Automatisiertes und vernetztes Fahren
Sascha Knake-Langhorst
Institut für Verkehrssystemtechnik (TS)
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DLR im Überblick
Forschungseinrichtung, Raumfahrt-Agentur und Projektträger
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft
Luftfahrt / Raumfahrt / Energie / Verkehr
Sicherheit / Digitalisierung
Circa 8.650 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in mehr als 47 Instituten/Einrichtungen an 26 Standorten in Deutschland
Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington
Neustrelitz
Berlin
Cottbus
Zittau
Stade Hamburg
Bremerhaven
Oldenburg
Stuttgart
Bremen
Trauen
Jena
Braunschweig Cochstedt
Lampoldshausen
Ulm Augsburg
Oberpfaffenhofen
Jülich
Weilheim
Hannover
Bonn
KölnDresden
Göttingen
Rhein-Sieg-Kreis
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DLR Institut für Verkehrssystemtechnik (TS)Schwerpunkte – Struktur
Automotive Bahnsysteme ÖPNV & intermodale Mobilität
Verkehrs-management
Systemarchitekturen
Datenerfassung und Informationsgewinnung
Human Factors
Fahrzeugfunktionsentwicklung
Systemfunktionsentwicklung
Bewertung des Verkehrs
Testen
Tech
no
log
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Branchen
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Mobilität der Zukunft – ein kurzer Blick in die VergangenheitLuftfahrt trifft Automotive – GM's Motorama exhibit in 1956 …
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Automatisiertes und vernetztes Fahren – z.B. MAVEN
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Digitalisierung des Verkehrssystems als wichtiger Treiber (1/2)
Abbildung: acatech
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Digitalisierung des Verkehrssystems als wichtiger Treiber (2/2)
Physische Assets werden (auch) zu digitalen Assets → Service-Orientierung → Service-Ökosysteme
Vernetzung wird zur Grundlage vieler Funktionen → Internet of Things (IoT) / Cyber-Physical Systems
Es entsteht ein neuer Layer in Verkehrssystemen
überdeckt etablierte und i.Allg. durch physische Instanzen geprägte Systeme
neuartige Funktionszusammenhänge sind abbildbar → z.B. kooperative Systemverbünde basierend auf smarten bzw. automatisierten Systemen
ermöglicht den agilen Aufbau neuer Systemverbündemit potenziell innovativen Teilfunktionen bzw. Funktionen
stimuliert neue Geschäftsmodelle
etc.
Abbildung: VDA
Plan
Smart System
Data
Infor-mation
Know-ledge
Functions
Skills
Expertise
Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (1/4)
Teilherausforderungen der Automatisierung & Stufen der Automatisierung
Situationserfassung
Interpretieren | Antizipieren/Prädizieren → Verstehen
Handlungsplanung
Handlungsausführung und Online-Absicherung
Bewertung und ggf. Adaption
Interaktion
Technische Einbettung in Gesamtsystem
Einbettung in Geschäftsmodelle
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Missionsebene
strategische Ebene(Navigation)
taktische Ebene(Manöver-/Trajektorienplanung)
reaktive Ebene(Regelung)
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (2/4)
“Begleiterscheinungen“ – Künstliche Intelligenz & Maschinelles Lernen
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Trennung von Hard- und Software
Reduktion der Anzahl von Steuergeräten/OBUs → neue Generation von Steuergeräten
Konventionelle Softwarebausteine und KI-basierte Funktionen
Over-the-Air Software-Updates / Continuous Integration
Neue Basisfunktionen in Fahrzeugen
Funktionsrepositories (Fahrzeuge/Hintergrundsysteme) Diensteorientierung → verteilte Funktionen Orchestrierung von Diensten u. dynamische Re-Orchestrierung Physische/virtuelle Redundanz in Hard- u. Software Ausführungsumgebungen (insbes. Monitoring/Diagnose) Sichere Vernetzung u. Blockchain
Nutzung zeitgemäßer Programmierparadigmen und modell-basierte Software- bzw. Systementwicklung
Digital Twins – u.a. modell- und simulationsbasiertes Entwickeln und Testen Advanced Chassis
Vehicle OS
Generic Driving Functions
Specialized Driving/Cooperation Funct. & Interf.
Dia
gno
sis
& M
ana
gem
ent
Mobility Provider
Content Provider / 3rd-Party Services / Mobility Services
Purpose-/Business-Oriented Cabin
Owner / Fleet Operator
Generic Cooperation Functions
Purpose-/Business-Oriented Funct. & Interf.
Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (3/4)
“Begleiterscheinungen“
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (4/4)
Einführungsstrategie
Automatisierte Fahrzeuge – Automatisierungsstufen und Vorgehen zur Umsetzung → evolutionäres Vorgehen vs. 1-Shot-Ansatz
Evolutionäres Vorgehen → zielt i.Allg. auf sukzessive wachsenden Funktionsumfang in allen Bereichen mit vergleichbaren Verkehrssituationen bzw. Rahmen-bedingungen (z.B. Autobahn-Chauffeur = Autobahn-Chauffeur auf allen Autobahnen in Europa bzw. Weltweit)
1-Shot-Vorgehen →
zielt i.Allg. aufvollen notwendigen
Funktionsumfang in ausgewählten Bereichen (z.B.
Robot-Taxi = Robot-Taxi
in Los Angeles)
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Prototypen & Piloten Standortbestimmung
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (1/3)
Standortbestimmung – Handlungsfelder → Kriterien / Gütemaße / Güteniveaus
Allgemein akzeptierte Kriterien zur Bewertung der Qualität und Leistungsfähigkeit automatisierter Fahrzeugen fehlen
Festlegung allgemein akzeptierter Güteniveaus notwendig
Anzahl der im Straßenverkehr Getöteten – vgl. Statistisches Bundesamt (2017)Jährliche Gesamtfahrleistung – vgl. Kraftfahrtbundesamt (2017)
Berücksichtige: Gesamtfahrleistung der in Deutschland registrierten Kraftfahrzeuge lag in 2016 bei über 725 Milliarden Kilometern.
Wie gut ist gut genug?
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (2/3)
Standortbestimmung – Handlungsfelder → Methodik / Werkzeuge
Etablierte Methoden und Werkzeuge für Test und Freigabe sind für die Anwendung auf automatisierte Fahrzeuge unzureichend und insbesondere zeit-/kostenintensiv
Wie können Qualität und
Leistungsfähigkeit zuverlässig
nachgewiesen werden?
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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (3/3)
Zielvorstellung und Herangehensweise – z.B. im Projekt PEGASUS
Szenario-basierter Ansatz zum Nachweis der Qualität und Leistungsfähigkeit automatisierter Fahrfunktionen
Was leistet der Mensch in welcher Qualität?
Was leistet die Technik in welcher Qualität?
Ist das Qualitäts- und Leistungsniveau akzeptiert?
Kriterien, Maße und Niveaus?
Szenario-Analyse, Kriterien, Gütemaße und Güteniveaus
Welche Werkzeuge bzw. Werkzeugketten werden benötigt?
Wie sehen Methoden und Prozesse zur Werkzeug-anwendung aus?
Methodenentwicklung, Werk-zeugaufbau und Integration
Wie kann eine Vollständigkeit aus (exemplarischen) Test-läufen argumentiert werden?
Kriterien, Maße und Niveaus?
Was muss in welchem Umfang wo getestet werden?
(formale Methoden)
Simulation
Labore & Prüfstände
Prüfgelände
Feldtests
Exemplarische Anwendung und kritische Reflexion
Ist ein vorgeschlagenes Konzept/Vorgehen tragfähig?
Wie kann eine Umsetzung in der Praxis aussehen?
Einbettung in Werkzeugketten der Praxis
PEGASUS = Projekt zur Etablierung von generell akzeptierten Gütekriterien, Werkzeugen und Methoden sowie Szenarien und Situationen zur Freigabe hochautomatisierter Fahrfunktionen
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Digitale Testfelder – u.a. für automatisiertes und vernetztes Fahren
Testfelder auf Autobahnen und in Räumen mit urbaner Prägung inklusive Land- und Bundesstraßen
Digitales Testfeld Autobahn (A9)
Berlin (SAFARI | Diginet-PS) Braunschweig (AIM) Dresden Düsseldorf Hamburg Ingolstadt Kassel München
Testfeld Niedersachsen (insbesondere A2, A7, A39, A395)
Frankfurt (insbesondere DRIVE-Testfeld) Länderverbindendes Testfeld Deutschland | Frankreich | Luxemburg
Weitere Aktivitäten u.a. in Friedrichshafen, Merzig, Karlsruhe, Aachen etc.
n Aachen
n München
Berlinn
Düsseldorf n
Braunschweign
Ingolstadtn
n Hamburg
Deutschland
Luxemburgn IT MerzigFrankreich
Karlsruhen
n Dresden
Testfeld Niedersachsen
n Kassel
Digitales Testfeld Autobahn
AIM = Anwendungsplattform für Intelligente Mobilität
n Frankfurt
n
n Friedrichshafen
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20142019 … 2029Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen
Integrierte Nutzung verschiedener Werkzeuge – Aufbau von Werkzeugketten (1/2)
Circa 280 km verschiedener Straßentypen mit Schwerpunkt auf Autobahnen erweitern AIM. Technische Bausteine des Testfeldes Niedersachsen basieren auf etablierten Lösungen aus AIM.
Erfassungstechnik – anonymisierte Erfassung von Verkehrsobjekten und deren Trajektorien → Ground Truth
Kommunikationstechnik – Car2X über WiFi 802.11p und Mobilfunk
Karten – hochgenau und aktuell für Simulationen und Fahrzeuge
Szenarien und Modelle – Parametrisierungen und Teilmodelle zum Aufbau ökologisch valider Simulationen
Schnittstellen zur Signal- und Erfassungstechnik und zu Informationssystemen – Anbindung an Verkehrsleittechnik bzw. Verkehrsmanagement
Hintergrundsysteme – Datenmanagement und Bereitstellung von Online-Diensten
Kataster zum Testfeldzustand – Dokumentation der Testfeldqualität
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20142019 … 2029Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen
Integrierte Nutzung verschiedener Werkzeuge – Aufbau von Werkzeugketten (2/2)
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Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen – Anwendungssituationen
Exploration
Machbarkeit | Lösungsfindung und Synthese | Exploration
Verifikation und Validierung | Integrationsfähigkeit
Standardisierung | Systemmigration
Information | Kommunikation
• Verschiedene Klassen – u.a.
• Anforderungsermittlung / Systemverstehen
• Funktionskonzeption• Funktionsentwicklung• Funktionsdemonstration
• Erprobung • Test • Wirkung • Akzeptanz
• Aufbau von Referenzimplementierungen und Piloten
• Information (Politik / Gesellschaft)
200920142024
20142019 … 2029
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Danke für die Aufmerksamkeit …
Kontakt
Sascha Knake-LanghorstLilienthalplatz 738108 Braunschweig
Sicherstellung der Verfügbarkeit/Leistung von Kommunikationstechnologien sowie bedarfsgerechte Allokation
Schaffung geeigneter Infrastruktur
Teilnehmerzahl und notwendige Bandbreite ermöglichen – Übertragung von Datenpaketen mit garantierter Übertragungsqualität (insbesondere bei geringen Latenzzeiten)
Grundlage für
zuverlässige Ausführung verteilter Funktionen bzw. Dienste
positive User-Experience
Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (1/3)
Abbildung: ADAC (Car2X, 2018)
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Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (2/3)
2019 2021 2023 2025 2027
rural / interurban
urban
2030
5G
ITS G5 (802.11p) / C-V2X
ITS G5 (802.11p) / C-V2X
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2019 2021 2023 2025 2027
rural / interurban
urban
2030
5G
ITS G5 (802.11p) / C-V2X
ITS G5 (802.11p) / C-V2X
eCallab 3G
GLOSAab 3G/4G;Digitaler Knoten ab 5G
GLOSA → Digitaler Knoten
L3-AFab 4G
bedarfsorientierte Mobilitätsangeboteab 3G
L3-“Shuttle“ab 4G
Platooningab 4G L4/5-AF
ab 4G/5G
L4/5-Shuttleab 4G/5G
CITSab 3G
Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (3/3)
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> Autonomes Fahren > Sascha Knake-Langhorst • PTB Vollversammlung M&E > 21.11.2019DLR.de • Folie 24
Kann eine umfassende Modernisierung des Verkehrssystems klappen?! → integriertes Denken und Handeln notwendig …
Es funktioniert, wenn ...
Technologien existieren
Involviertheit der Nutzer/Stakeholder hergestellt ist
Notwendigkeit zur Handlung und Handlungswille besteht → Akzeptanz
Integrationsfähigkeit von Einzellösungen in Gesamtsystemzusammen-hänge gewährleistet ist
Technologien am Markt verfügbar sind → Industrialisierbarkeit
Betreiberkonzepte existieren → Finanzierung (Grundinvestition ... Betrieb)
Migrationspfade definiert und bzgl. Umsetzbarkeit kritisch reflektiert sind
Abbildung: acatech
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