Verkehr

Zuverlässige Qualifizierung von Automobilradaren mit ATRIUM

Mit ATRIUM wird am Fraunhofer FHR ein Radarzielsimulator für das E-Band entwickelt, der eine umfassende Kontrolle der Funktionsfähigkeit von Automobil-Radarsensoren der nächsten Generation ermöglicht. Im Gegensatz zu konventionellen Radarzielsimulatoren wird ATRIUM kritische Verkehrsszenarien vollständig simulieren können.

ATRIUM: Demonstrator zum Nachweis des Hardware-Funktionsprinzips.
© Fraunhofer FHR

ATRIUM: Demonstrator zum Nachweis des Hardware-Funktionsprinzips.

© Fraunhofer FHR

Künstlerische Darstellung des Radarzielsimulators ATRIUM.

Das autonome Fahren ist aufgrund mannigfaltiger Nutzungsmöglichkeiten (Individualverkehr, Güterverkehr) und zahlreicher Vorteile (Steigerung des Fahrkomforts, hoher ökonomischer Nutzen) eine der vielversprechendsten Zukunftstechnologien. Um Verkehrsteilnehmer nicht unnötig zu gefährden und eine gesellschaftliche Akzeptanz der Technologie herbeizuführen, muss allerdings der Sicherheit autonomer Fahrzeuge besondere Beachtung geschenkt werden. Dies gilt auch für die Funktionstüchtigkeit derzeit erhältlicher Fahrassistenzsysteme, die bereits jetzt sicherheitsrelevante Funktionen von Fahrzeugen übernehmen. Insbesondere die Zuverlässigkeit von Automobil-Radarsensoren muss dabei gewährleistet werden, da diese ein wichtiger Bestandteil solcher Fahrassistenzsysteme sind und auch in zukünftigen Fahrzeuggenerationen eine wichtige Rolle spielen werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Testumgebung, die eine umfassende Qualifizierung von Automobilradarsensoren ermöglicht.

Mit dem Radarzielsimulator ATRIUM (Automobile Testumgebung für Radar In-the-loop Untersuchungen und Messungen) wird eine solche Testumgebung am Fraunhofer FHR derzeit für das E-Band umgesetzt. Diese wird eine realitätsnahe Nachbildung von Verkehrsszenarien durch die Synthese eines elektromagnetischen Wellenfelds erlauben. Dadurch wird der Zielsimulator in die Lage versetzt, virtuelle Radarziele an beliebigen Positionen zu platzieren. Durch stetige Änderung der Position sowie durch Dopplerverschiebung kann zudem die Bewegung von Radarzielen simuliert werden. Darüber hinaus wird das System in der Lage sein, komplexe Zielsignaturen nachzuempfinden, wodurch Radarziele vom Radarsensor nicht nur als Punkte, sondern als vielgestaltige, aus mehreren Teilen (z. B. aus Heck, Stoßstange, Rädern) zusammengesetzte Objekte wahrgenommen werden können. Dieser Funktionsumfang ermöglicht die Simulation von Verkehrsszenarien, bei denen die zuverlässige Funktion von Automobilradarsensoren von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit im Straßenverkehr ist.

Der Zielsimulator ist als Prüfstand konzipiert, vor dem ein mit Radarsensorik ausgestattetes Testfahrzeug positioniert werden kann. Folgende Anwendungsfälle lassen sich hiermit abdecken:

  1. Der Sensorhersteller muss gegenüber dem Automobilhersteller nachweisen, dass der Radarsensor fehlerfrei funktioniert. Dieser Nachweis erfolgt bisher durch Erprobungsfahrten. Durch den Einsatz des ATRIUM-Radarzielsimulators kann die Anzahl der auf öffentlichen Straßen gefahrenen Testkilometer gering gehalten werden. Dies ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Verifikation von Radarsensoren.
  2. Zur Entwicklung neuer oder überarbeiteter Softwarefunktionen und Hardwarekomponenten sind Tests in einer möglichst realitätsgetreuen Umgebung wünschenswert. Auch hierfür kann der Radarzielsimulator durch den Sensorhersteller eingesetzt werden.
  3. Möchte der Automobilhersteller überprüfen, ob der Radarsensor des Sensorherstellers die durch ihn geforderten Spezifikationen erfüllt, ist auch der Automobilhersteller ebenfalls auf einen Nachweis durch Erprobungsfahrten angewiesen. Hier bietet sich der Einsatz des Radarzielsimulators ebenfalls an.

Um die virtuelle Positionierung von Radarzielen entlang verschiedener Raumdimensionen zu ermöglichen, werden mit FPGAs ausgerüstete Digitalboards eingesetzt, die mit Sende- und Empfangseinheiten ausgestattet sind. Der Digitalteil ermöglicht die Generierung von mehr als 100 doppler- und zeitverschobenen, amplituden- und phasenvariierten Kopien des Sendesignals. Durch die Modifikation kann das Signal u. a. zeitlich verzögert werden, wodurch sich die Entfernung der Radarziele verändern lässt. Zudem erlaubt die im Raum verteilte Anordnung der Sende- und Empfangsantennen eine winkelabhängige Darstellung der über 100 virtuellen Radarziele.

Durch einen neuartigen Top-Down-Ansatz lassen sich mit dem System selbst umfangreiche Szenarien simulieren: Hierzu wird eine auf den OpenScenario- und OpenDrive-Standards basierende High-Level-Beschreibung des Verkehrsszenarios mit Hilfe eines Punktstreumodells simuliert und das Simulationsergebnis in durch die ATRIUM-Hardware interpretierbare Parameter zerlegt. Dies erspart dem Nutzer des Systems die zeitaufwändige Positionierung einzelner virtueller Radarziele.

Auf diese Weise wird ATRIUM es ermöglichen, die Qualifizierung radarbasierter Fahrassistenzsysteme voranzutreiben und zur Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer im Straßenverkehr heute sowie in der Zukunft beizutragen.