Kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme

Kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme (KAFAS)

Ausstattungsabhängig stehen verschiedene kamerabasierte Systeme zur Verfügung. Die technische Umsetzung wird mit einer Kamera im Spiegelfuß und einem Steuergerät, dem KAFAS-Steuergerät realisiert.

Die wichtigsten Anzeigefunktionen der kamerabasierten Fahrerassistenzsysteme sind:

  • Spurverlassenswarnung
  • Fernlichtassistent (in Japan nicht zugelassen)
  • Geschwindigkeitsbeschränkung (englisch: Speed Limit Information)
  • Auffahrwarnung
  • Überholverbot
  • Unfallvermeidung Stadtverkehr
  • präventiver Fußgängerschutz
  • Stauassistent

Hinweis!

Des Weiteren werden die Videodaten, die die Stereokamera aufnimmt, mit Daten für andere Anzeigefunktionen fusioniert.

Die Funktionen Geschwindigkeitsbeschränkung und Überholverbot sind nur mit Navigationssystem Professional möglich.

Beispielhafte Darstellung

Index Erklärung Index Erklärung
1 Anzeige Überholverbot Verkehrszeichenerkennung 2 Anzeige Auffahrwarnung
3 Anzeige Geschwindigkeitsbeschränkung 4 Anzeige Spurverlassenswarnung
5 Anzeige Fernlichtassistent 6 Unfallvermeidung Stadtverkehr
7 Präventiver Fußgängerschutz

Bauteil-Kurzbeschreibung

Folgende Bauteile werden für die kamerabasierten Fahrerassistenzsysteme (KAFAS) beschrieben:

Lichtbedieneinheit, Fahrtrichtungs-Fernlichtschalter sowie Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme

Am Fahrtrichtungs-Fernlichtschalter wird der Fernlichtassistent eingeschaltet und ausgeschaltet. Dazu muss der Lichtschalter in Position automatischer Fahrlichtsteuerung (Position A) oder Abblendlicht stehen. Voraussetzung ist zusätzlich, dass das Abblendlicht aufgrund ausreichender Dunkelheit eingeschaltet ist.

Bei Fahrzeugen ohne automatische Fahrlichtsteuerung lässt sich der Fernlichtassistent auch bei Helligkeit aktivieren. Der Fernlichtassistent wird aufgrund der Umgebungshelligkeit das Abblendlicht einschalten.

Mit der Taste in der Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme werden die Spurverlassenswarnung und die Auffahrwarnung eingeschaltet und ausgeschaltet. 

Die Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme ist über LIN-Bus mit dem Body Domain Controller (BDC) verbunden. Ein Bus-Signal vom Body Domain Controller (BDC) an das KAFAS-Steuergerät informiert über die Betätigung der Taste.

Das zentrale Steuergerät für alle videobasierten Funktionen ist das Steuergerät Sonderausstattungssystem (SAS).

Das SAS-Steuergerät lässt ein Einschalten der Spurverlassenswarnung nur zu, wenn das System fehlerfrei arbeitet. Nur dann gibt es eine positive Bestätigung über ein Bus-Signal an den Body Domain Controller, um die Funktionsbeleuchtung der Taste zu aktivieren. Wenn ein Fehler im System vorliegt, bleibt die Funktionsbeleuchtung trotz Tastendruck ausgeschaltet. Daran erkennt der Fahrer, dass die Spurverlassenswarnung nicht verfügbar ist.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme 2 Warnblinktaster
3 Steckverbindung 6-polig

Die Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme befindet sich in der Mittelkonsole beim Warnblinktaster. Die Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme ist über eine 6-polige Steckverbindung angeschlossen.

KAFAS-Steuergerät mit Stereokamera

Das KAFAS-Steuergerät ist jetzt vor dem Funktionszentrum Dach (FZD) am Dachhimmel eingebaut.

Die Stereokamera ist in das KAFAS-Steuergerät integriert.

Die von der Stereokamera aufgenommenen Lichtpunkte, Lichtfarben und Lichtintensitäten werden vom KAFAS-Steuergerät ausgewertet. Die Bewertung durch das KAFAS-Steuergerät führt zu einer Einschaltempfehlung oder zu einer Ausschaltempfehlung.

Das KAFAS-Steuergerät ist am Ethernet angeschlossen.

Über den Stromverteiler vorn wird das KAFAS-Steuergerät mit Klemme 15N versorgt.

Die Stereokamera überwacht das Vorfeld des Fahrzeugs. Die Stereokamera nimmt die Fahrbahn bis ca. 40 Meter vor und bis ca. 5 Meter rechts und links neben dem Fahrzeug auf. Die Bilddaten werden vom KAFAS-Steuergerät ausgewertet.

Die Stereokamera hat 2 Linsen. Dadurch kann ein dreidimensionales Bild aufgenommen werden.

Folgendes wird erkannt:

  • Objekte (Fahrzeuge, Fußgänger, generische Objekte)
  • Freier Raum vor dem Fahrzeug
  • Vorschau Straßenverlauf
  • Fahrbahnmarkierungen
  • Verkehrsschilder
Index Erklärung Index Erklärung
1 Linse links Stereokamera 2 KAFAS-Steuergerät
3 Linse rechts Stereokamera 4 Steckverbindung 2-polig (Heizung für Stereokamera)
5 Steckverbindung 14-polig (Fahrzeugkabelbaum)

Die beiden Sichtfenster der Stereokamera sind schwarz maskiert. In diese Maskierung ist die Heizung für die Stereokamera integriert.

Die Heizung ist am KAFAS-Steuergerät angeschlossen. Die Beheizung soll ein Beschlagen und Vereisen der Frontscheibe vor der KAFAS-Kamera verhindern. Dadurch wird die Verfügbarkeit der KAFAS-Kamera bei kalter Witterung erhöht.

Das Sichtfeld der Stereokamera liegt im Wischbereich des Frontscheibenwischers.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Sichtfenster links Stereokamera 2 Maskierter Bereich
3 Sichtfenster rechts Stereokamera 4 Regen-Licht-Solar-Beschlagsensor

Vibrationsaktor im Lenkrad

Der Vibrationsaktor ist in der Speiche des Lenkrads untergebracht. Der Vibrationsaktor hat die Aufgabe, das Lenkrad in Vibration zu versetzen. Die Fahrerassistenzsysteme Spurverlassenswarnung und Spurwechselwarnung verwenden diese Vibration, um den Fahrer vor gefährlichen Situationen zu warnen.

Die ebenfalls im Innern des Lenkrads untergebrachte Lenkradelektronik steuert den Vibrationsaktor an. Die Anforderung zur Ansteuerung des Vibrationsaktors wird vom Integrated Chassis Management (ICM) oder von der Dynamischen Stabilitäts-Control (DSC) als Bus-Signal an die Bus-Teilnehmer verschickt.

  • Fahrzeuge mit Body Domain Controller

    Der Body Domain Controller (BDC) leitet diese Anforderung über LIN-Bus an die Lenkradelektronik im Schaltzentrum Lenksäule weiter.

  • Fahrzeuge mit Front Electronic Module:

    Das Front Electronic Module (FEM) leitet diese Anforderung über LIN-Bus an die Lenkradelektronik im Schaltzentrum Lenksäule weiter.

  • Fahrzeuge mit Junction-Box-Elektronik:

    Die Junction-Box-Elektronik (JBE) leitet diese Anforderung über LIN-Bus an die Lenkradelektronik im Schaltzentrum Lenksäule weiter.

Das Schaltzentrum Lenksäule ist kein Steuergerät.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Lenkradelektronik 2 Vibrationsaktor

Systemfunktionen

Folgende Systemfunktionen werden beschrieben:
  • Funktionale Vernetzung
  • Unfallvermeidung Stadtverkehr
  • Präventiver Fußgängerschutz
  • Spurverlassenswarnung
  • Fernlichtassistent
  • Verkehrszeichenerkennung
  • Auffahrwarnung
  • Selbsttätiges Bremsen bei erkannten stehenden Fahrzeugen
  • Überholverbot
  • Systemgrenzen

Funktionale Vernetzung

Zur Umsetzung der Funktionen ist ein komplexer Systemverbund mit verteilten Funktionen in weiteren Steuergeräten notwendig.

Die folgende Grafik zeigt die funktionale Vernetzung am Beispiel der SA5AS Driving Assistant.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Dynamische Stabilitäts-Control (DSC) 2 Heizung KAFAS-Kamera
3 KAFAS-Kamera im Innenspiegel 4 Stromverteiler vorn rechts
5 Body Domain Controller (BDC) 6 Außenspiegel Beifahrer
7 CAN-Terminator 8 Stromverteiler hinten rechts
9 Spurwechselwarnung (SWW), Master 10 Spurwechselwarnung, Slave
11 Crash-Sicherheits-Modul (ACSM) 12 Schalterblock Fahrertür
13 Außenspiegel Fahrer 14 Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme (Intelligent Safety)
15 Bedieneinheit Audio/Heiz-Klimaanlage 16 Schaltzentrum Lenksäule
17 Regen-Licht-Solar-Beschlagsensor

Unfallvermeidung Stadtverkehr

Die Stereokamera erfasst das Umfeld vor dem Fahrzeug. Die Stereokamera erkennt mittels der Bildverarbeitung sämtliche Fahrzeuge (Pkw, Lkw, Motorräder) im Sichtbereich inklusive Standziele. Basierend auf den berechneten Positionen, Abständen und Relativgeschwindigkeiten wird die Warnung ausgegeben oder die Bremsung eingeleitet.

Diese Funktion warnt den Fahrer vor kritischen Auffahrsituationen und verhindert somit Auffahrunfälle. Zusätzlich wird zwischen 3 und 60 km/h automatisch eine Bremsung eingeleitet. Dadurch werden die Unfallfolgen vermindert. Bis zu einer Differenzgeschwindigkeit von ca. 18 km/h können Unfälle vermieden werden. Die Funktion ist am Tag und bei Nacht verfügbar.

Die Auffahrwarnung wird zweistufig ausgegeben. Die erste Stufe (Vorwarnung) zeigt das Warnsymbol in der Instrumentenkombination (KOMBI). In der 2. Stufe (akute Warnung) blinkt das Symbol. Zusätzlich wird eine akustische Warnung ausgegeben.

Beide Stufen können über die Bedieneinheit Fahrerassistenzsystem eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Bei Fahrzeugstart steht die Funktion immer zur Verfügung. Die Vorwarnung kann am Central Information Display eingestellt werden (früh, mittel, spät). Kurz vor einer Kollision wird automatisch eine Bremsung mit mittlerer Bremskraft eingeleitet, um die Schwere des Unfalls zu mindern.

Bei der akuten Warnung werden die Bremsen so vorbereitet, dass eine Vollbremsung schnellstmöglich erfolgen kann.

Präventiver Fußgängerschutz

Die Kamera erfasst das Umfeld vor dem Fahrzeug. Die Kamera erkennt mittels der Bildverarbeitung Fußgänger. Basierend auf den berechneten Positionen, Abständen und Relativgeschwindigkeiten wird die Warnung ausgegeben oder die Bremsung eingeleitet.

Diese Funktion warnt den Fahrer vor möglichen Kollisionen zwischen 10 und 60 km/h. Zusätzlich wird automatisch eine Bremsung eingeleitet. Dadurch werden die Unfallfolgen vermindert oder sogar Unfälle vermieden. Die Funktion ist nur am Tag verfügbar.

Die Auffahrwarnung wird zweistufig ausgegeben. Die erste Stufe (Vorwarnung) zeigt das Warnsymbol in der Instrumentenkombination (KOMBI). In der 2. Stufe (akute Warnung) blinkt das Symbol. Zusätzlich wird eine akustische Warnung ausgegeben.

Beide Stufen können über die Bedieneinheit Fahrerassistenzsystem eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Bei Fahrzeugstart steht die Funktion immer zur Verfügung. Kurz vor einer Kollision wird automatisch eine Bremsung mit mittlerer Bremskraft eingeleitet, um die Schwere des Unfalls zu mindern.

Bei der akuten Warnung werden die Bremsen so vorbereitet, dass eine Vollbremsung schnellstmöglich erfolgen kann.

Spurverlassenswarnung

Die Voraussetzungen zu einer Spurverlassenswarnung sind Fahrspur erkannt und eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit. Damit ist das System grundsätzlich warnbereit. Bei einem drohenden Überfahren der Fahrspur warnt das System den Fahrer durch ein vibrierendes Lenkrad. Anhand einer oder zwei erkannter Fahrspuren berechnet das System zunächst die Fahrzeugposition zu diesen Fahrspuren. Mithilfe der Gierrate und der Fahrgeschwindigkeit wird die verbleibende Zeit zum Überfahren einer Fahrspur berechnet. Rechtzeitig vor dem Überfahren der Markierung wird eine Warnung ausgegeben.

Eine Warnung wird nur einmalig bei der Annäherung an eine Fahrbahnmarkierung ausgegeben. Die Warnung dauert maximal 2,5 Sekunden. Wenn das Fahrzeug auf der Fahrspurmarkierung verbleibt, wird keine weitere Warnung ausgegeben. Eine erneute Warnung ist erst wieder nach einem Zurücklenken in die Fahrspur oder einem Spurwechsel möglich. Bei einem durch den Fahrer gewollten Spurwechsel: Durch das Betätigen des Fahrtrichtungsanzeigers als Eingangssignal wird keine Warnung ausgegeben.

Die Warnung wird unter folgenden Bedingungen beendet:

  • Fahrer lenkt in die Fahrspur zurück
  • Spurwechsel wird durchgeführt
  • Fahrzeug befindet sich länger als 2,5 Sekunden auf der Linie
  • Fahrtrichtungsanzeiger zum Spurwechsel wird betätigt
  • Bremse wird stark betätigt (abhängig vom Bremsdruck)

Die Geschwindigkeit zur Aktivierung einer Warnung ist länderabhängig.

  • Europa: 70 km/h
  • Vereinigte Staaten: 40 mph
  • Japan: 50 km/h

Die Anzeigen zur System- und Warnbereitschaft werden in der Instrumentenkombination sowie (fahrzeugabhängig) im Head-Up Display dargestellt.

Fernlichtassistent

Die Stereokamera überwacht das Vorfeld des Fahrzeugs auf Lichtquellen. Vorausfahrender oder entgegenkommender Verkehr wird in einer Entfernung von ca. 400 Metern bereits erkannt. Der Erfassungsbereich der Videokameras beträgt dabei ca. 1000 Meter. Das Sichtfeld der Stereokamera hat einen horizontalen Seitenwinkel von ca. 15° nach links und rechts. Das Sichtfeld der Stereokamera hat einem vertikalen Höhenwinkel von ca. 5° nach oben und unten. Die Videokamera zeichnet im Betrieb Lichtpunkte auf. Dabei können verschiedene Parameter wie z. B. Lichtfarbe und Lichtintensität unterschieden werden.

Die aufgenommenen Lichtpunkte, Lichtfarben und Lichtintensitäten werden vom KAFAS-Steuergerät ausgewertet. Nach einer Bewertung gibt das SAS-Steuergerät eine Einschaltempfehlung oder Ausschaltempfehlung. Zur Einschaltempfehlung oder Ausschaltempfehlung wird auch die Fahrgeschwindigkeit mitberücksichtigt. Bei Geschwindigkeiten unter 30 km/h wird das Fernlicht ausgeschaltet. Bei einer Geschwindigkeit größer 40 km/h wird in Abhängigkeit aller weiteren Parameter das Fernlicht eingeschaltet. Wenn sich das Fahrzeug in einer Umgebung mit ausreichender Beleuchtung befindet, wird das Fernlicht nicht eingeschaltet. Das KAFAS-Steuergerät (oder FLA-Steuergerät) sendet eine Ausschaltempfehlung.

Verkehrszeichenerkennung

Bezeichnung des Marketings: Speed Limit Information

Die Verkehrszeichenerkennung bringt aktuelle Geschwindigkeitsbeschränkungen in der Instrumentenkombination sowie im Head-Up Display zur Anzeige. Die Verkehrszeichenerkennung bietet damit dem Fahrer eine Hilfestellung, Geschwindigkeitsüberschreitungen zu vermeiden. Die Verantwortung über das Fahrzeug und zur gefahrenen Geschwindigkeit liegt ausschließlich beim Fahrer. Die Anzeige zu den Geschwindigkeitsbeschränkungen stützt sich auf folgende Auswertungen:

  • Daten vom Navigationssystem
  • Bilddaten der Stereokamera

Soweit in den Navigationsdaten Daten zu Geschwindigkeitsbeschränkungen der aktuell befahrenen Straße gespeichert sind, werden diese vom KAFAS-Steuergerät als Basis genutzt. Parallel dazu werden auch die Videodaten der Videokamera im KAFAS-Steuergerät ausgewertet. Die Bilddaten werden vom KAFAS-Steuergerät eingelesen und auf geschwindigkeitsbeschränkende und geschwindigkeitsaufhebende Verkehrsschilder hin ausgewertet. Wenn die Videokamera ausgeschilderte, lokale, temporäre Geschwindigkeitsbeschränkungen erkennt, werden diese mit Priorität gegenüber den Navigationsdaten zur Anzeige gebracht. Bei verdeckten und nicht erkennbaren Ausschilderungen zur Aufhebung von Geschwindigkeitsbeschränkungen werden die Anzeigen entsprechend vorgegebener Zeit und Streckenparameter zurückgenommen.

Auffahrwarnung

Im Gegensatz zur Auffahrwarnung mit aktiver Geschwindigkeitsregelung (ACC = Radar) wird eine kamerabasierte Technik angewendet. Die Auffahrwarnung kann ab einer Geschwindigkeitsschwelle von 15 km/h Warnungen auf Rückansichten von Fahrzeugen ausgeben.

Die Auffahrwarnung hat folgende Teilfunktionen:

  • Vorwarnung

    Warnung, z. B. bei sich abzeichnender Kollisionsgefahr oder bei sehr geringem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug.

    Warnung durch rotes Fahrzeugsymbol in der Instrumentenkombination, alternativ Head-Up Display.

    • Statische Vorwarnung bei geringem Abstand
    • Dynamische Vorwarnung bei Annäherung
  • Akutwarnung

    Warnung bei unmittelbarer Kollisionsgefahr, wenn sich das Fahrzeug mit relativ hoher Differenzgeschwindigkeit einem anderen Objekt nähert.

    Blinkendes rotes Fahrzeugsymbol in der Instrumentenkombination, alternativ Head-Up Display und akustisches Warnsignal

  • Vorbefüllung der Bremse
  • Anpassung der Schwellen für die dynamische Brems-Control (Bremsassistent)

Zusätzlich wird eine Check-Control-Meldung ausgegeben.

Der Zeitpunkt der Warnung kann von verschiedenen Größen abhängig sein. Zum Beispiel:

  • Klassierung der aktuellen Fahrsituation
  • Eventuell nasse Fahrbahn
  • Einschätzung der Aufmerksamkeit des Fahrers über Pedalbewegungen und Lenkbewegungen

Funktionseinschränkungen in der Betriebsanleitung beachten!

Selbsttätiges Bremsen bei erkannten stehenden Fahrzeugen

Wenn das Fahrzeug die Sonderausstattung SA5AT hat, werden auch stehende und einscherende Fahrzeuge erkannt. Bei stehenden Fahrzeugen kann es in Gefahrbereich zu einer Vollbremsung kommen.

Überholverbot

Diese Funktion zeigt mit entsprechenden Symbolen in der Instrumentenkombination (alternativ Head-Up Display) erkannte Überholverbote an. Die von der Stereokamera aufgenommenen Bilder werden mit den Navigationsdaten fusioniert. Auch die Aufhebung von Überholverboten wird angezeigt.

Zusätzliche Verkehrszeichen (z. B. LKW, Anhänger) werden erkannt und plausibilisiert.

Systemgrenzen

Die Funktion des Systems ist bei einigen Straßenbedingungen und Umweltbedingungen eingeschränkt: Zum Beispiel bei einer schneebedeckten Fahrbahn, Nebel, Regen, Gegenlicht und Blendungen aufgrund der physikalischen Grenzen des optischen Systems.

Hinweise für den Service

Allgemeine Hinweise

Bei einem Tausch der Frontscheibe ist eine Kalibrierung der Spurverlassenswarnung erforderlich, da in diesen Fällen die Position der Kamera verändert sein könnte. Bei einem Tausch des Steuergeräts ist keine Kalibrierung erforderlich..

Diagnosehinweise

Hinweis! Servicefunktionen beachten!

Über das Diagnosesystem stehen folgende Servicefunktionen für die kamerabasierten Fahrerassistenzsysteme (KAFAS) zur Verfügung:

  • Kalibrierung zurücksetzen

Pfad: Servicefunktionen > Fahrerassistenz > Kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme

 

Druckfehler, Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten.

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