Videogestützte Umfelderfassung zur Interpretation von Verkehrssituationen für kognitive Automobile

Es wird einen holistischer Ansatz zur Interpretation von Verkehrssituationen vorgestellt, der aus den drei Teilen Umfelderfassung, Wissensmodellierung und Situationsinterpretation besteht. Die Umfelderfassung dient dazu, das Umfeld des Fahrzeug durch unterschiedliche Sensorik zu beobachten und die zur Fahrzeugführung relevanten Informationen zu extrahieren. Mit Hilfe einer Ontologie werden Situationen beschrieben und durch das Fallbasierte Schließen klassifiziert und bewertet

Supra-maneuver, autonomous vehicle guidance in urban settings using the example of the project Stadtpilot

In der vorliegenden Arbeit wird ein System zur manöverübergreifenden autonomen Fahrzeugführung in realer städtischer Umgebung vorgestellt, das auf der praktischen Erfahrung aus der Teilnahme an der DARPA Urban Challenge beruht und im Projekt Stadtpilot weiter vertieft wurde. Die Analyse englisch- und deutschsprachiger Veröffentlichungen hat gezeigt, dass sich die autonome Fahrzeugführung bisher vorrangig auf ausgewählte Szenarien wie autobahnähnliche Umgebungen oder Geländefahrten und auf selektierte Fahrmanöver beschränkt hat. Das Verhalten der Fahrzeuge ergibt sich dabei meist durch eine Aneinanderreihung unterschiedlicher Fahrmanöver. Die Umgebungsbedingungen des Braunschweiger Stadtrings sind hingegen für ein ausschließlich manöverbasiertes autonomes Fahren aufgrund der hohen Anzahl an gefahrenen Fahrmanövern pro Streckenlänge sowie der großen Menge an verschiedenen Situationsvarianten sehr vielfältig. Ziel ist daher eine manöverübergreifende Optimierung aufeinanderfolgender Fahrmanöver sowie eine Kombination unterschiedlicher Konzepte zur Entscheidungsfindung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde dafür ein System zur Umsetzung von Fahrentscheidungen etabliert, das manöverübergreifend und unabhängig vom gewählten Verfahren zur Entscheidungsfindung Trajektorien in Bezug auf Krümmung und Krümmungsänderung optimiert. Die resultierenden Trajektorien minimieren im Vergleich zu klassischen Verfahren die Lenkaktivität und die Querbeschleunigung bei autonomen Fahrten. Die entwickelten Ansätze wurden mit den Versuchsfahrzeugen Caroline in der DARPA Urban Challenge und mit Leonie auf dem Braunschweiger Stadtring erfolgreich getestet. In einer Weltpremiere wurde Leonie im Oktober 2010 der Öffentlichkeit vorgestellt und befuhr ein Teilstück des Braunschweiger Stadtrings mehrfach autonom im alltäglichen Straßenverkehr. Das in dieser Arbeit vorgestellte System zur manöverübergreifenden autonomen Fahrzeugführung hat dazu einen entscheidenden Beitrag geleistet.This thesis introduces an approach for the supra-maneuver, autonomous vehicle guidance that realizes complex and precise autonomous driving maneuvers in real urban settings. The approach is based on the experience of the Technische Universität Braunschweig with its participation in the DARPA Urban Challenge and was enhanced within the ‘Stadtpilot’-project. The analysis of English and German publications and proceedings has shown that research on autonomous vehicles was up to now mainly focused on highway or off-road scenarios and selected driving scenarios. The behavior of the vehicles resulted from a sequence of different maneuvers. Compared to highly structured surroundings like highway scenarios, driving autonomously on Braunschweig’s inner ring road is too complex to fulfill all requirements with a single maneuver based approach due to its high frequency of driven maneuvers and the numerousness of varied situations. A combination of different approaches for the decision finding as well as a supra-maneuver optimization is therefore suggested. As a result, a method was introduced in the context of the ‘Stadtpilot’-project that generates curvature optimized trajectories independent from the way driving decisions are found. The trajectories minimize the steering activity and the lateral accelerations compared to established approaches. The developed method was tested successfully with the autonomous vehicle Caroline within the DARPA Urban Challenge and with Leonie on Braunschweig’s inner ring road. In a world premiere Leonie’s skills were presented in October 2010 to the public, while Leonie drove a section of Braunschweig’s inner ring road fully autonomously in normal traffic repeatedly. The introduced system of a supra-maneuver optimization of path-planned sections has contributed to this success significantly

Integrated Longitudinal and Lateral Vehicle Guidance via Sliding-Mode-Control

Gegenstand der Arbeit ist der Entwurf eines Fahrerassistenzsystems (FAS) zur automatisierten Längs- und Querführung eines Straßenfahrzeugs. Das FAS soll den Fahrer auf Autobahnen sowie gut ausgebauten Landstraßen unterstützen und entlasten. Dem System können dabei unterschiedliche Architekturen zugrunde liegen. So können zwei parallel betriebene Regelungen die Fahrzeugführung in Längs- und Querrichtung unabhängig voneinander vornehmen. Bei einer kombinierten Längs- und Querführung werden Wechselwirkungen zwischen den vorher separaten Regelungssystemen explizit eingeführt. Für eine integrierte Längs- und Querführung besteht eine implizite Kopplung zwischen den Bewegungsrichtungen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf dem Entwurf von Regelungssystemen. Dabei werden zunächst zwei parallel betriebene Regelungen untersucht, die jeweils eine Soll-Beschleunigung in Längs- bzw. Querrichtung erzeugen. Anschließend wird eine integrierte Regelung entworfen, die Soll-Beschleunigungen für beide Bewegungsrichtungen generiert. Als Regelungsprinzip kommen sogenannte Sliding-Mode-Regler zum Einsatz. Dabei handelt es sich um strukturvariable Regler, deren Entwurf im Phasenraum des zu regelnden Systems erfolgt. Für die parallel betriebenen Regler ergeben sich zwei 2D Phasenräume, für den integrierten Ansatz ein 4D Phasenraum. Durch Modifikationen werden die Sliding-Mode-Regler an die Aufgaben der Abstandsregelung, der Fahrstreifenmittenführung sowie der Durchführung eines Überholmanövers bei gleichzeitiger Längsbeschleunigung angepasst. Die Funktionsweise der Regelungen wird anhand zuvor hergeleiteter Modelle der Fahrzeugbewegung untersucht. Die Modellparameter wurden experimentell ermittelt und in Versuchen validiert. Abschließend werden Ergebnisse realer Versuche präsentiert. Hierzu wird ein FAS implementiert, das neben der Regelung geeignete Sensorik zur Erfassung des Fahrzeugumfelds, Aktorik zur Beeinflussung der Fahrzeugbewegung sowie ein Bedienkonzept zur Interaktion des Fahrers mit dem FAS umfasst. Die untersuchten Szenarien beinhalten alltägliche und kritische Situationen. Es wird gezeigt, dass das FAS für die Fahrzeugführung in den beschriebenen Verkehrssituationen geeignet ist und sich eine Parametrierung der Regler anschaulich gestaltet.The subject of this work is the development of a driver assistance system for the automatic longitudinal and lateral guidance of an automobile. The assistance system should support the driver in vehicle guidance on motorways as well as improved highways. The system could be based on different architectures. Thus, two control systems operating in parallel could intervene in the vehicle's longitudinal and lateral guidance independent of each other. In the case of combined longitudinal and lateral control, the interaction between the previously separate control systems is explicitly introduced. An implicit coupling between the two directions of motion exists for the integrated longitudinal and lateral control. This work focuses on the design of control systems. First, two control systems operating in parallel are examined, each of which generates a desired longitudinal and lateral vehicle acceleration respectively. Then an integrated controller for longitudinal and lateral guidance is designed, which generates desired accelerations in both directions of movement. Sliding mode control is applied as the control principle in both approaches. It is a variable structure control system, the design of which takes place in a phase space of the system to be controlled. The two 2D phase spaces for the controls operated in parallel result in a 4D phase space for integrated use. The sliding mode control is modified for tasks of distance control, lane guidance and passing manoeuvres with simultaneous longitudinal acceleration. The manner in which the controls function is examined using previously derived models of vehicle motion. The model parameters were determined experimentally and validated in driving tests. Finally, the results of actual driving tests are presented. For this purpose, a driver assistance system is implemented which includes, in addition to the previously designed controllers, sensors for detecting the vehicle's environment, actuators for influencing vehicle motion as well as an interface between the driver and the assistance system. The examined scenarios include daily and critical driving situations. It is shown that the developed driver assistance system for vehicle guidance is appropriate for the described traffic situations and the parameterization of the control proves to be comprehensible

10. Workshop Fahrerassistenzsysteme : FAS 2015

Fahrerassistenzsysteme mit maschineller Wahrnehmung sind inzwischen im Automobil bis in die Mittelklasse hinein etabliert. Dadurch rücken Fragen der Leistungs- und Kostenoptimierung immer stärker in den Vordergrund. Ferner werden neue Mobilitätskonzepte wie auch die Elektromobilität weitere Chancen aber auch neue Herausforderungen für die Fahrer-assistenzsysteme, insbesondere für das HMI, schaffen. Zukünftige funktionale Heraus-forderungen liegen im innerstädtischen Bereich, bei der Realisierung hoch automatisierter Assistenzfunktionen sowie bei Funktionen für spezielle Zielgruppen mit erhöhtem Assistenzbedarf. Der steigende Grad der Autonomie erfordert allerdings neben funktionalen Herausforderungen die sorgfältige Diskussion von Fragen der Systemsicherheit, Systemtransparenz aber auch der möglichen Überautomatisierung. Wie in den vergangenen Jahren bietet der Workshop in Walting ein Diskussionsforum für ausgewiesene Experten im deutschsprachigen Raum, auf dem technische, gesellschaftliche aber auch ethische Frage-stellungen der Fahrerassistenz interdisziplinär diskutiert werden

Probabilistisch-logische Inferenz relationaler Situationsbeschreibungen aus Verkehrsbildfolgen

Fahrerassistenzsysteme mit maschineller Umfeldwahrnehmung gewinnen an Bedeutung. Die vorliegende Arbeit präsentiert ein auf Markov-Logik-Netzen basierendes Modell, mit welchem eine Situationsbeschreibung einer Verkehrsszene probabilistisch-logisch inferiert wird. Dieser Formalismus ermöglicht eine relationale Repräsentation von komplexen Diskursbereichen, in welcher probabilistisches Schließen durchgeführt wird. Der Ansatz wird anhand exemplarisch verwendeter Videosequenzen evaluiert