Untersuchungen zur Anwendbarkeit automatischer Notbremssysteme für Motorräder

Im Pkw- und Lkw-Bereich sind schon seit vielen Jahren Assistenzsysteme im Einsatz, die in Notfallsituationen eingreifen und damit zu einer Verbesserung der Fahrzeugsicherheit beitragen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind automatische Notbremsassistenten. Diese gehören bei vielen Fahrzeugen bereits zur Serienausstattung bzw. sind für Lkw sogar gesetzlich vorgeschrieben. Obwohl Motorradfahrer einen großen Anteil an den im Straßenverkehr getöteten und schwer verletzten Personen haben, sind in diesem Bereich in Notfallsituationen aktiv eingreifende Systeme bislang nicht verfügbar. Ein Grund hierfür besteht darin, dass Pkw-Systeme nicht einfach adaptiert werden können, weil die motorradtypische Einspurfahrdynamik charakteristische Herausforderungen bereithält und den Einsatzmöglichkeiten aktiv eingreifender Assistenzsysteme somit Grenzen setzt. Beim Eingreifen eines Assistenzsystems ist das Überschreiten dieser Grenzen und ein daraus resultierendes Hervorrufen einer neuen kritischen, für den Fahrer nicht mehr kontrollierbaren Situation zu vermeiden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel eines automatischen Notbremssystems nachgewiesen, dass aktiv in die Motorradlängsdynamik eingreifende Assistenzsysteme trotzdem durchaus anwendbar sind. Es wird eine Methodik entwickelt, die es erlaubt, Kontrollierbarkeitsgrenzen zu ermitteln, um das Potential des Systems durch Annäherung an diese Grenzen möglichst gut ausnutzen zu können. Im zweiten Schritt beinhaltet die Methodik eine Potentialanalyse, deren Ziel ist, verschiedene Eingriffs-strategien zu vergleichen, um vielversprechende Ansätze zu priorisieren. Darüber hinaus sieht die Untersuchungsmethodik eine Analyse der Reaktionen von durch einen Eingriff überraschten Fahrern vor, um weitere Kenntnisse darüber zu erlangen, was bei der Auslegung automatischer Notbremssysteme für Motorräder zu beachten ist. Das erarbeitete Vorgehen wird exemplarisch auf ein prototypisches System angewendet. Dabei bewährt sich die Untersuchungsmethodik und liefert vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Anwendbarkeit automatischer Notbremssysteme für Motorräder. Die Reproduzierbarkeit der gemessenen Fahrerreaktionen schafft Vertrauen, dass die entsprechenden Effekte vorhersehbar sind und damit keinen vollständig unberechenbaren sicherheitskritischen Faktor darstellen. Die erfolgreiche Anwendung der Methode führt zu dem Ergebnis, dass sie als Grundlage für die Freigabe dienen und somit einen Beitrag zum zukünftigen Einsatz sicherheitsfördernder Assistenzsysteme für Motorräder leisten kann

Probabilistic situational analysis for an adaptive, automated longitudinal vehicle control system

Fahrerassistenzsysteme tragen heute bereits dazu bei, den Fahrkomfort und die Verkehrssicherheit zu steigern. Dabei sind die von Assistenzsystemen adressierten Bereiche der Fahraufgabe klar voneinander getrennt. So existieren Funktionen, die den Fahrer entweder bei der Längsführung, der Querführung innerhalb des Fahrstreifens oder bei Fahrstreifenwechseln unterstützen. Durch die modulare Entwicklung und Vermarktung solcher Systeme ist der Umfang der jeweils zugrunde liegenden Sensorik zur Umgebungserfassung gering und der Datenaustausch der Umfeldinformationen zwischen den Systemen noch minimal. Die zunehmende Verbreitung von Assistenzsystemen wird jedoch zu Integration bzw. steigender Vernetzung führen, sodass ein tieferes maschinelles Verständnis der Fahrsituation ermöglicht wird. Einen Beitrag dazu liefert diese Arbeit, in der Daten des Fahrzeugumfelds und des Fahrzeugs sowie des Fahrers zur Interpretation der Verkehrssituation in Verbindung gebracht werden. Ziel dieser Situationsanalyse ist es, Fahrmanöver des Fahrers zu erkennen und damit das Verhalten von Assistenzsystemen anzupassen. Dazu wird ein allgemeines Modell zur Erkennung von Fahrmanövern erarbeitet und am Beispiel einer automatisierten Längsführung für Fahrstreifenwechsel konkretisiert. Zur Qualitätssicherung, die besonders bei der Verwendung probabilistischer Verfahren eine Herausforderung darstellt, werden automatische Softwaretests eingesetzt. Damit ist es möglich, die Auswirkungen von Änderungen effizient, automatisiert und wiederholbar zu überprüfen. Die hierfür notwendige Infrastruktur wird im Rahmen dieser Arbeit bereitgestellt. Die Erkennung von Fahrstreifenwechseln wird abschließend in realen Versuchsfahrten untersucht. Das veränderte Verhalten des Längsführungssystems wird für verschiedene Ausprägungen eines Fahrstreifenwechsels in Simulationen demonstriert.Driver assistance systems contribute towards increasing driving comfort and improving road safety. The different aspects of the driving task addressed by assistance systems are clearly separated from one another. This means that there are separate functions assisting the driver with regard to longitudinal vehicle control, lateral vehicle control or when changing lanes. Due to modular development and the way that such systems are marketed, the number of environmental sensors for the given systems is still small and there is only little ambient data exchanged between the individual assistance systems. The increasing use of driver assistance systems in vehicles, however, will entail the integration of systems and will also lead to increased interconnection. This, in turn, will allow the systems to gather more detailed information about the current driving situation. This work contributes to the abovementioned development by illustrating how data of the vehicle environment, the vehicle itself and the driver can be used in a combined manner to interpret the traffic situation. The objective of this situational analysis is to detect maneuvers performed by the driver and to use this information to adapt the behavior of assistance systems. In order to do so, this thesis establishes a general model for detecting driving maneuvers, which is then implemented in an automated longitudinal vehicle control system for changing lanes. Quality assurance poses a particular challenge when employing probabilistic methods. This challenge has been responded to by using automated software tests allowing the effects of changes to be tested in an efficient, automated and repeatable manner. The infrastructure required therefore is provided in this thesis. Finally, the detection of lane-change maneuvers is examined in real road tests. The adapted behavior of the longitudinal vehicle control system for different types of lane changes is furthermore illustrated by means of simulations

Towards testing of automated driving functions in virtual driving environments

In dieser Arbeit wird ein Beitrag für den methodischen Test von automatisierten Fahrfunktionen mit Hilfe von virtuellen Umgebungen geleistet. Im ersten Teil wird die Notwendigkeit eines systematischen Testkonzepts begründet und die These aufgestellt, dass ein szenariobasiertes Testkonzept eine mögliche Lösung für das Testdilemma darstellen könnte. Dazu werden sechs Forschungsfragen aufgestellt, die für die Entwicklung eines szenariobasierten Ansatzes beantwortet werden müssen. Im zweiten Teil werden die Grundlagen und Voraussetzungen der Arbeit dargestellt. Hierfür werden Begriffe und Definitionen vorgestellt. Weiterhin wird der Begriff der Komplexität von Szenarien untersucht. Die Automatisierungsgrade und eine funktionale Systemarchitektur für automatisierte Fahrfunktionen werden vorgestellt. Der Teil schließt mit einer Klassifikation von verschiedenen X-in-the-Loop-Verfahren ab. Im dritten Teil wird das Testkonzept des modularen virtuellen Testbaukastens vorgestellt. Es werden Anforderungen definiert sowie der Aufbau und die Schnittstellen zwischen den Modulen des Testbaukastens präsentiert. Für die Auswahl und Analyse der Einflussparameter, die Testfallerstellung und die Testdurchführung mittels X-in-the-Loop-Verfahren werden Anforderungen definiert und der relevante Stand der Technik vorgestellt. Daraus wird der Forschungsbedarf abgeleitet. Für die Auswahl und Analyse der Einflussparameter wird ein Schema zur Beschreibung der Einflussparameter hergeleitet und Informationsquellen für die Auswahl und Analyse von Einflussparametern werden bewertet. Für die Testfallerstellung wird ein generisches Modell zur Beschreibung von Szenarien vorgestellt und eine kombinatorische Testfallableitung präsentiert. Für die Testdurchführung wird eine Zuordnungsmethode für Testfälle auf verschiedene X-in-the-Loop-Verfahren beschrieben. Zusätzlich werden Testtreiber für die Module einer funktionalen Systemarchitektur analysiert und die Testtreiber des modularen virtuellen Testbaukastens vorgestellt. Für die Testfallauswertung werden Anforderungen definiert und Methoden aus dem Stand der Technik zur Bewertung und zur Analyse der Testergebnissen präsentiert. Der Teil schließt mit einer Beschreibung der Limitationen des Testbaukastens ab. Der vierte Teil beschreibt die Anwendung des Testbaukastens im Fallbeispiel des Engstellenassistenten. Das Projekt wird vorgestellt und die verschiedenen Module des Testbaukastens werden angewendet.This dissertation contributes to the systematical test of driving functions with virtual environments. The first part establishes the necessity of a systematic test concept for automated driving functions. The challenge of testing automated driving functions is presented and the assumption that scenario-based test concept can be a possible solution. Six research questions will be asked in this section, which have to be answered for the development of a scenario-based test concept. The second part defines important terms and analyses prior art as a foundation for this dissertation. Furthermore the levels of automated driving functions are presented and a functional system architecture is suggested. Finally, methods of software testing, traffic simulations, and classification methods for x-in-the-loop techniques are discussed. The third part purposes a concept for a modular virtual testing toolbox. The structure and interfaces between modules of the toolbox are described. Furthermore, requirements are stated for the following modules: selection and analysis of influence parameters, test case generation, test execution with x-in-the-loop techniques, and test case evaluation. For each of these modules selected state of the art methods are presented. Hence, the need for research is deduced. For the selection and analysis of influence parameters, a schema for describing influence parameters is introduced. Furthermore, resources for the selection and analysis of influence parameters are evaluated. For the test case generation, a unified model for the description of scenarios is presented. Additionally, a combinatorial test case deduction is described. For the test case execution, a method for assigning test cases to x-in-the-loop techniques is suggested. For the test case evaluation, a method for the evaluation and analysis of the test result is presented. A review of the limitation of the modular virtual testing toolbox closes this part. The fourth part presents the application of the modular virtual test toolbox to the constriction assistance system. The project is described and the single modules of the toolbox are applied to the assistance system