10. Uni-DAS e.V. Workshop Fahrerassistenz: 28.09.2015 bis 30.09.2015
Im September 2015 fand der 10. Uni-DAS e.V. Workshop Fahrerassistenz in Walting (Altmühltal) statt. Wie bei den vergangenen Workshops wurden neuste Konzepte und Entwicklungen im Bereich der Fahrerassistenzsysteme vorgestellt und diskutiert. Die Kernthemen der Fachvorträge umfassten die Bereiche:
- Absicherungsmethoden
- Assistenzfunktionen
- Der Mensch im FAS
- Manöver- und Fussgängerprädiktion
- Trajektorienplanung
- Standardisierung
In einem Gastvortrag referierte Prof. Dr. Hilgendorf von der Universität Würzburg zum Thema "Automatisches Fahren aus Rechtlicher Sicht".
Im Workshopteil wurden in mehreren Kleingruppen zwei verschiedene Einführungsstrategien für automatische Fahrfunktionen diskutiert.
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Organisation
Prof. Dr.-Ing. Christoph Stiller
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Mess- und Regelungstechnik
Engler-Bunte-Reng 21
D–76131 Karlsruhe
Veröffentlichungen beim Workshop
Auf dem Workshop Fahrerassistenz 2015 werden erstmals die Einzelveröffentlichungen beim Workshop aufgelistet.
Folgende Beiträge wurden bei diesem Workshop veröffentlicht:
P. Bender, C. Stiller:
Trajektorienplanung: Manöveridentifikation anhand der Topologie des Freiraums
Zusammenfassung: Im Bereich der Trajektorienplanung sind lokale Optimierungsverfahren bekannt, die unter Ausnutzung der Ableitung einer Zielfunktion sehr schnell zum der Initialisierung nächstgelegenen Minimum konvergieren. Für komplexere Fahrsituationen – wie das Überholen im Gegenverkehr – ist aber nicht ausgeschlossen, dass eine bessere Lösung sehr weit von der Initialisierung entfernt liegt und diese aufgrund der Lokalität nicht gefunden wird. Dieses Problem ist Gegenstand des vorliegenden Beitrags. Wir schlagen ein Verfahren vor, um den Planungsraum so zu segmentieren, dass für jede mögliche Lösungsklasse eine Initialisierung gefunden werden kann. Das Verfahren beruht auf topologischen, graphentheoretischen und geometrischen Grundlagen. Anschließend wird mit jeder dieser Initialisierungen eine lokale, kontinuierliche Optimierung durchgeführt; hierfür gelten die gleichen Konvergenzregeln wie für jedes andere lokale Verfahren. Die so gefundenen Lösungsklassen (wir sagen: Manövervarianten) sind intuitiv plausibel und lassen sich sehr leicht im alltäglichen Straßenverkehr wiederfinden.
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Zusammenfassung: Das vollautomatisierte BMW Valet Parking System navigiert das Fahrzeug ohne Fahrer durch ein Parkhaus und führt selbst ̈andig Ein- sowie Ausparkmanöver durch. Mit einer Smartwatch lässt sich die auf der Consumer Electronis Show 2015 in Las Vegas gezeigte Funktion aktivieren, woraufhin das Fahrzeug selbst ̈andig durch das Parkhaus fährt und den Fahrer abholt. Eine besondere Herausforderung lag in der Entwicklung einer hierarchischen Planungsarchitektur, die das Fahrzeug robust, sicher und komfortabel durch beliebig strukturierte Umgebungen navigieren sowie komplexe Ein- und Ausparkmanover ausführen kann. Dieser Beitrag stellt das Gesamtsystem vor und setzt den Fokus auf die entwickelte Planungsarchitektur.
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Zusammenfassung: In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus zur Generierung optimaler Trajektorien für die Fahrzeugquerbewegung entlang einer Referenzkurve vorgestellt. Durch eine lineare, zeitvariante, modellprädiktive Problemformulierung entsteht in jedem Zeitschritt ein quadratisches Optimierungsproblem mit linearen Nebenbedingungen, das von Mikrocontrollern im Millisekundenbereich gelöst werden kann. Aus der gewählten Kombination aus einer linearen Systemmodellierung und einem quadratischen Gütekriterium ergeben sich zwei entscheidende Vorteile. Erstens: Nebenbedingungen können in großer Anzahl einfach integriert werden, sodass sowohl Kollisionen mit statischen und dynamischen Hindernissen vermieden werden können als auch Aspekte natürlichen Fahrverhaltens Berücksichtigung finden. Zweitens: Das Lösen des Optimierungsproblems kann sehr effizient mittels Standard-QP-Solvern erfolgen, sodass eine hohe Neuplanungsfrequenz erzielt werden kann. Des Weiteren ist es durch die gewählte Problemformulierung möglich, Referenzkurven komfortabel zu folgen, die durch große Krümmungen und einen unstetigen Krümmungsverlauf charakterisiert sind. Diese Eigenschaften machen den vorgestellten Algorithmus für unterschiedliche Verkehrsszenarien vielseitig einsetzbar, was durch praktische Fahrversuche belegt wird.
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Zusammenfassung: Dieser Beitrag beschreibt ein Fahrerassistenzsystem zur Vermeidung von Fußgängerunfällen. Zusätzlich zu den bereits in Serie verfügbaren Reaktionsmustern – also insbesondere einer automatischen Vollbremsung – unterstützt es den Fahrer während eines Ausweichmanövers um den Fußgänger herum. Mittels einer Front-Stereo-Kamera werden Fußgänger erkannt und deren Position und Geschwindigkeit gemessen. Darüber hinaus können der zum Ausweichen verfügbare Freiraum sowie andere Verkehrsteilnehmer, wie z.B. Gegenverkehr, welche die Ausweichmöglichkeiten weiter einschränken, erkannt werden. Über zusätzliche Seitensensorik wird außerdem parallel fahrender Verkehr erfasst. Basierend auf dem erkannten Freiraum sowie einer Prädiktion des Fußgängers und der weiteren relevanten Verkehrsteilnehmer wird durch Lösen eines Optimierungsproblems eine Ausweichtrajektorie geplant. Reagiert der Fahrer am Lenkrad durch eine Ausweichbewegung, so wird die Ausweichunterstützung aktiviert und der Fahrer durch Überlagerung von Lenkmomenten während des Ausweichmanövers auf einer optimalen Ausweichtrajektorie stabilisiert. Das beschriebene System wurde in einem Versuchsfahrzeug implementiert und dessen Wirksamkeit in einer Probandenstudie evaluiert.
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Zusammenfassung: Der Beitrag stellt ein Verfahren zur Trajektorienplanung vor, das basierend auf einem beliebigen Fahrzeugmodell ohne Approximierung der Zustandsübergänge auskommt und so eine präzise Planung erm ̈oglicht. Hierzu wird ein Optimalsteuerungsproblem formuliert, welches die kontinuierliche Überwachung von Nebenbedingungen gestattet. Um die Lösung des Problems in Echtzeit, es wird eine Zykluszeit von 20 ms angenommen, zu ermöglichen, wird eine Methodik vorgestellt, die die Dimension des Problems im Vergleich zu bisherigen Lösungen reduziert und die benötigte Zeit somit minimiert. Nach der Einführung dieser Methodik werden Details zu den konkreten Nebenbedingungen und der Kostenfunktion gegeben. Der Beitrag schließt mit der Vorstellung bisheriger Ergebnisse sowie einem Ausblick auf zukünftige Arbeiten.
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Abstract: Planning save and comfortable trajectories is an essential part of highly automated driving. Asserting that all planned trajectories are collision-free is of utmost importance for this task. Many motion planning concepts require the evaluation of a large number of vehicle poses which is a limiting factor for their performance. For this reason, this contribution introduces a novel approach which allows efficient collision checks through an obstacle grid which comprises static and dynamic obstacles and is defined in Frenet coordinates. The approach uses a compact representation of the configuration space which can be employed to reduce collision checks to simple lookup operations. The presented Frenet obstacle grid is evaluated in simulation as well as online in the highly automated experimental vehicle of Ulm University.
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Zusammenfassung: Ziel dieser Feldstudie war die Untersuchung der Bereitschaft zur Durchführung fahrfremder Tätigkeiten mit unterschiedlichen Graden der Fahrzeugautomatisierung. N = 32 Fahrer verschiedener Altersgruppen mit und ohne vorherige ACC-Erfahrung absolvierten Testfahrten im Berufsverkehr auf einer Autobahnstrecke und wurden entweder durch ACC, ACC mit Lenkunterstützung (ACC+SA) oder nicht unterstützt (Baseline). Während subjektive und objektive Fahrsicherheit nicht durch den Grad der Automatisierung beeinflusst wurden, führten Probanden, die bereits mit ACC vertraut waren, in assistierten Fahrten häufiger eine im Fahrzeug installierte Smartphoneaufgabe aus als in nicht-assistierten Fahrten. Die Ergebnisse des Feldexperiments validieren Erkenntnisse aus stärker kontrollierten Forschungsumgebungen und erweitern diese auf das teilautomatisierte Fahren.
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Zusammenfassung: Während die Unfallzahlen stetig sinken, bleibt die Zahl verletzter Fußganger im Straßenverkehr nahezu konstant. Um dem aktivem Fußgangerschutz entgegenzuwirken, ist eine Pradiktion unerlässlich. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur dynamik- und umfeldbasierten Präditkion vorgestellt. Hierfür werden Ziele als latente Variablen eingeführt, zudenen mithilfe eines Bewegungsmodells eine Pfadverteilung geplant wird. Ein Partikelfilter übernimmt die Verwaltung der Ziele. Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung der Prädiktion gegenüber reinen Dynamikmodellen wie etwa einem Kalman-Filter.
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Zusammenfassung:Zusammenfassung: Kollisionswarnsysteme für den Einsatz an innerstädtischen Knotenpunkten unterliegen allgemein der Problematik der unbekannten Fahrerhandlung. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die das vom Fahrer beabsichtigte Manöver anhand des Ausschlusses alternativer Manöver prädiziert. Vorteile dieser Vorgehensweise sind die Unabhängigkeit von der Qualität der Ortung und der Detaillierung des genutzten Kartenmaterials. Die mit dem gewählten Ansatz erreichbare Prädiktionsqualität wird anhand der Messdaten einer Probandenstudie im realen Straßenverkehr evaluiert und die Detektionsqualität analysiert.
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Abstract: Trajectory planning for automated driving has recently seen a shift from highly discrete models towards continuous models related to the calculus of variations. These allow intuitive, elegant and flexible formulations, however, a major challenge of these models lies in finding their optima. Current iterative solvers are prone to terminating in local optima, being sensitive to initial parameters, violating constraints and exceeding real-time restrictions. A possible solution is presented in [1], where such variational models are transformed into Hidden Markov Models (which provide global optimization) while retaining the original optimization goals. This paper evaluates the necessity of such global optimization by comparing local and global approaches on several realistic traffic scenarios.
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Zusammenfassung: Im Bereich der aktiven Sicherheit werden in Förderprojekten wie UR:BAN (Lehsing et al. 2013) Fahrerassistenzsysteme entwickelt, die bestehende Notbremssysteme um Eingriffe in die Querführung (Kollisionsvermeidung durch Ausweichen und Bremsen, KAB) erweitern. Parallel zum Entwicklungsprozess müssen Methoden für die Bewertung der Kontrollierbarkeit solcher Systeme bereitgestellt werden. Mit dem VIL existiert eine Prüfumgebung im Schnittfeld von Realfahrzeug und Simulation, die neue methodische Zugänge für Beherrschbarkeitsfragen liefert (Berg und Färber 2015). In diesem Beitrag werden exemplarisch Fragen zur Kontrollierbarkeit der KAB-Systeme aufgegriffen und mit der VIL-Methode evaluiert.
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Zusammenfassung: Der Test und die Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen stellen hohen Anforderungen an die Testmethoden, welche nicht mehr allein durch reale Testfahrten abgedeckt werden können. Eine Ergänzung zu diesen Realtests stellen Simulationen dar, die mittels verschiedener X-in-the-Loop Verfahren durchgeführt werden. Es fehlt jedoch eine Methode, um die Testfalle systematisch den X-in-the-Loop Verfahren zuzuordnen. In diesem Beitrag wird eine Methode für die Zuordnung anhand von Gütekriterien vorgestellt. Dazu werden zunachst Dimensionen für die Klassifikation der X-in-the-Loop Verfahren entwickelt. Anschließend werden die Verfahren anhand dieser Dimensionen in Kiviat-Diagrammen klassifiziert. Abschließend wird ein Testfall exemplarisch durch die entwickelte Methode einem Verfahren systematisch zugeordnet.
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Zusammenfassung: Rechtzeitige und adäquate Lenkreaktionen haben das Potenzial, eine Vielzahl von Unfällen im Straßenverkehr zu verhindern. So könnten beispielsweise Fahrerassistenzsysteme im Bereich der aktiven Sicherheit mittels Ausweichempfehlungen dazu beitragen, die Sicherheit zu erhöhen. In vier Szenarien wurde auf einer Teststrecke die Wirksamkeit eines Lenkradmoments bzw. einer einseitigen Bremsung als Ausweichempfehlung in Kombination mit einer Teilverzögerung beim Notausweichen mit geringem Querversatz getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ausweichempfehlungen in den untersuchten Szenarien zwar keinen signifikanten Vorteil bieten, aber tendenziell einen positiven Einfluss ausüben. Bei belegtem Gegenfahrstreifen oder einer unberechtigten Systemauslösung erweisen sich die getesteten Systemeingriffe weitgehend als beherrschbar.
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Abstract: Autonomous cars can offer numerous services to its users, one is fully autonomous parking. There are different challenges involved in autonomous parking on parking spaces such as efficient path planning under constraints or limited sensing of today’s cars. In this paper, we present a path planning approach for automated car parking in unstructured environments. Our system is able to find paths without imposing additional restrictions on either the environment, the final parking position, the number of direction switches, nor the length of the path. Our method consists of a lattice grid search, which yields kinematically-feasible paths and a subsequent optimization step to obtain a dynamically-desirable solution. The main contribution of this paper is in the construction of edges for the grid search through Dubins Curves. We implemented and throughly tested our system both in simulation and on a real Mercedes-Benz E-Class instrumented for automated driving. The parking solutions are found quickly and allow for an accurate execution so that parking is possible for small- and medium-sized parking lots. We believe that this paper is a viable approach towards fully automated parking.
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Abstract: A reliable confidence measure for the localization of road vehicles is a crucial requirement to enable highly automated driving with an inherent self-awareness of its robustness and capabilities. Therefore, the present contribution introduces a novel approach to estimate not only the spatial uncertainty of a feature-based localization algorithm but also an associated confidence measure. The methodology makes use of Random Finite Sets to model and quantitatively describe the (expected) difference between a given map of landmarks and a set of corresponding online measurements. Based on a probabilistic representation of the two sets, the above-mentioned confidence measure is derived. Simulation results based on a Monte-Carlo localization framework are provided.
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Zusammenfassung: Für die Entwicklung und den Test von funktionalen Modulen eines automatisierten Fahrzeugs bedarf es der Festlegung von einheitlichen Schnittstellen. Während es auf Seiten der Wahrnehmung bereits etablierte Schnittstellen wie Objektlisten, Punktwolken oder Belegungsgitter gibt, sind diese in den nachfolgenden Modulen der Kontextmodellierung und Verhaltensplanung noch nicht einheitlich spezifiziert. Für die Autoren ist eine Szene die zentrale Schnittstelle zwischen Wahrnehmung und Verhaltensplanung. Innerhalb der Verhaltensplanung ist die Situation eine zentrale Schnittstelle. Ein Szenario wird oft zur funktionalen Beschreibung eines Systems oder zur Spezifikation von Testf ̈allen verwendet. Häufig sind diese Begriffe jedoch nicht eindeutig oder inkonsistent definiert. Zur Klärung der Begriffe werden in diesem Beitrag existierende Definitionen zusammengefasst und für jeden Begriff eine konsistente Definition und eine Beschreibung der Bestandteile einer möglichen Implementierung vorgeschlagen.
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Abstract: Highly automated vehicles being a new technology in public traffic have to fulfill the demanding safety requirements resulting from human driving. To assess automated systems in means of safety a new runtime validation method the “Virtual Assessment of Automation in Field Operation” is introduced. Potential benefits like reliable test case generation, minimal additional risk and enlarged test case coverage are motivated.
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