Automotive-Innovationsforum 2015 Automatisiertes und vernetztes Fahren Chancen und Herausforderungen für die Automobilindustrie Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Status quo und Ausblick aus Sicht der Wissenschaft Düsseldorf, 29. September 2015 Bildquelle: Daimler Bildquelle: Continental Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Burkard Dipl.-Kfm. Ingo Olschewski, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein Institut für Kraftfahrzeuge Folie Nr. 1
Agenda Einleitung und Motivation Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Automatisierung und Vernetzung - Status quo Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Zusammenfassung Folie Nr. 2
Einleitung und Motivation Treiber des automatisierten und vernetzen Fahrens Übersicht der Einflussfaktoren: Auswirkungen: Gesellschaftliche Einflussfaktoren Demografischer Wandel Wandel der Kundenbedürfnisse Fortschreitende Urbanisierung Vielfältige gesellschaftliche, legislative, technische und wirtschaftliche Einflüsse fungieren aktuell als Treiber für das automatisierte und vernetzte Fahren Legislative Einflussfaktoren Reduktion der Emissionen Erreichung der Vision Zero - Ziele Sicherung des Wirtschaftsstandorts Vor dem Hintergrund dieser Einflusskategorien lassen sich drei zentrale Entwicklungsziele für zukünftige Fahrzeuge ableiten: Technisch / Wirtschaftliche Einflussfaktoren Technologische Entwicklung Eintritt neuer Wettbewerber Erschließung neuer Geschäftsfelder Folie Nr. 3
Einleitung und Motivation Treiber des automatisierten und vernetzen Fahrens Übersicht der Entwicklungsziele: Gesellschaftliche Einflussfaktoren Legislative Einflussfaktoren Mobilität trotz gesundheitlicher Einschränkungen Effizientes Nutzen der Fahrtzeit Technisch / Wirtschaftliche Einflussfaktoren Vorausschauende Assistenzsysteme Wandel der Demografie Reduktion der Emissionen Technologische Entwicklung Fahrerlebnis Entlastung des Fahrers bei der Fahraufgabe Effizienz Erhöhung der Wandel der Verkehrseffizienz Kundenbedürfnisse Erreichung der Vision Zero - Ziele Vermeidung menschlicher Fehler Eintritt neue Wettbewerber Fortschreitende Urbanisierung Sicherung des Schutz Wirtschaftsstandort von Fußgängern u. Fahrradfahrern Sicherheit Verbesserung des Rettungsmanagements durch ecall Erschließung neuer Märkte Auswirkungen: Vielfältige gesellschaftliche, legislative, technische und wirtschaftliche Einflüsse fungieren aktuell als Treiber für das automatisierte und vernetzte Fahren Vor dem Hintergrund dieser Einflusskategorien lassen sich drei zentrale Entwicklungsziele für zukünftige Fahrzeuge ableiten: Sicherheit Effizienz Fahrerlebnis Die Automatisierung und Vernetzung von Fahrzeugen kann einen signifikanten Beitrag zur Erreichung dieser Entwicklungsziele leisten Folie Nr. 4
Einleitung und Motivation Weltweite Aktivitäten im Bereich Automatisierung und Vernetzung Ausgewählte Aktivitäten: UK Schweden Japan USA Projekt: Lutz pod Öffentlicher Test von autom. Fahrzeugen in 4 Regionen geplant (ab 2015). Projekt: DriveMe Einsatz von 100 Testfzg. durch Volvo bis 2017 Erprobung durch Nissan und Toyota im öffentlichen Straßenraum (seit 2013). Deutschland China Singapur Aktivitäten von verschiedenen Automobilherstellern und -zulieferern sowie von Unternehmen der IT-Industrie. Intensive Testaktivitäten der Automobilindustrie auf öffentlichen Straßen. Pilotprojekt Digitales Testfeld Autobahn auf der A9. Freigabe eines Stadtbezirks als Testfeld. Kooperation von BMW mit Baidu seit 2014 mit Erprobungen auf (Stadt-) Autobahnen in Peking und Shanghai. Weltweit sind derzeit in fast allen Automobilnationen Aktivitäten im Bereich Fahrzeugautomatisierung und -vernetzung zu beobachten. Ausgelöst durch die Aktivitäten der Industrie werden aktuell in verschiedenen Ländern legislative Rahmenbedingungen für automatisierte Fahrzeuge geschaffen bzw. bereits vorhandene Gesetze konkretisiert. Folie Nr. 5
Agenda Einleitung und Motivation Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Automatisierung und Vernetzung - Status quo Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Zusammenfassung Folie Nr. 6
Aufteilung der Fahraufgabe Fahrzeugsysteme Fahrer Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Klassifikation von Automatisierungsstufen Generalisierte Klassifikation (in Anlehnung an VDA) Fahrer führt dauerhaft Längs- Fahrer führt und Querführung dauerhaft aus Längs- und Querführung aus Kein eingreifendes Fahrzeugsystem aktiv Fahrer führt dauerhaft Längs- oder Querführung aus Fahrer ist bereit für sofortige Übernahme System übernimmt die jeweils andere Funktion Fahrer muss Längs- und Querführung sowie den Verkehr dauerhaft überwachen Fahrer ist bereit für sofortige Übernahme System übernimmt Längs- und Querführung in einem spezifischen Anwendungsfall Keine dauerhafte Überwachung notwendig, Fahrer muss in der Lage sein zu übernehmen System übernimmt Längs- und Querführung in einem spezifischen Anwendungsfall, erkennt Systemgrenzen und fordert Fahrer zur Übernahme mit ausreichender Zeitreserve auf Kein Fahrer erforderlich im spezifischen Anwendungsfall System kann im spezifischen Anwendungsfall alle Situationen automatisch bewältigen Kein Fahrer erforderlich System kann während der gesamten Fahrt alle Situationen automatisch bewältigen Driver only Assistiert Teilautomatisiert Hochautomatisiert Vollautomatisiert Fahrerlos Stufe 0 Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 Folie Nr. 7
Vernetzungsgrad Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Gegenüberstellung des Vernetzungs- und Automatisierungsgrads Übersicht: Vernetzungs- vs. Automatisierungsgrad Mensch Automatisierungsgrad System Umfassende Vernetzung perfekte Fahrerassistenz durch vollständige Information kooperatives hochautomatisiertes Fahren Schwarm-Fahren Google Car ohne Lenkrad Teilweise Vernetzung z.b. Verkehrsinformation, ecall z.b. Warnung vor Stauende komfortables automatisiertes Fahren durch Vorausschau Keine Vernetzung Oldtimer ACC ACC + Lanekeeping autonomes hochautomatisiertes Fahren Driver only Assistiert Teilautomatisiert Hochautomatisiert Vollautomatisiert Fahrerlos Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 Folie Nr. 8
Agenda Einleitung und Motivation Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Automatisierung und Vernetzung - Status quo Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Zusammenfassung Folie Nr. 9
Vernetzungsgrad Fahrzeugvernetzung Revolutionäre Entwicklung Automatisierung und Vernetzung Status quo Entwicklungspfade des automatisierten und vernetzten Fahrens Übersicht: Vernetzungs- vs. Automatisierungsgrad Mensch Automatisierungsgrad System Umfassende Vernetzung perfekte Fahrerassistenz durch vollständige Information kooperatives hochautomatisiertes Fahren Schwarm-Fahren Google Car ohne Lenkrad Teilweise Vernetzung z.b. Verkehrsinformation, ecall z.b. Warnung vor Stauende komfortables automatisiertes Fahren durch Vorausschau Keine Vernetzung Oldtimer ACC ACC + Lanekeeping autonomes hochautomatisiertes Fahren Driver only Assistiert Teilautomatisiert Hochautomatisiert Vollautomatisiert Fahrerlos Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 Folie Nr. 10
Automatisierung und Vernetzung Status quo Entwicklungsszenarien und -stufen der Automatisierung ACC / LKA Stauassistent Stauchauffeur Autobahnpilot Autobahn Unterstützung des Fahers bei Längsoder Querführung Übernahme der Längs- und Querführung in Stausituationen Keine dauerhafte Überwachung des Systems erforderlich System kann alle Fahrsituationen auf Autobahnen o. Fahrer bewältigen Fahrerloses Fahrzeug Stadt Parken Einleitung einer Notbremsung im städt. Bereich Einparkassistenz Automatisiertes Lenken, Fahrer betätigt Gas und Bremse Notbremsassistent Kreuzungsassistent Übernahme der Fahrzeugführung bei Kreuzungen Ferngesteuertes Einparken Fahrer überwacht Einparkvorgang über Smartphone Urbaner Stauchauffeur Erweiterung des Stauchauffeurs für urbanen Einsatz Urbanes Robotertaxi Vollständige Übernahme der Fahraufgabe in Städten Automatisiertes Valet-Parken Vollautomatisiertes Parken ohne Fahrer (Privatgelände) Vollständige Übernahme der Fahraufgabe durch das Fahrzeug von Start bis Ziel ; keine Einschränkung hinsichtlich Umgebungsbedingungen Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 Assistiert Teilautomatisiert Hochautomatisiert Vollautomatisiert Fahrerlos Folie Nr. 11
Automatisierung und Vernetzung Status quo Ansätze zur Fahrzeugvernetzung Fahrzeugvernetzung Erweiterung des Wahrnehmungsfelds des Fahrzeugs durch die Kommunikation zwischen: Fahrzeugen untereinander Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern (insb. VRU) Fahrzeugen und Infrastruktur (z.b. Ampelanlagen) Fahrzeugen und Verkehrsleitzentralen Die Fahrzeugvernetzung bietet ein signifikantes Potential zur Erhöhung der Verkehrssicherheit und -effizienz und wird daher die Automatisierung von Fahrzeugen ergänzen Beispielanwendungen: CERM - Testfeld für die Fahrzeugvernetzung Interdisziplinäres Forschungsprojekt an der RWTH Aachen zur Entwicklung und Bewertung von vernetzten Fahrzeugfunktionen in städtischen Umgebungen Aufbau einer modularen Testumgebung für Fahrzeug- Fahrzeug- und Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation: Aufbau von Kommunikationstechnik mit weltweit verfügbaren Kommunikationsstandards Installation einer Vielzahl von WLAN Accesspoints und Road Side Units zur Vernetzung der Verkehrsteilnehmer Aufbau mehrerer Forschungskreuzungen mit variablen und massiven Gebäudeattrappen Flexible Gestaltung des Verkehrsraums Ampelphasen- Assistent Elektronisches Bremslicht Stauendewarnung Kreuzungs- Assistent Datenschutz und Datensicherheit sind zentrale Entwicklungsziele bei der Vernetzung von Fahrzeugen Dienstleistungen und neue Geschäftsmodelle können einen Beitrag zur Finanzierung der notwendigen Infrastruktur leisten Folie Nr. 12
Agenda Einleitung und Motivation Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Automatisierung und Vernetzung - Status quo Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Zusammenfassung Folie Nr. 13
Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Klassifikation von Handlungsfeldern 5 Ebenen Ansatz Gesellschaftliche Ebene Juristische Ebene Hintergrund: Aktuelle und zukünftige Forschungsfelder für automatisierte und vernetzte Fahrzeuge lassen sich den fünf Ebenen Gesellschaft, Legislative, Ökonomische Ebene Ökonomie, Mensch-Maschine-Interaktion und Technik Ebene Mensch Maschine Interaktion Technische Ebene Normung, Standardisierung T E C H N I S C H E S T A N D A R D S Quelle: Prof. Eckstein (ika) Folie Nr. 14 zuordnen. Gegenstand der Forschung sind die zentralen Bestandteile des Verkehrssystems Fahrer Fahrzeug und Umfeld sowie die Wechselwirkungen zwischen diesen Elementen. Das Umfeld deckt sowohl stationäre Objekte (z.b. Verkehrsschilder) als auch dynamische Objekte (z.b. andere Verkehrsteilnehmer) ab.
Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Technische Ebene Ausgewählte Forschungsthemen Fahrzeugführung Trajektorenplanung Entscheidungsfindung Funktionsabsicherung Technische Ebene Nachweis funktion. Sicherheit Normung, Standardisierung HMI-Gestaltung, z.b. Anzeige Systemzustand Multimodale Übernahme Fahrzeug Fahrerzustand und -verfügbarkeit, z.b. Detektion GESELLSCHAFT und Bewertung Fahrer Umfelderkennung und -interpretation, z.b. Sensorfusion T E C H N I S C H E S T A N D A R D S Folie Nr. 15 Umfeld Gestaltung der Infrastruktur, z.b. Physikalisch, d.h. Markierungen etc. Informatorisch, d.h. Kommunikation Hintergrund: Durch die vollständige Automatisierung der Fahraufgabe ergeben sich grundlegend neue Anforderungen an die Funktionsabsicherung Für eine eventuelle Rückübertragung der Fahraufgabe an den Fahrer muss der Fahrerzustand kontinuierlich überwacht werden Die Infrastrukturgestaltung wirkt unterstützend auf die Einführung von automatisierten Fkt. Forschungsaktivitäten und -ergebnisse auf der technischen Ebene haben einen direkten Einfluss auf zukünftige Normen und Standards
Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Mensch-Maschine Interaktion Übergabe der Fahraufgabe Besonderheit von Stufe 3-Systemen: Fahrer ist temporär nicht im Regelkreis und kann Nebenaufgaben ausführen, muss allerdings in einigen Sekunden in der Lage sein die Kontrolle des Fahrzeugs zu übernehmen Zeit bis zur vollständigen Übernahme der Fahraufgabe: Bis zu 10s, abhängig von vielen Faktoren (z.b. Komplexität der Fahraufgabe, Art der Nebentätigkeit, HMI-Gestaltung) Heutige und zukünftige Fahrzeugsensoren können diesen Vorausschauhorizont nicht abdecken, daher muss technisch eigentlich ein Stufe 4-System zugrunde gelegt werden Vielfältiger Forschungsbedarf: z.b. Fahrerzustände und Über nahmebereitschaft, HMI-Gestaltung, zulässige Nebentätigkeiten Fkt.-reichweite Nur spezifische Anwendung Von Start bis Ziel Regelkreis Fahrer im Regelkreis Fahrer temporär nicht im Regelkreis Fahrer n. Teil des RK Fahrerreaktionsz. Ca. 1 Sekunde Einige Sekunden Einige Minuten Keine Reaktion erf. Nebentätigkeit. Keine Bestimmte Alle Rückfallebene Fahrer Automation Driver only Assistiert Teilautomatisiert Hochautomatisiert Vollautomatisiert Fahrerlos Stufe 0 Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 Folie Nr. 16
Agenda Einleitung und Motivation Systematisierung des automatisierten und vernetzten Fahrens Automatisierung und Vernetzung - Status quo Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder Zusammenfassung Folie Nr. 17
Vernetzungsgrad Zusammenfassung Gesellschaftliche Einflussfaktoren Vorausschauende Wandel der Assistenzsysteme Demografie Legislative Einflussfaktoren Reduktion der Mobilität trotz Emissionen gesundheitlicher Einschränkungen Effizientes Nutzen der Technisch Fahrtzeit / Wirtschaftliche Einflussfaktoren Fahrerlebnis Entlastung des Fahrers bei der Fahraufgabe Technologische Entwicklung Effizienz Erhöhung der Wandel der Verkehrseffizienz Kundenbedürfnisse Erreichung der Vision Zero - Ziele Vermeidung menschlicher Fehler Eintritt neue Wettbewerber Fortschreitende Urbanisierung Sicherung des Schutz Wirtschaftsstandort von Fußgängern u. Fahrradfahrern Sicherheit Verbesserung des Rettungsmanagements durch ecall Erschließung neuer Märkte Treiber der Vernetzung und Automatisierung: Gesellschaftliche, legislative, technische und wirtschaftliche Einflüsse fungieren aktuell als Treiber für das automatisierte und vernetzte Fahren Die Automatisierung und Vernetzung von Fahrzeugen kann einen wesentlichen Beitrag zu den drei zentralen Entwicklungszielen Sicherheit, Effizienz und Fahrerlebnis leisten Weltweit sind derzeit in vielen Ländern Aktivitäten von Industrie, Forschung und Gesetzgebung im Bereich Fahrzeugautomatisierung und -vernetzung zu beobachten Umfassende Vernetzung Teilweise Vernetzung Keine Vernetzung Mensch Automatisierungsgrad System perfekte kooperatives Fahrerassistenz Google Car hochautomatisiertes Schwarm-Fahren durch vollständige ohne Lenkrad Fahren Information z.b. komfortables z.b. Verkehrsinformation, Fahren durch automatisiertes Warnung vor Stauende ecall Vorausschau autonomes ACC hochautomatisiertes Oldtimer ACC + Lanekeeping Fahren Teilautomatisierautomatisierautomatisiert Fahrerlos Hoch- Voll- Driver only Assistiert Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 Status quo: Automatisierte Fahrfunktionen werden in Abhängigkeit ihres Automatisierungsgrades in fünf Automatisierungsstufen klassifiziert, wobei aktuell bereits teilautomatisierte Funktionen (Stufe 2) in Serienfahrzeugen verfügbar sind Aktuell werden verschiedene Entwicklungspfade und -szenarien für die Automatisierung verfolgt Die Fahrzeugvernetzung ergänzt die Automatisierung und verfügt über ein hohes Potential zur Erhöhung der Verkehrssicherheit und -effizienz Gesellschaftliche Ebene Juristische Ebene Ökonomische Ebene Ebene Mensch Maschine Interaktion Technische Ebene Normung, Standardisierung T E C H N I S C H E S T A N D A R D S Handlungsfelder: Aktuelle und zukünftige Handlungsfelder für automatisierte und vernetzte Fahrzeuge lassen sich den fünf Ebenen Gesellschaft, Legislative, Ökonomie, Mensch-Maschine-Interaktion und Technik zuordnen Auf technischer Ebene stellt vor allem die Funktionsabsicherung von vollautomatisierten Fahrzeugen neue Anforderungen an die Automobilentwicklung und entsprechende Forschungsaktivitäten Die Entwicklung der erforderlichen Gesetze auf der juristischen Ebene sowie die Etablierung einer gesellschaftlichen Akzeptanz sind zwingende Voraussetzungen für das automatisierte Fahren Folie Nr. 18
Kontakt Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Burkard Institut für Kraftfahrzeuge RWTH Aachen University Steinbachstraße 7 52074 Aachen Telefon Fax +49 241 80 25623 +49 241 80 22147 E-Mail burkard@fka.de Internet www.ika.rwth-aachen.de Folie Nr. 19