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 Anzeigefunktionen der kamerabasierten Fahrerassistenzsysteme sind:

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

Hinweis!

Wenn der Kunde ausschließlich den Fernlichtassistenten (5AC) bestellt, wird das System mit einer Kamera und einem eigenen Steuergerät im Innenspiegel realisiert.

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:

Bedieneinheit Licht, 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.

Gezeigt Beispiel F30

Index Erklärung Index Erklärung
1 Bedieneinheit Licht 2 Position automatische Fahrlichtsteuerung
3 Position Abblendlicht 4 Fahrtrichtungs-Fernlichtschalter
5 Bordcomputer-Taste 6 Taste Fernlichtassistent

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

Gezeigt F30

Index Erklärung Index Erklärung
1 Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme 2 Taste Spurverlassenswarnung
3 Taste Auffahrwarnung 4 Steckverbindung 4-polig
  • Fahrzeuge mit Front Electronic Module (FEM):

    Die Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme ist über LIN-Bus mit dem Front Electronic Module verbunden. Ein Bus-Signal vom Front Electronic Module an das KAFAS-Steuergerät informiert über die Betätigung der Taste. Das ICM-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 das Front Electronic Module, 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.

  • Fahrzeuge mit Junction-Box-Elektronik (JBE):

    Die Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme ist über LIN-Bus mit dem Fußraummodul (FRM) verbunden. Ein Bus-Signal vom Fußraummodul an das KAFAS-Steuergerät informiert über die Betätigung der Taste. Das ICM-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 das Fußraummodul, 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.

  • Ab F15: Fahrzeuge mit Body Domain Controller (BDC):

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

Hinweis!

Wenn das Fahrzeug mit der neuesten Generation der DSC (MK100) ausgestattet ist, sind Teile der Funktionslogik, die früher im Integrated Chassis Management (ICM) berechnet wurden, in das DSC-Steuergerät integriert. Dadurch konnte unter anderem das ICM-Steuergerät entfallen.

Gezeigt F15

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-Kamera

Die im Spiegelfuß des Innenspiegels eingebaute Videokamera für die Spurverlassenswarnung überwacht das Vorfeld des Fahrzeugs. Die Videokamera nimmt die Fahrbahn bis ca. 40 Meter vor und bis ca. 5 Meter rechts und links neben dem Fahrzeug auf. Die Bilddaten werden über eine LVDS-Datenleitung zum KAFAS-Steuergerät geführt und ausgewertet. Das Steuergerät sucht in den Bildern, die die Videokamera aufzeichnet, mittels Bildverarbeitung nach möglichen vorhandenen Fahrspur- und Fahrbahnmarkierungen.

Die Kamera ist über eine 10-polige Steckverbindung sowie einer Abschirmung mit dem KAFAS-Steuergerät verbunden.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Halter 2 KAFAS-Kamera
3 Steckverbindung 10-polig, LVDS-Datenleitung

Am Rand des Sichtfelds der KAFAS-Kamera befindet sich die Beheizung der KAFAS-Kamera. 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.

Index Erklärung
1 KAFAS-Kamera Beheizung

KAFAS: Steuergerät für kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme

Die von der Videokamera aufgenommenen Lichtpunkte, Lichtfarben und Lichtintensitäten werden vom KAFAS-Steuergerät ausgewertet. Die Bewertung durch das KAFAS-Steuergerät führt zu einer Ein- oder Ausschaltempfehlung. Die Videokamera ist über eine 12-polige Leitung mit dem KAFAS-Steuergerät verbunden. Das KAFAS-Steuergerät ist am PT-CAN angeschlossen.

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

Index Erklärung Index Erklärung
1 KAFAS-Steuergerät 2 Steckverbindung 12-polig
3 Steckverbindung 10-polig

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 Spurverlassenswarnung sowie Fernlichtassistenten ist ein komplexer Systemverbund mit verteilten Funktionen in weiteren Steuergeräten notwendig.

Die folgende Grafik zeigt den Systemverbund der Spurverlassenswarnung sowie Fernlichtassistenten am Beispiel F2x, F3x, F15.

Index Erklärung Index Erklärung
1 Dynamische Stabilitäts-Control (DSC) 2 Beheizung KAFAS-Kamera
3 KAFAS-Kamera im Innenspiegel 4 Stromverteiler vorn Beifahrer
5 Front Electronic Module (FEM) oder Body Domain Controller (BDC) 6 Stromverteiler
7 Reversibler motorischer Aufroller rechts (REMARE), modellspezifisch 8 Central Information Display
9 Headunit (HU-H, HU-B) 10 Integrated Chassis Management (ICM). Entfällt, wenn das Fahrzeug mit der neuesten Generation der DSC (MK100) ausgestattet ist.
11 Schaltzentrum Lenksäule mit Vibrationsaktor 12 Bedieneinheit Licht
13 Bedieneinheit Fahrerassistenzsysteme 14 Instrumentenkombination (KOMBI)
15 Reversibler motorischer Aufroller links (REMALI), modellspezifisch 16 Head-Up Display, modellspezifisch
17 KAFAS-Steuergerät

Wenn ausschließlich ein Fernlichtassistent (5AC) vorhanden ist, sieht der Systemverbund am Beispiel F2x, F3x, F15 aus wie folgt:

Index Erklärung Index Erklärung
1 Instrumentenkombination (KOMBI) 2 Innenspiegel mit Kamera und Steuergerät Fernlichtassistent (FLA)
3 Stromverteiler vorn 4 Front Electronic Module (FEM) oder Body Domain Controller (BDC)
5 Stromverteiler vorn 6 Schaltzentrum Lenksäule
7 Bedieneinheit Licht

Unfallvermeidung Stadtverkehr

Die Kamera erfasst das Umfeld vor dem Fahrzeug. Die Kamera 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 Videokamera 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 Videokamera hat einen horizontalen Seitenwinkel von ca. 15° nach links und rechts. Das Sichtfeld der Videokamera 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 Steuergerät eine Ein- oder Ausschaltempfehlung. Die Empfehlung wird vom KAFAS-Steuergerät oder FLA-Steuergerät gesendet. Zur Ein- 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 Videokamera

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 5AT 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 KAFAS-Kamera 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 Straßen- 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. In diesem Fall werden die in der Kamera gespeicherten Kalibrierdaten an das Steuergerät übertragen und dort gespeichert.

Diagnosehinweise

Hinweis! Servicefunktionen beachten!

Über das Diagnosesystem stehen folgende Servicefunktionen für die Spurverlassenswarnung zur Verfügung:

  • Abgleich Aktor Spurverlassenswarnung
  • Kalibrierung Spurverlassenswarnung

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