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Protector - Vorausschauendes Notbremssystem für Nutzfahrzeuge

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Die Güterverkehrsleistungen haben sich in den letzten zehn Jahren nahezu verdoppelt; die Infrastruktur konnte mit einem Wachstum von rund 2% mit der Entwicklung des Güterverkehrsaufkommens nicht Schritt halten. Die stetig steigende Verkehrsdichte wird als zunehmende Bedrohung für die Sicherheit auf unseren Straßen wahrgenommen. Trotz der nachweislichen Erfolge der letzten Jahre ist deshalb der ständige gesellschaftliche Ruf nach optimierten Sicherheitssystemen verständlich.

Wegen des hohen Energiegehaltes der bewegten Lkw sind Maßnahmen der passiven Sicherheit, insbesondere im Hinblick auf den Partnerschutz, längst an physikalische Grenzen gestoßen. Aktive Sicherheitssysteme der ersten Generation, wie z.B. ABS oder ESP, haben einen sehr hohen Reifegrad, und weitere signifikante Unfallvermeidungspotenziale sind von diesen Systemen nicht mehr zu erwarten. Gekoppelt mit Informationen aus dem Fahrzeugumfeld können aktive Sicherheitssysteme der nächsten Generation aber erhebliche Potenziale zur Verbesserung der Verkehrssicherheit eröffnen.

Aus der Verantwortung heraus, die Unfallstatistik sichtbar zu verbessern, wurde in einem Innovationsprojekt im Geschäftsfeld Nutzfahrzeuge der DaimlerChrysler AG ein vorausschauendes Notbremssystem („Protector“) in beispielhaft kurzer Zeit von der Forschungsidee bis zur Übergabe an die Serienentwicklung entwickelt und erprobt. Dabei war es stets Ziel des Projektes ein marktfähiges System zu entwerfen und sich nicht auf eine Machbarkeitsstudie zu beschränken. Auf Basis eines hoch effizienten Entwicklungsprozesses kann daher mit einem kurzfristigen Einsatz der „Protector“-Technologie gerechnet werden. Fahrzeugherstellern und der Zulieferindustrie kann damit ein offensiver Marktauftritt mit einer Zukunftstechnologie vorhergesagt werden. Die Entwicklung „Protector“ erforderte die deutliche Erweiterung des Standes der Technik durch Innovationen in den Bereichen Systemansatz, Systemkonzept, Algorithmik, der Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der Entwicklungsmethoden und -werkzeuge.

Systemansatz - die rechte Aufgabenstellung
Verkehrssituationen, die zu einem Auffahrunfall führen können, werden durch das Fahrverhalten, den Straßenverlauf, den Reibwert, die Sichtverhältnisse usw. beschrieben. Ein Bremssystem, welches in allen Varianten mit Sicherheit einen Auffahrunfall verhindert, ist so komplex, dass an eine wirtschaftliche Realisierung nicht zu denken ist. Die Aufgabenstellung wurde so definiert, dass eine marktfähige technische Lösung erzielbar ist: Das System muss die Unfallgefahr in bestimmten Verkehrssituationen vermeiden und darf sie in keiner erhöhen.

Die Statistik zeigt, dass Auffahrunfälle mit schweren Nutzfahrzeugen oft im Kolonnenverkehr in Verbindung mit schlecht konditionierten Fahrern entstehen. Das Notbremssystem wurde also auf gerade diesen und verwandte Unfalltypen ausgelegt, was eine Verwendung serienmäßig verfügbarer Komponenten erlaubte. Aus technischen und physikalischen Gründen lassen sich mit dem System in Sonderfällen Auffahrunfälle nicht vermeiden. Diese Sonderfälle werden akzeptiert, damit insgesamt Unfälle reduziert werden können. Die Vermeidung zusätzlicher Gefahr im Straßenverkehr heißt für „Protector“, dass eine unberechtigte Bremsung mit der Gefahr für den nachfolgenden Verkehr unter allen Umständen vermieden werden muss. Diese Umstände schließen selbstverständlich Fehlfunktionen im System ein.

Systemkonzept
Um „Protector“ im Fokus der Wirtschaftlichkeit darstellen zu können, mussten ausschließlich Komponenten verwendet werden, die bereits am Markt oder in Serie verfügbar sind. Dies konnte erreicht werden, indem neben der Realisierung des Kernalgorithmus des Systems ausschließlich geringfügige Änderungen der Software vorhandener Steuergeräte vorgenommen werden mussten.

Algorithmus
Die besondere Herausforderung war die Angabe eines Auslösealgorithmus, der entsprechend der Systemaufgabe zum einen bei einer Vielzahl von kritischen Verkehrssituationen korrekt warnt bzw. bremst, aber auch unter den schwierig zu beurteilenden Rahmenbedingungen von z.B. innerstädtischem Verkehr keine Fehlbremsungen generiert. Der Algorithmus hat seine Funktionalität bei mehr als 700.000 Erprobungskilometern unter Beweis gestellt. Damit beschreibt der „Protector“-Auslösealgorithmus die Spitze der derzeit dargestellten Möglichkeiten auf dem Gebiet aktiver, umfelderkennender Sicherheitssysteme.

Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI)
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle soll einen Eingriff des Fahrers erreichen, bevor eine Notbremsung ausgelöst wird und gleichzeitig die Verkehrssituation entschärfen. Eine derartige MMI, die optische, akustische und haptische Elemente in ein eskalierendes Warnsystem integriert, ist hier erstmalig dargestellt. Kommt es zu einer Notbremsung, werden zusätzlich Hupe und Warnblinker angesteuert. Die Hupe macht ein vorausfahrendes Fahrzeug auf den drohenden Auffahrunfall aufmerksam, der Warnblinker warnt zusammen mit den Bremslichtern den nachfolgenden Verkehr und hilft damit, Folgeunfälle zu vermeiden.

Entwicklungsmethoden und -werkzeuge
Die Entwicklung aktiver, umfelderkennender Sicherheitssysteme erfordert eine Neubestimmung der Qualitätsziele: Die Erhöhung von Zuverlässigkeit alleine reicht nicht aus, um die geforderte Sicherheitsstufe zu erreichen. Vielmehr muss die Entwicklung von Sicherheitszielen ausgehen und deren konsequente Umsetzung sicherstellen. Dies kann nur durch abgestimmten Einsatz modernster Entwicklungsmethoden und -werkzeuge erfolgen. Zudem mussten effiziente Verfahren in der Systementwicklung genutzt und neu entwickelt werden; benannt werden sollen hier nur eine Methode zur Integration von textuell orientiertem Requirements Management und modellbasierter Entwicklung von Regelungssystemen, Funktionsabsicherung am Modell, modellbasierte Generierung und strukturierte Darstellung von Testszenarien sowie Erstellung eines Framework zur Integration von Werkzeugen zur Systementwicklung.

Die Methodik zur modellbasierten Entwicklung wurde zunächst für die Entwicklung von „Protector“ definiert. Mit dem erfolgreichen Abschluss der Entwicklung ist die Tragfähigkeit nachgewiesen. Der Einsatz als Standardmethode für die Entwicklung weiterer Assistenzsysteme ist vorgesehen. So wird nachhaltig die Kompetenz zur Entwicklung sicherheitsrelevanter Assistenzsysteme ausgebaut und die technologische Führung im Fahrzeugbau kann weiterhin gehalten werden. Die beschriebenen Testwerkzeuge werden zurzeit durch einen externen Partner in ein kommerzielles Produkt überführt. Dieses wird im Laufe des kommenden Jahres allgemein verfügbar sein.

Informationen und Kontakt zum Deutschen Zukunftspreis unter:
E-Mail: info@deutscher-zukunftspreis.de
Internet: www.deutscher-zukunftspreis.de


Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Protector - Vorausschauendes Notbremssystem für Nutzfahrzeuge“ wurde von der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring vorgeschlagen.