Was müssen hochautomatisierte Fahrzeuge im Straßenverkehr leisten?

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1 Was müssen hochautomatisierte Fahrzeuge im Straßenverkehr leisten? BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren Prof. Dr. Thomas Form 21. November 2016

2 Eckdaten 42 Monate Laufzeit 01. Januar Juni Partner OEM: Audi, BMW, Daimler, Opel, Volkswagen Tier 1: ADC Automotive Distance Control, Bosch, Continental Teves Tech.Prüforganisation: TÜV SÜD KMU: fka, imar, IPG, QTronic, TraceTronic, VIRES Forschung: DLR, TU Darmstadt 12 Unteraufträge u.a. IFR, ika, OFFIS Projektvolumen ca. 34,5 Mio. EUR Fördervolumen 16,3 Mio. EUR Personaleinsatz ca Personenmonate bzw. 149 Personenjahre PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

3 Aktueller Entwicklungsstand im Bereich HAF Prototypen Labor / Testgelände Produkte Stand heute PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

4 Aktueller Entwicklungsstand im Bereich HAF Prototypen Labor / Testgelände Produkte Vielzahl von Prototypen durch OEM mit HAF-Funktionalität aufgebaut Beweis, dass HAF technologisch möglich ist Ausschnittsweise im Realverkehr erprobt Fahrten erfolgen stets mit einem Sicherheitsfahrer Einzelbetrachtungen zur Optimierung von Prototypen aktuelle Prüfstände/ Testgelände liefern keine hinreichende Testabdeckung für alle aktuell fokussierten HAF- Funktionalitäten Es besteht kein Vorgehen zum ausreichenden Testen (insb. Verhalten) von HAF-Systemen Ohne hinreichende Absicherung, keine Freigabe bzw. Einführung für eine Vielzahl von HAF- Funktionen Stand heute PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

5 Resultierende Ausgangslage Automatisierte Fahren automatisierte Fahren ist neben dem elektrischen Fahren das Thema von morgen und stellt eine Schlüsseltechnologie dar Grundfunktionalität ist technisch gegeben wurde in diversen Projekten bewiesen hohe Anforderungen an Güte, Qualität und Verhalten des automatisierten Fahrzeugs Maße, welche die Produkte erfüllen müssen. Bestehende Methoden zum Testen und zur Freigabe sind ungenügend, zu kostspielig und zu aufwändig. Somit ist die Einführung von hochautomatisierten Fahrfunktionen heute nur mit sehr großem Aufwand möglich. PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

6 Zentrale Fragestellungen im Projekt Was muss ein automatisiertes Fahrzeug leisten? Wie weisen wir nach, dass es dies auch zuverlässig leistet? Szenarienanalyse & Qualitätsmaße Umsetzungsprozesse Testen Ergebnisreflektion & Einbettung Was ist die menschliche Leistungsfähigkeit im Anwendungsfall? Was ist die maschinelle? Ist diese ausreichend akzeptiert? Welche Kriterien und Maße lassen sich hieraus ableiten? Welche Werkzeuge, Methoden und Prozesse sind erforderlich? Wie kann die Vollständigkeit der relevanten Testfälle sichergestellt werden? Wie sehen Kriterien und Maße für diese Testfälle aus? Was kann in Laboren/ Simulation geprüft werden, was muss auf Prüfgeländen, was auf der Straße getestet werden? Trägt das Konzept? Wie gelingt die Einbettung? PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

7 Zentrale Fragestellungen im Projekt Was muss ein automatisiertes Fahrzeug leisten? Wie weisen wir nach, dass es dies auch zuverlässig leistet? Szenarienanalyse & Qualitätsmaße Umsetzungsprozesse Testen Ergebnisreflektion & Einbettung Was ist die menschliche Leistungsfähigkeit im Anwendungsfall? Was ist die maschinelle? Ist diese ausreichend akzeptiert? Welche Kriterien und Maße lassen sich hieraus ableiten? Welche Werkzeuge, Methoden und Prozesse sind erforderlich? Wie kann die Vollständigkeit der relevanten Testfälle sichergestellt werden? Wie sehen Kriterien und Maße für diese Testfälle aus? Was kann in Laboren/ Simulation geprüft werden, was muss auf Prüfgeländen, was auf der Straße getestet werden? Trägt das Konzept? Wie gelingt die Einbettung? 20% 10% 65% 5% PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

9 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Übergeordnetes Ziel von TP1 ist die Beantwortung der Frage: Wie gut ist gut genug? Welche funktionale Leistungsfähigkeit müssen hochautomatisierte Fahrfunktionen aufweisen, damit sie vom Fahrer und von der Gesellschaft akzeptiert werden? % Ø? Autopilot? Menschliche Fahrer weniger gut gut sehr gut Fahrkönnen PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

10 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Wie gut fährt der Mensch? Technische Fahrzeugmängel sonstige Umwelteinflüsse Wetter Unfälle mit Personenschäden Fahrleistung Distanz zw. zwei Unfällen mit Verletzten Deutschland - alle Fahrzeuge km 2.0 Mio. km Deutschland - Autos km 3.3 Mio. km Autobahnen - alle Straßenfahrzeuge ca km 12.0 Mio. km Mehr als 90% aller Unfälle entstehen durch menschliches Verhalten. Auf einer deutschen Autobahn fährt ein menschlicher Fahrer im Durchschnitt 12 Mio. km, bevor er in einen Unfall mit Personenschaden verwickelt ist. PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

11 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Zur Beantwortung dieser Frage werden generell akzeptierten Gütekriterien, Werkzeuge und Methoden entwickelt. Am Beispiel der Funktion Autobahn Chauffeur und eines sog. Erweiterten Anwendungsszenarios sollen diese Werkzeuge und Methoden angewandt und erprobt werden. PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

12 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Systembeschreibung Autobahn-Chauffeur Struktur 54 Seiten, 17 Abbildungen, 13 Tabellen PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

13 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Ableitung von Anforderungen aufbauend auf dem akzeptierten Gütemaß Herleitung eines akzeptierten Gütemaßes für automatisierte Fahrfunktionen Ermittlung des Sicherheitsniveaus durch eine Bewertung von Auftretenswahrscheinlichkeit und maschineller Beherrschbarkeit der kritischen Situationen Ermittlung menschlicher sowie maschineller Leistungsfähigkeit sowie Wirksamkeit (Unfallvermeidungspotential) Ermittlung kritischer Verkehrssituationen Beschreibung des Anwendungsszenarios (Beispielanwendung: Autobahn-Chauffeur + erweitertes Anwendungsszenario) PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

14 TP 1 Szenarienanalyse und Qualitätsmaße Resultate sind u.a.: Systemgrenzen Metrikperspektiven Klassen von Automationsrisiken PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

16 TP 2 Umsetzungsprozesse Analyse des Modifikationsbedarfs vorhandener Metriken und Prozesse bei der Automobil- Serienentwicklung Überführung der systematischen Szenario- Leitlinien in Prozessschritte unter Berücksichtigung von System- Klassifikation und Fahrzeugnutzungsstufen 2 Vorbereitung der Anforderungsdefinition für Simulation, Labortests, Prüfgelände und Feldabsicherung 3 4 Richtlinien und Vorlagen zur Dokumentation der Einhaltung des technischen State-of-the-Art beim Entwicklungsprozess Überführung der Rahmenbedingungen zur Referenzwertdefinition in Prozessschritte Verfeinerung der Guidelines für notwendige Dokumentationen der Prozessschritte PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

18 TP 3 Testen Einleitung: Absicherungsfalle*: Bislang wird das Systemverhalten im Verkehr als bloßer stochastischer Prozess betrachtet.? 240 Mio. km Zahl der Unfälle Keine Strukturierung keine differenzierte Messung Dies entspricht dem Versuch, den Zustandsraum durch reines Fahren repräsentativ abzudecken. Erwartetes Fahren Unfall Übersehene Gefährdung Wirkungsdimension A * Absicherung automatischen Fahrens, Prof. Dr. H. Winner, 6. FAS-Tagung München, PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

19 TP 3 Testen Paradigmenwechsel: Zur Erreichung eines ganzheitlichen Ansatzes zum hinreichenden, vollständigen und effizienten Testen von HAF innerhalb der Funktionsgrenzen ist ein Paradigmenwechsel notwendig: Black Box? Stochastische Felderprobung Erwartetes Fahren Unfall Übersehene Gefährdung OEM-spezifisch Wirkungsdimension A PEGASUS White Box / Testable Design Simulationsbasierte Verifikation der Funktionsgrenze Kameras Radare Lidar etc. Fusion Systemintegritätsbeobachter Software Situations- Analyse Regelung/ Planung Aktuatorik Wirkungsdimension B Simulationsbasierte Ermittlung der Funktionsgrenzen Funktionsgrenze Wirkungsdimension A PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

20 TP 3 Testen Wesentliche Herausforderung: Ausreichende Abdeckung des Situationsraums (Teststrategie) Absicherung aller sicherheitsrelevanten Szenarien innerhalb des Anwendungsbereiches der Funktion Ermittlung und Nachweis der Beherrschbarkeit der Funktionsgrenzen Verifikation und Validierung der für den Sicherheitsnachweis notwendigen Testmethoden und Testinstanzen (Simulation/Labortests, Prüfgelände, Feldtests) PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

21 TP 3 Testen Zusammenspiel: Szenarien-Set (grob) Szenarien-Relevanz Güte- und Qualitätsmaße Labortests/Simulation Def. Anforderungen Testmethodik, Richtlinien Automat.-spez. Testcases Referenzszenarien Machbarkeit, Grenzen Schnittstellen & Werkzeuge Umsetzung & Auswertung, Validierung Testvorbereitung Prüfgeländetest Szenariendetaillierung Lernen Def. Anforderungen Validierung Festlegung Testkonzept für alle Teil-Szenarien Testspezifikations- Datenbank Bereitstellung testübergreifender Elemente Test- Spezifikation Szenario-Set (fein) Relevanz Funktions-Beschr. Abnahmekriterium Testkonzept Referenzszenarien Machbarkeit, Grenzen Schnittstellen & Werkzeuge Umsetzung & Auswertung Feldabsicherung Def. Anforderungen Umsetzung weitere relevante Situationen, Maß für Zugewinn Auswertung PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

22 TP 3 Testen Szenariengenerierung: Abstraktionsebenen Funktionale Szenarien Basisstrecke: Autobahn in Kurve Stationäre Objekte: - Basisstrecke: Logische Szenarien Fahrstreifenanzahl [2..4] Kurvenradius [0,6..0,9] km Stationäre Objekte: - Basisstrecke: Konkrete Szenarien Fahrstreifenanzahl 3 Kurvenradius 0,7 km Stationäre Objekte: - Pulk/Stau Bewegliche Objekte: Bewegliche Objekte: Bewegliche Objekte: Ego, Stau; Interaktion: Ego nähert sich Stauende an Stauende_Pos Stau_Geschw. Ego_Abstand Ego_Geschw. [ ] m [0..30] km/h [ ] m [ ] km/h Stauende_Pos Stau_Geschw. Ego_Abstand Ego_Geschw. 40 m 30 km/h 200 m 100 km/h Ego Umwelt: Sommer, Regen Umwelt: Temperatur [10..40] C Tröpfchengröße [ ] µm Regenmenge [0,1..10] mm/h Umwelt: Temperatur 20 C Tröpfchengröße 30 µm Regenmenge 2 mm/h Szenarienanzahl Abstraktionslevel PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

23 TP 3 Testen Detaillierung und Vervollständigung der Testszenarien aus TP 1, inklusive technischer Güte- und Qualitätsmaße sowie Abnahmekriterien Aufbau und Füllung der Testspezifikations-Datenbank Festlegung und Überprüfung von Testmethoden, Schnittstellen, Werkzeugen im Labor, auf dem Prüfgelände und im Realverkehr Zusammenstellung des Testkatalogs und Anforderungen für Labor, Prüfgelände und Feldabsicherung Aufbau von Referenzelementen zur praktischen Erprobung und Funktionsdemonstration Erprobung im Labor, Prüfgelände und auf der Straße Erstellung und Abstimmung industrieweit etablierter Modelle, Werkzeuge und Schnittstellen für die Simulation PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

25 TP 4 Ergebnisreflektion & Einbettung Aussage über das Aufteilungsverhältnis zwischen den angewendeten Testmethodiken (Simulation zu Prüfgelände zu Feldtests) Proof of Concept Bewertung, ob das Testziel mit den in PEGASUS angewendeten Prozessen und Methoden erreicht werden kann Begleitung der Einbettung der erarbeiteten Ergebnisse bei den Projektpartnern Verifikation der Methodik zur Identifizierung von relevanten Situationen, Güte- und Kritikalitätsmaßen für die Absicherung von HAF-Funktionalitäten Lessons learned zur Einführung der entstanden Ergebnisse in die bestehenden Unternehmensstrukturen PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

26 Ausgewählte Ziele des Projektes Entwicklung eines Vorgehens zur Festlegung von Auslegungskriterien und Etablierung von Gütemaßen. Berücksichtigung des Fahrers in Bezug auf seine Leistungsfähigkeit. Gestaltung des Entwicklungsprozesses zur Freigabe von hochautomatisierten Fahrzeugsystemen. Konzeptionierung, Aufbau und Demonstration von Bausteinen für eine effiziente Werkzeugkette für Simulation, Testgelände und Feldtest. Einbettung der Erkenntnisse in die Industrie. Verbreitung und Wegbereitung einer Standardisierung. Alle essenziellen Projektergebnisse sind barrierefrei zugänglich. PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

27 Lückenschluss durch PEGASUS Prototypen Labor / Testgelände Produkte Stand heute Weiterentwicklung durch PEGASUS PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November

28 Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Thomas Form Volkswagen AG 05361/ PEGASUS BMWi/BMBF-Fachtagung Automatisiertes und vernetztes Fahren 21. November