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Showdown

Text
Ann Harder und Sabrina Kolb

Illustration
Carola Plappert

Mensch gegen Maschine, Auge gegen Sensor

Im zweiten Vergleich der Reihe „Mensch gegen Maschine“ tritt der Audi A8 zum Duell an. Sind die Fahrerassistenzsysteme, mit denen er die Umwelt erkennt, ebenso gut wie das menschliche Auge? Oder sogar besser?

„Assistenzsysteme dienen in einem Auto dazu, den Komfort zu erhöhen“, erklärt Dr. Stefan Wender, verantwortlich für die Architektur von Fahrerassistenzsystemen der AUDI AG. „Die Systeme müssen akribisch zusammenarbeiten, um verlässlich Gefahren anzuzeigen. Je nach Einsatzzweck kommen Kameras, Radar- und Ultraschallsysteme zum Einsatz, die auf ihre Art und Weise die Umwelt einordnen und Alarmsignale melden.“ Die Fahrerassistenzsysteme von Audi sind Hightech pur. Sind sie dem Menschen bereits ebenbürtig oder vielleicht sogar schon überlegen? Ein Versuch, in neun Kapiteln die Antwort zu erbringen.

1

Rundumblick: Vier spezielle Kameras erleichtern das Einparken.

Über-Sicht Audi A8 – Mensch [1:0]

Bis zu fünf Kameras sind im Audi A8 montiert, wenn der Kunde die Ausstattung Umgebungskameras erworben hat. Die Fahrerassistenzkamera sitzt am Innenspiegel, die Parkkameras sind unter den Außenspiegeln, in der Nähe der Audi- Ringe in der Front sowie am Kofferraum platziert. So hat der Audi A8 für jede Situation den richtigen Blick.

Auf Basis der Parkkameras ermittelt ein Steuergerät eine virtuelle Draufsicht auf das Auto und die Umgebung, die im MMI-Display angezeigt wird. Beim Einparken erhält der Fahrer einen Überblick über die gesamte Situation. Vier Ultraschallsensoren im vorderen und hinteren Stoßfänger messen zudem die Abstände zu den Hindernissen vor und hinter dem Fahrzeug; ihre Signale warnen den Fahrer immer eindringlicher, je näher die Limousine einem von ihnen kommt.

In puncto Übersicht ist der Audi A8 dem menschlichen Auge also um einiges voraus: Sowohl die Vogelperspektive als auch das zeitgleiche Überblicken aller Richtungen und das präzise Einschätzen von Abständen kann der Mensch auf sich allein gestellt nicht im gleichen Umfang leisten.

2

Blick nach vorn: Der Audi A8 mit seiner Fahrerassistenzkamera.

Rück-Sicht Audi A8 – Mensch [2:0]

Auch beim Thema Rücksicht hat der Audi A8 die Nase deutlich vorn. Für den Blick nach hinten dienen bei der Ausstattung Audi side assist zwei Heckradarsensoren im Stoßfänger. Ab einer Geschwindigkeit von 30 km/h haben sie einen Bereich von maximal 70 Metern hinter der Limousine im Blick. Er umfasst über die Tote-Winkel-Zone hinaus auch die sogenannte Annährungszone, die deutlich größer ist.

Durch das Scannen der Annährungszone kann der Audi side assist den Fahrer auf potenzielle Gefahren aufmerksam machen. Das System misst den Abstand und die Geschwindigkeit von anderen Automobilen im seitlichen Heckbereich des Audi. In der ersten Stufe, der Informationsstufe, leuchten die LEDs im Außenspiegel noch mit gedämpfter Helligkeit auf, sie sind nur bei direktem Blick wahrnehmbar. Falls das System eine Spurwechselabsicht des Fahrers bei zu geringem Abstand erkennt, blitzen die LEDs in der zweiten Stufe hell auf.

Auch beim Einparken wird der Vorteil des Audi A8 im Kriterium Rücksicht deutlich: Die Rückfahrkamera erfasst den Bereich hinter dem Fahrzeug und zeigt ihn im MMI-Display. Das zugehörige Steuergerät berechnet automatisch die Fahrspur, die der Audi A8 bei gegebenem Lenkeinschlag überstreichen wird, und präsentiert sie ebenfalls im Display.

Den Rücksicht-Systemen des Audi A8 kann der Mensch nur schwer Paroli bieten. Schaut er nach vorn, kann er auf jeder Seite etwas mehr als 90 Grad nach außen sehen, insgesamt ergibt das ein Gesichtsfeld von etwa 180 bis 200 Grad. Zwar kann und sollte er durch den regelmäßigen Schulterblick auch sein hinteres Umfeld prüfen, aber potenzielle Gefahrensituationen sind für ihn in diesem Bereich viel schlechter einzusehen als für den Audi A8 mit seinem direkten Rückblick.

3

Weiter Blick: Der Mensch kann bis zu fünf
Kilometer nach vorne schauen, in einem Winkel von gut 180 Grad. Nach oben und unten betragen die Winkel 60 beziehungsweise 70 Grad.

Weit-Sicht Audi A8 – Mensch [3:1]

Mit einer Weitsicht von bis zu fünf Kilometern ist der Mensch dem Auto deutlich überlegen. Die speziellen Parkkameras im Auto können bei einem breiten horizontalen Sichtfeld von 180 Grad nur einige Meter weit sehen. Die nach vorne gerichtete Fahrerassistenzkamera muss sich mit einem horizontalen Sichtfeld von 46 Grad begnügen.

Der Vergleich zwischen Auto und Mensch endet in diesem Kapitel dennoch unentschieden, weil das Frontradar der adaptive cruise control dem Audi A8 einen großen Vorteil verschafft: Dank seiner genauen Messwerte kann die Limousine ihre Geschwindigkeit so anpassen, dass sie einen konstanten Abstand zum vorausfahrenden Auto einhält.

Der Mensch ist in puncto Präzision unterlegen: Um die Geschwindigkeit eines näherkommenden oder vorausfahrenden Verkehrsteilnehmers abzuschätzen, gleicht das Gehirn die Bildgrößen des Autos auf der Netzhaut im Abstand von etwa 30 Millisekunden neu ab. Die Veränderungen innerhalb dieser kurzen Intervalle sind gering, entsprechend schwer fällt es, das Tempo einzuschätzen. Die Wahrnehmung des Menschen beruht also auf Schätzwerten, nicht auf einer präzisen Messung wie beim Audi A8.

4–9

Audi A8 – Mensch [3:2]

Beim Thema Weitsicht macht der Mensch die bessere Figur. Im Bereich der Sehgrube auf der Retina sieht er bis zu sechsmal schärfer als die Fahrerassistenzkamera des Audi A8. Im Idealfall – also mit voller Sehkraft und ausgeruhten Augen – sieht er in diesem zentralen Bereich mit einer Auflösung, die etwa 8 Megapixel entspricht.

Doch die Auflösung ist im Auge nicht überall gleich, zum Rand hin nimmt sie ab, weshalb der Mensch Dinge am äußeren Ende seines Sichtfelds nur unscharf wahrnimmt. Hier hilft das Gehirn aus: Es ergänzt die unscharfen Bilder aus dem Gedächtnis und aus den Erfahrungen. Sie beruhen beispielsweise auf den Wahrnehmungen, die man machte, als man sich im Raum umgesehen hat.

Auch bei Kamerasystemen wird der äußere Rand nur unscharf erkannt. Doch hier sind die Pixel gleichmäßiger verteilt, sodass die Kamera in ihrem Sichtfeld einen größeren Bereich klar wahrnimmt als der Mensch.

Audi A8 – Mensch [3:3]

Auch in diesem Vergleichstest punktet der Mensch. Ein Auge für sich genommen sieht nur 2D – durch das Zusammenspiel beider Augen aber wird daraus 3D. Dank des Abstands zueinander sieht jedes der beiden Augen die Dinge aus einem etwas anderen Blickwinkel. Die leichte Abweichung in den Perspektiven der beiden Bilder ermöglicht es dem menschlichen Gehirn, Abstände beziehungsweise die räumliche Anordnung von Gegenständen zu bestimmen. Dies fällt ihm umso leichter, je näher die einzuschätzenden Entfernungen liegen.

Je größer die Entfernung, desto mehr nimmt diese Fähigkeit ab. Von etwa einem Kilometer Distanz an kann das Gehirn aus den Bildern der Augen keinen Abstandsunterschied mehr schließen, die Anordnung bestimmter Objekte wird stattdessen aus der Erfahrung der Größenverhältnisse geschlossen.

Der Fahrerassistenzkamera im Audi A8 ist eine 3D-Sicht nicht möglich. Audi arbeitet jedoch bereits an der Entwicklung einer neuen Kamerageneration, mit welcher dann auch ein Auto die Umgebung dreidimensional wahrnehmen können wird. In Zukunft gleicht Audi also diesen Punkt aus.

Audi A8 – Mensch [4:3]

Bei der Umsicht liegt wieder der Oberklassewagen vorn: Mit einem Reaktionsvermögen von deutlich weniger als 100 Millisekunden gewinnt der Audi A8 weit vor dem Menschen. Dessen Reaktionsvermögen liegt bei 300 bis 500 Millisekunden.

Beim Auto ist die Informationsverarbeitung der Fahrerassistenzkamera so schnell, wie es die Rechenleistung erlaubt. Geht man davon aus, dass die Kamera 36 Bilder pro Sekunde verarbeitet, braucht sie demzufolge 1/36 Sekunde, also 27,7 Millisekunden Zeit, um etwas zu erkennen. Obwohl das Auto für eine verlässliche Reaktion meist mehrere Bilder auswertet, liegt seine Reaktionszeit noch deutlich unter der des Menschen.

Beim Menschen dauert das Erkennen unterschiedlich lange und hängt wesentlich von seiner Aufmerksamkeit ab. Trägheits- und Ablenkungseffekte erschweren ein gezieltes Reaktionsvermögen, der Audi A8 hingegen überzeugt durch dauerhafte Höchstleistung.

Mit maximaler Konzentration jedoch kann der Mensch die Kamera schlagen. Das bedeutet allerdings, dass er sich beim Fahren auf nichts anderes als auf die Straße vor sich und den Verkehr um sich herum konzentriert.

Audi A8 – Mensch [5:3]

In der Nacht hat der Audi die Nase vorn. Bei Dunkelheit sieht der Mensch nur schwarz-weiß und mit deutlich schlechterer Auflösung als am helllichten Tag. Mithilfe des Abblendlichts kann er Hindernisse am rechten Fahrbahnrand ab einer Entfernung von rund 60 Metern erkennen, am linken Fahrbahnrand ab etwa 40 Metern. Bei Geschwindigkeiten von mehr als 70 km/h reichen diese Entfernungen aber meist nicht aus, um in einer Gefahrensituation rechtzeitig zum Stehen zu kommen.

Durch seine Wärmebildkamera, das Herzstück des Systems Nachtsichtassistent, ist der Audi A8 bei Dunkelheit im Vorteil. Das System generiert ein thermisches Abbild der Situation vor dem Auto. Das Wärmebild hebt warme Objekte hell hervor, kalte Objekte erscheinen hingegen dunkel. Menschen und Tiere, die das Auge normalerweise eher als dunkle Schemen wahrnimmt, sind dank ihrer Körperwärme in der Anzeige des Kombiinstruments hell zu sehen. Zudem ist die Wärmebildkamera in der Lage, den Verlauf der Straße und Umrisse von Gebäuden zu zeigen. Sie kann bis zu 300 Meter vorausblicken, über die Reichweite des Fernlichts hinaus.

In der Nacht hat der Fahrer zwei Handicaps. Eines sind sogenannte Nachbilder, die sich im Auge bilden, sobald ein anderer Verkehrsteilnehmer mit eingeschaltetem Fernlicht entgegenkommt. Unmittelbar danach kann der Mensch nur erschwert sehen. Das zweite Manko sind sogenannte Dysfotopsien, die das Sehen um eine helle Lichtquelle herum erschweren.

Audi A8 – Mensch [6:3]

Vorausschauend fahren sowohl Mensch als auch Maschine. Die Kamera schaut aber genauer hin: Im Gegensatz zum Menschen, der Abstände nur als grobe Richtwerte einordnet, berechnen die beiden Radarsensoren der adaptive cruise control den Abstand auf den Meter genau. Bis zu 250 Meter kann das System nach vorne sehen, dadurch kann es viel genauer als der Mensch einschätzen, wann eine Bremsung notwendig wird.

Der Audi A8 unterstützt den Menschen auch beim Einhalten der Fahrspur. Ist der Fahrer abgelenkt und weicht von seiner Spur ab, greift der Audi active lane assist ein und lenkt die Limousine durch eine computergesteuerte Lenkbewegung zurück auf die Spur. Dafür beobachtet die Kamera die Straße auf über 50 Meter Entfernung und in einem Winkel von rund 40 Grad. Der Eingriff unterbleibt dann, wenn der Blinker gesetzt oder die Lenkbewegung so deutlich ist, dass der Spurwechsel als gewollt erkennbar ist. In undurchsichtigen Situationen, wie einer Baustelle auf einer mehrspurigen Autobahn, schaltet sich der Assistent auf passiv.

Um das System zu aktivieren, muss der Fahrer mindestens 65 km/h fahren. Unter diesem Gesichtspunkt würde der Mensch gewinnen, da er bei jedem Tempo einsatzbereit ist.

Audi A8 – Mensch [6:4]

Der Mensch sieht seine Umwelt weitaus farbenfroher als die Kamera im Auto. Im menschlichen Auge ermöglichen drei sogenannte Zapfenarten das Erkennen von mindestens 270.000 Farben. Das Auge nimmt etwa 300 Spektralfarben wahr und unterscheidet zwischen ungefähr 30 Verweißlichungen und 30 Verschwärzlichungen, also Helligkeits- und Antönungsfarbtönen.

Die Kamera im Auto hingegen unterscheidet nur Helligkeitsabstufungen in den Farbtönen rot und weiß und konzentriert sich damit auf die für den Verkehr wesentlichen Farben. So lassen sich beispielsweise rote Heck- und Bremsleuchten von weißen Frontscheinwerfern unterscheiden oder rote Rahmen auf Verkehrszeichen erkennen. Diese Technik gewährleistet eine gute Nachtsicht.

Im Le Mans-Rennwagen R18 e-tron quattro, der kein Rückfenster hat, ermöglicht ein Kamera-Monitor-System den Blick nach hinten. Der digitale Innenspiegel, aus organischen Leuchtdioden (AMOLED) aufgebaut, zeigt das Geschehen hinter dem Auto in einer brillanten und detailreichen Darstellung. Die Daten werden so aufbereitet, dass das Bild auch in der Dämmerung noch farbig und hell ist und die Scheinwerfer anderer Autos den Fahrer im Dunkeln nicht blenden.

Ergebnis Audi A8 – Mensch [6:4]

Sowohl Mensch als auch Maschine überzeugen in diesem Vergleich durch ihre ganz eigenen Qualitäten. Die Fahrerassistenzsysteme des Audi A8 liegen vor allem in puncto Zuverlässigkeit deutlich vorn. Den Verkehr konsequent und ohne Ablenkungen zu überwachen, Entfernungen präzise einzuschätzen und auch den rückwärtigen Bereich im Auge zu behalten – für diese Aufgaben sind sie geschaffen.

Der Mensch jedoch sieht die Welt farbenfroher, er sieht sie dreidimensional und kann somit auch große Abstände problemlos einordnen. Vor allem aber ist der Mensch dem Auto noch immer weit überlegen, wenn es um das Verstehen von Situationen geht. Er begreift den Zusammenhang, kann aus den Informationen, die er erhält, konkrete Schlussfolgerungen ziehen und sich damit flexibel an die jeweilige Situation anpassen.

Assistenzsysteme im Auto können Signale senden, die durch einen bestimmten Reiz ausgelöst werden. Dieser Vorgang beruht jedoch allein auf Algorithmen – im eigentlichen Sinn ist ein Auto nicht intelligent. Assistenzsysteme können zwar vordefinierte Gefahrenlagen erkennen und darauf reagieren, doch eine Interpretation unbekannter, komplexer Situationen ist ihnen aktuell nicht möglich – im Zweifelsfall müssen sie sich konservativ verhalten.

Audi arbeitet mit Hochdruck daran, seine Assistenzsysteme noch leistungsfähiger zu machen. Die Modelle der Zukunft werden in Garagen und Parkhäusern einparken können, ohne dass der Fahrer im Auto sitzt. Auch im zähfließenden Verkehr werden sie den Fahrer entlasten können, indem sie bis zu einer Geschwindigkeit von 60 km/h das Steuer übernehmen, bremsen und Gas geben werden. Dann verlassen auch sie sich völlig auf ihre Sensorik – das Denken bleibt jedoch weiterhin dem Menschen überlassen.