Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE

Transkript

1 Kurzdarstellung des Teilprojektes Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE als ergänzende Information zur INVENT-Broschüre Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE

2 INVENT Fahrerassistenz, Aktive Sicherheit Verkehrsmanagement 2010 Verkehrsleistungsassistenz Verkehrsmanagement in Transport und Logistik Fahrumgebungserfassung und Interpretation Verkehrsmanagement in Transport und Logistik Vorausschauende Aktive Sicherheit Netzausgleich Individualverkehr Stauassistent Fahrerverhalten und Mensch- Maschine- Interaktion Verkehrliche Wirkung, Rechtsfragen und Akzeptanz

3 03 FUE im Kontext von INVENT Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE Fahrumgebungserfassung und Interpretation im Kontext von INVENT Nach wie vor gehören Verkehr und Transport zu den wichtigsten Wirtschaftsfaktoren. Sie sind die Grundlage von Wohlstand und Fortschritt und sie sichern unsere Wettbewerbsfähigkeit. Mobil zu sein ist ein wesentlicher Bestandteil von Lebensqualität, Selbstverwirklichung und persönlicher Freiheit. Gleichzeitig war jedoch das steigende Verkehrsaufkommen in den vergangenen Jahrzehnten von negativen Folgen wie Unfällen und Staus begleitet. Nur durch den Einsatz innovativer Technologien besteht die Chance, diese Probleme nachhaltig in den Griff zu bekommen und den Verkehr der Zukunft auch bei weiterem Wachstum sicherer und effizienter zu machen. Einen Beitrag zu diesem Ziel will die Forschungsinitiative INVENT (Intelligenter Verkehr und nutzergerechte Technik) leisten. Dazu arbeiten 23 Unternehmen zusammen in den drei Projekten Fahrerassistenz und Aktive Sicherheit, Verkehrsmanagement 2010 und Verkehrsmanagement in Transport und Logistik. Das Teilprojekt Fahrumgebungserfassung und Interpretation erfüllt eine grundlegende Querschnittsfunktion im Projekt Fahrerassistenz, Aktive Sicherheit und untersucht gemeinsam die Möglichkeiten einer sensorbasierten Umgebungserfassung. Assistenzsysteme der Zukunft müssen ihr Umfeld sicher und rechtzeitig erkennen, um den Fahrer in jeder Situation optimal zu unterstützen und zum Beispiel bei drohenden Gefahren entsprechend eingreifen zu können. Über die Anwendung von Sensoren und Algorithmen zur Umgebungserfassung ist das Teilprojekt eng verzahnt mit den beiden Applikationsprojekten Stauassistent und Vorausschauende Aktive Sicherheit. Es unterstützt aber auch die beiden Teilprojekte Verkehrsleistungsassistenz und Netzausgleich Individualverkehr.

4 Motivation und Ziele Fahrerassistenzsysteme können einen Autofahrer nur dann intelligent unterstützen, wenn dem System hinreichende Informationen über das Fahrzeug, die Straße und insbesondere über Objekte und Hindernisse in der Fahrzeugumgebung zur Verfügung stehen. Erst durch die Verwendung unterschiedlicher Sensoren und durch die Verknüpfung dieser Informationen kann die Fahrumgebung umfassend und zuverlässig erkannt werden. Die physikalische Redundanz in den Überlappungsbereichen der verschiedenen Sensoren liefert gemeinsam mit der nun möglichen ganzheitlichen Modellierung des Umfeldes eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu den Einzelergebnissen. Diese hohe Qualität der Fahrumgebungserfassung ist Voraussetzung für komplexe Anwendungen wie der Stauassistent, die Querführungsassistenz, die Kreuzungsunterstützung und der Fußgängerschutz, die im Rahmen des INVENT-Vorhabens entstehen. Solche Systeme werden schrittweise in den Markt eingeführt und können sich dann gegenseitig immer stärker unterstützen, wie man es von den Systemen zur Fahrdynamikregelung (Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelung, elektronische Stabilisierung und Bremsassistent) kennt.

5 05 Motivation und Ziele des FUE-Projektes Roadmap Autonomes Fahren Unfallwarnung und -vermeidung Kreuzungsassistenz Querführungsassistenz Stauassistent Abstandsregeltempomat

6 Spezifikation Das INVENT-Teilprojekt Fahrumgebungserfassung und Interpretation will Lösungen und Algorithmen für eine verbesserte Fahrumgebungserfassung erarbeiten. Als Basis dafür hat sich das Arbeitspaket Spezifikation zwei Aufgaben gestellt: Einerseits müssen die verfügbaren Sensoren, wie zum Beispiel Kamera, Radar und Lidar, einheitlich und vergleichbar spezifiziert werden. Dies leistet eine Bestandsaufnahme, in der die Leistungsdaten aller im Projekt verwendeten Sensoren erfaßt und harmonisiert werden. Andererseits sollen die Anforderungen an die Umgebungserfassung von den innerhalb INVENT entwickelten Assistenzsystemen durch entsprechende Szenarien umfassend und validierbar beschrieben werden. Dazu wird ein Objektkatalog erstellt, der die Bausteine der Fahrumgebung wie stehende und bewegte Fahrzeuge, Fußgänger, Fahrbahn, Verkehrszeichen, Randbebauung, Sichtweite, Straßenzustand, usw. in verschiedene Kategorien unterteilt. Mit detaillierten Attributen versehen, können dann alle Verkehrszenen einheitlich beschrieben werden. Umfeldszenarien Fahrbahn Verkehrszeichen Randbebauung stehende Objekte 70

7 07 FUE-Lösungsansätze Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE andere Fahrzeuge ungeschützte Verkehrsteilnehmer Witterung

8 Radar / Lidar Infrarotkamera Kamera Radar Lidar Ultraschall Radar Ultraschall Lidar Radar Kamera

9 09 FUE-Lösungsansätze Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE Sensorik Sensoren zur Erfassung der Fahrumgebung bilden die Grundlage für intelligente Fahrerassistenzsysteme. Für eine geeignete Beschreibung des Fahrzeugumfeldes muss durch die Sensorik eine Vielzahl von Informationen gesammelt und ausgewertet werden. Hierzu zählen sowohl Position, Abstand, Geschwindigkeit und Größe von Objekten des eigenen und anderer Fahrzeuge, Fußgänger und Hindernisse als auch die gesamte Infrastruktur: Fahrbahnverlauf mit Markierung, Verkehrszeichen und Randbebauung. Meist interessieren auch Umwelteinflüsse wie die Sichtweite, die Beschaffenheit der Fahrbahn, die Temperatur und das Wetter. Um all diese Informationen zu erhalten, sind unterschiedliche, sich ergänzende Sensortechnologien notwendig, die sich in zahlreichen Varianten zu einem Gesamtsystem kombinieren lassen. Eingesetzt werden in INVENT beispielsweise Mono- und Stereokamerasysteme, Infrarot- und Wärmebildkameras, Radarsysteme für den Nah- und Fernbereich, mehrstrahlige sowie scannende Lidarsysteme, Ultraschallsensoren, aber auch Sichtweitesensoren, Straßenzustandserkennungssysteme, GPS mit digitalen Karten und alle Daten, die auf dem CAN-Bus eines Fahrzeuges zur Verfügung stehen.

10 Wahrnehmung: Datenfusion und Interpretation Die Aktivitäten zur Datenfusion und Interpretation lassen sich an Hand einer dreistufigen Wahrnehmungspyramide erläutern, die im folgenden in der Reihenfolge der Verarbeitung beschrieben wird, d.h. von den Sensordaten über die Objekterkennung bis zu der Situationsanalyse. Durch die Verwendung unterschiedlicher Sensoren ist eine frühzeitige Datenfusion und eine wechselseitige Unterstützung der einzelnen Systemkomponenten zur Fahrumgebungserfassung möglich. So kann zum Beispiel die Radarsensorik der Bildverarbeitung Hinweise geben, wo im Bild sich wichtige Objekte befinden. Die Datenfusion kann prinzipiell sowohl mit Roh- bzw. Messdaten als auch mit Merkmalsdaten oder Objektdaten erfolgen. Aus den vorverarbeiteten und fusionierten Sensordaten werden Objekte in der Fahrumgebung ermittelt, über eine bestimmte Zeitdauer verfolgt und klassifiziert. Typische Objekte sind Verkehrsteilnehmer, Hindernisse und Infrastrukturbestandteile wie Fahrspuren und Signalisierung. Das Ziel der Wahrnehmung ist die adäquate Beschreibung der Fahrsituation in einem Umfeldmodell. Für das richtige Verhalten im Verkehr, der schon definitionsgemäß immer eine Folge von Aktionen und Reaktionen darstellt, gehört auch eine symbolische, klassifizierende Beschreibung der Szenendynamik, wie zum Beispiel: Fahrzeug in der linken Fahrspur überholt vorausfahrendes Fahrzeug.

11 011 FUE-Lösungsansätze Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE 70 Interpretation Umfeldmodellgenerierung Situationsanalyse 70 Fusion Objektdatenklassifikation Fahrbahn 70 Verkehrszeichen Randbebauung stehende Objekte bewegte Objekte Messdatenerfassung Fahrumgebung

12 Systemarchitektur und Integration Die immer komplexer werdenden Fahrerassistenzsysteme benötigen eine geeignete Systemarchitektur. Der bisherige Ansatz, jeder Funktion einen eigenen Sensor zuzuweisen wie zum Beispiel bei den heutigen Abstandsregeltempomaten (ACC), ist bei dem komplexeren Stauassistent und neuen Funktionen, wie sie im Teilprojekt Vorausschauende Aktive Sicherheit angestrebt werden, nicht mehr anwendbar. Vielmehr müssen hier mehrere Einzelsensoren mit verschiedenen Messprinzipien und Erfassungsbereichen in einer geeigneten Netzwerkarchitektur zusammenwirken. Die Vielzahl der Messwerte aller Einzelsensoren wird mit Hilfe eines Fusionsprozesses zu einem konsistenten synthetischen Abbild der Fahrumgebung verschmolzen. Dieses synthetische Abbild steht dann als sogenanntes Umfeldmodell den Fahrerassistenzsystemen zur Verfügung. In diesem Prozess spielt die Erfassungs- und Verarbeitungsdauer in den einzelnen Sensoren und den Datenfusionsmodulen eine ebenso große Rolle wie das Übertragungsverhalten im Netzwerk. Aus Entwicklersicht ist eine deterministische Systemarchitektur, wie sie zum Beispiel durch eine gemeinsame Zeitbasis im Gegensatz zu ereignisgesteuerten Prinzipien erreicht werden kann, auch in Hinblick auf die Validierung der komplexen Systeme die bevorzugte Lösung. Heute: Unabhängige Einzelkomponenten Sensoren Applikationen Kamera Spurverlassenswarnung Radar Abstandsregeltempomat Ultraschall Einparkhilfe

13 013 In Zukunft: Vernetzte Komponenten 70 Umfeldmodell Interpretation Datenfusion Applikationen Sensoren... Infrarot Kreuzungsassistenz Kamera Querführungsassistenz Lidar Stauassistent Radar Spurverlassenswarnung Sichtweite Abstandsregeltempomat Ultraschall Einparkhilfe Fahrzeugdaten

14 Validierung und Bewertung Die komplexen Aufgabenstellungen der zukünftigen Assistenzsysteme erfordern eine durchgängige Validierung mit Referenzszenarien. Bei der Validierung können auch synthetische Testszenarien zum Einsatz kommen, insbesondere um Teilfunktionen einzeln zu bewerten. Das Zusammenspiel aller Komponenten wird im Teilprojekt Fahrumgebungserfassung und Interpretation in Versuchsträgern in realen Szenen überprüft, wobei eine lückenlose Aufzeichnung der Testfahrten mit allen Sensormeßwerten angestrebt wird. Ein wichtiger Aspekt bei der Bewertung der Fahrumgebungserfassung und Interpretation ist die Echtzeit-Visualisierung des Umfeldmodells. Sie erlaubt den Entwicklern sowohl auf der Straße als auch im Labor eine qualitative Beurteilung der eingesetzten Sensoren und Algorithmen. Gleichzeitig werden die Messwerte aus den Testfahrten in Datenbanken abgelegt, so dass auch nachträglich ein schneller Zugriff möglich ist. Nur so können die Fortschritte bei der Entwicklung von Algorithmen zur Umgebungserfassung quantitativ und reproduzierbar dokumentiert und beurteilt werden. Messwertaufzeichnung

15 15 FUE-Lösungsansätze Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE Datenbank mit Referenzszenarien Visualisierung des Umfelds 70 70

16 Spezifikation Sensorik Datenfusion und Interpretation Architekturen und Integration Validierung und Bewertung Projektmanagement und Dokumentation Meilensteinpräsentation Abschlusspräsentation

17 17 Zusammenfassung und Perspektive Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE Zusammenfassung und Perspektive Fahrerassistenzsysteme haben ein hohes Potenzial zur Verbesserung von Verkehrsleistung, Verkehrssicherheit, Ressourceneinsatz und Fahrkomfort. Eine Grundvoraussetzung für alle intelligenten Assistenzsysteme ist eine sichere und genaue Erfassung und Interpretation der Fahrumgebung. Im Gegensatz zu den heutigen Einzelansätzen mit jeweils eigener Sensorik und eigenem Steuergerät wird es in Zukunft vernetzte Systeme geben, die durch den gemeinsamen Zugriff auf alle verfügbaren Sensoren ein umfassendes Umfeldmodell erzeugen können. Dieses Umfeldmodell ermöglicht, zusammen mit den entsprechenden Anwendungen, die den Fahrer informieren, warnen und bei Gefahr auch eingreifen, gewissermaßen eine elektronische Schutzhülle um das Fahrzeug. Damit stellt die Fahrumgebungserfassung einen wichtigen Schritt von der passiven Sicherheit hin zu einer aktiven Sicherheit dar. Zeitplan Durch die vielfältigen Verknüpfungen mit den Applikationsprojekten Stauassistent, Vorausschauende Aktive Sicherheit, Verkehrsleistungsassistenz und Netzausgleich Individualverkehr ist im Teilprojekt Fahrumgebungserfassung und Interpretation eine sich über den gesamten Zeitraum erstreckende Arbeit in fast allen Arbeitspaketen erforderlich. Der Start ist stärker geprägt von der gemeinsamen Spezifikation der Sensorik und der Referenzszenarien für die INVENT-Anwendungen. Den Schwerpunkt des Teilprojektes bildet die Algorithmenentwicklung für die Wahrnehmung der Fahrumgebung. Die Auswahl einer geeigneten Systemarchitektur und die Validierung erfolgt wieder eng verzahnt mit den Anwendungen. Dokumentation und Management begleiten das Teilprojekt während der gesamten Laufzeit.

18 Kontakte Projektpartner Mit Anfragen wenden Sie sich bitte an das INVENT-Büro. INVENT-Büro: WES-Office Walter E. Scholl Hülenbergstr. 10 D Kirchheim unter Teck Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Robert Bosch GmbH DaimlerChrysler AG Hella KG Hueck & Co. MAN Nutzfahrzeuge AG Adam Opel AG Siemens VDO Automotive AG Volkswagen AG In enger Zusammenarbeit mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen

19 19 Fahrumgebungserfassung und Interpretation FUE Glossar ACC Adaptive Cruise Control: adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung CAN Controller Area Network: zentrales Netzwerk zur Übermittlung von Daten innerhalb des Fahrzeugs GPS Global Positioning System: Methode, um mit Hilfe von Satellitensignalen den eigenen Standort zu ermitteln Lidar Light Detection and Ranging: Messmethode analog zum Radar, jedoch mit Laserlicht Radar Radio Detection and Ranging: Messmethode zur Ermittlung von Entfernungen und Geschwindigkeiten mit Millimeterwellen NIV INVENT Teilprojekt: Netzausgleich Individualverkehr STA INVENT Teilprojekt: Stauassistent VAS INVENT Teilprojekt: Vorausschauende, Aktive Sicherheit VLA INVENT Teilprojekt: Verkehrsleistungsassistenz

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