Spurverlassenswarnsystem

In der Verkehrstechnik bezeichnet man als Spurhalteassistent ( LDWS ) ein System, das den Fahrer warnt, sobald das Fahrzeug auf Autobahnen und Hauptstraßen die Fahrspur zu verlassen droht (sofern der Blinker nicht in die entsprechende Richtung gesetzt ist) . Diese Systeme sollen Unfälle minimieren, indem sie die Hauptursachen von Kollisionen – Fahrfehler, Ablenkung und Müdigkeit – angehen. Im Jahr 2009 begann die US-amerikanische National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) zu prüfen, ob Spurhalteassistenten und Frontalkollisionswarnsysteme für Pkw verpflichtend werden sollen. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Es gibt vier Systemtypen:

• Spurverlassenswarnung (LDW): Systeme, die den Fahrer mit optischen, akustischen und/oder Vibrationswarnungen darauf hinweisen, wenn das Fahrzeug die Fahrspur verlässt.
• Spurhalteassistent (LKA/LKS): Systeme, die den Fahrer warnen und bei ausbleibender Reaktion automatisch Maßnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug in seiner Spur bleibt.
• Spurhalteassistent (LCA): Systeme, die beim Übersteuern helfen, das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur halten und den Fahrer in schwierigen Situationen zur Übernahme der Kontrolle auffordern.
• Automatische Spurhaltesysteme (ALKS): Entwickelt, um ohne menschlichen Fahrer den Fahrbahnmarkierungen zu folgen.

Ein weiteres System ist der Notspurhalteassistent (ELK). Der Notspurhalteassistent korrigiert ein Fahrzeug, das über eine durchgezogene Fahrbahnmarkierung hinausfährt. ^{[ 3 ]}

Eine der Hauptursachen für Unfälle mit nur einem Fahrzeug und Frontalzusammenstöße ist das Verlassen der Fahrspur. Ziel der Seitenführungssysteme (LSS) ist es, solche Unfälle zu vermeiden. ^{[ 3 ]}

Ohne diese Spurhalteassistenten kann das Verlassen der Fahrspur unbeabsichtigt erfolgen; das Fahrzeug driftet zur Fahrbahnkante und überquert diese. Dadurch gerät es in eine potenziell gefährliche Situation. ^{[ 3 ]} Dieses System funktioniert nicht, wenn die Fahrbahnkante nicht durch eine Linie markiert ist.

Ein nachgeschaltetes Spurerkennungssystem nutzt die Hough-Transformation und den Canny-Kantendetektor, um Fahrbahnmarkierungen in Echtzeitbildern der Frontkamera des Fahrzeugs zu erkennen. Die Abbildungen zeigen ein einfaches Ablaufdiagramm der Funktionsweise des Spurerkennungsalgorithmus zur Unterstützung der Spurverlassenswarnung.

Spurhalte-/Spurwarnsysteme basieren auf:

• Videosensoren im Sichtbereich (hinter der Windschutzscheibe montiert, typischerweise neben dem Rückspiegel integriert)
• Lasersensoren (an der Vorderseite des Fahrzeugs montiert)
• Infrarotsensoren (entweder hinter der Windschutzscheibe oder unter dem Fahrzeug montiert) ^{[ 4 ]}

In Europa sollte das Spurverlassenswarnsystem mit einem sichtbaren Fahrbahnmarkierungs-Identifikationsstandard wie der Verordnung (EU) 351/2012 der Kommission kompatibel sein.

Das Konzept und ein funktionsfähiges Modell dieser Technologie wurden 1988 vom britischen Erfinder Nick Parish in England entwickelt und in einen Rover SD1 eingebaut. Die Patentanmeldung Nr. 8911571.1 erfolgte 1989.

Das erste serienmäßige Spurverlassenswarnsystem in Europa wurde vom US-amerikanischen Unternehmen Iteris für Mercedes Actros Nutzfahrzeuge entwickelt. Das System wurde im Jahr 2000 eingeführt und ist mittlerweile in vielen neuen Pkw, SUVs und Lkw verfügbar. ^{[ 5 ]}

Im Jahr 2002 wurde das Iteris-System für die nordamerikanischen Fahrzeuge von Freightliner Trucks eingeführt . Beide Systeme warnen den Fahrer vor unbeabsichtigtem Verlassen der Fahrspur durch ein akustisches Rüttelgeräusch auf der Seite des Fahrzeugs, das die Spur verlässt. Es erfolgt keine Warnung, wenn der Fahrer vor dem Überqueren der Fahrspur den Blinker setzt.

Nissan Motors begann mit dem Angebot eines Spurhalteassistenten beim in Japan verkauften Cima 450XV Limited (F500). ^{[ 6 ]}

Toyota führte sein Spurhalteassistentensystem ^{[ 7 ]} bei Modellen wie dem Caldina und dem Alphard ^{[ 8 ]} ein , die in Japan verkauft wurden; dieses System warnt den Fahrer, wenn das Fahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht. ^{[ 9 ]}

Honda führte seinen Spurhalteassistenten (LKAS) im Inspire ein . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Er stellt bis zu 80 % des Lenkmoments bereit, um das Fahrzeug auf der Autobahn in der Spur zu halten. Zudem soll er das Fahren auf der Autobahn erleichtern, indem er den Lenkeingriff des Fahrers minimiert. ^{[ 12 ]} Eine Kamera, die oben an der Windschutzscheibe direkt über dem Rückspiegel angebracht ist , scannt die Straße vor dem Fahrzeug in einem Radius von 40 Grad und erfasst die gestrichelten weißen Linien, die die Fahrspuren auf der Autobahn trennen. Der Computer erkennt, dass sich der Fahrer in einer bestimmten Spur befindet, überwacht die Kurvenradius und berechnet anhand von Faktoren wie Gierwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit den erforderlichen Lenkeinschlag. ^{[ 13 ]}

Im Jahr 2004 wurde das erste in Nordamerika erhältliche Pkw-System von Iteris und Valeo für Nissan im Infiniti FX und (2005) in den M- Modellen entwickelt. ^{[ 14 ]} Bei diesem System überwacht eine Kamera (in der Dachkonsole über dem Spiegel montiert) die Fahrbahnmarkierungen. Ein Warnton ertönt, um den Fahrer zu alarmieren, sobald das Fahrzeug die Markierungen zu überfahren droht. Ebenfalls im Jahr 2004 rüstete Toyota den Crown Majesta mit einem Spurhalteassistenten aus , der durch leichte Gegenlenkkräfte das Fahrzeug in der Spur halten kann. ^{[ 15 ]}

Citroën war der erste Hersteller in Europa, der LDWS (Lenkungsdämpfungssystem) in seinen Modellen C4 und C5 des Jahres 2005 sowie im C6 anbot . Dieses System nutzt Infrarotsensoren zur Überwachung der Fahrbahnmarkierungen, und ein Vibrationsmechanismus im Sitz warnt den Fahrer vor Abweichungen. ^{[ 4 ]}

Lexus führte im LS 460 ein mehrstufiges Spurhalteassistenzsystem ein , das Stereokameras und hochentwickelte Objekt- und Mustererkennungsprozessoren nutzt. Dieses System kann eine akustische und visuelle Warnung ausgeben und das Fahrzeug mithilfe der elektrischen Servolenkung (EPS) in der Spur halten. Es wendet zudem ein Gegenlenkmoment an, um zu verhindern, dass der Fahrer beim Spurwechsel überkorrigiert oder das Lenkrad ruckartig bewegt. ^{[ 16 ]} Ist der adaptive Tempomat aktiviert, unterstützt die Spurhaltefunktion den Fahrer durch ein zusätzliches Lenkmoment; der Fahrer muss jedoch aktiv bleiben, da sich das System sonst deaktiviert. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

2007 bot Audi seinen Spurhalteassistenten ^{[ 19 ]} erstmals im Q7 an . Anders als japanische Assistenzsysteme greift dieses System nicht in den Fahrbetrieb ein, sondern vibriert das Lenkrad, wenn das Fahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht. Das Spurhalteassistenzsystem von Audi basiert auf einer nach vorn gerichteten Videokamera im Sichtfeld, nicht auf den nach unten gerichteten Infrarotsensoren von Citroën. ^{[ 20 ]} Ebenfalls 2007 präsentierte Infiniti eine überarbeitete Version seines Systems von 2004, das sogenannte Spurverlassenswarnsystem (LDP). Dieses System nutzt die Fahrzeugstabilitätskontrolle, um den Fahrer durch sanften Bremsdruck an den entsprechenden Rädern beim Halten der Spur zu unterstützen. ^{[ 21 ]}

General Motors führte den Spurverlassenswarner in den Modellen Cadillac STS , DTS und Buick Lucerne des Modelljahres 2008 ein . Das System von General Motors warnt den Fahrer mit einem akustischen Signal und einer Warnanzeige im Armaturenbrett. Auch BMW führte den Spurverlassenswarner in der 5er-Reihe (E60) und der 6er-Reihe ein . Hierbei warnt ein vibrierendes Lenkrad vor unbeabsichtigtem Verlassen der Fahrspur. Ende 2013 aktualisierte BMW das System und integrierte den Stauassistenten, der erstmals im überarbeiteten BMW X5 zum Einsatz kam . Dieses System ist bis zu einer Geschwindigkeit von 40 km/h aktiv. Volvo führte den Spurverlassenswarner und die Fahreraufmerksamkeitskontrolle in den Oberklassemodellen S80 , V70 und XC70 des Modelljahres 2008 ein . ^{[ 22 ]} Der Spurverlassenswarner von Volvo nutzt eine Kamera, um die Fahrbahnmarkierungen zu erfassen und einen Alarm auszulösen, wenn der Fahrer ohne zu blinken die Fahrspur verlässt. Die von BMW, Volvo und General Motors verwendeten Systeme basieren auf der Kerntechnologie von Mobileye .

Mercedes-Benz bietet seit der neuen E-Klasse einen Spurhalteassistenten an . ^{[ 23 ]} Dieses System warnt den Fahrer (durch Vibrationen im Lenkrad), wenn das Fahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht. Eine weitere Funktion deaktiviert und reaktiviert den Spurhalteassistenten automatisch, wenn sie erkennt, dass der Fahrer die Fahrspur absichtlich verlässt (z. B. durch aggressives Kurvenfahren). Eine neuere Version nutzt das Bremssystem, um das Fahrzeug beim Halten der Fahrspur zu unterstützen.

Kia Motors bot die Premium-Limousine Cadenza des Modelljahrs 2011 in ausgewählten Märkten optional mit einem Spurhalteassistenten (LDWS) an. Dieses System warnt durch ein blinkendes Symbol im Armaturenbrett und gibt einen akustischen Warnton aus, sobald eine weiße Fahrbahnmarkierung überfahren wird. Bei Überfahren einer gelben Fahrbahnmarkierung ertönt ein lauterer Warnton. Das System wird durch Betätigen des Blinkers oder durch Drücken eines Deaktivierungsschalters im Armaturenbrett deaktiviert. Es arbeitet mit optischen Sensoren an beiden Fahrzeugseiten.

Der Audi A7 führt den Audi active lane assist ein.

Mobileye entwickelte ein System, das Fahrbahnmarkierungen erkennt und feststellt, wenn ein Fahrzeug ohne Betätigung des Blinkers seine Fahrspur verlässt. ^{[ 24 ]}

Mercedes führte Distronic Plus mit Lenkassistent und Stop&Go-Pilot bei der neu gestalteten S-Klasse im Jahr 2013 ein.

Das Tesla Model S ist seit seiner Markteinführung 2014 mit einem fortschrittlichen Spurhalteassistenten ausgestattet. ^{[ 25 ]} Es verfügt außerdem über eine Geschwindigkeitsassistenzfunktion, bei der die Frontkamera mithilfe von Computer-Vision -Zeichenerkennung die zulässigen Höchstgeschwindigkeiten erfasst und an das Fahrzeug weiterleitet. Auf Straßen ohne Verkehrsschilder greift das System auf GPS-Daten zurück. Verlässt das Fahrzeug die Fahrspur mit einer Geschwindigkeit von über 48 km/h (30 mph), ertönt ein Signalton und das Lenkrad vibriert, um den Fahrer vor dem unbeabsichtigten Spurwechsel zu warnen. Dies geschieht auch bei Überschreitung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit.

Fiat führt seinen Spurhalteassistenten ein, der auf dem Spurhaltesystem von TRW (auch bekannt als haptisches Spurrückkopplungssystem) basiert. Dieses System integriert die Spurerkennungskamera mit der elektrischen Servolenkung von TRW. Wird ein unbeabsichtigtes Verlassen der Fahrspur erkannt (der Blinker ist nicht gesetzt), leitet die elektrische Servolenkung mit einem sanften Drehmoment zurück in die Mitte der Fahrspur. Das System, das 2008 im Lancia Delta eingeführt wurde, erhielt den Preis für die beste Automobilinnovation des Jahres 2008 des italienischen Automobiltechnikverbands. Peugeot führte das gleiche System wie Citroën im neuen 308 ein .

Spurverlassenswarnsysteme kombinieren Prävention mit Risikoanalysen im Transportwesen. Viewnyx nutzt videobasierte Technologie, um Fuhrparks bei der Senkung ihrer Haftungskosten zu unterstützen. Durch die Bereitstellung von Risikoanalysen und -tools für Fahrer und Fuhrparks für Sicherheitsmanager ermöglicht das System proaktives Coaching und Training zur Vermeidung risikoreichen Verhaltens. Die Lookout-Lösung wird von nordamerikanischen Fuhrparks eingesetzt, und es gibt Forschungsprojekte zur Implementierung eines Spurverlassenswarnsystems per Mobiltelefon. ^{[ 26 ]}

Das Insurance Institute for Highway Safety äußerte Bedenken, dass Fahrer weniger aufmerksam sein könnten, wenn sie sich auf automatisierte Sicherheitssysteme verlassen, oder dass sie durch Anzeigen auf dem Armaturenbrett abgelenkt werden, die die Funktionsweise der Systeme überwachen.

Zwei unabhängige Studien ergaben, dass Fahrzeuge mit Spurhalte- und Totwinkelassistenten im Vergleich zu Fahrzeugen ohne diese Systeme eine geringere Unfallrate aufwiesen. Polizeiliche Unfalldaten aus 25 US-Bundesstaaten aus den Jahren 2009 bis 2015 für Fahrzeugmodelle, bei denen die Systeme optional erhältlich waren, zeigten eine Reduzierung der Unfallraten bei Alleinunfällen, Streifkollisionen und Frontalzusammenstößen um 11 Prozent sowie der Verletzungen bei solchen Unfällen um 21 Prozent. Die Stichprobe war jedoch nicht groß genug, um demografische und andere Variablen zu berücksichtigen. ^{[ 27 ]}

Der Spurhalteassistent (LKA) ist eine Funktion, die zusätzlich zum Spurverlassenswarnsystem automatisch Maßnahmen ergreift, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug in der Spur bleibt. Einige Fahrzeuge kombinieren den adaptiven Tempomat mit dem Spurhalteassistenten, um zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten.

Die Kombination dieser Merkmale führt zwar zu einem teilautonomen Fahrzeug, doch die meisten erfordern, dass der Fahrer während der Fahrt die Kontrolle über das Fahrzeug behält. Dies liegt an den Einschränkungen des Spurhalteassistenten. ^{[ 28 ]}

Das Spurhalteassistenzsystem wird in modernen Fahrzeugsystemen mithilfe von Bildverarbeitungsverfahren wie der Hough-Transformation und der Canny-Kantendetektion realisiert . Diese fortschrittlichen Bildverarbeitungsverfahren gewinnen Fahrspurdaten aus nach vorne gerichteten Kameras, die an der Fahrzeugfront angebracht sind. Viele Fahrzeughersteller nutzen Echtzeit-Bildverarbeitung mit leistungsstarken Computern wie dem Nvidia Drive PX1, um vollautonome Fahrzeuge zu entwickeln, in denen der Spurerkennungsalgorithmus eine Schlüsselrolle spielt. Fortschrittliche Spurerkennungsalgorithmen werden auch mithilfe von Deep Learning und neuronalen Netzen entwickelt . ^{[ 29 ]} Nvidia hat bei der Entwicklung von Funktionen für autonomes Fahren, einschließlich der Spurhaltung, eine hohe Genauigkeit durch einen auf neuronalen Netzen basierenden Trainingsmechanismus erzielt. Dabei wird eine nach vorne gerichtete Kamera im Fahrzeug verwendet, das eine Teststrecke abfährt. Anschließend werden die Lenkeingaben und die Kamerabilder der Straße in das neuronale Netz eingespeist, um es zu trainieren. Das neuronale Netz kann dann den Lenkwinkel basierend auf dem Fahrspurwechsel anpassen und das Fahrzeug in der Mitte der Fahrspur halten. ^{[ 30 ]}

Ein Spurhalteassistent kann ein Fahrzeug entweder reaktiv zurück in die Spur lenken, wenn es diese zu verlassen droht, oder es proaktiv in der Mitte der Spur halten. Fahrzeughersteller verwenden häufig den Begriff „Spurhalteassistent“ sowohl für den reaktiven Spurhalteassistenten (LKA) als auch für den proaktiven Spurzentrierungsassistenten (LCA), doch die Begriffe werden zunehmend differenzierter.

Im Jahr 2020 veröffentlichte die UNECE eine Verordnung über automatisierte Spurhaltesysteme (ALKS), die Funktionen wie Spurhaltung und adaptive Geschwindigkeitsregelung für bestimmte Straßen bis zu 60 km/h umfasst.

Erfordert die Kontrolle des Fahrers während der Fahrt, passt jedoch die Lenkung an, wenn das Fahrzeug erkennt, dass es die Fahrspur verlässt ((LKA) bezieht sich auf den reaktiven Spurhalteassistenten und (LCA) bezieht sich auf die proaktive Spurzentrierung):

Die Liste zeigt Modelle bis einschließlich des Baujahrs 2015. Diese Funktion ist seitdem weiter verbreitet, wie unten zu sehen ist.

Ermöglicht das Fahren ohne fremde Hilfe unter bestimmten Bedingungen

Der Spurhalteassistent ist in der Europäischen Union seit 2022 für neue Pkw und Transporter unter der Bezeichnung Notfall-Spurhaltesystem vorgeschrieben. ^{[ 82 ]}

Spurverlassenswarnsysteme und Spurhalteassistenten sind auf gut sichtbare Fahrbahnmarkierungen angewiesen. Verblasste, fehlende oder fehlerhafte Fahrbahnmarkierungen können sie in der Regel nicht erkennen. Mit Schnee bedeckte oder alte, noch sichtbare Fahrbahnmarkierungen können die Funktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigen. ^{[ 28 ]}

Die UNECE-Regelung 130 schreibt nicht vor, dass Spurhalteassistenten für schwere Fahrzeuge bei Geschwindigkeiten unter 60 km/h oder in Kurven mit einem Radius von weniger als 250 Metern funktionieren müssen. ^{[ 83 ]}

Spurhalteassistenten unterliegen im Hinblick auf autonomes Fahren zahlreichen rechtlichen Beschränkungen. Wie bereits erwähnt, erfordert dieses System ständige Eingriffe des Fahrers. Fahrzeuge mit dieser Technologie können den Fahrer lediglich unterstützen, aber nicht selbstständig fahren. Die größte Einschränkung von Spurhalteassistenten besteht darin, dass sie nicht die vollständige Kontrolle über das Fahrzeug haben. Das System berücksichtigt keine anderen Verkehrsteilnehmer und kann gute Fahrgewohnheiten nicht ersetzen. ^{[ 84 ]}

Die Tester des amerikanischen Automobilclubs AAA stellten fest, dass die Fahrerassistenzsysteme unzuverlässig und gefährlich sind. Die Systeme funktionierten zwar „größtenteils wie erwartet“, doch bei der Annäherung an ein simuliertes liegengebliebenes Fahrzeug kam es in 66 Prozent der Fälle zu einer Kollision, wobei die durchschnittliche Aufprallgeschwindigkeit 40 km/h betrug. ^{[ 85 ]}

• Autonomes Auto
• Adaptive Geschwindigkeitsregelung
• Totwinkelüberwachung
• Intelligentes Auto
• Fahrspurzentrierung
• Freisprechfunktion

• Consumer Reports bietet eine umfangreiche Liste aktueller Fahrzeuge mit verschiedenen Sicherheitssystemen wie dem Spurhalteassistenten.