Achtung Radar

Die vollautomatische Notbremsung funktioniert mithilfe von Radar: Es misst die Entfernung bis zum Hindernis. Computer errechnen den Bremsweg und aktivieren die Notbremsung

Achtung Radar – da zuckt der Autofahrer. Die Sinne sind geschärft, angestrengte Augen scannen die Umgebung, nervös lupft der Gasfuß das Pedal. Manch Übervorsichtiger steigt auf die Bremse. Allein das Wort Radar setzt Fahrer unter Spannung. Radar heißt Kontrolle, versteckte Radarfalle, Blitzen bei zu viel Tempo oder zu geringem Abstand. Radar heißt auch, irgendwie schlechtes Gewissen.

Unterschiedliche Frequenzen werden für das Nah- und Fernbereichsradar genutzt. Mal sind die Strahlen weit aufgefächert (nah), mal stärker gebündelt (fern)

Aber es gibt auch eine zweite, für den Autofahrer weit weniger aufregende Seite der Radartechnik: Radar, dein Freund und Helfer. Tatort Autobahn A 93 im Juli letzten Jahres bei Regensburg. Nahezu ungebremst rast ein Lastwagen in das Stauende und löst einen schweren Massenunfall aus. Bilanz der Katastrophe: zwei Tote, sechs Schwerverletzte und ein immenser finanzieller Schaden. Das Schlimmste, der Unfall hätte nicht sein müssen. Hätte der Fahrer des Sattelschleppers rechzeitig reagiert und wäre er nicht unaufmerksam gewesen. Aber selbst dann wäre dem Brummikapitän an Bord geholfen worden. Mithilfe der Radartechnik. Die neuesten Systeme dieser Art lösen automatisch die stärkst mögliche Notbremsung aus und schaffen es, die schweren Lastkraftwagen zum Stehen zu bringen.

Seitenradar hilft, Abstand zu halten und ein parallel fahrendes, im Rückspiegel nicht erkennbares Fahrzeug nicht zu touchieren oder zu schneiden

Solche automatischen Notfallbremsungen ohne Zutun des Fahrers sind auch für den Sicherheitsforscher Ulrich Mellinghoff von Mercedes Benz „das allerletzte Mittel, um bei einem Lkw den Auffahrunfall zu verhindern, beim Personenwagen zu mindern “, sagt der Leiter der Sicherheitsforschung. Verhindern kann auch die automatische Pkw-Notbremsung den Zusammenprall nicht. „Wir können nicht in die Souveränität des Fahrers schon dann eingreifen und ihm das Heft des Handelns aus der Hand nehmen, wenn er noch andere Optionen hat.“ Im Gegensatz zum Lkw-Fahrer könnte der Pkw-Kollege noch ausweichen.

Im Headup-Display erkennt der Vorausfahrende, dass ein hinter ihm befindliches Fahrzeug ihn zu touchieren droht

Daher wird abgestuft gewarnt und am Ende schnell und heftig reagiert. Wenn das Radar zum ersten Mal meldet, auf Unfallkurs, bleiben noch 2,6 Sekunden. Reagiert der Fahrer nicht, folgt eine Sekunde später eine automatische Teilbremsung. „Wenn jetzt der Fahrer auch zusätzlich mit aller Kraft bremst, ist der Unfall noch zu verhindern“, sagt Mellinghoff. Wenn nicht, kommt 0,6 Sekunden vor dem Crash die automatische Notbremsung. Sie schafft es dann immer noch, 80 Prozent der Energie abzubauen, von 50 km/h auf 22 Kilometer  pro Stunde herunter zubremsen und den Schaden deutlich zu begrenzen. Bei den Lastwagen, die kaum ausweichen können, wird bereits früher vorgewarnt und so gebremst, dass die Chance, die gefährliche Situation heil zu überstehen, nochmals deutlich höher liegen.

Und so stellt sich die Situation für die Passagiere im Fond dar: immer dichter rücken die Fahrzeuge aufeinander zu

Wenn Radar die Sicherheitssysteme an Bord auch nur eine halbe Sekunde vor dem Crash warnt, bleibt dennoch Zeit für wirksame Gegenmaßnahmen. Daher arbeiten die Ingenieure mit aller Intensität daran, die Radarkeule nicht nur nach vorn zu schicken, sondern rund um das Auto einen unsichtbaren, schützenden Strahlengürtel zu legen. „Vor allem die Fahrzeugflanken sind bei einem Auto besonders gefährdet“, wissen die Experten. Hier wirkt keine Knautschzone. Der Raum zwischen Karosserie und Passagiere ist denkbar knapp.

„Nach langen Überlegungen und Tests sind wir zu dem Ergebnis gekommen, neben den bereits installierten Seitenairbags, den Abstand zwischen der Karosserie mit ihrem Türblech, dem unteren Seitenschweller und den drei Dachsäulen zu vergrößern“, sagt Mellinghoff. Das geschieht mit einem einfachen wie wirksamen Trick. Unmittelbar vor dem Crash werden die betroffenen Passagiere von der Rückenlehne in die sichere Mitte des Innenraums geschubst. „Das hat den Vorteil, dass beim Crash die Wucht der Beschleunigung nicht so hart wirkt, weil der Körper bereits die Bewegung eingeleitet hat“, erläutert der Fachmann. Die Schwere der Verletzung wird allein hierdurch bis zu 30 Prozent gemindert. 

Radargestützte Assistenzsysteme können vor großen Hindernissen Notbremsungen auslösen. Läuft ein Fußgänger auf die Straße, muss dieser zuerst von der Kamera eindeutig erkannt werden

Aber mehr noch. Die Unfallexperten blasen Millisekunden vor dem unvermeintlichen Seitencrash  die Tür auf und verstärken die Struktur. Dabei wird ein rundes Metallrohr von einem Gasgenerator mit hohem Druck zu einem breiten Polster geweitet, das wie ein metallener Airbag wirkt. Er kann enorm viel Energie aufnehmen und das Eindringen des Wagens verhindern. Diese Technik ist in der Sicherheitsforschung ganz neu und von ihr versprechen sich die Unfallforscher noch weitere Anwendungen.

Notbremsung oder Ausweichen? Wenn der Fahrer nichts unternimmt und nicht lenkt, wird mit aller Kraft eine Notbremsung ausgelöst 

Auch das Heck wird mittels Radar stärker einbezogen. Bei einem drohenden Aufprall von hinten melden die Sensoren Alarm. Sofort blockieren die Bremsen an allen vier Rädern. Diese Strategie hilft, dass Wagen nicht wie eine Billardkugel nach vorn in einen weiteren Unfall katapultiert wird und es im Stau zum Dominoeffekt kommt. Im Stadtverkehr wird verhindert, an Kreuzungen nicht zusätzlich zum nächsten Unfall geschoben zu werden und mit dem Querverkehr zu kollidieren. Schon in den nächsten zwei bis fünf Jahren soll das 360-Grad-Rundum-Radar marktreif sein. 

Gibt der Fahrer auch während der Notbremsung Gas und lenkt, wie hier nach links, um auszuweichen, wird die automatische Notbremsung gestoppt

Aber Radar hilft nicht nur Unfälle zu vermeiden oder ihre Schwere zu mindern, es ist auch ein hilfreicher Lotse. Er lenkt den Fahrer durch enge Autobahnbaustellen mit verengten Fahrbahnen. Er achtet darauf, dass der Wagen immer in der Mitte zwischen Leitplanke und dem zu passierendem Lkw fährt. Wer zu weit nach rechts an die Leitplanke lenkt, wird ebenso mit einem kleinen, deutlich spürbaren Lenkimpuls nach rechts geführt, oder wenn er den Lastwagen zur Rechten zu touchieren droht. Eine Hilfe, die vor allem Fahrer der breiten Geländewagen, SUVs, zu schätzen wissen und auch von Frauen sehr begrüßt werden, wie aktuelle Umfragen zeigen. Hier fährt oft die Angst mit.

Die vollautomatische Bremsung wirkt auch in dunklen Tunneln und unbeleuchteten Hindernissen

Der Engstellen-Assistent ist ein typisches Beispiel, wie mittlerweile neue Systeme entstehen. Die Ingenieure des Autozulieferers Continental haben bereits vorhandene, unterschiedliche Sensoren zusammengeschaltet und neue rechnerische Verknüpfungen gebildet. So fließen die Informationen aus einer Kamera ein, die im Spiegelfuß an der Windschutzscheibe befestigt ist. Sie zeigt die Fahrbahnbegrenzungen wie Baken und Leitplanken, die anderen Fahrzeuge und auch die Fahrspurmarkierungen. Ein Radar für die Ferne ortet statische und sich bewegende Objekte, während zwei Nahbereichsradarsensoren vor allem die Fahrzeuge rechts und links beobachten. All diese Daten werden so verknüpft, dass der „ideale Fahrschlauch“ errechnet wird, der dem Fahrzeug zur Verfügung steht. Gleichzeitig sind weitere Assistenzsysteme Adaptive Cruise Control (ACC) und Notbremsfunktion eingebunden.

Klassisches Beispiel eines Auffahrunfalls: Bei grüner Ampel wird fast unbewusst beschleunbigt, während der Vordermann unbemerkt bremst. Hier hilft der Notbremsassistent und erkennt die Gefahr

Auf Abstand halten ist auch die Aufgabe der Adaptive Cruise Control, bei der die Geschwindigkeit zum Vordermann automatische geregelt wird und die Distanz immer eingehalten wird. Gibt er Gas, folgt der Hintermann wie ein Schatten. Bremst der Vorderwagen, tut es der hintere ihm gleich. wichtig dabei, der notwendige und per Gesetz vorgeschriebene Sicherheitsabstand wird immer eingehalten. Auch wenn sich der einzuhaltende Abstand einstellen lässt.

Automatisches Anhalten auf der Standspur: In Zusammenarbeit mit Medizinern entwickeln BMW-Ingenieure ein Assistenzsystem, das einen ohnmächtigen Fahrer sicher mit Radarhilfe auf den Standstreifen lotst

Gerade im dichten Kolonnenverkehr auf Schnellstraßen hat sich das System bewährt. Daher wollen die Ingenieure jetzt mehr. Sie lockt das automatische Fahren. Der Wagen soll dem vorderen folgen, nicht nur, wenn Gaspedal und Bremse betätigt werden, sondern auch Kurven gefahren werden müssen. Wenn die Hände verbotenerweise am Handy spielen, der Fahrer abgelenkt ist, kann der Wagen trotzdem sicher im Verkehr mitschwimmen. So jedenfalls sieht es die weitere Ausbaustufe des radargestützten Tempomaten mit Abstandskontrolle vor. Denn ein zweiter Radarsensor scannt die Fahrbahn und „sieht“ anhand der Begrenzungslinien den Straßenverlauf. So werden Kurvenradien erkannt und die präzise Befehle an die Lenkung gegeben.

Radasensoren liegen in der vorderen Stoßstange: seitlich scannen sie das Geschehen unmittelbar vor dem Auto ab, zentral in der Mitte  das weiter vorn liegende

Wenn Kurve auf Kurve folgt, der Wagen sich nach vorn, hinten und zur Seite absichert, er bei plötzlich in den Sicherheitskorridor hineinspringenden Fußgängern abbremst, wenn Temposchilder gelesen werden und auch interpretiert werden können, ist der Wag frei fürs automatische Fahren. Auf abgesperrten Strecken lassen Automobilfirmen ihre Testrunden bereits von Robotern abspulen. Auf öffentliche Straßen trauen sich nur wenige. So sorgte „Leonie“ im letzten Oktober in Braunschweig für Aufsehen, als er ganz ohne menschlichen Fahrer in der niedersächsischen Stadt eine vorgegebene drei Kilometer lange Route mehrmals bewältigte. Mit einem (radarsicheren) Tempo von bis zu 60 km/h konnte der umgebaute Passat auf der zweispurigen Straße die Fahrspur halten, Hindernissen ausweichen, sich einfädeln, Kreuzzungen erkennen. Ein Projekt der Technischen Universität und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt.

Radar sieht weiter als Licht und kann somit schon früh Hindernisse erkennen. Bei Dunkelheit werden aber auch Infrarotsensoren eingesetzt, die die Wärmestrahlung von Mensh und Tier als Konturumriss sichtbar machen

Darüber können die smarten Boys von Google nur grinsen. Sie haben es, von der großen Öffentlichkeit unbemerkt, geschafft, eine Flotte von sieben Robot-Cars mit einem Pensum von über 225.000 Kilometer durch die Straßen von San Francisco und die Bay-Area vollautomatisch cruisen zu lassen. Die Polizei ist informiert und auch ein Co-Pilot muss mitfahren, um notfalls eingreifen zu können. Wie zu hören ist, war dies bisher nicht nötig. Ausgetüftelt hat dieses Projekt der deutschstämmige Sebastian Thrun, ehedem Professor für Robotic an der kalifornischen Stanford Universität, und jetzt für das Google-Projekt verantwortlich. Zuvor war er zusammen mit Volkswagen zwei Mal bei den härtesten Wettbewerben für Roboter-Fahrzeuge erfolgreich. Bei der DARPA-Challenge siegte er mit „Stanley“ einem modifiziertem Touareg im Gelände und war zwei Jahre später bei der ungleich schwierigeren Aufgabe mit einem VW-Passat im Stadtverkehr erfolgreich.

Liegt etwa die Zukunft im vollautomatischen Fahren, gesteuert von Googles Informationen wie Google-Earth unf Google-map? Deutsche Experten üben sich hier in reservierter Ablehnung. Sie wollen uns die Freude am Fahren nicht nehmen. Aufpassen müssen sie allerdings, nicht wieder wie schon beim Hybrid und beim Elektroauto aufs falsche Pferd zu setzen und von einem sich breitmachenden Trend überholt zu werden.

So werden elektromagnetische Wellen zum Messen genutzt

Laufzeitmessung. Da sich die Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, müssen hochpräzise Uhren die extrem kurzen Zeiten auch messen können. So beträgt die Laufzeit des Signals eines nur 100 Meter entfernten Objekts nur 0,67 Mikrosekunden. Um aber die wechselnden Abstände genau zu erfassen, werden die Radarwellen mit Zeitmarkern versehen und das Signal in kurzen Abständen ausgeschickt. Die Fachbegriffe dafür lauten „modulieren“ (verändern) und pulsieren, im Sinne von hämmern.

Dopplereffekt. Bei der Anwendung von Radarstrahlen muss auch die relative Bewegung zwischen dem Sender und dem Ziel bestimmt werden. Hier wird der Dopplereffekt genutzt, das heißt, es kommt zu einer Frequenzverschiebung der Ursprungswelle. Entfernt sich das Ziel vom Sender, ist die Frequenz der zurückgestrahlten Welle geringer als die der ausgeschickten. Rückt das Ziel näher, sinkt die Wellenlänge (Frequenz) zur ausgestrahlten Trägerwelle.

Wellenfrontanalyse. Für das „Sehen“ mit Radarwellen ist auch wichtig, wo, in welchem Winkel zum Sensor (Auto) das Ziel liegt. Mit einem stark gebündelten Strahl und entsprechend ausgerüsteter Antenne kann es erfasst werden oder aber mit Hilfe der Analyse der reflektierten Wellenfront. Diese nehmen mehrere Antennen auf. Aus den unterschiedlichen Laufzeiten bis die reflektierten Wellen die unterschiedlich positionierten Antennen erreicht haben, lässt sich die Lage des Ziels bestimmen.