Sicher beim autonomen Fahren
In abrupten Gefahrensituationen müssen in Sekundenbruchteilen die richtigen Entscheidungen getroffen werden, um Unfälle zu verhindern. Menschen tun dies intuitiv durch ihre Erfahrung, autonome Fahrzeuge werden dies mindestens ebenso gut leisten müssen.
Die Herausforderungen bei der Entwicklung autonomer Systeme sind vielschichtig. Zum einen müssen die Systeme Sicherheit und unfallfreies Fahren garantieren. Zum anderen muss der Entwicklungsprozess immer komplexerer Funktionen bis hin zur Absicherung auch unter den hohen Sicherheitsanforderungen weiterhin handhabbar bleiben.
„Sicherheit und unfallfreies Fahren gehören zu den größten Aufgaben, denen wir uns bei der Entwicklung unserer Systeme stellen müssen. In bereichsübergreifenden Projekten haben wir ein umfassendes Sicherheitskonzept erarbeitet“, erklärt Dr. Ulrich Bauer, Entwicklungsingenieur Predictive Safety bei IAV.
Das IAV-Sicherheitskonzept
Um die Sicherheit des autonomen Fahrens zu gewährleisten, setzt IAV beim Sicherheitskonzept auf eine funktionale Mehrschichtarchitektur, welche das System in einen Comfort Layer und einen Active Safety Layer aufteilt. Der Comfort Layer ist dabei der Teil, welcher die komfortable Durchführung der jeweiligen automatisierten Fahraufgaben sicherstellt, vom innerstädtischen Durchfahren einer Kreuzung bis hin zur Fahrt auf der Autobahn.
Der Active Safety Layer hat dagegen die Aufgabe, im akuten Notfall einzugreifen und dabei mit deutlich reduzierten Komfortanforderungen angemessen auf die jeweilige Gefahrensituation zu reagieren.
Im Normalbetrieb befindet sich das System im Zustand komfortablen Fahrens, wobei der Comfort Layer die Kontrolle über das System hat. Kommt es zu einer kritischen Verkehrssituation, übernimmt der Active Safety Layer die Hoheit über das Fahrzeug und überführt es, beispielsweise durch Bremsen oder Ausweichen, wieder in einen sicheren Zustand. Ist die Situation entschärft, kann in das komfortable Fahren zurückgewechselt werden.
Das Verhalten des Active Safety Layers hängt dabei von der jeweiligen Situation ab. Auf einer Autobahn mit hohen Geschwindigkeiten kann ein Ausweichen sinnvoll sein. Hierbei muss natürlich bewertet werden, ob dies auf einer freien Nebenspur oder sogar innerhalb der Fahrspur möglich ist. Betrachtet man dagegen ein autonomes Shuttle im Stadtverkehr, so lassen sich komplexe Szenarien mit unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern sowie ein- und aussteigenden Fahrgästen besser mit einer Notbremsung entschärfen, da der zur Verfügung stehende Platz häufig zu gering ist.
Mehrschichtarchitektur ermöglicht differenzierte Entwicklung
„Die Mehrschichtarchitektur trägt dazu bei, die hohen Ansprüche an automatisierte Fahrfunktionen mit vertretbarem Entwicklungsaufwand zu erreichen“, so Dr. Roland Kallweit, Abteilungsleiter Predictive Safety bei IAV. Die Teilung in verschiedene Schichten erlaubt es, die jeweilige Entwicklung zu fokussieren: Im Comfort Layer müssen kritische Szenarien nicht länger betrachtet werden, während im Active Safety Layer auf Komfortanforderungen verzichtet werden kann. Dies führt insgesamt zu einer Vereinfachung durch zwei schlankere Entwicklungsprozesse, wobei jeder die jeweils für ihn passenden Entwicklungsmethoden integrieren kann.
„Um die komplexen und sicherheitskritischen Szenarien für den Active Safety Layer in der Entwicklung zu berücksichtigen, setzen wir unter anderem auf neuartige Entwicklungsmethoden wie beispielsweise Vehicle-in-the-Loop“, erklärt Paul Prescher, Teamleiter Predictive Safety bei IAV [Infobox, s.u.]. Die verschiedenen Zielsetzungen können dabei auch zu unterschiedlichen Vorgehensmodellen für Comfort und Active Safety Layer führen. Für den Active Safety Layer wird mit dem Wasserfallmodell gearbeitet, um den hohen Sicherheitsanforderungen an das Design und die Umsetzung Rechnung zu tragen.
Dagegen kann der Comfort Layer mit agilen Methoden entwickelt werden, um schneller auf Trends und Kundenwünsche zu reagieren sowie Funktionserweiterungen schneller sichtbar zu machen. „In Zukunft werden neue Entwicklungsmethoden und adäquate Designpattern für das autonome Fahren immer wichtiger, um die Komplexität bewältigen zu können. Unsere Aufgabe ist es, in der Forschung und Entwicklung hierfür die richtigen Antworten zu geben“, so Dr. Matthias Butenuth, Fachbereichsleiter Automated Driving Systems bei IAV.
-
Vehicle-in-the-Loop
Reale Fahrsituationen mit virtuellen Szenen kombiniert
Die Methode Vehicle-in-the-Loop (ViL) verknüpft zur Funktionsauslegung und Validierung Simulationen mit dem realen Fahrzeug. Ein physisches Fahrzeug fährt in einer realen Testumgebung, welche um virtuelle Objekte ergänzt wird. Diese virtuellen Objekte werden für den Testfahrer mithilfe von Augmented Reality im Fahrzeug angezeigt.
Die Methode eignet sich besonders für Szenarien, die zu komplex oder gefährlich sind, um sie mit realen Verkehrsteilnehmern durchzuführen, beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten oder entgegenkommenden Fahrzeugen. Damit ermöglicht ViL eine gefahrlose, ressourcenschonende und reproduzierbare Durchführung riskanter Szenarien.
Der Artikel erschien in der automotion 03/2019, dem Automotive Engineering-Fachmagazin von IAV. Hier können Sie die autmotion kostenfrei bestellen.
