Automatisiertes Fahren & Fahrerassistenz

Automatisiertes Fahren & Fahrerassistenz

Keine andere Technologie verändert das Autofahren und das Fahrerlebnis bzw. die User Experience des Fahrzeugs so stark und nachhaltig, wie die neuen Assistenzfunktionen und die Automatisierung des Fahrens. Das Fahrzeug verändert sich dabei kontinuierlich hin zum mobilen Lebensraum. Diesen Transformationsprozess zu meistern sichert die Technologieführerschaft und den wirtschaftlichen Erfolg von Automobilherstellern und Zulieferern und kennzeichnet eine erfolgreiche nationale und europäische Verkehrspolitik.

Die Transformation zeigt sich in immer leistungsfähigeren Fahrerassistenzsystemen: Fahrzeuge erkennen Fahrbahn­begrenzung und Verkehrszeichen. Sie verstehen den Zustand und Bedürfnisse von Fahrer und Passagieren. Sie stellen sich auf Fahrer und Passagiere ein, führen automatische Notbremsungen durch oder sind in der Lage dem ­vorherfahrenden Fahrzeug automatisch zu folgen. Jedoch sind immer noch vielfältige interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungs­arbeiten zu leisten, um selbstfahrende Fahrzeuge für den alltäglichen Einsatz im Straßenverkehr tauglich zu machen.

Fraunhofer-Automotive bündelt die hierzu notwendigen ­Kompetenzen – z.B. in den Bereichen Kommunikationstechnologie, Mikroelektronik, künstliche Intelligenz, Algorithmik, Zuverlässigkeit, Big Data, Prüftechnik und Mensch-Technik-Umwelt-Interaktion. Zudem arbeiten die Institute in den Bereichen System­engineering und Systemforschung auch an Geschäftsmodellen in der Akzeptanzforschung und der Analyse der wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen für den Personen- und Güterverkehr – um Hersteller und Zulieferer zu begleiten und neue Impulse auf dem Weg zum autonomen Fahren setzen zu können.

1. Radartechnologien und Sensorapplikationen

© Fraunhofer ITWM

Messfahrzeug REDAR

Radartechnologien sind ein Schlüssel für viele Fahrerassistenzfunktionen und insbesondere für das autonome Fahren. Zusammen mit Ultraschalltechnologien und kamerabasierten Verfahren, die das sichtbare Licht oder Infrarotstrahlung nutzen, liefern Radarsensoren die Umgebungsinformation für Funktionen des automatisierten Fahrens. Dabei ist das Radar im Vergleich zu Kameras robust hinsichtlich schlechter Sichtbedingungen. Die Sensoren sind jedoch nicht nur wichtig für die Detektion der Umgebung. Sie können auch im Innenraum eingesetzt werden für die Erkennung kritischer Fahrerzustände und das Monitoring der Innenraumsituation für Sicherheits- und Komfortfunktionen sowie zur Bereitstellung von Diensten.

Moderne ADAS und AD Systeme erfordern hochpräzise Kartendaten und sehr exakte georeferenzierte 3D Umgebungsmodelle, die für die Entwicklung und Erprobung von Assistenz- und Automatisierungssystemen als Ground Truth dienen.

Um 3D-Umweltdaten als Grundlage für realitätsnahe Simulationen zu erfassen, wurde am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ein Messfahrzeug mit modernster Lasermesstechnik aufgebaut. Dieses Multisensor-Messsystem REDAR (Road and Environment Data Akquisition Rover) besteht u.a. aus folgenden Hauptkomponenten:

  • Inertialsystem mit DGPS und Wegstreckensensor
  • 2 Laserscannern
  • 6 hochauflösende Kameras

Die mit REDAR erfassten Daten stellen die Grundlage für den VMC® Road and Scene Generator dar.

Leistungsbeschreibung

  • Ausstattung von Fahrzeugen mit Sensoren, speziell Kameras, Radaren und Auswertetechnik
  • Entwicklung und Qualifizierung spezialisierter 24-GHz und 77-GHz-Radarsensoren
  • Antennenentwicklung für den Automobilbereich, Automotive Radare basierend auf LTCC-Technologie
  • Untersuchung und Charakterisierung von Materialien (z.B. Stoßfänger, Kunststoffteile am Fahrzeug) hinsichtlich Ihrer elektromagnetischen Eigenschaften
  • Simulation von Radarsignaturen in Software-in-the-Loop wie auch in Hardware-in-the-Loop Anwendungen
  • Digitalisierung realer Teststrecken für (Mehrkörper-)Simulationen
  • Erfassung von realen Umgebung für virtuelle 3D Landschafts-, Stadtmodelle, speziell auch zur Nutzung in interaktiven Fahrsimulatoren (z.B. in RODOS©)
  • Erzeugung von virtuellen Szenarien aus Kartendaten und 3D Laserscans (z.B. im OpenDrive Format) mit dem VMC® Road and Scene Generator

 

 Projektbeispiele

2. Fahrerassistenzsysteme

© metamorworks - stock.adobe.com

Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer beim Führen des Fahrzeugs und können grundsätzlich zur Erhöhung der Sicherheit und damit zur Senkung der Unfallzahlen und -folgen beitragen, die Leistungsfähigkeit des Fahrers verbessern und den Fahrkomfort steigern. Für das »maschinelle Verstehen« von Fahrsituationen werden leistungsfähige, für den Fahrzeugeinsatz geeignete Sensorsysteme entwickelt. Zur Überprüfung neuer Fahrerassistenzsysteme bzw. -konzepte hinsichtlich ihrer Benutzbarkeit und Akzeptanz sowie der potentiellen Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit und den Fahrkomfort, werden empirische Untersuchungen im Fahrsimulator und im realen Verkehr durchgeführt.

Leistungsbeschreibung

  • Softwareentwicklung zur Sensor-, Bild- und Videodatenverarbeitung in Fahrzeugen, speziell für Fahrspur- und Hinderniserkennung
  • Entwicklung fahrzeug- und fahrerangepasster Sicherheits- und Warnfunktionen (z.B. zur Spurhaltung, Kollisionsvermeidung)
  • Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen für Zweiräder
  • Ausstattung von Fahrzeugen mit Sensoren, speziell Kameras, Radaren und Auswertetechnik
  • Entwicklung spezialisierter 24-GHz und 77-GHz-Radarsensoren für die Fahrerassistenzlösungen
  • Rapid Prototyping und Simulation von Assistenz- und MMI-Konzepten
  • Fahrversuche im Simulator sowie mit Fahrzeugen auf Teststrecken und im realen Verkehr
  • Entwicklung von Verfahren und Werkzeugen zur Evaluierung von Fahrerassistenzsystemen
  • Erstellung von Simulationsmodellen für Fahrstrecken, Fahrzeuge, Anzeige-/Bedienelemente
  • Ergonomische Studien zu Anzeige-, Bedien- und Interaktionskonzepten
  • Entwurf und Simulation von Infrastrukturkonzepten (z.B. Kreuzungsgestaltung)
  • Messtechnische Erfassung und Erzeugung von realistischen Szenarien (z.B. im OpenDrive oder OpenScenario Format) mit dem VMC® Road and Scene Generator zur virtuellen Erprobung und Absicherung von ADAS & AD Funktionen

 

Projektbeispiele

3. Automatisierung des Fahrens

© Fraunhofer IOSB

Versuchsfahrzeuge für Technologie-Experimente (VERTEX)

Autonomes Fahren bewegt die Gesellschaft und die Fachwelt. Während einerseits diskutiert wird, unter welchen Umständen und unter welchen rechtlichen Voraussetzungen (voll-)automatisiertes Fahren möglich ist, treiben die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen andererseits die technologischen Möglichkeiten stetig voran. Nicht zuletzt zeigen prominente Beispiele wie das Google-Auto, die Bertha-Benz-Fahrt von Daimler in Baden-Württemberg, die von einem selbstfahrenden Audi A7 zurückgelegte Strecke vom Silicon Valley nach Las Vegas und die selbstfahrenden Fahrzeuge im Stadtverkehr von Shanghai, Parma und Braunschweig die rasanten technologischen Fortschritte. Aber auch für den Güterverkehr und innovative Logistiklösungen bietet automatisiertes Fahren Potentiale.

Die Transformation hin zum Autonomen Fahren geschieht in fünf Stufen. Bevor Fahrzeuge in allen Situationen autonom agieren können, müssen leistungsfähige und bezahlbare Technologien entwickelt werden. Aspekte der Zuverlässigkeit und Cyber Security sind zu klären. Antworten auf ethische und versicherungsrechtliche Fragestellungen müssen gefunden werden. Dazu sind rechtliche Rahmenbedingungen zu schaffen. Dabei ist die derzeit volatile gesellschaftliche Akzeptanz und die zu erwartende Marktakzeptanz zu berücksichtigen. Diese soziotechnischen Aspekte resultieren dabei in einem Forschungszweig, der sich mit den Insassen automatisierter Fahrzeuge und ihren Tätigkeiten aus technologischer, psychologischer und soziologischer Sicht beschäftigt, die über die klassischen Aspekte der Mensch-Fahrzeug-Interaktion weit hinausgehen.

Leistungsbeschreibung

  • Entwicklung und Untersuchung von Übergabeszenarien und -verfahren beim teilautomatisierten Fahren
  • Sensoren und Algorithmen für die Automatisierung der Fahraufgabe
  • Entwicklung spezialisierter 24-GHz und 77-GHz-Radarsensoren für die Fahrzeugautomatisierung
  • Entwicklung von Situationsprädiktion und Manöverplanung mitunter mittels KI für komplexe Fahrsituationen
  • Evaluierung von Einsatzszenarien im Güterverkehr und der Urbanen Logistik
  • Studien zum autonomen Fahren im Personen- und Güterverkehr
  • Alternative Tätigkeiten im Fahrzeug – Erforschung und Entwicklung mobiler Lebensräume mit empirischen Methoden in Studien und Experimenten im Simulator und auf der Straße
  • Untersuchung komplexer Interaktionsmuster zwischen automatisierten und nicht automatisierten Verkehrsteilnehmern (Mischverkehr) in der interaktiven Simulation
  • Vernetzung von interaktiven Fahrsimulatoren mit Fußgängerinteraktion (virtuelle Realität Labors)
  • Entwicklung von Konzepten für die Validierung & Verifikation hoch-automatisierter Fahrfunktionen
  • Simulationsmethoden für hoch-automatisierte Fahrfunktionen

 

Projektbeispiele

 

Studien und Publikationen

4. Human-in-the-Loop-Fahrsimulation

© Fraunhofer ITWM

Fahrsimulator RODOS®

Fahrsimulatoren außerhalb des realen Verkehrsgeschehens mit dem Menschen im Regelkreis werden für Trainingszwecke, in der Fahrforschung und in der Fahrzeugentwicklung eingesetzt. Letzteres auch deshalb, weil der Mensch hinsichtlich Kognition und Verhalten bislang für viele Anwendungsfälle nicht durch ein digitales Modell dargestellt werden kann. Fahrsimulation in der Virtuellen Realität verschafft schon in frühen Entwicklungsphasen von Fahrzeugen und Fahrzeugsystemen ein Produkterlebnis und die Klärung von Akzeptanzfragen, Gebrauchstauglichkeit und User Experience.

Zudem erlauben Fahrsimulatoren mit realem Fahrer und virtuellem Straßenverkehr kontrollierte Untersuchungsbedingungen für empirische Studien und statistisch abgesicherte FuE-Ergebnisse. Sie gestatten die Untersuchung von Hochrisikosituationen, Risikogruppen von Fahrern und Passagieren und seltenen Fahrsituationen. Und sie ermöglichen effiziente Tests unter standardisierten Bedingungen und Verkehrssituationen.

Leistungsbeschreibung

  • Simulation hochriskanter Verkehrssituationen
  • Hybride Simulation mit Hardware, Software und Mensch im Regelkreis
  • Empirische Erforschung des Fahrverhaltens unter kontrollierten simulierten Bedingungen
  • Empirische Studien zum Fahrzeug als »dritter« Lebensraum
  • Untersuchung von Symptomen der Bewegungskrankheit (Kinetose) beim automatisierten Fahren
  • Planung, Durchführung und Auswertung von Probandenstudien zur Fahrer-Fahrzeug-Umwelt-Interaktion (Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern, Fahrer-Fahrzeug Kommunikation, Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen mit Fußgängern, Intentionsvermittlung etc.)
  • Konzeptstudien für Fahrerassistenz- und Automatisierungsfunktionen
  • Absicherung von Fahrerassistenzfunktionen und der Automatisierung des Fahrens
  • Echtzeitfähige Simulation, Hörbarmachung und Evaluierung akustischer Fahrzeug-, Bauteil- und Umgebungseigenschaften unter realitätsnahen audiovisuellen Bedingungen

 

Projektbeispiele