Suchen

Kartendaten als Co-Pilot erweitern das autonome Fahren

| Autor / Redakteur: Thomas Barthel * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Autonome Fahrzeuge sind zur Navigation auf Kartendaten angewiesen – und je mehr Informationen vorliegen, um so besser. Aber kommen diese erweiterten Kartendaten zustande?

Firmen zum Thema

Der perfekte Beifahrer: Kartendaten als Co-Pilot erweitern das autonome Fahren.
Der perfekte Beifahrer: Kartendaten als Co-Pilot erweitern das autonome Fahren.
(Bild: © goodluz - stock.adobe-stock.com)

In diesem Jahrzehnt steht das hochautomatisierte Fahren auf der Agenda eines jeden Automobilherstellers. Traditionelle Hersteller verbessern und vernetzten schrittweise bewährte Fahrerassistenzfunktionen, bis diese komplett unabhängig vom Fahrer agieren können. Zudem drängen neue Akteure auf den Markt. Sie haben weniger Erfahrung in der eigentlichen Fahrzeugherstellung, aber großes Knowhow in den Bereichen maschinelles Lernen und Interaktion mit der Cloud.

Bildergalerie

Alle Marktteilnehmer brauchen jedoch Sensordaten, die die menschliche Wahrnehmung ersetzen. Um richtig zu agieren benötigt ein autonomes Fahrzeug Informationen über seine Umgebung. Jeder Sensortyp hat unterschiedliche Stärken und Schwächen. Zwar bieten Kameras den besten Überblick – bevor ein korrektes Umgebungsmodell bereitgestellt werden kann, müssen die Bilder jedoch zuerst in Echtzeit verarbeitet werden, was Zeit kostet.

Radar bietet eine ausgezeichnete Objekterkennung und ein vollständiges Umgebungsmodell, lässt sich jedoch leicht durch Metallobjekte wie Kanaldeckel verwirren. Das laserbasierte System Lidar scheint ein guter Kompromiss zu sein, ist jedoch sehr teuer. Die Lösung besteht darin, verschiedene Sensoren miteinander zu kombinieren, um das wahrscheinlichste Abbild der Umgebung zu erhalten (Bild 1).

Die Reichweite der Sensoren wächst mit jeder neuen Hardwaregeneration, die Sensoren selbst unterliegen jedoch weiterhin physikalischen Beschränkungen. So geht ihr Erfassungsbereich nicht weit über 200 Meter hinaus, sie können nicht um die Ecke schauen oder durch Hügel oder große Hindernisse hindurchsehen. Ein Auto, das sich ausschließlich auf Sensordaten verlässt, fährt daher wie ein Besucher aus einer anderen Stadt: als hätte es keinerlei Kenntnisse über Abbiegespuren, Kreuzungen oder Kurven.

Das Fahrzeug folgt den Informationen seiner Sensoren. Es führt Fahrmanöver wahrscheinlich erst sehr spät durch, wenn es schließlich den richtigen Weg erkennt. Dies lässt sich nur durch zusätzliche Kartendaten vermeiden. Diese Daten kann man sich wie einen Rallye-Beifahrer vorstellen. Sie verbessern das Fahren, indem sie reibungslose, harmonische Übergänge zwischen unterschiedlichen Bedingungen ermöglichen. Eine vorausschauende aktive Geschwindigkeitsregelung beispielsweise würde das Auto scharf abbremsen, wenn die Sensoren eine Geschwindigkeitsbegrenzung erkennen. Mit den Karteninformationen ist eine solche Beschränkung bereits lange vorher bekannt. Die Geschwindigkeit kann rechtzeitig behutsam reduziert werden.

Informationen über besondere Gegebenheiten wie scharfe Kurven, gefährliche Steigungen oder andere Hindernisse sind ebenfalls rechtzeitig verfügbar. Eine detaillierte, aktuelle Karte ist unerlässlich, um diese Informationen bereitzustellen. Sie enthält zwei Arten von Informationen: Statische und dynamische.

Statische und dynamische Inhalte im Vergleich

Dynamische Inhalte ändern sich ständig. Sie enthalten Daten zu Unfällen, Gefahrenwarnungen, Staus oder Wetterverhältnissen. Dynamische Inhalte müssen gemeldet, verarbeitet und direkt verteilt werden. Andernfalls wären sie schlicht veraltet und hätten fehlerhafte Aktionen zur Folge. Diese Informationen korrelieren mit den Radio-Verkehrsnachrichten (Bild 2).

Statische Inhalte ändern sich nicht so häufig. Beispiele hierfür sind Gefälle, Kurvenverläufe, Fahrbahnmarkierungen oder Verkehrszeichen. Diese Daten können schrittweise gesammelt werden. Ihre Verarbeitung und Verteilung kann Tage oder sogar Wochen dauern. Dies korreliert mit den Informationen auf Karten in Papierform.

Feedbackschleife zwischen Fahrzeug und Karte

Um eine Karte für das autonome Fahren bereitzustellen, die regelmäßig aktualisiert wird, muss eine Feedbackschleife eingerichtet werden. Das Fahrzeug meldet mögliche Karteninformationen, die erfasst und zu einer Karte hinzugefügt werden. Anschließend werden die Daten zum Fahrzeug zurückgeschickt. Dynamische Inhalte müssen dabei so schnell wie möglich geteilt werden. Im Gegensatz dazu sind statische Inhalte auch noch nach langer Zeit wertvoll. Sie könnten also im Auto zwischengespeichert werden, falls keine Upload-Verbindung verfügbar ist.

In beiden Fällen wird die Feedbackschleife kontinuierlich mit den von allen Teilnehmern erkannten Objekten bzw. Situationen versorgt. Zeitstempel und Positionsdaten werden zu den gesendeten Meldungen hinzugefügt. Um einen Missbrauch des Upload-Portals zu vermeiden, ist eine Authentifizierung erforderlich. Diese Authentifizierung erlaubt dem Fahrzeug die Verbindung zu den Cloud-Diensten und verhindert das Hochladen schädlicher Meldungen von unbekannten Absendern, indem sie dem Empfänger ermöglicht, den Absender zu ermitteln.

Im nächsten Schritt müssen die hochgeladenen Informationen validiert werden. Jeder Datensatz wird auf seine Richtigkeit überprüft, ungültige Datensätze werden sofort entfernt. Ein Beispiel: Ist kein GPS-Signal verfügbar, werden unter Umständen die Standortdaten „Breitengrad 0, Längengrad 0“ gesendet – dieser Ort liegt aber mitten im Atlantik. Beim Empfangen wird dieser Fehler schnell erkannt.

Neben den Positionsdaten sind auch Zeitstempel mit Vorsicht zu behandeln: Die Ortszeit eines Fahrzeug muss nicht unbedingt richtig sein. Mögliche Gründe hierfür sind falsche Zeiteinstellungen oder die geringe Qualität der Uhr bei älteren Fahrzeugen. Bei neueren Autos ist unter Umständen während der Fahrt die falsche Zeitzone eingestellt. Da dynamische Inhalte sofort gesendet werden müssen, kann die Ankunftszeit der Meldung am Server verwendet werden. Dies kann bei zwischengespeicherten statischen Meldungen schwieriger sein, wenn der gesendete Zeitstempel nicht vertrauenswürdig ist und die Meldung möglicherweise für einen nicht definierten Zeitraum im Zwischenspeicher gehalten wurde. Da statische Inhalte glücklicherweise nicht so zeitkritisch sind wie dynamische, ist die Genauigkeit des Zeitstempels für sie weniger relevant.

(ID:44880242)