Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme und Lösungen zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit

ADAS bietet eine breite Palette von Anwendungen, die die Fahrzeug- sicherheit, den Komfort und die Bequemlichkeit erheblich verbessern. Diese Anwendungen umfassen Adaptive Cruise Control, Obstacle Detection, Collision Avoidance, Lane Departure Warning, Sign Reading, Emergency Braking, Pedestrian Detection, Autonomous Driving, Traffic/Stop Light Perception, Security Comfort, Vehicle Occupancy und Object and Presence Detection. ADAS-Systeme sind mit den neuesten Schnittstellenstandards ausgestattet und in der Lage, mehrere visuelle Algorithmen auszuführen. Dies ermöglicht die Unterstützung von Echtzeit-Multimedia, Vision-Coprocessing und Sensorfusion-Subsystemen. Das Hauptziel dieser Systeme ist es, Unfälle und Verletzungen zu verhindern, indem die Anzahl der Autounfälle reduziert und die schwerwiegenden Auswirkungen nicht vermeidbarer Unfälle gemindert werden.   Der Betrieb von ADAS stützt sich stark auf verschiedene Komponenten, einschließlich Bildsensoren, LiDAR, Radar und Ultraschallsensoren. ADAS-Systeme basieren auf einem komplexen Zusammenspiel aus Forward/Surround Sensing und In-Cabin Sensing-Technologien. Das Sensorsystem fungiert als die Augen und Ohren des Systems und nutzt Technologien wie LiDARs, Radars, Ultrasonics und Kameras, um wichtige Daten aus der Umgebung zu sammeln. Diese Rohdaten werden dann verarbeitet und dem Fahrer über Anzeige- Funktionen präsentiert. Informationen können über ein Head-Up-Display (HUD), das auf die Windschutzscheibe projiziert wird, angezeigt werden, um Ablenkungen zu minimieren, oder auf einem herkömmlichen In-Dash-Display, das nur einen kurzen Blick erfordert.   Kameras gehören zu den am häufigsten verwendeten ADAS-Sensoren in modernen Fahrzeugen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Erkennung von Objekten auf der Straße, einschließlich Autos, Radfahrern und Fußgängern. Ohne Kameras wäre das Auto im Grunde blind für seine Umgebung.   Mit der fortschreitenden Entwicklung der Technologie wird erwartet, dass ADAS eine zunehmend bedeutende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft des Transports spielen wird. Durch die Kombination von Bildsensoren, LiDARs, Ultrasonics und Radars kann ADAS wertvolle Einblicke für den Fahrer liefern und ihm helfen, besser informierte Entscheidungen auf der Straße zu treffen. Diese revolutionäre Technologie verspricht, das Fahren zu automatisieren und die Fahrzeugsicherheit zu verbessern, was den Weg für eine sicherere und effizientere Zukunft des Transports ebnet.

ADAS bietet eine Reihe von Funktionen, die darauf ausgelegt sind, die Fahrersicherheit zu erhöhen und das gesamte Fahrerlebnis zu verbessern

ADAS stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Automobiltechnologie dar und bietet eine Reihe von Funktionen, die darauf abzielen, die Sicherheit des Fahrers zu erhöhen und das gesamte Fahrerlebnis zu verbessern. Zu den wichtigsten Komponenten von ADAS gehören Adaptiver Tempomat (ACC), Fußgängerdetektion, Einparkhilfe, 360-Grad-Kameras, Spurhalteassistent und Toter-Winkel-Erkennung.   Adaptiver Tempomat (ACC) ist eine fortschrittliche Funktion, die auf herkömmlichem Tempomat aufbaut. Durch die Nutzung von Sensoren wie Radar, LiDAR oder Kameras überwacht ACC kontinuierlich die Straße vor dem Fahrzeug, um die Anwesenheit und Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge zu erkennen. Es passt automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs an oder aktiviert das Bremssystem, um einen voreingestellten sicheren Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten.   Spurhalteassistent ist eine wesentliche Funktion für längere Fahrten auf der Autobahn. Eine am Windschutz montierte Kamera zeichnet kontinuierlich Aufnahmen der Fahrbahnmarkierungen auf. Fortschrittliche Bildverarbeitungssoftware analysiert dieses Video, um die Fahrspurbegrenzungen und spezifische Muster wie gestrichelte Linien zu identifizieren. Verlässt das Fahrzeug unabsichtlich die Spur, ohne den Blinker zu setzen, löst das System einen Alarm aus, der beispielsweise ein akustisches Warnsignal oder eine Vibration des Lenkrads sein kann und möglicherweise auch in die Lenkung eingreift.   Fußgängerhinderniserkennung ist eine entscheidende Sicherheitskomponente. Sie verwendet Kameras mit fortschrittlicher Computerbildverarbeitungssoftware, um die Straße nach Fußgängern und Hindernissen abzusuchen. Durch die Analyse von Formen, Wärmebildern von Thermalkameras und Bewegungsmustern kann das System Fußgänger, Hindernisse und potenzielle Kollisionsszenarien identifizieren.   360-Grad-Kameras sind strategisch um das Fahrzeug positioniert, um eine umfassende Rundumsicht zu bieten. Diese Vogelperspektive wird auf dem Bildschirm im Fahrzeug angezeigt und hilft dem Fahrer, potenzielle Hindernisse zu erkennen, die aus seiner normalen Perspektive verborgen sein könnten. Diese Funktion unterstützt besonders beim Einparken und bei langsamen Manövern, verbessert das Situationsbewusstsein und verringert den Stress beim Navigieren in engen Räumen.

ADAS treibt die schnelle Entwicklung von vollständig autonomen Fahrzeugen voran

ADAS treibt auch die Entwicklung vollständig autonomer Fahrzeuge voran. Autonome Fahrtechnologie kann in sechs Stufen kategorisiert werden, die jeweils einen Schritt näher zur vollständigen Autonomie darstellen. Das Ausmaß der Automatisierung, das dem Fahrer zur Verfügung steht, ist auf einer definierten Skala festgelegt, bekannt als SAE Levels of Driving Automation, die von Level 0 (Keine Fahrautomatisierung) bis Level 5 (Vollständige Fahrautomatisierung) reicht. Level 0 bedeutet, dass der Fahrer alle Fahraufgaben wie Lenken, Beschleunigen, Bremsen usw. übernimmt. Level 1 bedeutet, dass der Fahrer kontinuierlich longitudinale oder laterale Steuerung ausübt. Level 2 erfordert, dass der Fahrer das System ständig überwacht. Level 3 bedeutet, dass der Fahrer das System nicht ständig überwachen muss, aber jederzeit in der Lage sein muss, die Kontrolle zu übernehmen. Level 4 erfordert keinen Fahrer während definierter Nutzungsszenarien. Auf Level 5 führt das Fahrzeug alle Fahraufgaben unter allen Bedingungen aus und benötigt keinerlei menschliche Interaktion.   Da sich die Technologie weiterhin entwickelt, werden Automobile zunehmend die SAE Levels-Leiter hinaufsteigen und im Laufe der Zeit mehr automatisierte Fahrfunktionen hinzufügen. Eines ist sicher: Jede höhere Stufe erfordert immer fortschrittlichere Bildsensoren, um ihre Aufgabe zu erfüllen.   Wenn ein Fahrzeug mit einem ADAS oder einem Autonomous Driving System (ADS) mit hoher Geschwindigkeit fahren soll, muss es in der Lage sein, Objekte aus großer Entfernung zu erkennen. Ein Beispiel: Das Erkennen eines auf die Straße laufenden Kindes bei einer Geschwindigkeit von 35 mph erfordert eine Erkennungsreichweite von etwa 50 Metern. Dasselbe Kind bei 62 mph zu erkennen, erfordert jedoch eine Erkennungsreichweite von 160 Metern. Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Erkennungsreichweite ist nicht linear, da sie die Masse des Autos, die Trägheit und die für ein sicheres Manövrieren erforderliche Zeit berücksichtigt. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Autos erhöht sich die benötigte Erkennungsreichweite in noch größerem Maße.   Darüber hinaus erfordert das Fahren mit Höchstgeschwindigkeit eine zuverlässige Erkennung auch bei großer Distanz, sowohl bei Tag als auch bei Nacht. Nachtsituationen für autonomes Fahren können äußerst komplex sein und stellen gut definierte Herausforderungen dar. Erstens muss der Sensor große Beleuchtungsunterschiede bewältigen, die von einer städtischen Umgebung mit etwas Umgebungslicht bis zu einer ländlichen Umgebung ohne jegliches Umgebungslicht reichen. Besonders anspruchsvoll ist das Erkennen von Objekten an der Seite des Autos ohne jegliche Beleuchtung.   Dann gibt es die Herausforderung der Scheinwerfer. Scheinwerfer können im Abblendlicht und Fernlicht betrieben werden, und ihre Helligkeit kann je nach Land variieren. Das Erkennen kleinerer Objekte ist besonders schwierig, da die Beleuchtung der Umgebung durch die Scheinwerfer umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung abnimmt. In der Nacht können Menschen jenseits einer bestimmten Entfernung einen verlorenen Reifen oder einen kleinen Stein auf der Straße nicht sehen, selbst mit Scheinwerferbeleuchtung. Ein ADAS-System hingegen sollte in der Lage sein, solche Objekte zu "sehen". Unter Berücksichtigung aller unterschiedlichen Variablen ist die Objekterkennung bei Nacht herausfordernd, aber essenziell für die Sicherheit von ADAS und autonomem Fahren.

CMOS-Digitalkamerasensoren, geeignet für ADAS- und autonome Fahrzeuganwendungen

onsemi hat eine Familie von kleinen Pixel-, hochauflösenden, energieeffizienten CMOS-Digitalbildsensoren mit dem Namen Hyperlux entwickelt. Ein Mitglied dieser Familie, der AR0823AT (2,1 μm, 8,3 MP, 1/1,8-Zoll), ist ideal für ADAS- und autonome Fahrzeuganwendungen geeignet. Der AR0823AT liefert führende Leistung, einschließlich 150 dB High Dynamic Range (HDR)-Betrieb, LED-Flicker-Unterdrückung (LFM), Leistung bei schwachem Licht, hohe Pixelempfindlichkeit, Schärfe und Auflösung.   Um seine Anwendbarkeit für Automobilanwendungen zu demonstrieren, hat onsemi den AR0823AT sowohl im Labor als auch im Freien unter verschiedenen Tages- und Nachtszenarien getestet. Beispielsweise wurden Tests durchgeführt, um die Erkennungsfähigkeiten für gefährdete Verkehrsteilnehmer (VRUs) und kleine Objekte zu untersuchen. Die Studie konzentrierte sich auf Sonnenuntergangs- und ländliche Nachtbedingungen mit Fern- und Abblendlicht. Drei verschiedene Kamera-Blickfelder (FOVs) wurden verwendet: 30-Grad, 60-Grad und 120-Grad.   Der AR0823AT-Sensor erfasst Bilder in HDR mit LFM. Der 2,1 μm Super Exposure Pixel ermöglicht eine Dynamikbereichserweiterung von bis zu 150 dB ohne Anpassung der automatischen Belichtung. Dies reduziert die Latenzzeit in szenenabhängigen kritischen Automobilsystemen erheblich und ermöglicht schnelleres und sichereres Datensammeln und Entscheidungen, ohne Unterbrechungen, fehlende oder unvollständige Bildinformationen.   Zusätzlich bietet der AR0823AT eine branchenführende Leistung bei schwachen Lichtverhältnissen, dank der hohen Empfindlichkeit seines Backside Illuminated (BSI)-Sensors, einer dunklen Rauschgrenze im Sub-Elektronen-Bereich und exzellenter thermischer Stabilität über den gesamten automobilen Temperaturbereich von -40°C bis +125°C Junction-Temperatur.   Der AR0823AT-Sensor ermöglicht außerdem die simultane und konfliktfreie Kameranutzung für Sensing- und Viewing-Anwendungen aufgrund seiner hohen Farbtontreue sowie hochpräzise Stereo-Kameras, die eine bessere Erkennung über längere Distanzen bieten.   Darüber hinaus hat onsemi auch den AR0820AT-Bildsensor vorgestellt, einen 1/2-Zoll CMOS-Digitalbildsensor mit einem aktiven Pixelarray von 3848 H x 2168 V. Dieser fortschrittliche Automobilsensor erfasst Bilder entweder im linearen oder im High Dynamic Range-Modus mit Rolling-Shutter-Auslesung.   Der AR0820AT ist sowohl für schwache Lichtverhältnisse als auch für herausfordernde Szenen mit hohem Dynamikumfang optimiert und verfügt über einen 2,1 µm DR-Pix BSI-Pixel sowie eine HDR-Erfassungskapazität von 140 dB direkt auf dem Sensor. Der Sensor umfasst fortschrittliche Funktionen wie In-Pixel-Binning, Fensterung sowie Video- und Einzelbildmodi, um flexible Regionen von Interesse (ROI) oder spezifische Auflösungen bereitzustellen und die Leistung auch bei extrem schlechten Lichtverhältnissen zu verbessern. Die anspruchsvollen Sensor-Fehlererkennungsmerkmale und eingebetteten Daten des AR0820AT sind darauf ausgelegt, die Kamerakonformität mit ASIL B zu ermöglichen. Das Gerät ist über eine einfache Zwei-Draht-Seriellschnittstelle programmierbar und unterstützt eine MIPI-Ausgabeschnittstelle.   Der AR0820AT verfügt über einen leistungsstarken 2,1 µm automobilgeeigneten Backside Illuminated (BSI)-Pixel mit DR-Pix™-Technologie. Er unterstützt fortschrittliche HDR-Rekonstruktion direkt auf dem Sensor mit einer flexiblen Steuerung des Belichtungsverhältnisses und ermöglicht eine schnelle Videoaufnahme in voller Auflösung von 3840 x 2160 bei bis zu 40 fps in 3-Belichtungs-HDR und 30 fps in 4-Belichtungs-HDR. Zudem unterstützt er linienweise T1/T2/T3/T4-Ausgabe im Wechselmodus und Fehlererkennung des Sensors für ASIL-B-Konformität. Er umfasst einen 2 x 2 In-Pixel-Binning-Modus und einen Farb-Binning-Modus.   Der AR0820AT bietet außerdem eine 1.8 Gbps/Lane-Datenschnittstelle, eine 4-Lane-MIPI-CSI-2-Schnittstelle, wählbare automatische oder benutzerdefinierte Black-Level-Steuerung, frame-to-frame-Umschaltung zwischen bis zu 4 Konfigurationen für Multi-Function-Systeme und Unterstützung für Multi-Kamera-Synchronisation. Er bietet mehrere CFA-Optionen, darunter RGB, sowie RCCC und RCCB, und ist ein bleifreies Gerät. Der AR0820AT kann für Frontkameras bei ADAS- und autonomen Fahranwendungen eingesetzt werden. Endprodukte umfassen ADAS-Frontkameras, Surround-Sensing-Kameras, Innenraumkameras, Roboter-Taxis, Roboter-Lieferdienste und autonome Lkw.

Fazit

Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und Lösungen zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit sind nicht nur Ausdruck des technologischen Fortschritts, sondern auch ein entscheidender Schritt zur Förderung intelligenter Verkehrssysteme und des autonomen Fahrens in der Zukunft. Durch das synergistische Zusammenspiel von Sensorfusion, künstlicher Intelligenz und Echtzeitkommunikation können ADAS Fahrrisiken effektiv reduzieren, Unfallraten senken und ein höheres Maß an Sicherheitsgarantie für Fahrer und Insassen bieten. Mit der fortschreitenden Reife von Fahrzeugkonnektivität und autonomen Fahrtechnologien werden die hochqualitativen Bildsensoren, die speziell von onsemi für ADAS-Anwendungen entwickelt wurden, helfen, ein umfassendes, präventives und intelligentes Sicherheitsmanagement zu erreichen, und damit eine solide Grundlage für eine sicherere und effizientere Verkehrsumgebung schaffen.