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Beim automatisierten Fahren kommt es auf wenige Zentimeter an

| Redakteur: Thomas Kuther

GNSS-Satelliten fliegen in einer Entfernung von 25.000 km und mit einer Geschwindigkeit von 4000 m/s in ihren Bahnen um die Erde.
GNSS-Satelliten fliegen in einer Entfernung von 25.000 km und mit einer Geschwindigkeit von 4000 m/s in ihren Bahnen um die Erde. (Bild: Bosch)

Automatisiertes Fahren ist mehr als Sensoren, Steuergeräte und sehr viel Rechenpower. Benötigt werden auch eine Reihe an smarten Services, ohne die kein Fahrzeug jemals selbstständig fahren kann.

„Services sind mindestens genauso wichtig für das automatisierte Fahren wie Hardware und Software“, erklärt Bosch-Geschäftsführer Dr. Dirk Hoheisel. „Wir müssen alle drei Wege zeitgleich verfolgen, damit selbstfahrende Autos sicher und zuverlässig auf die Straßen kommen.“

Bosch arbeitet so umfassend wie kaum ein zweites Technologie- und Dienstleistungsunternehmen in der Automobilindustrie weltweit am Durchbruch des automatisierten Fahrens und entwickelt ganzheitliche Lösungen. Das zeigt sich zum Beispiel bei dem sicherheitskritischen Thema der Lokalisierung.

Nur wenn selbstfahrende Fahrzeuge zu jeder Zeit zentimetergenau wissen, wo sie sich befinden, können sie sicher unterwegs sein. Bosch bietet deshalb ein weltweit einzigartiges Paket aus Hardware, Software und Services für die Lokalisierung an, das in sich ein redundantes System für die präzise Bestimmung der Fahrzeugposition bildet.

Hardware: eigener Bewegungs- und Positionssensor

Für die genaue Eigenlokalisierung automatisierter Fahrzeuge hat Bosch einen eigenen Sensor entwickelt: den Bewegungs- und Positionssensor. Dieser verfügt unter anderem über eine hochleistungsfähige Empfangseinheit für Signale des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS). Diese werden benötigt, um die absolute Position eines automatisierten Autos zu ermitteln.

Die Herausforderung einer satellitengestützten Positionsbestimmung liegt in der Ungenauigkeit der Daten. GNSS-Satelliten fliegen in einer Entfernung von 25.000 km und mit einer Geschwindigkeit von 4000 m/s in ihren Bahnen um die Erde. Ihre Signale werden auf dem Weg zur Erde zum Beispiel durch die Ionosphäre oder Wolkenschichten in der Troposphäre verfälscht und damit ungenau. Das reicht zwar für heutige Navigationssysteme, nicht aber fürs automatisierte Fahren. Bosch greift deshalb auf Korrekturdaten verschiedener Anbieter zurück und hat dafür 2017 mit Partnern das Joint Venture Sapcorda gegründet. Mithilfe eines Netzwerks von exakt vermessenen Referenzstationen auf der Erde können diese Anbieter die Ungenauigkeiten der GNSS-Positionsinformationen korrigieren. Die Korrekturdaten gelangen über eine Cloud oder geostationäre Satelliten ins Auto.

Neben GNSS-Signalen erhält der Bewegungs- und Positionssensor weitere Informationen: Dank Raddrehzahlsensoren und Lenkwinkelsensor erkennt er, wohin das Auto wie schnell fährt. Raddrehzahlsensoren und Lenkwinkelsensor sind so etwas wie der Tastsinn beim Menschen. Zudem verfügt der Bewegungs- und Positionssensor über eine integrierte Inertialsensorik – vergleichbar mit dem menschlichen Gleichgewichtsorgan. Wie sich Menschen mithilfe von Tast- und Gleichgewichtssinn fortbewegen können, so weiß der Sensor ganz genau, wo sich das Fahrzeug hinbewegt.

Software: Smarte Algorithmen ermitteln die Fahrzeugposition

Die GNSS-Positionssignale, die Korrekturdaten und die Informationen von der Inertialsensorik sowie von Raddrehzahlsensoren und Lenkwinkelsensor kommen im Bewegungs- und Positionssensor zusammen. Für die präzise Lokalisierung automatisierter Fahrzeuge sind die Informationen allein aber nicht ausreichend. Erst die Verarbeitung mit intelligenter Software ermöglicht die hochgenaue Positionsbestimmung, auf die sich ein automatisiertes Fahrzeug im Umfeld von einigen Metern sogar verlassen und Entscheidungen über sein Fahrmanöver treffen kann.

Lokalisiert wird ein automatisiertes Fahrzeug primär auf Basis der korrigierten GNSS-Signale. Sollte die Satellitenverbindung ausfallen, weil das Auto etwa in einen Tunnel einfährt, kann der Bewegungs- und Positionssensor die Positionsbestimmung des automatisierten Fahrzeugs für einige Sekunden aufrechterhalten. Die Position des Fahrzeugs wird dann relativ von der letzten bekannten absoluten Positionsinformation weiterberechnet. Ist das GNSS-Signal länger unterbrochen und eine Positionsbestimmung über den Bewegungs- und Positionssensor nicht mehr möglich, steht dem automatisierten Auto als präzise Lokalisierungsinformation weiter die Straßensignatur von Bosch zur Verfügung.

Services: Straßensignatur basiert auf Umfeldsensoren

Die Bosch Straßensignatur ist ein kartenbasierter Lokalisierungsservice auf Basis der Umfeldsensorik heutiger und zukünftiger Fahrzeuge. Den Service bietet Bosch parallel zur Lokalisierungslösung mittels des Bewegungs- und Positionssensors an. Durch die Kombination des satellitengestützten Ansatzes über den Bewegungs- und Positionssensor mit dem kartenbasierten Lokalisierungsservice der Straßensignatur erfüllt Bosch hohe Sicherheitsanforderungen.

Bei der Bosch Straßensignatur erfassen Video- und Radarsensoren an Bord von Autos unterwegs stationäre Merkmale auf und neben Straßen, wie zum Beispiel Spurmarkierungen, Verkehrsschilder und Leitplanken. Radarsensoren haben dabei einen großen Vorteil: Anders als Kameras können sie Straßenmerkmale auch bei Dunkelheit oder schlechter Sicht noch erfassen. Außerdem ist ihre Erfassungsreichweite höher. Über ein Kommunikationsmodul im Auto gelangen die Informationen zu den Merkmalen auf und neben Straßen in die Cloud. Dort wird mit den Merkmalen eine eigenständige Kartenebene generiert, die wiederum Bestandteil einer hochgenauen Karte ist. Automatisierte Fahrzeuge erfassen ihrerseits die Straßenmerkmale und vergleichen, ob die von ihnen erkannten Verkehrsschilder oder Leitplanken mit den in der Karte hinterlegten übereinstimmen. Dieser Abgleich erlaubt es den Autos, sich selbst relativ zur hochgenauen Karte zentimetergenau in der Fahrspur zu lokalisieren.

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