Zusammenwirken funktionsintegrierter Fertigung und Fahrerassistenz

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1 Zusammenwirken funktionsintegrierter Fertigung und Fahrerassistenz Prof. Dr. Frank Köster September 2014 Ziele des DLR im Bereich Verkehr grün z.b. umweltoptimiertes Verkehrsmanagement, effizientere und alternative Antriebe smart z.b. hochautomatisiertes und automatisches Fahren, inter-/multimodale Transportketten nutzerfreundlich z.b. menschzentriert, bedarfsgerecht, barrierefrei, komfortabler und bezahlbar zuverlässig z.b. sicher und hochverfügbar systemisch z.b. Vernetzung von Fahrzeugen sowie Fahrzeugen und Infrastruktur, Wechselwirkungen zwischen Landnutzung Stadtplanung Verkehr 1

2 Rahmenbedingungen Rahmenbedingungen von Mobilität politisch / normativ / rechtlich gesellschaftlich / nutzerbezogen (u.a. Ausbildung und Trends) Nachhaltigkeit / Gesamtsicht auf urbane und inter-urbane Mobilität / Reporting Anforderungen Machbarkeit Relevanz Effekt Anforderungen / Machbarkeit ITS - Intelligent Transport Systems (Bild: ETSI) Anforderungen (A) Machbarkeit (M) Vision / Ziele / Use-Cases 0 Verkehrsunfälle Reisezeit = bewegte Zeit Feinstaubreduktion CO 2 -Reduktion Lärmreduktion sicher komfortable ressourcenschonend keine lokalen Emissionen bezahlbar Machbarkeit Anforderungen Effekt Relevanz Energiewirtschaftliche Einbettung von Mobilität Potenzial regenerativer und fossiler Energieträger Transfer- und Speichertechnologien Nachhaltigkeit / Gesamtsicht auf urbane und inter-urbane Mobilität / Reporting Anwendungsplattform für Intelligente Mobilität Großforschungsanlage des DLR eine Stadt als Plattform für anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung im Bereich intelligenter Mobilitätsdienste Diese besitzt wesentliche Anteile im realen Umfeld einer Stadt sowie ausgewählter umliegender Regionen, spezielle Teststrecken und ein leistungsfähiges Instrumentarium zur Simulation und Beeinflussung großräumiger (z.b. Verkehrsflüssen) und mikroskopischer (z.b. Fahrsimulationen) Aspekte von Verkehr/Mobilität. langfristige Partnerschaft: Wesentliches Strukturierungsmerkmal sind (aktuell 23) Dienste Referenzstrecken der Region BS virtuell Bahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Straßenbahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Simulation des Verkehrsflusses der Region BS Verkehrsflussdaten der Region BS Modular and Scalable Application-Platform for ITS Components Modulares Mock-Up Teststrecken Referenzstrecke Forschungskreuzung Forschungsbahnübergang isharedspace / ilane Hochpräzise Ortung im Stadtgebiet BS Virtuelle Verkehrsmanagementzentrale Fahrzeugflotte / Mobile Dienste Verkehrsmanagementplattform / Verkehrsdatenplattform Fahrleistungsdatenbank NDS-Plattform Einbindung ÖPNV-/SPNV-Daten etc. Mobilitätsportal 2

3 Arbeitsrahmen / Methodik (1/2) Empirische Forschung Rahmenbedingungen politisch / normativ / rechtlich Bedarf, ökologische Randbedingungen, Wirtschaft Wissensmanagement Domänenwissen Normen und Standards Modelle / Anforderungen Daten / Metadaten Design Fahrer / Nutzer Transportmittel Assistenz und Automation (Fkt.), Architektur Unfallanalysen Simulator-/Fahrstudien Technologien Werkstoffe Daten Modelle / Anforderungen gereifte Erkenntnisse Designprozesse Designprozesse Hypothesen Umwelt / Wegeinfrastrukt. bzw. Träger Informations- und Kommunikationsinfrastruktur Prototypen (Dienste / Applikationen) Arbeitsrahmen / Methodik (2/2) Empirische Forschung Rahmenbedingungen Wissensmanagement Domänenwissen Design politisch / normativ / Normen und Standards Fahrer / Nutzer rechtlich Systeme verstehen Modelle / Anforderungen Bedarf, ökologische Randbedingungen, Daten / Metadaten Wirtschaft Handlungsmöglichkeiten identifizieren / bewerten Unfallanalysen Designprozesse Simulator-/Fahrstudien Designprozesse gereifte Erkenntnisse Technologien Dienste entwickeln Werkstoffe Modelle / Anforderungen / Akzeptanz DatenDienste testen prüfen Transportmittel Assistenz und Automation (Fkt.), Architektur Hypothesen Umwelt / Wegeinfrastrukt. bzw. Träger Dienste langfristig bewerten Informations- und Kommunikationsinfrastruktur Empfehlungen geben Prototypen (Dienste / Applikationen) 3

4 Automatisiertes Fahren und kooperative Fahrzeuge Automatisiertes Fahren wird zum Kernelement der Mobilität von Morgen. Fahrzeuge werden in Zukunft auch kooperative Fähigkeiten besitzen, sodass sie z.b. untereinander oder mit Infrastrukturkomponenten (bspw. Lichtsignalanlagen und Verkehrsdatenplattformen) Daten bzw. Informationen austauschen können. Schritte in Richtung des automatisierten Fahrens Fahrerlos Roboter Taxi Vollautomatisiert Parkhaus Pilot Hochautomatisiert Stau Chauffeur Automatischer Autobahn Chauffeur Teilautomatisiert Assistiert ACC, LKA Schlüsselparken, Stau Assistenz EcoACC, Baustellenassistenz Driver Only LDW, LCA Keine Handlungsebene für Fahrer ABS, ESC, Notbremsen Notausweichen, Nothaltesysteme heute morgen 1. Generation 2. Generation Quelle: VDA, 2013/2014 4

5 Schritte in Richtung des kooperativen Fahrens kooperatives Planen strategisches und taktisches Fahren (koop. Durchfädeln) kooperative Aktionen taktisches Fahren (koop. Spurwechsel) kooperative Situationserfassung Nothalt++ Fusion Car2X Daten/ Ereignissen mit Situationsdarst. Baustellenwarnung, Rotsignalwarnung Nothalt Broadcast bzw. Bereitstellung von Daten/Ereignissen Reisezeitprognose systematische Lastverteilung im Netz heute morgen 1. Generation 2. Generation 3. Generation Wirkung Die Bereiche Fahrzeugautomatisierung und kooperatives Fahren werden (jeder für sich genommen) Beiträge zur Erhöhung von Sicherheit Komfort (Energie-) Effizienz im Straßenverkehr leisten. Dies wird durch eine Integration von Fahrzeugautomatisierung und kooperativem Fahren weiter positiv verstärkt. 5

6 Wirkung Plausibilisierung Plausibilisierbar sind diese positiven Annahmen insbesondere aufgrund zweier Kernfunktionen: Automatisierte Fahrzeuge werden ihr Umfeld detailliert erfassen und hieraus ableitbare Konsequenzen bzw. Aktionen mit einer gewissen Vorausschau planen können. Kooperative automatisierte Fahrzeuge können ein umfassenderes Umfeldmodell aufbauen und zudem hieraus ableitbare Konsequenzen bzw. Aktionen unter wechselseitiger Bezugnahme planen und optimiert umsetzen. Quelle (Abbildung): Car2Car Communication Consortium Anwendungsplattform für Intelligente Mobilität Großforschungsanlage des DLR eine Stadt als Plattform für anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung im Bereich intelligenter Mobilitätsdienste Diese besitzt wesentliche Anteile im realen Umfeld einer Stadt sowie ausgewählter umliegender Regionen, spezielle Teststrecken und ein leistungsfähiges Instrumentarium zur Simulation und Beeinflussung großräumiger (z.b. Verkehrsflüssen) und mikroskopischer (z.b. Fahrsimulationen) Aspekte von Verkehr/Mobilität. langfristige Partnerschaft: Wesentliches Strukturierungsmerkmal sind (aktuell 23) Dienste Referenzstrecken der Region BS virtuell Bahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Straßenbahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Simulation des Verkehrsflusses der Region BS Verkehrsflussdaten der Region BS Modular and Scalable Application-Platform for ITS Components Modulares Mock-Up Teststrecken Referenzstrecke Forschungskreuzung Forschungsbahnübergang isharedspace / ilane Hochpräzise Ortung im Stadtgebiet BS Virtuelle Verkehrsmanagementzentrale Fahrzeugflotte / Mobile Dienste Verkehrsmanagementplattform / Verkehrsdatenplattform Fahrleistungsdatenbank NDS-Plattform Einbindung ÖPNV-/SPNV-Daten etc. Mobilitätsportal 6

7 Dienste-Cluster Infrastruktur Bausteine zur Implementierung kooperative Systeme (1/2) Car2X-Kommunikation Quelle: GM Dienste-Cluster Infrastruktur Referenzstrecke Aufbau/Test der Forschungskreuzung und Car2X (SPAT und TOPO) Realisierung simtd Protokoll in QII 2013 SPAT und TOPO; nachgelagert CAM und DENM UR:BAN Plugtestin QIII 2013 SPAT, TOPO, CAM und DENM Autom. Generierung von SPAT und TOPO aus Metabeschreibungen QII 2013 Inbetriebnahme weiterer RSUs in QII bis QIII 2013 SPAT, TOPO, CAM und DENM (simtd und ETSI Versionen) Weiterer Ausbau der Ringstrecke 7

8 Dienste-Cluster Infrastruktur Forschungskreuzung (1/5) Begehbarer Schaltschrank Forschungskreuzung Overview Camera Detail View Camera Radar Infrared flash Network Sensorinstallation cable (fiber) am Mast Ost der Forschungskreuzung Dienste-Cluster Infrastruktur Forschungskreuzung (2/5) Radars Overview Cameras Detail Cameras 8

9 Dienste-Cluster Infrastruktur Forschungskreuzung (3/5) Sensorik zur Erfassung aller Verkehrsteilnehmer im unmittelbaren Kreuzungsbereich in hin- und wegführenden Straßen / Wegen Erfassung der Daten zu (Zielsetzung) Fahrzeug / Typ / Fahrzeugklasse Fahrzeugart Ego / Gegner Fahrzeug, Geometrie und Masse Lkw / Anhänger / Anhängerart Aufbau / Crashgewicht Ausgangsgeschwindigkeit Ego / Gegner Bremsweg vor Kollision Ego / Gegner Fahrlinie und Richtung vor Unfall Ego / Gegner Fahrzeugpositionierung Kollisionswinkel Schwimmwinkel Ego / Gegner Berührpunkt X Ego / Gegner Berührpunkt Y Ego / Gegner Fahrbahn, Geometrie Kurvenradius in m Ego / Gegner Richtungsänderung Ego / Gegner Länge Fahrlinie bis Kollsion in m Ego / Gegner Gesamtstraßenbreite Ego / Ggner Anzahl Fahrspuren in Fahrtrichtung Ego / Gegner Breite Richt.fahrb. in cm Ego / Gegner Fahrzeug befuhr Ego / Gegner Straßenführung bei Unfall Reibwert Fahrbahn Ego / Gegner Straßendecke Straßenoberfläche Straßenzustand Straßenzustandsbewertung Zustand Geom. Straßend. Zustand Oberfl. Straßend. Oberflächenverschmutzung Niederschlag / Niederschlagsrate Bewölkung Temperatur Dienste-Cluster Infrastruktur Forschungskreuzung (4/5) 9

10 Dienste-Cluster Infrastruktur Forschungskreuzung (5/5) Anwendungsplattform für Intelligente Mobilität Großforschungsanlage des DLR eine Stadt als Plattform für anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung im Bereich intelligenter Mobilitätsdienste Diese besitzt wesentliche Anteile im realen Umfeld einer Stadt sowie ausgewählter umliegender Regionen, spezielle Teststrecken und ein leistungsfähiges Instrumentarium zur Simulation und Beeinflussung großräumiger (z.b. Verkehrsflüssen) und mikroskopischer (z.b. Fahrsimulationen) Aspekte von Verkehr/Mobilität. langfristige Partnerschaft: Wesentliches Strukturierungsmerkmal sind (aktuell 23) Dienste Referenzstrecken der Region BS virtuell Bahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Straßenbahnreferenzstrecken der Region BS virtuell Simulation des Verkehrsflusses der Region BS Verkehrsflussdaten der Region BS Modular and Scalable Application-Platform for ITS Components Modulares Mock-Up Teststrecken Referenzstrecke Forschungskreuzung Forschungsbahnübergang isharedspace / ilane Hochpräzise Ortung im Stadtgebiet BS Virtuelle Verkehrsmanagementzentrale Fahrzeugflotte / Mobile Dienste Verkehrsmanagementplattform / Verkehrsdatenplattform Fahrleistungsdatenbank NDS-Plattform Einbindung ÖPNV-/SPNV-Daten etc. Mobilitätsportal 10

11 Funktionsintegration in Dachelement Car2X-Antenne Sandwich-Bauweise mit reduzierter (im Vergleich zum vorangegangen Prototypen) Bauhöhe und lackierter Oberfläche. Funktionsintegration in Dachelement Car2X-Antenne Messung und Auswertung von Latenzen, Paketverlustraten und Paketgrößen mit einem mobilen Fahrzeugmessaufbau inkl. DGPS-Sensorik sowie einer Labor-Lichtsignalanlage auf Basis p (Automotive-WLAN) 11

12 Funktionsintegration in Dachelement Car2X-Antenne Validierung auf AIM-Referenzstrecke Erstes Fazit - Die ersten Erprobungen bestätigen, dass die Integration von passiver Antennentechnik in Verbundwerkstoffe sinnvoll möglich ist und vergleichbar gute Ergebnisse wie kommerzielle Dachantennen liefern können. - Durch eine gezielte Weiterentwicklung können funktionsintegrierte Karosseriebauteile entwickelt werden, die insbesondere im Bereich der hybriden Leichtbaukomponenten zum Tragen kommen können. 12

13 Weitere mögliche Stoßrichtungen - Integration komplexer Sensorik für hochautomatisiertes und vollautomatisches Fahren in z.b. Dachstrukturen. - Variable Materialeigenschaften (intelligente Materialien) in Kombination mit Assistenz-/Automationsbausteinen aus den Bereichen aktiver und passiver Sicherheit. - Komforterhöhung im Innenraum durch Einsatz intelligenter Materialien zur Vibrationsreduktion. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 13

14 Kontakt Prof. Dr. Frank Köster Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Lilienthalplatz Braunschweig Frank.Koester@DLR.de 14