Warum ist dieses Thema relevant für Ubiquitous Computing? (Was ist überhaupt Ubiquitous Computing? Wer hat s erfunden? Was bedeutet der Begriff?

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1 Warum ist dieses Thema relevant für Ubiquitous Computing? (Was ist überhaupt Ubiquitous Computing? Wer hat s erfunden? Was bedeutet der Begriff?) Was sind Fahrerassistenzsysteme (FAS)? (Wie funktionieren die Systeme grundsätzlich? Wie lassen sie sich kategorisieren?) Überblick über etablierte FAS-Systeme (Entwicklung und Verbreitung von älteren Systemen) Überblick über neue bzw. kommende FAS-Systeme (Welche sind die neuesten Systeme? Was ist in der Pipeline?) Ausblick von und Probleme mit FAS Ubiquitous Computing Themenkomplex Automobile Fahrerassistenzsysteme Lebhafte Diskussion Was ist Ubiquitous Computing und wer hat s erfunden? Was ist Ubiquitous Computing und wer hat s erfunden? Mark Weiser ( ) Zuletzt Chief Technology Officer im Xerox PARC Formulierte Begriff Ubiquitous Computing im Jahr 1988 Mark Weiser ( ) Zuletzt Chief Technology Officer im Xerox PARC Formulierte Begriff Ubiquitous Computing im Jahr UC enhances computer use by making many computers available throughout the physical environment, while making them effectively invisible to the user. Mark Weiser, S. 75, Communications of the ACM, Juli 1993, Ausgabe 361 [UC-systems] being a tool through which we work, and thus disappearing from our awareness [ ] the computer too often remains the focus of attention. Mark Weiser, S. 76, Communications of the ACM, Juli 1993, Ausgabe 361 Our preliminary approach: Activate the world. Provide hundreds of wireless computing devices per person per office, of all scales. Mark Weiser, This is different from PDA's, dynabooks [frühe Laptops], or information at your fingertips. It is invisible, everywhere computing that does not live on a personal device of any sort, but is in the woodwork everywhere. Mark Weiser,

2 Warum ist dieses Thema relevant für Ubiquitous Computing? Warum ist dieses Thema relevant für Ubiquitous Computing? one user, many computers Ein modernes Fahrzeug ist mit etwa 80 Controllern ausgestattet * und wird von nur einem Fahrer gesteuert. * Manfred Broy, Automotive Software Engineering, 2003 in the woodwork everywhere Intelligente elektronische Systeme können in modernen Fahrzeugen alles vom Scheibenwischer bis zum Kofferraumdeckel steuern. effectively invisible to the user Fahrerassistenzsysteme funktionieren im Hintergrund, sind in das Fahrzeug integriert bzw. embedded. disappearing from our awareness Besonders sicherheitsorientierte Fahrassistenzsysteme bleiben bis zu Ihrem Einsatz unbemerkt, melden sich dann zumeist per Lichtzeichen. Allerdings: Knöpfcheninvasion! In current premium cars more than 60 MB of software is installed. Manfred Broy, Automotive Software Engineering, 2003 Up to 90 % of innovations in cars are enabled by software. Manfred Broy, Automotive Software Engineering, 2003 Was genau sind Fahrerassistenzsysteme? Fahrerassistenzsysteme zur aktiven Fahrsicherheit Wie funktionieren Fahrerassistenzsysteme? steuert können dem Fahrer in ungünstigen oder kritischen Situationen helfen, das Fahrzeug unfallfrei zu bewegen. haben zumeist eine Mischung aus sicherheitsorientiertem und komfortabilitätsorientierten Fokus. Fahrer Fahrverhalten sind z.b. das Anti-Blockier-System (ABS), das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) oder die Antriebsschlupfregelung (ASR). kontrolliert sind so gut wie alle proprietäre Systeme, entsprechend bezeichnet ESP (Bosch, weit verbreitet), DSC (BMW), PSM (Porsche), MSP (Maserati), DSTC (Volvo) die selbe Art von System. Im Folgenden werden die hauptsächlich die Bosch-Pendants beschrieben.

3 Wie funktionieren Fahrerassistenzsysteme? Fahrzeug bricht aus! Vollbremsung! Logik Sensor Zum Beispiel: Raddrehzahl Lenkradeinschlag Querbeschleunigung Motordrehzahl Radar Ultraschall Optik Elektronischer bzw. Mechanischer Eingriff Fahrverhalten Fahrzeug fährt auf ein anderes auf! FAS ESP: Beschleunigen und Abbremsen einzelner Räder ABS: Räder bremsen mit idealer Bremskraft ACC: Fahrzeug regelt selbständig die Geschwindigkeit 1936 (1978): ABS Antiblockiersystem 1980 (1986): ASR Antriebsschlupfregelung (1995): ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm ESP greift z.b. über die Motorsteuerung in die Leistungsregelung ein ABS greift z.b. mechanisch in die Drehzahlen der einzelnen Räder ein 1936 (1978): ABS Antiblockiersystem Schon 1936 patentiert 1978 erstmals eingesetzt (Mercedes S-Klasse, BMW 7er) 2003 waren knapp 70% aller Neufahrzeuge (weltweit) mit ABS ausgestattet Stand 1987: 6,3 KG, 140 Bauteile, 2 kbyte Speicherkapazität Stand 2003: 1,6 KG, 16 Bauteile, 128 kbyte Speicherkapazität Heute Bestandteil von ESP Herzstück sind die Elektronik und ein Hydroaggregat Sensorik misst Raddrehzahlen Droht ein Rad zu blockieren, wird der Bremsdruck reduziert, wenn es wieder rollt wird der Bremsdruck erhöht. Zielvorgabe: Optimale Bremsleistung, Steuerbarkeit 1936 (1978): ABS Antiblockiersystem Fahrzeug bleibt auch bei Notbremsungen lenkbar ABS verkürzt meist den Bremsweg Fahrzeug droht weniger, ins Schleudern zu geraten Vermindert Aquaplaning beim Bremsen ABS verlängert den Bremsweg auf losem Untergrund (Glätte, Schnee, Schotter) 70% aller Neufahrzeuge weltweit damit ausgestattet LKW über 3,5t und Busse müssen laut Gesetz mit ABS ausgestattet sein Schätzungen von der Vermeidung jedes 4. getöteten Motoradfahrers bei ABS-Pflicht

4 1980 (1986): ASR Antriebsschlupfregelung 1980 Entwicklungsstart 1986 zur Serienreife entwickelt Heute Bestandteil von ESP 1980 (1986): ASR Antriebsschlupfregelung Fahrzeug lässt sich bei unterschiedlichen Glätteverhältnissen an den einzelnen Rädern trotzdem geradeaus bewegen. Hochentwickelte ASR-Systeme erreichen beinahe die Leistungsfähigkeit von ESP Herzstück sind die Elektronik und die Eingriffssysteme in Motorsteuerung und Bremsanlage Sensorik misst Raddrehzahlen und Motorleistung Dreht ein Rad durch, wird die Motorleistung reduziert und das Rad abgebremst. - ASR wurde in das im Jahr 1995 zur Serienreife entwickelte ESP übernommen. 1995: ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm 1995: ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm Seit 1995 serienmäßig in der S-Klasse verbaut Seit 1998 zwingend in der A-Klasse verbaut Fahrzeug drohte sonst zu kippen Seit 2000 nach Rückrufaktion im Audi TT verbaut Fahrzeug drohte bei hohen Geschwindigkeiten in Kurven auszubrechen Integration von ABS und ASR Sensor-merging möglich AutoBILD, 1997 Herzstück sind die Elektronik und die Eingriffssysteme in Motorsteuerung, Getriebe und Bremsanlage Sensorik misst Lenkradeinschlag, Raddrehzahlen, Querbeschleunigung und Motorleistung Droht das Fahrzeug auszubrechen, zu untersteuern oder ins Schleudern zu geraten, versucht das ESP durch Abbremsen einzelner Räder, wieder eine sichere Fahrsituation herzustellen.

5 1995: ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm Gefährliche Fahrsituationen werden kontrollierbarer Diverse (DC, VW, Toyota, U.o.I.) Studien legen einen möglichen Unfallrückgang um 25-50% durch ESP nahe Einige Fahrer betrachten ein zu früh eingreifendes ESP als unsportlich ESP wird zuweilen als elektronisches Feigenblatt eingesetzt In wenigen Fällen ist ESP für Fahrzeuge dringend empfohlen bzw. erforderlich (A-Klasse, Audi TT) Das ESP lässt sich üblicherweise per Knopfdruck abschalten Das System ist aus Kostengründen noch nicht zu Standardausstattung für günstige Mittelklasse- und Kleinwagen geworden Wird von sportlichen Fahrern zum Teil als entmündigend angesehen 1936 (1987): ABS Antiblockiersystem 1980 (1986): ASR Antriebsschlupfregelung (1995): ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm ACC, PSS Adaptive Cruise Control, Predictive Safety Systems LCS, LKS, LCA Spurwechsel-/Spurhalteunterstützung ISA Intelligent Speed Adaptation 1998: ACC, PSS Adaptive Cruise Control, Predictive Safety System ACC erweitert die Funktion des Tempomat (1960) PSS umfasst die Ausbaustufen Predictive Brake Assistant (Bereitet Fahrzeug auf Notbremsung vor) Predictive Collision Warning (Hinweissystem für drohende Kollisionen) Predictive Emergency Braking (Automatische Vollbremsung falls PCW gescheitert) Herzstück ist die Steuerelektronik, die Abbremsung und Beschleunigung des Fahrzeugs ermöglicht. Radar-Sensorik misst Abstand zu vorausfahrenden, einscherenden oder kreuzenden Fahrzeugen. Das Fahrzeug hält automatisch den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug (ACC), bremst ggf. bis zum Stand, beschleunigt, bereitet das Fahrzeug auf eine kritische Situation vor oder führt sogar selbständig eine Notbremsung durch (PSS).

6 1998: ACC, PSS Adaptive Cruise Control, Predictive Safety System Das Fahrzeug wird auf langen Strecken komfortabler (ACC) Geringere Neigung zu dichten Auffahrens Das Fahrzeug bereitet sich selbständig auf Notbremsvorgänge vor oder führt sie aus. Reaktionszeiten werden verkürzt Große Abhängigkeit von Sensorik AutoBILD/SternTV-Test, Vertuschung hat Vertrauen gemindert Noch nicht weit verbreitet, teuer 2004: LKS; LCS, LCA Spurwechsel-/Spurhalteunterstützung LKS wurde in größerem Rahmen zuerst von Citroen seit 2004 für das Modell C5 angeboten LCS und LCA sind bis heute noch nicht serienreif. Herzstück sind die Sensorelektronik und die Anzeigemechanismen. Ein optischer Sensor registriert Fahrbahnmarkierungen, ggf. Unterstützt durch Radarsensoren zur Umfeldanalyse. Das System meldet das Überfahren von Markierungen (LKS), unterstützt bei der Absicherung eines Spurwechsels (LCS) oder führt den Spurwechsel sogar selbständig durch (LCA). LKS (2004), LCS, LCA Spurwechsel-/Spurhalteunterstützung Sekundenschlaf-Problematik kann effektiv bekämpft werden (LKS) Häufige Unfallursache Spurwechsel kann entschärft werden (LCS, LCA) LCS kann zu rücksichtsloseren Spurwechseln führen ISA Intelligent Speed Adaptation Mehrere Modelle für ISA werden entwickelt ISA-Systeme, die ausschließlich über die Geschwindigkeitsbeschränkung informieren (passiv) ISA-Systeme, die akkustisch auf Überschreitungen hinweisen (warnend) ISA-Systeme, die durch die Motorsteuerung keine höhere Geschwindkeit als die zugelassene erlauben (aktiv) LKS nur optional, gering verbreitet LCS, LCA noch nicht verfügbar Herzstück sind die Sensorelektronik bzw. Informationsgrundlage für Geschwindigkeitsbegrenzungen. Ein optischer Sensor registriert Geschwindigkeitsbegrenzungen, bzw. eine digitale Karte liefert entsprechende Informationen. Das System kann möglicherweise die Motorleistung so limitieren, dass nur die maximal zulässige Geschwindigkeit erreicht werden kann.

7 ISA Intelligent Speed Adaptation Unfallursache Überhöhte Geschwindigkeit kann effektiv bekämpft werden Exakte Information darüber, welche Geschwindigkeitbegrenzung gilt Möglichkeit zur effektiven Stauvermeidung Bei aktivem ISA: Enormer Eingriff in die Selbständigkeit/Selbstbestimmung des Fahrers ACC, PSS Adaptive Cruise Control, Predictive Safety Systems LCS, LKS, LCA Spurwechsel-/Spurhalteunterstützung ISA Intelligent Speed Adaptation Passives, warnendes ISA: Wurde in Erprobungen positiv bewertet Swedish Experiment *: ¾ der Probanden empfanden ein aktives ISA positiver als erwartet *Pilotexperiment der University of Lund, Almqvist et al, 1997 Was sind Fahrerassistenzsysteme? Sicherheitsorientiert versus Komfortabilitätsorientiert Was sind Fahrerassistenzsysteme? Autonom, teilautonom, informierend Sicherheitsorientiert Informierend ABS ISA PDM ISA ESP PSS ASR PDM ACC Komfortabilitätsorientiert ACC ESP PSS ASR ABS Autonomität

8 Weiter in Entwicklung befindliche Systeme Probleme bei hochentwickelten Fahrassistenzsystemen Einzelfahrzeugsysteme Abbiegeassistent, Umwelt interpretierend Vernetzungskonzepte Platooning: Elektronische Deichsel für LKW Aktiver Abbiegeassistent, Vorgang aushandelnd Fleetnet Konzept (kooperative FAS und Kommunikationsmittel für Fahrer/-gäste) Externe Verkehrsführungskonzepte DWA (driving without awareness) Kann durch aktive Fahrunterstützung (z.b. ACC) verstärkt werden Systeme werden entwickelt, die die Aufmerksamkeit des Fahrers prüfen (oft okulomotorisch) Risikokompensation Fahrer tendieren dazu, durch FAS gewonnene Sicherheit durch riskantere Fahrweise auszugleichen, ein akzeptiertes Risiko wird in Kauf genommen. Beifahrersituation Dem Fahrer wird suggeriert, dass er nicht mehr der uneingeschränkt verantwortliche Fahrzeugführer ist. Erhöhte Komplexität und Feheranfälligkeit bei hochentwickelten FAS Fahrerverhalten und Mensch-Maschine-Interaktion FVM, Forschungsinitiative INVENT Probleme bei hochentwickelten Fahrassistenzsystemen Eröffnung der Diskussion Zusätzliche Schnittstelle Der Aufwand durch eine weitere Schnittstelle sollte durch den Nutzen mehr als kompensiert werden. Gefahr der Überlastung des Nutzers Im Zusammenspiel von Mobiltelefonie, Navigation, Multimediaangebot, Fahrsituation etc. können Fahrassistenzsysteme zur Überlastung des Fahrers beitragen. Akzeptanzprobleme bei neuen Systemen Sensorsysteme, die eigenen Wagen überwachen werden weniger kritisch gesehen als Systeme, die die Umwelt überwachen?! Beifahrer im eigenen Wagen

1 3 5 7 9 11 12 13 15 17 [Nm] 400 375 350 325 300 275 250 225 200 175 150 125 155 PS 100 PS 125 PS [kw][ps] 140 190 130 176 120 163 110 149 100 136 100 20 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 RPM 90

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