Die Herausforderungen beim
hochautomatisierten Fahren


Spricht man über die Zukunft des Autos, dann kommt man am automatisierten und vernetzten Fahren nicht vorbei. Nachdem die Generation der heutigen Fahrerassistenzsysteme wie Abstandstempomat, Spurhalteassistent oder automatische Notbremse im Markt etabliert sind und deren Wirksamkeit klar nachgewiesen ist, ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis auch hochautomatisierte Fahrzeuge (HAF) außerhalb des Testbetriebs mit Serienfunktionen unterwegs sind.

Auf dem Weg zum vollautomatisierten Fahren muss das Kundenvertrauen gestärkt werden

Mit dieser fortschreitenden Entwicklung rückt der Mensch sinnbildlich zunehmend in die Rolle des Beifahrers. Dieser nimmt das dynamische Verhalten beim Beschleunigen, Bremsen und Spurwechseln anders wahr, als wenn er selbst fahren würde. Fährt das Fahrzeug in Teilen automatisiert, treten Komfort und Sicherheitsempfinden noch stärker in den Vordergrund. Dies geht mit einer Reduzierung der längs- und querdynamischen Vorgänge einher, die für den Fahrzeuginsassen als angenehm eingestuft werden. Die empfundene Kritikalität ist weiterhin stark abhängig vom Situationsbewusstsein – also beeinflusst davon, ob der Mensch im teilautomatisierten Modus die Überwachungsaufgabe noch dauerhaft wahrnimmt oder sich beim hochautomatisierten Betrieb Nebenaufgaben widmen darf. Auf dem Weg zum vollautomatisierten Fahren muss das Kundenvertrauen erst noch gestärkt werden. Es ist unerlässlich, dass die Systeme fehlerfrei arbeiten und dem Kunden ein nachvollziehbares Systemverhalten dargestellt wird.

Die System-Komplexität nimmt zu

Neben diesen subjektiven Aspekten der Nutzerakzeptanz liegt eine der größten technischen Herausforderungen in der Beherrschung der zunehmenden System-Komplexität, besonders im Hinblick auf die zuverlässige Situationserfassung und Car2X-Kommunikation, den erforderlichen Redundanzen in Hard- und Software, an die sich wiederum Fragen der Funktionalen Sicherheit und Gebrauchssicherheit knüpfen. Eine entscheidende Rolle wird die Verlagerung des enormen Testaufwands in die frühe virtuelle Entwicklungsphase spielen sowie die Definition von repräsentativen, international standardisierten Testverfahren für die Homologation und Straßenzulassung der hochautomatisierten Fahrzeuge.

Test Vehicle for Intelligent Automation and Monitoring Systems „TIAMO“

Intelligentes Fahrzeug und Vernetztes Fahren

Das Institut für Fahrzeugtechnik (IfF) der Technischen Universität Braunschweig beschäftigt sich im Rahmen seiner Forschungsaktivitäten mit einer Vielzahl dieser komplexen Fragestellungen. Es agiert dabei in verantwortlicher Rolle für das Forschungsfeld „Intelligentes Fahrzeug und Vernetztes Fahren“ im Niedersächsischen Forschungszentrum Fahrzeugtechnik (NFF) in enger Zusammenarbeit mit weiteren Instituten und internationalen Partnern der Automobil- und Zulieferindustrie. Um effektive F&E-Methoden in die Praxis zu überführen, hat das IfF unter anderem eine effiziente Toolkette zur Entwicklung und Erprobung automatisierter Fahrfunktionen aufgebaut. In dem Zusammenhang werden diverse HAF-Versuchsfahrzeuge eingesetzt, wie das „Test Vehicle for Intelligent Automation and Monitoring Systems“ TIAMO (Abbildung 1), das mit Laserscannersensorik und hochgenauer Positionierungstechnologie ausgestattet ist, um Fahrsituationen im realen Verkehrsgeschehen zu erfassen und in den virtuellen Absicherungsprozess zu integrieren.

Der Dynamic Vehicle Road Simulator „DVRS“

Der „Dynamic Vehicle Road Simulator“

Aus diesen Referenzdaten werden automatisiert Szenarien für den „Dynamic Vehicle Road Simulator“ DVRS (Abbildung 2) erzeugt, um HAF-Funktionen auf Basis realer Problemstellungen gefahrlos zu optimieren. Ein großes Thema sind die Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie Benutzerfreundlichkeit und Gebrauchssicherheit. Die aktuellen Systeme können bereits viel mehr als es der Mehrheit der Fahrer bewusst ist. Einen wichtigen Einsatz findet der DVRS daher derzeit in breit angelegten Kundenstudien zur Gestaltung von Bedienund Anzeigekonzepten, die in jedem Situationskontext eine eindeutige Übergabe / Übernahme der Verantwortung zwischen „menschlichem“ und automatisiertem Fahrmodus gewährleisten.

Performance von Regelfunktionen und Aktuatorkonzepten

Eng verbunden mit der traditionellen Expertise im Fahrwerkbereich wird die Performance von Regelfunktionen und Aktuatorkonzepten adressiert, die zur automatisierten Längs- und Querführung des Fahrzeuges eingesetzt werden. Hier wird wiederum auf die Fahrzeuge der eigenen HAF-Flotte zurückgegriffen. Durch die IfFMethode der Objektivierung werden die subjektiv wahrgenommenen „Grenzkurven“ in Beziehung zu den fahrdynamischen Kennparametern gesetzt und bilden Grundlage zur Optimierung der Lenk- und Bremsregelstrategien. Gleichzeitig profitieren komfortorientierte Systeme wie das Adaptive Cruise Control (ACC) insbesondere von verbesserten Algorithmen zur Objektprädiktion, um die Charakteristik zukünftiger hochautomatisierter Fahrzeuge der eines erfahrenen „idealen Chauffeurs“ gleichzusetzen. Durch die Erweiterung des Prädiktionshorizontes werden auf die eigene Spur einscherende Fahrzeuge bis zu drei Sekunden früher erkannt, was beispielsweise bei kritischen Situationen mit LKW zu einer Entschärfung des Abstandes um etwa 75 Meter entspricht.

Positive Perspektiven und Chancen für die Mobilität von morgen

Im Einklang mit den Beispielen der kundenrelevanten und technischen Fragen geht als abschließender dritter Gesichtspunkt der gesetzliche Framework einher, wobei ein Schlüsselfaktor in der Festlegung von Standards für die Homologation neuartiger höherautomatisierter Fahrfunktionen liegt. Greifbar nahes Beispiel sind die Ausprägungen automatisch geregelter Lenkfunktionen für HAFApplikationen auf Autobahnen, die sich zwischen kontinuierlichem Spurhalten und automatischen Spurwechseln klassifizieren. Im Verbund breit angelegter öffentlicher Förderprojekte mit Konsortialpartnern aus Forschung, Industrie und Straßenverwaltung erarbeitet das IfF entsprechende Testfälle und Definitionen zur Evaluation des Gesamtsystems.
Zweifelsfrei gehen mit den positiven Perspektiven und Chancen für die Mobilität von morgen noch zahlreiche spannende Herausforderungen einher. Als Mitglied eines interdisziplinären universitären Forschungszentrums sind wir hochmotiviert, an der Umsetzung des hochautomatisierten Fahrens – eine der großen politischen und strategischen Zielstellungen der Automobilwirtschaft in Deutschland – mitzuwirken.

Dr.-Ing. Roman Henze

Autor dieses Beitrags ist Dr.-Ing. Roman Henze, Fahrzeugdynamik & Aktive Systeme, Institut für Fahrzeugtechnik TU Braunschweig, Forschungsfeld Intelligentes Fahrzeug und Vernetztes Fahren am NFF


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