Auf dem Weg zum automatisierten Fahren

Transkript

1 Auf dem Weg zum automatisierten Fahren Robustheitsanalyse der Steuergerätesoftware durch die Simulation systematisch variierter Verkehrsszenarien Steffen Wittel, Daniel Ulmer und Oliver Bühler Embedded Testing Juni2017, München

2 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Entwicklung der Technik im Fahrzeug Testtechnologie für das assistierte Fahren Robustheitsanalyse durch Variation Zusammenfassung 2

3 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Notwendige Fähigkeiten zur Teilnahme am Straßenverkehr Individuelles Verhalten im Straßenverkehr Straßenunfallstatistik von Deutschland seit 1965 Ursachen für Verkehrsunfälle in Deutschland im Jahr 2015 Entwicklung der Technik im Fahrzeug Testtechnologie für das assistierte Fahren Robustheitsanalyse durch Variation Zusammenfassung 3

4 Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Notwendige Fähigkeiten zur Teilnahme am Straßenverkehr Frühzeitige Anpassung an neue Gegebenheiten Mögliche Ursache für Fehler Korrekte Wahrnehmung Erkennung neuer Situationen Menschlicher Fahrer Interpretierung der Situation Ableitung von Aktionen Über 90% aller Verkehrsunfälle werden durch den menschlichen Fahrer aufgrund einer fehlerhaften Durchführung von Fahrmanövern, falscher Entscheidungen oder durch Unachtsamkeit verursacht Software ersetzt beim automatisierten Fahren den menschlichen Fahrer 4

5 Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Individuelles Verhalten im Straßenverkehr * Menschlicher Fahrer Straßenbenutzung Geschwindigkeit Abstand Überholen Vorbeifahren Nebeneinanderfahren Vorfahrt, Vorrang Abbiegen, Wenden, Rückwärtsfahren, Ein- und Anfahren Verhalten gegenüber Fußgängern Ruhender Verkehr Zusätzlich zu diesem menschlichen Fahrer sind in der Regel andere Verkehrsteilnehmer in der Umgebung, deren individuelles Verhalten ebenfalls berücksichtigt werden muss Schon ein menschlicher Fahrer genügt um andere Verkehrsteilnehmer zu gefährden Automatisiertes Fahren muss das menschliche Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer berücksichtigen * Quelle: Verkehrsunfallstatistik des Statistischen Bundesamts, Wiesbaden 5

6 Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Straßenunfallstatistik von Deutschland seit 1965 * Die Zahl der Verkehrsunfälle stieg mit der zunehmenden Zahl des Fahrzeugbestands Die steigende Zahl der Verkehrsunfälle führte nicht zu einer Zunahme der Anzahl der verletzten oder getöteten Personen Der technische Fortschritt bei den Sicherheitssystemen der Fahrzeuge trug zur Abschwächung oder Vermeidung von Verkehrsunfällen bei Die Serienausstattung neuer Fahrzeuge mit Sicherheitspaketen sorgte für eine weite Verbreitung solcher Systeme im Straßenverkehr Automatisiertes Fahren soll kritische Verkehrssituationen im Vorfeld verhindern * Quelle: Verkehrsunfallstatistik des Statistischen Bundesamts, Wiesbaden 6

7 Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Ursachen für Verkehrsunfälle in Deutschland im Jahr 2015 * Innerhalb von Ortschaften Außerhalb von Ortschaften Auf Autobahnen 33.2% 56.1% 92.3% Kreuzungssituationen sind z.b. häufig die Ursache für Verkehrsunfälle 92.3% der Verkehrsunfälle im Bereich Abstand und Spur Automatisiertes Fahren hat derzeit auf Autobahnen das größte Potenzial Verkehrsunfälle zu vermeiden * Quelle: Verkehrsunfallstatistik des Statistischen Bundesamts, Wiesbaden 7

8 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Entwicklung der Technik im Fahrzeug Überblick über die Entwicklung Kollisionsvermeidende Assistenzsysteme Automatisiertes Fahren Testtechnologie für das assistierte Fahren Robustheitsanalyse durch Variation Zusammenfassung 8

9 Entwicklung der Technik im Fahrzeug Überblick über die Entwicklung Zeitpunkt 1980er 1990er 2000er heute Assistenz / Automatisierung CAR Antiblockiersystem Elektronische Stabilitätskontrolle Kollisionsvermeidung Automatisiertes Fahren Assistenz Automatisierung Architektur Rad Rad Rad Rad Radar CMS ABS ESC Rad Rad Rad Rad.. Testsysteme müssen komplexe technische Umgebungen nachbilden 9

10 Entwicklung der Technik im Fahrzeug Kollisionsvermeidende Assistenzsysteme Visuelle und akustische Warnung Autonome Teilbremsung Autonome Vollbremsung t Sicherheitssysteme greifen bei Unachtsamkeit des Fahrers in kritischen Verkehrssituationen ein 10

11 Entwicklung der Technik im Fahrzeug Kollisionsvermeidende Assistenzsysteme Visuelle und akustische Warnung Autonome Teilbremsung Autonome Vollbremsung t Automatisiertes Fahren Automatisiertes Fahren soll kritische Verkehrssituationen durch Einhaltung von Sicherheitsabständen verhindern 11

12 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Entwicklung der Technik im Fahrzeug Testtechnologie für das assistierte Fahren Architektur von Fahrerassistenzsystemen Schematischer Aufbau einer Testplattform Stimulation und Auswertung auf Systemebene Beispiel eines Verkehrsszenarios Ableitung von Testfällen aus der Spezifikation Robustheitsanalyse durch Variation Zusammenfassung 12

13 Testtechnologie für das assistierte Fahren Architektur von Fahrerassistenzsystemen ~1500 Eingangssignale ~300 Ausgangssignale Vergrößerung der Schnittstelle durch zunehmende Komplexität der zu erbringenden Funktionalität 13

14 Testtechnologie für das assistierte Fahren Schematischer Aufbau einer Testplattform Verkehrsszenario Simulation Fahrer Umgebung Systemfahrzeug Testobjekt Eingangssignale Ausgangssignale Für den Test im Labor wird die gesamte Regelstrecke nachgebildet Test aus Systemsicht ermöglicht den Bezug zu realen Verkehrssituationen 14

15 Testtechnologie für das assistierte Fahren Stimulation und Auswertung auf Systemebene Minimale Distanz Verletzung des Sicherheitsbereichs Bewertung des Tests durch ein Modell der Verkehrssituation 15

16 Testtechnologie für das assistierte Fahren Beispiel eines Verkehrsszenarios Irrelevant Kritisch Minimale Distanz Kritikalität des Verkehrsszenarios ist abhängig von den Verkehrssituationen 16

17 Testtechnologie für das assistierte Fahren Ableitung von Testfällen aus der Spezifikation Irrelevant Kritisch v o Niedrige Differenzgeschwindigkeit v s Anforderung Kritisch Hohe Differenzgeschwindigkeit Minimale Distanz Relative Geschwindigkeit ( v s -v o ) Klassische Testfallermittlungsverfahren genügen nicht um eine Systemgrenze zu finden 17

18 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Entwicklung der Technik im Fahrzeug Testtechnologie für das assistierte Fahren Robustheitsanalyse durch Variation Eigenschaften komplexer Verkehrsszenarien Variation der Verkehrsszenarien zur Ermittlung funktionaler Systemgrenzen Variation des Verkehrs zur Ermittlung funktionaler Systemgrenzen Zusammenfassung 18

19 Robustheitsanalyse durch Variation Testobjekt Abstandsregeltempomat (ACC, Adaptive Cruise Control): Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug wird über die Geschwindigkeit geregelt Systemfahrzeug Beeinflussbare Eigenschaften: Fahrdynamik Sensoren Basisszenario Spur 1 Spur Spur n Autobahn mit mehreren Fahrspuren sowie Auf- und Abfahrten Variationsmöglichkeiten der Straßeneigenschaften 19

20 Robustheitsanalyse durch Variation Verkehrsszenario aus der Verkehrssimulation Beeinflussbare Eigenschaften: Initiale Verkehrsdichte Verhalten der Abstandsregelung Verhalten beim Spurwechsel Verkehrsaufkommen an den Zu- und Abfahrten Variationsmöglichkeiten des Verkehrs 20

21 Robustheitsanalyse durch Variation Weg des Systemfahrzeugs durch das Verkehrsszenario Systemfahrzeug Variation der Verkehrsszenarien ist systematisch beeinflussbar 21

22 Robustheitsanalyse durch Variation Verkehrsszenario aus Sicht des Systemfahrzeugs Spurwechsel Spurwechsel Spurwechsel Ausfahrt Einfahrt Der Sensorbereich beeinflusst die Sicht des Systemfahrzeugs auf die Umgebung 22

23 Robustheitsanalyse durch Variation Reaktion des Systemfahrzeugs auf die Umgebung Der Ruck als Bewertungskriterium für ein Verkehrsszenario Verwendung des Rucks zur Auswahl der Verkehrsszenarien und zur Robustheitsanalyse 23

24 Robustheitsanalyse durch Variation Variation des Verkehrs zur Ermittlung funktionaler Systemgrenzen Mehrspuriger Rundkurs mit Ein- und Ausfahrten Teilstück der A81 zwischen Stuttgart und Singen * Generierter Straßenverlauf Realer Straßenverlauf Test der Systemgrenzen mit Bezug zu möglichst repräsentativen Verkehrssituationen * Quelle: Basierend auf OpenStreetMap-Daten 24

25 Robustheitsanalyse durch Variation Variation der Verkehrsszenarien zur Ermittlung funktionaler Systemgrenzen Systemgrenze Verfahren zur Visualisierung und zur effizienten Ermittlung der funktionalen Systemgrenzen Automatisierte Entlangführung der Stimulation an den funktionalen Systemgrenzen 25

26 Agenda Beitrag des menschlichen Verhaltens zu Verkehrsunfällen Entwicklung der Technik im Fahrzeug Testtechnologie für das assistierte Fahren Robustheitsanalyse durch Variation Zusammenfassung 26

27 Zusammenfassung Bei der Robustheitsbewertung ist im Test die Varianz der Verkehrsteilnehmer zu berücksichtigen Eine Gesamtsimulation dient zur Beherrschung der Komplexität und zur systematischen Variation der Verkehrsszenarien Die Variation der Verkehrsszenarien wird so beeinflusst, dass die Systemgrenzen gezielt stimuliert werden 27

28 Vielen Dank! Auf dem Weg zum automatisierten Fahren Robustheitsanalyse der Steuergerätesoftware durch die Simulation systematisch variierter Verkehrsszenarien Steffen Wittel, Daniel Ulmer und Oliver Bühler {steffen.wittel, daniel.ulmer, Steinbeis Interagierende Systeme GmbH, Esslingen