Entscheidungsstrategien und Steuerungskonzepte eines Kollisionsvermeidungssystem

Transkript

1 Entscheidungsstrategien und Steuerungskonzepte eines Kollisionsvermeidungssystem

2 Agenda Motivation Fahrerassistenzsysteme Systemstruktur eines Kollisionsvermeidungssystems Entscheidungsmodul des Systems Ausweichmodul des Systems Ausblick - Masterarbeit 2

3 Motivation Schwerpunkt des Masterkurses: Entwurf und Analyse eines verteilten Systems in einem praxisrelevanten Umfeld. Definition Verteiltes System: Ein Verteiltes System ist eine Menge voneinander unabhängiger Computer, die dem Benutzer wie ein einzelnes kohärentes System erscheinen. [Andrew.S Tanenbaum] 3

4 Systemarchitektur FAUST 4

5 Motivation Ziel des Projektes: Fahrzeug soll vom Leitstand aus gesteuert werden Nächster Schritt: Kollisionsvermeidungssystem für dieses Fahrzeug 5

6 Unfallstatistik Verkehraufkommen steigt ständig 2500 Verhältnis Unfälle - Personenschäden Unfälle gesamt Unfälle seit den 90er Jahren zurückgegangen Anzahl verletzter Personen über Jahre fast gleich geblieben T au sen d e Verletzte Personen In 99% sind Fahrerfehler Ursache Jahr

7 Fahrerassistenzsysteme Informierende Systeme Fahrdynamik Regelsysteme Komfortsysteme Forschungsaktivitäten 7

8 Informierende Systeme GPS - Navigationssysteme Toter Winkel Assistent Night-Vision 8

9 Fahrdynamik Regelsysteme Antiblockiersystem (ABS) Antriebsschlupfregelung (ASR) Elektronisches Stabilitäts- Programm (ESP) 9

10 Komfortsysteme Kollisionsvermeidung durch Längsführung 10

11 Komfortsysteme Bremsassistent PLUS (BAS PLUS) Adaptive Cruise Control (ACC) DISTRONIC PLUS 11

12 Forschungsaktivitäten Kollisionsvermeidung durch Querführung mit mechanischer Lenkung nur mit Lenkroboter möglich elektrische Lenkung Vorraussetzung bisher nur in PKW Prototypen Autonomes Fahren 12

13 DARPA DARPA Grand Challenge 208km autonom durch die Wüste 5 von 23 erreichten Ziel Gewinner VW Touareg Stanley von der Stanford Universität 13

14 VW Touareg Stanley 7 Pentium M (1.6 GHz) im Kofferraum verarbeiten Daten von vier Laser-Detektoren 1 Paar Stereo Kameras Radarsystem GPS 14

15 FA-Systemstruktur Sensordatenerfassung Situationsanalyse Aktionsentscheidung Aktionsausführung 15

16 Aktionsentscheidung Lagebeurteilungsmodul Ausweichen links Lagebeurteilungsmodul Bremsen Lagebeurteilungsmodul Ausweichen rechts Verkehrsraumüberwachung links Entscheider Verkehrsraumüberwachung rechts Manövermodul Ausweichen links Manövermodul Bremsen Manövermodul Ausweichen rechts 16

17 Entscheider Ziele Kollision vermeiden Fahrer nicht bevormunden Verhalten solange der Fahrer die Kollision selbständig vermeiden kann, erfolgt kein Eingriff erst das letztmögliche Manöver wird ausgeführt 17

18 Entscheidungsautomat Kein Modul aktiv 1 Modul aktiv 2 Module aktiv Manöver ausgewählt 18

19 Ausweichszenario 1 Links Rechts Bremsen! Ausweichen! Ausweichen! 19

20 Ausweichszenario 1 Manöver durchführen 20

21 Ausweichszenario 2 Rechts Bremsen! Ausweichen! Verkehrraum Links NICHT frei! 21

22 Ausweichszenario 2 22

23 FA-Systemstruktur Sensordatenerfassung Situationsanalyse Aktionsentscheidung Aktionsausführung 23

24 Virtuelle Deichsel - Ansatz Ansatz zur Berechnung des Soll- Lenkwinkels für ein Ausweichmanöver Auf Basis von Abstandsmessung zum Hindernis und Fahrzeuggeometrie S - Startpunkt y dl H - Hindernis Z Zielpunkt σ L σ L = arctan ( y x dl dl ) x dl 24

25 Ausweichmodul y s r y dl y s σ L s y 0 l s r x l r x dl y + y + dl = s y0l s s r 25

26 26 Ausweichmodul + < + > = sonst v t v t l s s für l s v t l l s für l v t l s l s für l s x e d e d r l x l x r l x e d r r l x r e d r l x r l x r l x dl ) ( 0) ( ) ( ) (0 ) ( ) ( Hindernis vor der Fahrzeugvorderachse: Hindernis zwischen der Vor und Hinterachse: Hindernis hinter der Fahrzeughinterachse: Wenn Radstand kleiner als:

27 Ausweichmodul Der Berechnung des einzustellenden Lenkwinkels liegt die Orientierung der Fahrzeuglängsachse zur Zugrichtung der Deichsel zu Grunde. Φ y y dl σ L Ψ x dl x Φ = σ L Ψ 27

28 Kinematisches Fahrzeugmodell X Y P P = v ( t) cos( σ ) cos( Ψ) d ( t) P = v ( t) cos( σ ) sin( Ψ) d ( t) P 28

29 Ausweichsimulation 0.32 Phi_L Psi_L Winkel der Fahrzeuglängsachse Einzustellender Soll - Lenkwinkel

30 FA-Systemstruktur Sensordatenerfassung Situationsanalyse Aktionsentscheidung Aktionsausführung 30

31 Ausblick Masterarbeit Recherche zu ausgewählten Beiträgen der Darpa Grand Challenge Teams. Entscheidungsstrategien Optimierungsalgorithmen Steuerungskonzepte Umsetzung eines Kollisionsvermeidungssystems auf FAUST Schwerpunkt Aktionsentscheidung- und ausführung evtl.umsetzung auf anderer Hardwareplattform Einsatz von System on Chip für Messwertverarbeitung 31

32 Literatur Raymond Freymann: Möglichkeiten und Grenzen von Fahrerassistenz- und Aktiven Sicherheitssystemen. BMW Group Forschung und Technik, März 2004 Statistisches Bundesamt :Verkehrsunfälle - Fachserie 8 Reihe Intelligenter Verkehr und nutzgerichtete Technik - Ulrich S. Lages: Untersuchungen zur aktiven Unfallvermeidung von Kraftfahrzeugen. Dissertation, Universität der Bundeswehr Hamburg, 2000 Christian Ameling: Steigerung der aktiven Sicherheit von Kraftfahrzeugen durch ein Kollisionsvermeidungssystem. Dissertation, Universität der Bundeswehr Hamburg, 2002 Frank Mildner: Untersuchungen zur Erkennung und Vermeidung von Unfällen für Kraftfahrzeuge. Dissertation, Universität der Bundeswehr Hamburg,

33 Literatur 80.htm, Nov Internationale VDI/VW Gemeinschaftstagung: Integrierte Sicherheit und Fahrerassistenzsysteme, Bosch, Kraftfahrzeugtechnik: Konventionelle und elektrische Bremssysteme. Gelbe Reihe, Ausgabe 2002, ISBN Andrew S. Tanenbaum, Marten van Steen: Verteile Systeme Grundlagen und Paradigmen. Pearson Studium, 2003, ISBN ml, Nov Nov

34 Vielen Dank!