeme wie ABS, dessen Weiterentwicklung ESP sowie die im Folgenden vorgestellten Fahrerassistenzsysteme zählen zu den Komponenten der aktiven Sicherheit.

• passive Sicherheit
  

Unter passiver Sicherheit versteht man Elemente, die die Fahrzeuginsassen im Falle eines Unfalls schützen: Knautschzonen, Seitenaufprallschutz, Sicherheitsgurte, Gurtstraffer, Airbags. Aber auch Kopfstützen und Kindersitze fallen darunter.

3 Serienreife Systeme

3.1 Head-Up-Display

Das Head-Up-Display (HUD) ist ein Anzeigesystem, welches dem Nutzer Informationen in Blickrichtung einblendet, so das dieser seinen Blick bzw. Kopf nicht senken muss. Aus diesem Umstand leitet sich auch die Bezeichnung ab. Ursprünglich wurden HUDs für die militärische Nutzung entwickelt und in Kampfflugzeugen eingesetzt.

Bei einem HUD werden Informationen z.B. ein Nachsichtbild in einem virtuellen Bild dargestellt, das sich in Blickrichtung des Fahrers ca. zwei bis drei Meter optisch vor ihm befindet und die natürliche Umgebung überlagert. Technisch wird dies über Reflexion gemäß dem Fresnelschen Reflexionsfaktor realisiert.^[11] Die Darstellungsfläche heutiger PKW/LKW-HUDs ist mit 140x70mm recht klein. Der Grund hier für sind die Fertigungstoleranzen heutiger Windschutzscheiben.^[12]

Unter dem Aspekt der Sicherheit betrachtet hat ein HUD den Vorteil, dass die Änderung der Akkommodation (Scharfeinstellung des Auges) und der Vergenz (beidäugige Koordination) im Vergleich zu herkömmlichen Anzeigen deutlich verringert ist.^[12]

3.2 Abstandsradar

3.2.1 Klassische Geschwindigkeitsregelsysteme

Das klassische Geschwindigkeitsregelsystem (Tempomat) ist schon seit vielen Jahren erhältlich: Der Fahrer betätigt bei Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit einen Schalter, der meist am Blinkerhebel oder direkt am Lenkrad positioniert ist, danach hält das Fahrzeug automatisch die eingestellte Geschwindigkeit. Betätigt der Fahrer die Bremse oder die Kupplung, soweit es sich nicht um einen PKW mit Automatikgetriebe handelt, schaltet sich das System aus Sicherheitsgründen automatisch ab. Beschleunigung durch Betätigung des Gaspedals, beispielsweise zum Überholen langsamerer Fahrzeuge auf der Autobahn, hat dagegen keine automatische Abschaltung des Systems zur Folge: nimmt der Fahrer (z.B. nach dem Überholvorgang) den Fuß vom Gaspedal, fällt die Geschwindigkeit soweit zurück, bis die zuletzt eingestellte Wunschgeschwindigkeit wieder erreicht ist. Zusätzlich sind zudem meist zwei Tasten vorhanden, mit denen sich die gewählte Geschwindigkeit manuell in sehr feinen Schritten nach oben bzw. unten anpassen lässt, um so eine dem Verkehrsfluss angepasste Geschwindigkeit einstellen zu können.

3.2.2 Adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme

Das adaptive Geschwindigkeitsregelsystem (Adpative Cruise Control)^[14] ist eine Weiterentwicklung dieser konventionellen Geschwindigkeitsregelung. Es unterstützt den Fahrer dabei, einen sicheren Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen zu halten und erhöht dadurch den Fahrkomfort auf Langstrecken erheblich. Bei voreingestellter Geschwindigkeit misst ein Mikrowellen-Radarsensor, der unauffällig in der Fahrzeugfront integriert ist, den Abstand zum Vordermann. Viele Menschen haben Probleme damit, Entfernungen richtig einzuschätzen, speziell bei Fahrzeugen die sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen. Der eigentlich notwendige Sicherheitsabstand wird deshalb zum Teil unbewusst unterschritten. Hier leistet das System einen hohen Beitrag zur Steigerung der Sicherheit, denn das eingeschaltete System hält vollautomatisch immer den für die jeweilige Fahrgeschwindigkeit richtigen Sicherheitsabstand ein. Verringert sich der Sicherheitsabstand, beispielweise durch ein einscherendes Fahrzeug, bremst das System automatisch ab. Ist wieder ein ausreichender Abstand gegeben, beschleunigt das System die Geschwindigkeit bis zur eingegebenen Höchstgeschwindigkeit und hält diese. Das Abstandsradar gilt inzwischen als ausgereift^[15]. Solche Systeme schützen zwar nicht davor, in eine vom Vordermann verursachte Karambolage zu geraten, aber solange der Verkehr fließt, erfüllen sie ihre Aufgabe als "vorausschauender Beifahrer".

Steuergeräte überwachen permanent die aktuelle Fahrsituation und passen das eigene Tempo durch gezielte Brems- und Motormanagementeingriffe an. Die Eingriffe unterscheiden sich je nach Fahrzeughersteller. Bei einigen geschieht dies hinunter bis zum Stillstand und hinauf bis zu Geschwindigkeiten von 200 km/h.
Bisher ist diese Technik vornehmlich in Fahrzeugen der Luxusklasse zu finden, in der (gehobenen) Mittelklasse wenn überhaupt als teures Extra der Aufpreisliste. Bis in die Autos der Golf-Klasse hat es das Abstandradar noch nicht geschafft. Wären alle Fahrzeuge auf der Autobahn mit dieser Stress reduzierenden Anti-Drängel-Technik ausgerüstet, könnte kein Fahrer so beschleunigen, dass er auf ein vorausfahrendes Fahrzeug auffährt. Staus und Verkehrsunfälle gäbe es zwar immer noch, die Gefahr wäre aber geringer.

• Vorteile
  

+ Komfortsteigerung für den Fahrer

+ Sicherheitsgewinn durch optimalen Sicherheitsabend

+ Verringerung von Unfällen

• Nachteile
  

- Fahrer könnte sich bevormundet fühlen und das System abschalten

- Verfügbarkeit bisher nur in der Luxusklasse bzw. gegen hohen Aufpreis

3.2.3 Automatische Bremssysteme

Volvo nutzt die oben erwähnte Technik des Abstandsradars und integriert ein weiteres Sicherheitsfeature: Erstmals ist das automatische Bremssystem "City-Safety-System" (CSS) serienmässig an Bord des Volvo XC60 zu finden. Ist der Fahrzeugführer abgelenkt und fährt ohne zu bremsen auf ein Hindernis zu, wird bei bis 30 km/h das City-Safety-System aktiv und leitet eine automatische Vollbremsung ein. Typische Stop-and-Go - Unfälle, wie sie häufig im städtischen Rushhour-Verkehr oder im zähfliessenden Verkehr auf Autobahnen auftreten, können so wirkungsvoll verhindert werden.
Ab einer Fahrgeschwindigkeit von grösser als 30 km/h warnt dann ein rotes Leuchtenband im Armaturenbrett vor zu dichtem Auffahren. In der Praxis, vor allem im städtischen Berufsverkehr, ist die schöne Theorie vom vorgesehen Mindestabstand meist aber nicht zu halten. Das hat vermutlich zur Folge, dass der genervte Fahrer schnell zum Aus-Schalter greift und das System deaktiviert, der zusätzliche Sicherheitsgewinn wäre nicht mehr vorhanden.
Andere Hersteller bieten ähnliche Systeme zum Teil zumindest in ihren Oberklassen an, bei Mercedes-Benz z.B. als sogenanntes "Pre Safe"-Bremssystem.

3.3 Einparkhilfen

Einparkhilfen erweitern das Sichtfeld des Autofahrers. Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen. Als Ultraschallsensoren mit optischer/akustischer Ausgabe und als Kamerasystem, welches das Bild hinter dem Fahrzeug auf einem Monitor darstellt.

3.3.1 Sensoren

Sensorgestützte System arbeiten wie ein Echolot. Dazu werden Ultraschallsignale emittiert und die Reflektionen der Umgebung eingefangen. Die Daten werden von einem Steuergerät ausgewertet und dem Fahrer angezeigt oder akustisch in Form von Signaltonfolgen dargestellt. Die Anzeigen reichen von einfachen gehaltenen, mehrfarbigen Lampen (meist in grün = grosser Abstand / gelb = mittlerer Abstand / rot = kleiner Abstand) bis hin zu komplexen grafischen Darstellungen für jeden einzelnen Sensor im Bildschirm des Navigationsgerätes (siehe Abbildungen).
Sensorgestützte Einparkassistenten werden mittlerweile von allen Fahrzeugherstellern angeboten. Selbst in der Golfklasse sind diese Systeme in den höheren Ausstattungslinien meist serienmäßig. Für Einstiegsmodelle sowie Klein- und Kleinstwagen werden Einparksensoren gegen Aufpreis angeboten. Mittlerweile gibt es Nachrüstsysteme von Drittanbietern, die bei Autos eingebaut werden, bei denen es zum Produktionszeitpunkt keine herstellereigenen Systeme gab.

3.3.2 Kamera

Bei kameragestützten Systemen sitzt ein kleines Kameraobjektiv meistens über dem Nummernschild und deckt den hinteren Fahrzeugbereich ab. Beim Einlegen des Rückwärtsgangs wird das System aktiviert und liefert auf einem Bildschirm das Bild hinter dem Fahrzeug.
Die Systeme werden dabei insgesamt immer ausgefeilter. Beschränkten sich die ersten Systeme (z.B. das IPA im Toyota Prius) auf die reine Anzeige des Bildes inklusive Abstandsmarkierungen ähnlich den einfach gehaltenen Anzeigen bei den sensorgestützen Systemen, so werden aktuelle Systeme bereits mit aktiven Einparkassistenten kombiniert, bei denen der Fahrer nur noch Gas und Bremse bedienen muss. Dass diese Entwicklungen auch mal über das Ziel hinaus schießen beweist Lexus hier.

Kameragestützte Einparksensoren bilden die Minderheit. Das liegt u.a. an den hohen Kosten für solche Systeme, da auch immer zwingend ein Monitor verbaut werden muss. Aber auch hier gibt es mittlerweile Nachrüstsysteme, bei denen sogar im Rückspiegel oder der Sonnenblende bei eingelegtem Rückwärtsgang das Kamerabild angezeigt wird.

3.4 Nachtsichtsysteme

Der Begriff Nachsichtgeräte steht für eine Gruppe von Systemen, die bei Sichtverhältnissen, die für das menschliche Auge schlecht oder gar nicht auswertbar sind, Bildinformationen für den Anwender aufbereiten. Die technische Umsetzung kann auf verschiedene Art und Weise geschehen. In der Automobilindustrie werden unter dem Begriff Nachtsichtsystem in der Regel Infrarotkameras eingesetzt. Diese Infrarotkameras werten das Licht im Infrarotenbereich (NIR-Bereich: 780-3000 nm Wellenlänge) aus.^[16][17]

3.4.1 Aktive Infrarot-Nachtsichtsysteme

Aktive Nachtsichtsysteme senden infrarotes Licht über eigene IR-Quellen aus und wandeln das reflektierte Infrarotlicht mit einer Spezialkamera in ein Schwarzweiß-Bild um.^[18][19]

3.4.2 Passive Infrarot-Nachtsichtsysteme

Die passiven Nachtsichtsysteme senden selber keine Infrarotstrahlung aus. Eine infrarotempfindliche Kamera nimmt nur die von Objekten selbst abgestrahlte Infrarotstrahlung auf. Die aufgenommene Strahlung wird wie bei der aktiven Variante in Form eines Schwarzweißbildes dargestellt.^[16][20]

3.4.3 Nachtsichtsysteme mit Fußgänger-Erkennung

Die 2. Generation der Nachtsichtsysteme verbessert nicht nur die Sicht des Autofahrers. Diese neuen Systeme markieren in der Anzeige Objekte, die als Fußgänger identifiziert worden sind und heben diese damit hervor. Zusätzlich werden noch Warnmeldungen ausgegeben z.B. auf einem Head-up-Display. Diese Systeme führen nochmals zu einer Steigerung der Verkehrssicherheit.^[20]

3.5 Spurwechselassistent

Der Spurwechselassistent (SWA) dient dazu, den Autofahrer beim Fahrspurwechsel zu unterstützen. Die Gefahr ist groß, bei einem Spurwechsel die von hinten herannahenden Fahrzeuge zu übersehen. Spurwechsel erfordern eine extrem kurze Reaktionszeit, speziell bei hohen Geschwindigkeiten, die auf Autobahnen gefahren werden. Um einen sicheren Spurwechsel vollziehen zu können, benötigt der Fahrer komplexe Informationen über sein Fahrzeugumfeld. Hier kommen seit vielen Jahren traditionell nur Innen- und Aussenspiegel zum Einsatz, die dem Fahrer eine Rundumsicht um das Fahrzeug ermöglichen sollen. Trotz Blick in den Innen- bzw. Aussenspiegel kommt es dazu, dass sich Fahrzeuge im sogenannten "toten Winkel" befinden und deshalb vom Fahrer nicht (rechtzeitig) wahrgenommen werden können.

Hier greift der Spurwechselassistent ein: er überwacht mit Hilfe von Sensoren den Bereich neben dem Fahrzeug und erweitert die visuelle Realität des Fahrers, indem er diesem optisch, akkustisch oder haptisch signalisiert, wenn sich ein Fahrzeug im toten Winkel befinden. Je nach Fahrzeughersteller kommen hierbei unterschiedliche Sensoren zum Einsatz:

• Kameras
  

Kameras, die z. B. in die Gehäuse der Aussenspiegel integriert sind, nehmen permanent das Umfeld neben dem Fahrzeug auf.

• Radarsensoren (Frequenzbereich 24 bzw. 77 GHz)
  

Sie sind wie die Kameras ebenfalls im Aussenbereich des Fahrzeugs montiert und scannen das direkte Umfeld mit Hilfe von Radar ab.

• Laserscanner
  

Die Laserscanner arbeiten ähnlich wie die Radarsensoren, hier kommen jedoch Laser zum Einsatz, d.h. das System arbeitet optisch.

Bei allen Herstellern wir das System durch die Betätigung des Blinkerhebels eingeschaltet. Die oben erwähnten Sensoren überprüfen daraufhin, ob sich ein Fahrzeug nähert bzw. im toten Winkel befindet und warnen den Fahrer entsprechend. Zur Signalisierung der Gefahr an den Fahrer kommen hierbei drei Techniken zum Einsatz:

• optisch
  

Der Fahrer wird durch eine Signalleuchte, die z.B. im Bereich des Aussenspiegel eingebaut ist, gewarnt.

• akustisch
  

Die Warnung erfolgt hierbei durch einen Signalton, der in seiner Ausprägung ggf. abhängig von der Entfernung des fremden Fahrzeuges sein kann.

• haptisch

Die Warnung erfolgt "fühlbar", z.B. durch Vibration des Lenkrades

Vorteil der haptischen Warnung

Die haptische Warnung wird hierbei durch sogenannte "taktile Reize" ausgelösst.^[21]. Ein entscheidender Vorteil dieser Warnmethode gegenüber der optischen bzw. akustischen Warnung ist, dass diese vom Fahrer auch dann deutlich besser wahrgenommen wird, wenn er abgelenkt ist. Optische oder akustische Warnungen können leicht Übersehen bzw. Überhört werden, z.B. durch Ablenkungen wie laute Musik, anregende Gespräche mit den Mitfahrern oder Telefonate mit dem Mobiltelefon.

3.6 Spurhalteassistent

Rund 14% ^[22] aller Verkehrsunfälle mit Verletzten werden durch das Abkommen von der Fahrspur verursacht. Hauptursachen für das unbeabsichtigte Verlassen der eigenen Fahrspur sind Übermüdung und Unaufmerksamkeit des Fahrzeugführers.

Genau hier setzt der Spurhalteassistent an: Er warnt den Fahrer vor unbeabsichtigtem Verlassen der Fahrspur, indem er mit Hilfe von optischen Systemen und dahintergeschalteter Computertechnik überwacht, ob sich das Fahrzeug innerhalb der Fahrbahnbegrenzung befindet. Je nach Fahrzeughersteller kommen hier unterschiedliche optische Techniken zum Einsatz:

• Kamerasysteme

Hier kommt eine Videokamera zum Einsatz, die bei den meisten Herstellern in der Nähe des Innenspiegels montiert ist. Diese Kamera hat freien Blick auf die vor dem Fahrzeug befindliche Fahrbahn, sie hat quasi das selbe Sichtfeld wie der Fahrzeugführer.
Das aufgenommene Kamerabild wird von einem nachgelagerten, computerbasierten Steuergeräte permanent und in Echtzeit ausgewertet. Die Software führt laufend einen "Soll-Ist-Vergleich" durch, erkennt das System eine Abweichung, erfolgt eine Signalisierung an die nachgeschalteten Systeme, die dann entsprechende Aktionen auslösen.

• Infrarotsysteme
  

Bei Citroën, dort wird der Spurhalteassistent als AFIL (Alarm bei Fahrspurabweichung durch Infrarot Linienerkennung ) vermarktet, kommt kein Kamerasystem, sondern ein infrarot-gestütztes System zum Einsatz^[23]. Die Infrarotsensoren sind in Vorderrad-Nähe montiert und nach unten auf die Fahrbahn ausgerichtet. Ein Steuercomputer wertet hier die von den Infrarot-Sensoren gelieferten Daten aus: als Referenzwerten dienen dabei die Farbunterschiede zwischen dunkel (Fahrbahnbelag der Strasse) und hell (Fahrbahnmarkierung auf der Strasse).



Die Systeme der Fahrzeughersteller lassen sich generell in zwei Gruppen einteilen:

• passive Warnsysteme - Lane Departure Warning (LDW)

Die bei BMW, Citroën und Mercedes verbauten Assistenten warnen lediglich den Fahrer. Diese Warnung erfolgt ähnlich wie beim o.a. Spurwechselassistenten optisch, akustisch oder haptisch. Bei Citrën beispielsweise warnt ein vibrierender Elektromotor in der entsprechenden Sitzwange, je nachdem, ob das Auto die Spur nach links oder rechts zu verlassen droht. Er soll das Gefühl vermitteln, als würde das Auto gerade eine Nagelreihe überfahren, was den Fahrer zum instinktiven Gegenlenken bewegt. Durch Setzen des Blinkers wird der Assistenten deaktiviert. Citroen schaltet das System ab 80 km/h scharf, andere Hersteller erlauben dessen Nutzung bereits bei geringeren Geschwindigkeiten (ab 65 bzw. 70 km/h). Abschaltbar ist dieser Assistent immer, was beispielsweise in Baustellen mit überkreuzenden und sehr nah beieinander liegenden Linien, deren eindeutige Zuordnung zu einer Fahrspur die Technik überfordert, sinnvoll ist.

• aktive Warnsysteme - Lane Keeping System (LKS)

Die Systeme von Honda, Lexus und VW greifen auch aktiv in die Lenkung ein. Sie führen das Auto automatisch auf seine Fahrspur zurück, es fährt in diesem Moment praktisch autonom - der Fahrer könnte die Hände vom Lenkrad nehmen. Der Fahrer fühlt den vom Assistenzsystem vorgeschlagenen Lenkeinschlag als sanfte Bewegung am Lenkrad, er behält aber die vollständige Kontrolle über das Fahrzeug. Eine vollautonome "Alleinfahrt" ist nicht erwünscht, deshalb schalten sich die Assistenten nach akustischer und optischer Warnung selbsttätig ab, wenn der Fahrer das Lenkrad nicht nach wenigen Sekunden wieder ergreift und das Fahrzeug manuell steuert.

Technische Probleme

Viele Hersteller nutzen zur Spurerkennung Schwarz-Weiss-Kameras, die im oberen Rand der Windschutzscheibe eingebaut sind. Sie blicken rund 60 Meter vor das Auto und lassen sich auch von Dunkelheit oder Nebel nicht irritieren. Starke Fahrbahnverschmutzungen, tiefe Regenpfützen, Schnee oder schlichtweg nicht vorhandene Fahrbahnmarkierungen auf der Straße machen eine Spurerkennung allerdings schwierig oder im Extremfall sogar unmöglich.
Sowohl die Kamera-gestützten als auch die auf Infrarot-Sensoren basierenden Systeme benötigen für eine "saubere" Erkennung von Fahrbahnmarkierungen eine freie Sicht auf die Fahrbahn, denn grundsätzlich können sie nicht mehr sehen als das menschliche Auge wahrnehmen kann.

3.7 Einschlafwarner

Nach Schätzungen des Deutschen Gesamtverbandes der Versicherungswirtschaft (GDV)^[24] ist etwa jeder vierte Unfall auf deutschen Autobahnen auf Übermüdung und mangelnde Konzentration zurückzuführen. Daher arbeiten Fahrzeughersteller an Konzepten um dem gefürchteten Sekundenschlaf vorzubeugen bzw. zu verhindern. Dabei werden verschiedene Sensoren miteinander kombiniert um ein möglichst valides Ergebnis zu erhalten.

Mercedes etwa hat von einer reinen Kameraüberwachung der Augen abgesehen, da es bei den Mandelaugen von asiatischen Menschen und Brillenträgern zu Erkennungsproblemen kam ^[25].
Daher wertet das Mercedessystem nun verschiedene Sensoren aus. Unter anderem werden Längs- und Querbeschleunigung, Pedalgebrauch, Lenkradwinkel und die Tageszeit berücksichtigt. Wenn das Fahrverhalten zu stark von den bisher erfahrenen Profildaten des Fahrers abweicht, schlägt das System Alarm und fordert zu einer Pause auf. Ein weitergehender Eingriff, wie Motordrosselung oder gar -abschaltung ist nicht vorgesehen.

Volvo geht mit seinem System einen ähnlichen Weg^[26]. Allerdings überwachen die Schweden auch mit einer Kamera die Fahrbahnmarkierungen (LKS). Auch bei Volvo erfährt der Fahrer sein individuelles Profil und die Technik gleicht immer gegen dieses Profil ab. Zusätzlich stellt Volvo den Müdigkeitszustand in einem 5-stufigen Balken dar. Sollte dieser auf der niedrigsten Stufe stehen, ist dringend eine Pause einzulegen. Volvo sieht die Verantwortung, wie Mercedes, beim Fahrer und verzichtet ebenfalls auf weitergehende Eingriffe.

3.8 Verkehrszeichenerkennung

Die Verkehrszeichenerkennung wird durch Kamerasysteme und Bilderkennungsalgorithmen umgesetzt. Eine Kamera z.B. im Wide-VGA-Format, in aller Regel im Rückspiegel integriert, erfasst den vor dem Fahrzeug liegenden Bereich. Eine Bilderfassungssoftware erkennt aufgrund der Charakteristika die Geschwindigkeitsverkehrszeichen und stellt diese Information dem Nutzer und anderen Assistenzsystemen (z.B. Navigationsystemen) zur Verfügung. Da die Charakteristika der Verkehrszeichen bekannt sein müssen, funktionieren solche Systeme im Moment nur in Europa zuverlässig.^[27][28]

4 Systeme in der Entwicklung

4.1 Dynamischer Durchblick im Straßenverkehr

Die steigende Anzahl von Kameras in unseren Städten birgt auch Potenziale für AR-Anwendungen. Die Vernetzung von Kamerainformationen aus einem Fahrzeug und z.B. Informationen einer Verkehrskamera kann eine neue Sicherheitslösung für den Straßenverkehr bedeuten.

Unter dem Titel „Dynamic Seethroughs: Synthesizing Hidden Views of Moving Objects“ haben die Wissenschaftler Peter Barnum, Yaser Sheikh, Ankur Datta und Takeo Kanade an der Universität Carnegie Mellon in Pittsburgh (USA) eine Methode entwickelt, um aus den Videos einer bewegten und einer stationären Kamera ein perspektivisch korrektes Echtzeit-Video zu berechnen.^[29][30]

Zentrale Überlegung dieser Methode ist das Doppelverhältnis aus der projektiven Geometrie. Durch Anwendung dieser Überlegung entfällt auch die Notwendigkeit der exakten Positionsbestimmung beider Kameras zu einander. Es sind keine komplexen 3D-Berechnungen nötig um die perspektivische Darstellung zu erhalten, weil nur auf 2D-Videodaten zugegriffen wird.

Die Entwickler selbst haben einen Versuchsaufbau erstellt, der eine Straßenszene darstellt.

Die Umsetzung dieser Methode in eine konkrete Anwendung und damit in ein massentaugliches Produkt liegt nahe, weil dieses Projekt von einem japanischen, weltweit operierenden Automobilausstatter gesponsert wurde. Ein Marketingvideo für den Einsatz dieser Technologie ist auch bereits verfügbar.^[31]

Nach der aktuellen Unfallstatistik^[32] des Statistischen Bundesamtes werden ca. 16% der Unfälle mit Personenschaden durch Fehler beim „Abbiegen, Wenden, Rückwärtsfahren sowie Ein- und Anfahren“ verursacht. In diese Gruppe fallen auch die Unfälle die durch verdeckte Sicht in Straßeneinmündungen auftreten. Ein System welches dem Fahrer ermöglicht „um die Ecke“ zu sehen könnte erheblich zur Sicherheit im Straßenverkehr beitragen.

Voraussetzungen für die Funktionsfähigkeit eines Systems, welches auf der oben genannten Methode aufbaut ist eine Car-to-X-Kommunikation. Kameras aus der Umgebung des Fahrzeugs müssen Videosignale bereitstellen. Neben den technischen Voraussetzungen sind auch wirtschaftliche und rechtliche Voraussetzungen zu prüfen. Die rechtliche Prüfung stellt eine große Herausforderung dar, weil die rechtliche Grundlage von Staat zu Staat unterschiedlich ist. Datenschutzrechtliche Bedenken müssen mit dem Sicherheitsnutzen abgewägt werden.

4.2 Weiterentwicklungen von Navigationssystemen

Die nächste Generation von Navigationssystemen hat die Marktreife bereits erreicht.^[33] Die Navigationssysteme werden mit Kameras ausgestattet und erlauben so die Aufnahme der realen Straße. In diese Videodaten der realen Umgebung werden die virtuellen Navigationsobjekte eingeblendet.

Portable-Stand-Alone Navigationssysteme bekommen zunehmend Konkurrenz von den neuen Generationen Smartphone (iPhone, Smartphones mit Android). Smartphones sind ebenfalls mit GPS und Kamera ausgestattet, und besitzen häufig auch einen digitalen Kompass zur Bestimmung der "Blickrichtung". Für viele der verschiedenen Smartphone-Betriebssysteme sind Navigationsanwendungen erhältlich, auch mit AR-Option^[34].

Eine Studie der Universität Regensburg hat sich mit dem Thema Assistenzsysteme und Unfallvermeidung bzw. Unfallverursachung auseinander gesetzt. Ein Ergebnis ist, dass Navigatonssysteme nicht nur dem Fahrer zu mehr Komfort verhelfen, sondern auch das Unfallrisiko senken, weil die sog. Navigationsaufgabe entfällt. Die Navigationsaufgabe ist die Aufmerksamkeit die ein Fahrzeugführer aufwenden muss um sich überwiegend in unbekannten Verkehrsumgebungen zu recht zufinden.^[35] Eine weitere Möglichkeit zur Senkung des Unfallrisikos wäre die Einblendung der Navigationsinformationen in Form von virtuellen Objekten in einem HUD. Diese Darstellung lenkt den Blick des Fahrzeugführers nicht immer wieder auf das Display des Navigationssystems. Der Fahrzeugführer kann so seinen Blick immer in Fahrtrichtung halten.

Zukunft?! In Verbindung mit anderen Assistenzsystemen an Bord eines Fahrzeuges kann mit Hilfe dieser Navigationssysteme auch die Fahrzeugsicherheit erhöht werden. Zum Beispiel adaptive Geschwindigkeitshinweise vor Gefahrenstellen, wobei die Gefahrenstellen mittels Car-2-Car-Kommunikation ausgetauscht werden. Nach dem gleichen Prinzip wäre eine adaptive Hervorhebung von geänderten Verkehrsführunge machbar.

4.3 Car-to-Car-Kommunikation

Verkehrstaus verursachen nach Schätzungen der EU-Kommision allein in Deutschland jährlich einen volkswirtschaftlichen Schaden von etwa 17 Milliarden Euro. Schon seit vielen Jahren erfolgt die Warnung vor Staus, Unfälle, Glatteis etc. zumeist über "klassische" Systeme wie Radio mit Verkehrsfunk oder Navigationssysteme mit TMC.
Hierbei handelt es sich üblicherweise um eine typische "one-way"-Kommunikation, d.h. die Fahrzeuge empfangen lediglich die Informationen die zentral zur Verfügung gestellt werden.
Durch die notwendige, zentrale Sammlung ergeben sich mehrere Nachteile:

- es entsteht immer ein zeitlicher Verzug

- ungenaue Lokalisierung der Informationen

- aktiver "Konsum" der Informationen durch den Fahrer notwendig

Hier gibt es viel Optimierungspotential, das durch den Einsatz von Car2Car- Car2X- Kommunikation erreicht werden soll. Es werden generell zwei Bereiche unterschieden:

• Car-to-X Kommunikation
  

Unter Car-to-X Kommunikation versteht man die Kommunikation von Fahrzeugen mit stationären Geräten. Dies können separate Empfangsgeräte sein, aber auch Verkehrzeichen, Hinweistafeln oä.

• Car-to-Car Kommunikation
  

Unter Car-to-Car Kommunikation versteht man generell den direkten Informationsaustausch von Fahrzeugen untereinander mit dem Fokus auf sicherheitsrelevanten Daten.

Erfassung der Verkehrslage und ergänzender Informationen

• Infrastrukturseitige Datenerfassung

Brücken, Verkehrsschilder, usw. nehmen Informationen von Fahrzeugen auf

• Fahrzeugseitige Datenerfassung

Fahrzeug (PKW & LKW) erfassen (verkehrsrelevante) Daten

• Ermittlung der Verkehrswetterlage

Für die Verkehrslage wichtige Wetterdaten wie Glatteis, Nebel, Regen usw. werden erfasst.

• Ermittlung der Verkehrslage

Die aktuelle Verkehrslage wird erfasst: wenig Verkehr, zähfliessender Verkehr, Stau

• Identifikation Verkehrsereignisse

Verkehrsbeinflussende Verkehrsereignisse wie Unfälle, Staus usw. werden erfasst

Verkehrs(fluss)-Information und Navigation

• Straßenvorausschau

Rechtzeitige Hinweise auf Stau o.ä.

• Baustelleninformationssystem

Hinweise auf Baustellen und entsprechende Fahrspurverlagerungen oder Verengungen

• Erweiterte Navigation

An die jeweilige Verkehrslage angepasste Navigationsempfehlungen werden ausgegeben.

Verkehrs(fluss)-Steuerung

• Umleitungsmanagement

Bei Staus oder Verkehrsstörungen werden entsprechende Umleitungsempfehlungen gegeben.

• Lichtsignalanlagen Netzsteuerung

Optimierte ganzheitlich Steuerung für einen geordneten Verkehrsfluss

• Lokale verkehrsabhängige Lichtsignalanlagensteuerung

Ampelphasen werden bedarfsgerecht geschaltet ("Grüne-Welle", nachts aus, Verkehrsmengenabhängig)

Lokale Gefahrenwarnung

• Hinderniswarnung

Warnung vor liegengebliebenen, verunfallten Fahrzeugen usw.

• Stauendewarnung

Warnung vor Stauende, vor allem an unübersichtlichen Stellen wie Kurven oder Kuppen

• Straßenwetterwarnung

Warnung vor Glatteis, Nebel, Auqaplaning usw.

• Einsatzfahrzeugwarnung

Warnung vor sich nähernden Einsatzfahrzeugen von Feuerwehr, Rettungsdienst, Polizei

Fahrerassistenz

• Verkehrszeichen-Assistent / -Warnung

Erkennung von Verkehrszeichen und Einblendung in fahrzeugeigenen Systemen (Navigationsdisplay, Head-Up-Display)

• Ampel-Phasen-Assistent / -Warnung

Hinweis auf richtige Geschwindigkeit für "Grüne-Welle-Schaltung"

• Längsführungsassistent

Unterstützung des Fahrzeugassistenzsystems "Spurhalteassistent"

• Kreuzungs- /Querverkehrsassistent

Unterstützung des Fahrers an unübersichtlichen Kreuzungen oder Ausfahrten, als Ersatz für klassische Spiegel

Internetzugang und lokale Informationsdienste

• Internetbasierte Dienstnutzung

Nutzung für Internetbasierte Informationen wie Staumeldungen usw.

• Standortinformationsdienste

Nutzung für sogenannte "Local-Based-Services"

• Testbetrieb in Deutschland

In Deutschland wurde das hessische Rhein-Main-Gebiet im Jahr 2007 zum Testgebiet für ein Pilotprojekt, „Sichere Intelligente Mobilität - Testfeld Deutschland SIM-TD“, ausgewählt. Initiatoren waren der VDA und die deutsche Automobilindustrie. Dort wird neben der Kommunikation von Autos untereinander (Car-to-Car) auch der Datenaustausch mit der Verkehrsinfrastruktur (Car-to-X) wie z.B. Lichtzeichenanlagen und Verkehrsleitzentralen erprobt. Langfristig gibt es das Ziel, europäische bzw. globale Standards für die Car-to-X-Technologie zu erarbeiten, um so eine weltweite sinnvolle Nutzung zu ermöglichen.

• Standardisierung in Europa

Von der Europäischen Union wurde inzwischen für C2C-Anwendungen der Mikrowellenbereich zwischen 5,875 GHz und 5,905 GHz freigegeben^[36] Die Car-to-Car-Kommunikation soll die Funktechnik von WLANs nach dem 802.11p - Standard nutzen. Die Sendeleistung (EIRP) ist dafür auf 23 dBm/MHz festgelegt worden, sie darf 33 dBm nicht überschreiten. Die von Fahrzeugen ausgesendeten Funktelegramme enthalten Daten wie die über GPS ermittelte Fahrzeugposition, Zeit- und Geschwindigkeitsangabe, sowie eine Festlegung des Umkreises, in dem andere Fahrzeuge gewarnt werden müssen. Das ermittelte Ereignis wird codiert übertragen.
Die Fahrzeuge, die diese Funktelegramme empfangen, arbeiten wie ein Repeater und verbreiten die Nachricht weiter, wodurch der Informationsraum vergrößert werden kann. Wie weit die Nachricht verbreitet wird, liegt an der Relevanzzone, das ist der Bereich, der für das Ereignis von Bedeutung ist. Bei einer kurzen Bremsung ist die Relevanzzone natürlich wesentlich kleiner als bei dem Hinweis auf einen Stau. Diese Relevanzzone wird von dem sendenden Fahrzeug vorgegeben, was dazu führt, dass die Verbreitung über die Repeater-Fahrzeuge einen geringeren oder größeren Umkreis abdeckt.

Vorgesehen ist auch eine Kommunikation über so genannte "Road Side Units" (RSU), die wiederum miteinander vernetzt sind .
Wireless Access for Vehicular Environment (WAVE) und Vehicular AdHoc Networks (VANET) sind solche C2C-Systeme, die die WLAN-Technik nach 802.11 nutzen, letztere 802.11p, und diese um verkehrsspezifische Funktionen erweitern.

4.4 Stimmungssensor

Ein Forschungsfeld, dass bisher nur eine Idee darstellt, ist die Forschung der Uni Lüneburg zum Thema Psychobionik. Darin wird untersucht inwieweit es möglich ist dem Menschen die Zustände der Maschinen und den Maschinen die Zustände der Menschen zu vermitteln. Eine Untersuchung betrifft das Messen der emotionalen Verfassung ^[37]. Es wird u.a. vom Volkswagenkonzern gefördert und hat zum Ziel eine Einschätzung zu liefern ob es möglich ist emotionale Zustände messbar darzustellen und so aufzubereiten, dass diese Daten maschinell verarbeitet werden können. Eine Konsequenz, was mit den Daten passieren und wie das Fahrzeug reagieren soll, steht noch nicht fest.

Denkbar wären folgende Szenarien:

• Eingriff in die Fahrzeugtechnik (Motorabschaltung, Leistung reduzieren)
• psychologische Eingriffe (akustisch, optisch, haptisch, olfaktorisch)
  
  

Der erste Punkt ist kritisch zu hinterfragen, da es unter Umständen kontraproduktiv sein kann den Fahrer in gewissen Gemütszuständen auch noch durch das Fahrzeug bevormunden zu lassen.

Denkbarer dagegen sind psychologische Eingriffe, die von Menschen mitunter nicht bewusst wahrgenommen werden, aber eine messbare Reaktion hervorrufen. Bei akustischen Eingriffen könnten über die Audioanlage beruhigende oder aktivierende Musik/Geräusche abgespielt werden.
Optische Beeinflussungen gibt es in Autos bereits jetzt. Im Honda Insight beispielsweise wird mittels Farben im Display ein Feedback zur ökonomischen Fahrweise gegeben ^[38]. Im Flugzeugbau wird beim Airbus A380 die Kabinenbeleuchtung dynamisch geregelt um einen schonenderen Übergang zwischen den Zeitzonen zu gewährleisten und Auswirkungen des Jetlags möglichst gering zu halten. Kombiniert man diese beiden Techniken mit dem Stimmungssensor, kann man die Stimmung des Fahrers positiv beeinflussen. Denkbar wäre im Zusammenspiel mit vollflächigen Head-Up-Displays eine Warnung vor Gefahren mit einem Richtungsindikator, wenn der Fahrer gerade sehr entspannt ist.
Eine haptische Beeinflussung könnte bei aufgeladener Stimmung eine Massage in den Sitzen übernehmen, damit der Fahrer eine positivere Grundstimmung erhält.
Citroën betreibt beim C4 bereits olfaktorische Beeinflussung ^[39]. In Kombination mit dem Stimmungssensor wäre es hier möglich den Fahrer unterbewusst zu beeinflussen. Als übertragendes Beispiel seien die Pheromone genannt, die von Menschen nicht bewusst wahrgenommen werden, aber trotzdem eine Wirkung auf die Stimmung haben. Die Umsetzbarkeit dieses Punktes ist neben der optischen Komponente sicherlich am interessantesten. Allerdings wird die Auswahl wohl beschränkt bleiben, da man nicht für jede Stimmungsänderung und jede Nase standardisierte Düfte mitführen kann.

5 Bewertung

5.1 Wirtschaftlichkeit

5.1.1 Kosten

Die Verbreitung von Innovationen wird sich wie in der Vergangenheit auch abspielen. Soweit es keine gesetzlichen Vorgaben zur Einführung, wie beim Katalysator, gibt, werden die neuesten Innovationen zuerst in der Luxusklasse gegen Aufpreis angeboten. Über diese Einnahmen decken die Hersteller einen Teil der Entwicklungskosten.

Danach erfolgt die Einführung in die "Businessklasse" der Automobilwelt, d.h. die Autos der großen Verleihfirmen, in typischen Dienstwagen, etc. Da hier gute Margen mit den Fahrzeugen erzielt werden, holen sich die Hersteller den Rest der Entwicklungskosten wieder herein, fahren die Qualität bei der Produktion hoch (Stichwort: Ausschuss) und generieren über Skaleneffekte (sinkende Stückkosten bei steigender Menge) weitere Vorteile.

Sollte sich ein System als attraktiv zeigen und gibt es keine weiteren konstruktiven Einschränkungen, dann werden die Systeme in die nächstkleineren Fahrzeugklassen adaptiert. So kommen dann auch die Fahrer der Kompaktklasse oder der Kleinwagen in den, zeitlich verzögerten, Genuss der Innovation. Die Hersteller lassen sich diese Extras gern durch Aufpreise bezahlen. Allerdings wird es immer Systeme geben, bei denen der Preis zu stark auf den Gesamtpreis des Fahrzeugs aufschlagen würde. So wird ein vollflächiges Head-Up-Display mit Sicherheit auch in der Luxusklasse noch sehr lange auf sich warten lassen. Die Produktionskosten einer vollflächigen Projektionsfläche wären selbst in dieser Fahrzeugklasse nicht durchsetzbar.

5.1.2 Nutzen

Eine Arbeit der Uni Regensburg über die Erforschung von Fehlverhalten bei Unfällen^[35]zeigt deutlich, dass die überwiegende Zahl der Ursachen für Unfälle durch Informationsfehler (76,9%) verursacht wird. Handlungsfehler (12,2%), Diagnosefehler (7,7%), strukturelle Fehler (7,4%), Zielsetzungs- und Bedienfehler (zusammen 7,7%) treten wesentlich weniger häufig auf. Gemäß der Arbeit gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die zu diesen Fehlverhalten führen. Einige davon erhöhen das relative Risiko (RR) des Eintretens um 100%. Zu den gefährlichsten Risiken gehören negative Emotion (RR 2,01), Müdigkeit (RR 1,94), überhöhte Geschwindigkeit (RR 1,85), Navigation (RR 1,65), mangelnde Ortskenntnis (RR 1,62) oder auch zu geringer Abstand (RR 1,39). Überträgt man die Faktoren auf die Fehlerursachen, erkennt man, das Fahrassistenzsysteme (insbesondere solche, die die Wahrnehmung des Fahrers anreichern) eine Daseinsberechtigung haben. Die Analyse ergab, dass z.B. Verkehrszeichenerkennung, Einschlafwarner und Spurwechselassistenten ein Potenzial zur Unfallvermeidung von 6-8% haben. Bei Spurhalteassistenten besteht ein hohes Potenzial von ca.25% Unfallvermeidung. Allerdings spielen bei Unfällen mit dem Verlassen der Spur noch weitere Faktoren eine Rolle. Z.B. fand ein Fünftel der untersuchten Unfälle mit Verlassen der Spur unter Alkoholeinfluss von mehr als 1,1‰ statt. Dort hat so ein System nur noch begrenzte Wirkmöglichkeiten. Ebenfalls hohes Vermeidungspotenzial hat die Adaptive Cruise Control mit 20,5% Unfallvermeidung. Den größten Nutzen hat allerdings die automatische Notbremse, wie bereits bei Volvo angeboten. Sie kommt auf ein Vermeidungspotenzial von 57%! In der Arbeit wird aber auch herausgestellt, dass die Kombination verschiedener Systeme das Risiko eines Unfalls besser senkt, als ein System allein.
Als Schlussfolgerung aus den Aufzeichnungen kann man entnehmen, dass Fahrsicherheitssysteme, die nur die Informationsmöglichkeiten des Fahrers erweitern einen begrenzten Nutzen haben. Eine daran gekoppelte automatisch ausgeführte Aktion ohne Eingreifen des Fahrers ist die beste Möglichkeit Unfälle zu vermeiden. Denn letztendlich hängt es nicht an der ermittelten und vermittelten Information ab, sondern von der Reaktion des Fahrers. Unfälle sind immer in Fahrfehlern des Menschen zu suchen. Der Autor gab auch Auslegungshinweise für die Assistenzsysteme. Z.B. sollten sie sich nur einen begrenzten Zeitraum warnend zeigen. Als Beispiel diente der alkoholisierte Fahrer, der Schlangenlinien fährt. Ein Spurhalteassistent wird in diesem Fall bis in die Unendlichkeit warnen. Daher sollte sich das System nach einer ultimativen letzten Warnung (vielleicht auch durch akustische Sprachausgabe) selbst deaktivieren. Einen Unfall verhindern kann es in solch einem Fall nicht.

Wichtiger als im PKW Sektor ist die Ausstattung mit Assistenzsystemen im LKW Sektor. Zum einen steigt die Transportleistung stetig an und der Druck auf den Fahrer pünktlich zu liefern wird stetig erhöht (Stichwort: rollendes Lagerhaus). Eine Studie der Allianz ^[40] besagt, dass eine flächendeckende Ausrüstung von Spurhalte- und Spurwechselassistenten 49% der schweren LKW Unfälle hätte vermeiden können.

Wie bereits beschrieben, kosten Staus die Volkswirtschaften enorme Summen. Das von der EU geförderte PReVENT Projekt, dass sich u.a. auf die Entwicklung von Car-2-Car Kommunikation konzentriert, könnte die vorhandenen Verkehrswege effektiver nutzen. Vor Gefahrenstellen oder witterungsbedingten (örtlichen) Beeinträchtigungen könnte so im Vorfeld hingewiesen werden und der Fahrer hat die Chance sich auf die bisher nicht bekannten Gefahren einzustellen. Dadurch bleibt der Verkehrsfluss zum großen Teil erhalten und es kommt zu weniger Staus.

5.1.3 Rentabilität

Unter Rentabilität wird in der Betriebswirtschaftslehre das Verhältnis einer Erfolgsgröße zu einer betriebswirtschaftlich sinnvollen Bezugsgröße verstanden.^[41] Im konkreten Fall kann man die Kosten für die im Rahmen dieser Fallstudie betrachteten Fahrerassistenzsysteme in das Verhältnis zu ihrem jeweiligen Nutzen stellen. Alle hier vorgestellten Fahrerassistenzsysteme steigern zum einen den Komfort für den Fahrer. Sie entlasten ihn in einem immer stressiger werdenden Straßenverkehr. Durch diese Entlastung fühlt sich der Fahrer, vor allem nach langen Fahrten oder Fahrten unter Stressbedingungen, wie Berufsverkehr oder schlechtem Wetter, nach dem Ankommen entspannter. Es ist allerdings sehr schwierig, diese "gefühlte" Verbesserung in betriebswirtschaftlichen Kennzahlen auszudrücken.
Zum anderen tragen die Systeme zu einer Steigerung der Verkehrssicherheit bei. Hier lassen sich durch wissenschaftliche Studien und statistische Untersuchungen von Unfallzahlen, die beispielweise durch die Kraftfahrzeugversicherungen erhoben werden, die positive Effekte der Systeme auch mit Zahlen und Fakten belegen.
So mögen die finanziellen Anschaffungsaufwendungen für die einzelnen Assistensysteme auf den ersten Blick recht hoch erscheinen. Kann jedoch durch ihr Eingreifen, z.B. nur ein schwerer Verkehrsunfall mit Verletzten oder gar toten Verkehrsteilnehmern verhindert werden, rentiert sich so ein System doch sehr schnell.

5.2 Realisierbarkeit von Prototypen

5.2.1 Dynamischer Durchblick

Das Konzept für diese Anwendung ist bereits in die Praxis überführt worden. Es gibt allerdings noch eine Menge Infrastrukturarbeit zu leisten. So müssen an kritischen Verkehrspunkten Kameras installiert werden, welche den verdeckten Betrachtungsbereich aufnehmen. Oder es können vorhandene Kameras genutzt werden, welche dann die Bilder im begrenzten Umfeld der Umwelt zur Verfügung stellen. Weiterhin muss ein einheitlicher Übertragungsstandard gefunden und standardisiert werden. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die aufgenommenen Videobilder nicht manipuliert werden können. Dann steht noch der Punkt der Darstellung im Fahrzeug aus. Die naheliegendste Lösung wäre die Darstellung auf dem Navigationsgerät. Das wäre heute schon möglich. Wünschenswert wäre eine Projektion via HUD auf die gesamte Breite der Frontscheibe.

5.2.2 Weiterentwickelte Navigationsgeräte

Navigationssysteme mit Augmented Reality Funktionalität sind derzeit rar gesäht. Das beschriebene Blaupunkt Produkt ist momentan sehr einzigartig. Mit Sicherheit werden weitere Produkte folgen. Momentan scheitert die Umsetzung an den fehlenden Kameras im Navigationsgerät. Für fest eingebaute Navigationssysteme bietet sich hier eine Sensorfusion mit der Kamera zur Verkehrszeichenüberwachung oder dem Spurhalteassistenen an. Das ist aber bislang noch nicht umgesetzt worden.

Die Überblendung von in Echtzeit aufgenommenen Bildern mit Navigationsinformationen gibt es derzeit hauptsächlich für Smartphones. Die Entwicklung ist dort aber sehr dynamisch und man kann mit Sicherheit mit baldigen marktreifen Anwendungen rechnen.

Für die Zukunft sollten die Navigationsgeräte nicht mehr aus Kameras angewiesen sein um ihre Informationen zu projezieren. Wünschenswerter wäre eine Verküpfung mit einem Vollflächen-HUD auf der Frontscheibe. Mit Richtungsindikatoren wird es ja heute schon angewendet (siehe Abb. rechts). Allerdings muss dabei bedacht werden, dass die eigentliche Aufgabe des Fahrers, das Steuern des Fahrzeugs, nicht dadurch beeinträchtigt werden darf, dass er vor lauter auf die Windschutzscheibe projezierter Augmented Reality Information, das Verkehrsgeschehen nicht mehr wahrnehmen kann.

5.2.3 Car 2 Car Kommunikation

Das Projekt PReVENT ist abgeschlossen. Die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen ist bisher noch nicht umsetzbar. Es fehlt an Standards zur Datenübertragung. Auf Protokolle wurde sich bisher ebensowenig geeinigt wie auf die Übertragungstechnik. Bisher entwickelt jeder Hersteller noch Insellösungen und versucht diese in serienreife Produkte umzusetzen. Sollten diese Hürden genommen werden, steht einer breiten Einführung nichts mehr im Wege. Diese wird dann wohl über die "klassischen" Wege der Technologieverbreitung (Einführung in der Luxusklasse und danach Portierung in die unteren Fahrzeugklassen) stattfinden.

Bei der Car-to-X Kommunikation sieht die Realisierung noch wesentlich schwieriger aus. Die Automobilhersteller können sich auf Standards einigen zu welchen die Fahrzeuge untereinander Informationen austauschen sollen. Allerdings sind bei der Kommunikation mit der Infrastruktur noch weit größere Probleme zu lösen. Die existierende Infrastruktur ist nicht darauf ausgelegt zu kommunizieren. Verkehrsflussanlagen beispielsweise müssten nachgerüstet werden. Auch das gesamte Netz müsste engmaschiger ausgeführt werden. Mit den Mauterfassungsbrücken für den LKW Verkehr wäre eine Basis bei den Autobahnen gelegt. Aber wie sieht es auf Landstraßen oder in Städten aus? Dort sollte man sich zuerst auf Unfallschwerpunkte und Verkehrsknotenpunkte konzentrieren. Danach kann man noch immer in die Fläche gehen. Auch an der Frage der Finanzierung wird Streit entbrennen. Den Aufwand zur Ausrüstung hat die öffentliche Hand, da ihr die Straßen gehören. Nutznießer wären aber die Fahrer und die Automobilhersteller.

5.2.4 Stimmungssensor

Die Realisierbarkeit des Stimmungssensors ist bisher reine Theorie. Noch ist auf diesem Forschungsfeld kein Ergebnis bekannt und es ist auch nicht sicher, ob dieses Mensch-Maschine-Interface praktikabel ist. Ansätze zur Augmented Reality sind bereits heute vorhanden (siehe ^[38]). Allerdings sind diese fahrzeuggesteuert und geben dem Fahrer lediglich den Zustand seiner Fahrweise wieder. Der Mensch kann dann darauf reagieren. Der umgekehrte Weg, die Reaktion des Autos auf den Menschen, ist Gegenstand besagter Forschung. Wegen der menschlichen Beschaffenheit als optikbasiertes Lebewesen, bietet sich eine Erweiterung im optischen Bereich an. Diese ist gut erkennbar und lässt sich entsprechend vermarkten. Für einen angenehmen Fahrkomfort ist die olfaktorische Beeinflussung sicherlich reizvoll, aber schwer umzusetzen - zumindest automatisiert. Denn bereits heutzutage gibt es Systeme, die von Menschen aktiviert werden müssen. Aber ein Geruch von Kaffee und frischen Brötchen auf dem morgendlichen Weg zur Arbeit erzeugt mit Sicherheit nicht nur Hunger, sondern auch ein behagliches Wohlgefühl beim Autofahren.

6 Schlußbetrachtung

Strenggenommen sind von den derzeit verfügbaren Fahrsicherheitsassistenten nur die Systeme Head-Up-Display und Verkehrszeichenerkennung wirkliche Augmented Reality Anwendungen. Da diese Definition im eigentlichen Sinne zu eng greift, ist der Ansatz erweitert worden. Augmented Reality sind jetzt alle Systeme, die das Wahrnehmungsfeld des Fahrers erweitern. Dies muss nicht zwingend über optische Einblendungen passieren. So kommen auch das Abstandsradar mit seinen Erweiterungen und die Einparksystem in den Genuss der Augmented Reality Betrachtung. Auch bei den Entwicklungssystemen ist dieser Ansatz weiter verfolgt worden. Sonst würde die Car-2-Car Kommunikation komplett wegfallen.

6.1 Pro

Grundsätzlich ist zu sagen, dass Augmented Reality Systeme in der Fahrzeugsicherheit einen begrenzten Nutzen haben - wenn sie allein eingesetzt werden. Da diese Systeme darauf beruhen die Realität mit zusätzlichen Informationen anzureichern, reicht diese Herangehensweise nicht aus um die Sicherheit in den Fahrzeugen zu erhöhen. Als Beispiel sei der Spurhalteassistent genannt. Als reine Informationsquelle hat er lediglich ein Potenzial von 6-8% Unfallvermeidung. Koppelt man die Augmented Reality Systeme allerdings an eine automatisierte Aktion des Fahrzeugs und lässt den Fahrer außen vor, erhöht sich das Potenzial erheblich. Hier kann man die Automatische Notbremse als Beispiel aufführen, genauso wie die Adaptive Cruise Control. Beide Systeme greifen ohne das Zutun des Fahrers ein und bringen dadurch einen Sicherheitsgewinn.

Bei den zukünftigen Systemen sind der dynamische Durchblick eine echte Bereicherung für den Verkehr. Gerade an Unfallschwerpunkten mit schwer einsehbaren Kreuzungen ist dieses System ein echter Gewinn. Leider steht dem noch ein erheblicher Aufwand bei der Realisierung entgegen. Auch die Car-2-Car Kommunikation ist wünschenswert. Da hier das Wissen des Fahrers erheblich erweitert wird, ist eine Umsetzung quasi nicht mehr aufzuhalten. Zumal schon eine Feasability mit Förderung der EU abgeschlossen ist und die Technologien für die Umsetzung grundsätzlich vorhanden sind.

6.2 Contra

Bei aller Begeisterung für neue Technoligien sollte nicht vergessen werden, dass der Fahrer weiterhin dafür zuständig ist das Auto auf der Straße zu halten. Bereits in heutigen Fahrzeugen ist die Informationsflut auf den Fahrer enorm. Das gilt nicht nur für die Informationen, die das Fahrzeug liefert, sondern auch die Informationen die vom Verkehr und der Umwelt geliefert werden. Nicht umsonst sind 76,9% der Fahrfehler auf Informationsfehler zurückzuführen, bei denen Informationen nicht oder nur teilweise wahrgenommen wurden. Auch ist mit der Einführung von immer mehr Assitenzsystemen die Gefahr der Verharmlosung gegeben, so dass der Fahrer leichtsinniger oder nachlässiger agiert. Die Technik wird es schon richten.
Hier liegt auch die eigentliche Gefahr von Augmented Reality im Fahrzeug. Solange der Fahrer alleinverantwortlich ist und jede Entscheidung zuletzt von Fahrer getroffen werden muss, solange birgt Augmented Reality eine Gefahr, dass sich der Fahrer nicht auf den Verkehr konzentriert. Wirklich sinnvoll ist die Verküpfung mit automatisiert handelnden Systemen. Da dies aber rechtliche Konsequenzen im Fall eines Versagens oder einer Fehlhandlung ggü. den Herstellern hat, wird an der konsequenten Umsetzung genau hier halt gemacht.

Auch ist fraglich ob die Käufer bereit sind für diese Entwicklungen den Mehrpreis zu zahlen. Denn schließlich hängt vom Grad der Durchdringung auch der Nutzen ab. Am Beispiel ESP zeigt sich, dass echter Sicherheitsgewinn auch honoriert und bezahlt wird.

7 Fußnoten

1. ↑ ^{1,0 1,1} vgl. [Azuma1997] S.2
2. ↑ vgl. [Milgram1994] S. 283
3. ↑ ^{3,0 3,1} vgl. [Mader2004] S. 29
4. ↑ vgl. [Mader2004] S. 27
5. ↑ ^{5,0 5,1 5,2 5,3 5,4} vgl. [Mader2004] S. 30ff.
6. ↑ Euro NCAP, http://www.euroncap.com
7. ↑ ADAC, http://www.adac.de
8. ↑ AvD, http://www.avd.de
9. ↑ TÜV, http://www.tuev-rheinland.de
10. ↑ DEKRA, http://www.dekra.de
11. ↑ vgl. [Ott2008/2], S. 68ff.
12. ↑ ^{12,0 12,1} vgl. [Ott2008/2] S. 69
13. ↑ [Ott2008/2] S. 96
14. ↑ vgl. [Lexus]
15. ↑ vgl. [TECHNOLOGY REVIEW]
16. ↑ ^{16,0 16,1} vgl. [Dittmar2008] S. 1ff.
17. ↑ vgl. [Wolff2005]
18. ↑ vgl. [Zukunftspreis2006]
19. ↑ vgl. [Bosch2010]
20. ↑ ^{20,0 20,1} vgl. [Autoliv2010]
21. ↑ vgl. [Böhme]
22. ↑ vgl. [Bester-Beifahrer.de/2]
23. ↑ vgl. [Citroen]
24. ↑ vgl. [GDV]
25. ↑ vgl. [Autobild]
26. ↑ vgl. [VOLVO]
27. ↑ vgl. [Grundhoff2009/1]
28. ↑ vgl. [Bester-Beifahrer.de/1]
29. ↑ [Barnum1]
30. ↑ vgl. [Barnum2]
31. ↑ [Barnum3]
32. ↑ vgl. [DESTATIS] S.23]
33. ↑ [Blaupunkt1]
34. ↑ [Mobilizy]
35. ↑ ^{35,0 35,1} vgl. [Dissertation_Unfallvermeidung2005]
36. ↑ vgl. [IT-Wissen]
37. ↑ vgl. [Spiegel-Online]
38. ↑ ^{38,0 38,1} [Honda1]
39. ↑ vgl. [Spiegel-Online1]
40. ↑ vgl. [Allianz]
41. ↑ vgl. [Gabler]

8 Abbildungsverzeichnis

Abb. Nr.	Beschreibung
1	R-V-Kontinuum
2	Aufbau eines Head-Up-Display
3	Abstandsradar, Lexus ACC
4	Abstandsradar, Mercedes
5	Abstandsradar, Audi
6	Abstandsradar, Mercedes
7	City-Safety-System, Volvo
8	Ultraschallsensor, Skoda
9	Park-Distance-Control, BMW
10	Parktronic, Mercedes
11	Rückfahrkamera, Toyota
12	Kamerabild, Toyota
13	aktives Nachtsichtgerät, Mercedes
14	Spurwechselassistent, Audi
15	Spurhalteassistent (Kamera), Volvo
16	Spurhalteassistent (Infrarot), Citroen
17	Funktionsprinzip Spurhalteassistent
18	Attention Assist, Mercedes
19	Driver Alert, Volvo
20	Verkehrszeichenerkennung
21	Verdecktes Auto
22	Blaupunkt Navigationsystem mit Kamera
23	Car-2-Car - Kommunikation
24	Car-2-X - Kommunikation
25	Head-Up-Display, BMW

9 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Erklärung
ABS	Anti-Blockier-System
ACC	Adaptive Cruise Control
ADAC	Allgemeiner Deutscher Automobil Club
AFIL	Alarm bei Fahrspurabweichung durch Infrarot Linienerkennung
AR	Augmented Reality
ARS	Augmented Reality System
ASR	Anti-Schlupf-Regelung
AvD	Automobilclub von Deutschland
C2C	Car-to-Car
Car2X	Car-to-X
dBm	Dezibel pro Meter
EIRP	Equivalent Isotropically Radiated Power
ESP	Elektronisches Stabilitätsprogramm
GPS	Global Positioning System
HUD	Head-Up-Display
LDW	Lane Departure Warning System
LKS	Lane Keeping System
LKW	Lastkraftwagen
MHz	Megahertz
PKW	Personenkraftwagen
RR	Relatives Risiko
RSU	Road Side Units
SWA	Spurwechselassistent
TMC	Traffic Message Channel
TÜV	Technischer Überwachungs-Verein
VANET	Vehicular AdHoc Networks
VDA	Verband der Automobilindustrie
VGA	Video Graphics Array
VR	Virtuelle Realität
WAVE	Wireless Access for Vehicular Environment
WLAN	Wireless Local Area Network

10 Literatur- und Quellenverzeichnis

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