Rückfahrassistenz für Fahrzeuge mit Anhänger

Rückfahrassistenz für Fahrzeuge mit Anhänger
Zeitraum: 01.10.2004 - 31.03.2007
Status: abgeschlossen

Das Rückwärtsfahren von Fahrzeugen mit Anhänger wird im Allgemeinen als besonders schwierig angesehen. Die von dieser Problematik betroffene Fahrergruppe reicht dabei von ungeübten Fahranfängern bis hin zu Kraftfahrern im gewerblichen Güterkraftverkehr. Im Rahmen einer Befragung von Berufskraftfahrern konnten die eingeschränkte Sicht auf das Fahrzeugumfeld, der komplizierte Steuerungsprozess sowie Mängel bei der Fahrerausbildung als wesentliche Problemursachen identifiziert werden. Insbesondere der komplizierte und zum Teil unlogische Steuerungsprozess führt häufig zu Lenkfehlern, die wiederum zu Sach- oder gar zu Personenschäden führen können.

Trotz dieser Problematik gibt es sowohl im Bereich der Automobil- und Zulieferindustrie als auch im universitären Forschungsbereich bisher nur wenige Ansätze, entsprechende Assistenzsysteme zur Unterstützung der Fahrer zu entwickeln. Bei den wenigen bisher angedachten Fahrerassistenzsystemen handelt es sich fast ausschließlich um agierende Systeme, die z.B. aktiv in die Steuerung des Fahrzeugs eingreifen.
Das wesentliche Ziel des von der Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation geförderten Projekts war es, unter Nutzung aller Gestaltungsmöglichkeiten der Mensch-Maschine-Interaktion, Rückfahrassistenzsysteme zur Unterstützung der Rückwärtsfahrt von Fahrzeugen mit Anhänger zu entwerfen, zu realisieren und zu evaluieren. Rückfahrassistenzsysteme werden dabei als Fahrerassistenzsysteme verstanden, die den Fahrer bei der Rückwärtsfahrt seines Fahrzeugs unterstützen. Als besondere Anforderung sollen die Rückfahrassistenzsysteme nicht nur für einzelne Fahrmanöver geeignet sein, sondern für alle rückwärtigen Fahrmanöver, mit denen ein Kraftfahrer im Alltag konfrontiert wird. Der Schwerpunkt des Stiftungsprojekts lag dabei auf der Entwicklung passiver Rückfahrassistenzsysteme, die dem Fahrer durch visuelle, haptische und/oder akustische Rückkopplung Informationen zur Steuerung des Gespanns vermitteln.
So wurde ein visuelles Rückfahrassistenzsystem entwickelt, bei dem die Fahrkurven des Gespanns und des Anhängers in das Bild einer am Anhänger montierten Rückfahrkamera eingeblendet werden. Anhand der Fahrkurven kann der Fahrer das zukünftige Verhalten des Gespanns erkennen. Da die visuelle Darstellung der Fahrkurven unmittelbar auf Änderungen des Lenkwinkels reagiert, können Lenkfehler frühzeitig erkannt und vermieden werden. Außerdem kann ein Fahrziel anvisiert und mit hoher Präzision erreicht werden. Das Lenkassistenzsystem wurde sowohl auf einem Fahrsimulator als auch einem Versuchsfahrzeug mit einachsigem Anhänger realisiert.
Des Weiteren wurde ein Rückfahrassistenzsystem mit haptischer Rückkopplung entwickelt, und auf einem Modellfahrzeug im Maßstab 1:16 realisiert. Dieses System interpretiert den Lenkradeinschlag nicht mehr als Radlenkwinkel. Stattdessen gibt der Fahrer über das Lenkrad die Richtung vor, in die der Anhänger gesteuert werden soll. Damit wird das Gespann wie ein Pkw gesteuert. Zusätzlich wird dem Fahrer mithilfe eines Force Feed-Back Lenkrads der Zustand des Gespanns vermittelt. Durch das am Lenkrad aufgebaute Moment wird der Fahrer angeleitet, das Gespann kontrolliert im stabilen Zustand zu halten.
Außerdem wurde ein Rückfahrassistenzsystem entwickelt, das den Fahrer durch akustische Signale bei der Fahrzeugsteuerung unterstützt. Das akustische Rückfahrassistenzsystem bietet den Vorteil, dass der Fahrer sich weitgehend auf die visuelle Wahrnehmung des Fahrzeugs und des Fahrzeugumfelds konzentrieren kann, ohne ihn von seiner eigentlichen Fahraufgabe abzulenken.
Eine unabdingbare technische Voraussetzung zur Realisierung aller Rückfahrassistenzsysteme für Gespanne ist die Kenntnis des Winkels zwischen den Längsachsen von Zugfahrzeug und Anhänger, dem so genannten Einknickwinkel. Da zur Messung des Einknickwinkels keine geeigneten Sensoren verfügbar waren, wurden für Starrdeichselanhänger, Sattelanhänger und Drehschemelanhänger jeweils berührungslos arbeitende optische Sensoren entwickelt und in Versuchsfahrzeugen getestet. Hierbei sind besonders Entwicklungen hervorzuheben, bei denen mit einer einzigen Messung die Lage des Anhängers in Relation zum Zugfahrzeug in allen drei Dimensionen (Gier-, Nick- und Wankwinkel) sehr präzise ermittelt wird.
Aufgrund der Vielzahl von Informationen zur Beschreibung des Fahrzeugzustands, von Lenkübertragungseinrichtungen, von Fahrzeugkonfigurationen, Modalitäten der Informationsvermittlung sowie weiterer Faktoren, ergibt sich eine unüberschaubar große Menge potenzieller Rückfahrassistenzsysteme. Vor diesem Hintergrund wurde die bereits vorhandene Softwarearchitektur EZlenk gezielt erweitert, so dass Rückfahrassistenzsysteme effizient entworfen und implementiert werden können. Die Softwarearchitektur wurde zudem so flexibel gestaltet, dass Rückfahrassistenzsysteme sowohl in einer Simulationsumgebung, auf einem Modellfahrzeug oder auf einem Versuchsfahrzeug implementiert werden können. Durch den Einsatz dieser Softwarearchitektur lässt sich der Entwicklungsaufwand erkennbar reduzieren.
Im Rahmen des Stiftungsprojektes wurde zudem ein Rückfahrsimulator entwickelt, mit dessen Hilfe wiederum Rückfahrassistenzsysteme entwickelt und getestet werden können. Der Simulator wurde speziell als LKW-Fahrsimulator konzipiert und besteht aus originalen Bauteilen der Mercedes Actros Serie. Auf dem Simulator werden in einer Vorstufe Rückfahrassistenzsysteme sowie deren Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt und getestet, bevor die Systeme auf ein Modellfahrzeug oder ein Versuchsfahrzeug übertragen werden. Ein weiterer beachtlicher Zusatznutzen des Simulators ist der Einsatz als Lernumgebung, um das Lenk- und Fahrverhalten von Fahrzeugen mit Anhänger zu erlernen und zu trainieren. Hierzu wurde speziell ein kostengünstiger Simulator für den Fahrschuleinsatz entwickelt.
Im Rahmen umfangreicher Testfahrten auf dem Simulator und dem Versuchsfahrzeug wurden die Rückfahrassistenzsysteme systematisch getestet und bewertet. Dabei wurde festgestellt, dass die Rückfahrassistenzsysteme zu einer deutlichen Verbesserung der Fahrsicherheit führen, bei gleichzeitiger Reduzierung der physischen und psychischen Fahrerbelastung. Ebenso wurde die Eignung des Simulators für den Fahrschuleinsatz bestätigt.
Im Projektverlauf lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung von Rückfahrassistenzsystemen für Fahrzeuge mit Starrdeichselanhänger oder Sattelanhänger. Im Vergleich hierzu wird der Fahrer von Fahrzeugen mit Zweiachs-Anhänger mit Drehschemellenkung mit einem zweistufigen Steuerungsprozess konfrontiert, der selbst für professionelle Kraftfahrer eine Herausforderung darstellt. Erschwerend kommt noch hinzu, dass auf einigen Strecken in Deutschland bereits so genannte Gigaliner mit einer Fahrzeuglänge von bis zu 25,25m zugelassen sind. Dieser Fahrzeugtyp gilt in Rückwärtsfahrt als nicht beherrschbar. Vor diesem Hintergrund erscheint es lohnenswert, die Entwicklung von Rückfahrassistenzsystemen für diese Fahrzeuge voranzutreiben.


Projektpartner

Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation