Fahrzeugsystemtechnik im Projekt Stadtpilot am Beispiel der Architektur der Objekt basierten Sensordatenfusion

In der heutigen Zeit werden Fahrzeugprojekte immer komplexer. Fast jedes Subsystem benötigt Informationen von Anderen, um seine Funktion erfüllen zu können. Dies sorgt für einen höheren Abstimmungs- und Planungsaufwand. Fahrzeugsystemtechnik bietet hier eine Möglichkeit Komplexität beherrschbar zu machen. In diesem Vortrag wird kurz auf Fahrzeugsystemtechnik im Allgemeinen und anschließend auf den Zusammenhang mit dem Projekt Stadtpilot eingegangen. Am Beispiel eines Subsystems wird darauf folgend die Architektur des objektbasierten Sensordatenfusion des Projekts vorgestellt

Entwicklung einer Software Produktlinie zur flexiblen Erstellung von Umfeldwahrnehmungssystemen

Der Trend zu komplexeren und gleichzeitig flexiblen Fahrerassistenzsystemen stellt neue Anforderungen an die maschinelle Umfeldwahrnehmung. Ein breites Spektrum an Sensoren und die Unterstützung vieler unterschiedlicher Applikationstypen, je nach Fahrzeug, macht die Entwicklung und Wartung von Umfeldwahrnehmungen aufwändig und erhöht dadurch die Entwicklungskosten signifikant. Dieser Beitrag stellt eine Anwendung des Software Produktlinien Ansatzes für in unterschiedlichen Projekten einsetzbare Umfeldwahrnehmungen vor, um Komplexität und Wartung beherrschbar zu machen. Bei der Abbildung der Umfeldwahrnehmung als Software Produktlinie wird das System in unabhängig entwickelbare Komponenten (Core-Assets) aufgeteilt. Jedes dieser Core-Assets enthält seinen eigenen Entwicklungsprozess und bleibt damit beherrschbar. Für jede Anwendung wird eine spezielle Kombination daraus gebildet. So dass nicht eine in jeder Applikation einsetzbare Umfeldwahrnehmung, sondern eine spezielles Ausprägung für jede Anwendung erstellt wird. Durch Regeln bei der Zusammenstellung und automatische Blackbox-Testfälle wird sicher gestellt, dass mit jedem neuen Release eines Core-Assets alle Applikationen automatisch eine neue Version der Umfeldwahrnehmung erhalten. So können Bugfixes oder neue Features unmittelbar in alte Produkte einfließen und führen somit zu kürzeren Produktzyklen und geringeren Wartungskosten. Zur Erzeugung einer für eine Applikation optimalen Umfeldwahrnehmung ist eine Kombination verschiedener Core-Assets nötig. Mit Hilfe von Bewertungsmetriken für Umfeldwahrnehmungsalgorithmen, Randbedingungen hinsichtlich Rechenleistung und verfügbarer Sensorik sowie den Anforderungen der Applikation lässt sich auf diesem Weg für jede Anwendung eine Umfeldwahrnehmung kombinieren. Ferner kann mit Hilfe der eingesetzten Metriken die zu erwartende Qualität des Systems bereits vor dem Einsatz eingeschätzt werden

Ein Kontur schätzendes Kalmanfilter mithilfe der Evidentheorie

Im Projekt Stadtpilot wurde die im Urban Challenge Team CarOLO der TU Braunschweig eingesetzte objektbasierte Umfeldwahrnehmung weiterentwickelt. Bedingt durch das veränderte Szenario wurde der Einsatzbereich des Versuchsträgers von abgesperrten Testgeländen in den öffentlichen Straßenverkehr verlagert. In dieser veränderten Umgebung werden Fremdfahrzeuge von den eingesetzten Sensoren durch einen offenen Polygonzug (Kontur) mit einer Vielzahl von Stützpunkten beschrieben. Teilweise liegen sie auf Geraden oder bilden das Rauschen der Kontur ab und leisten so keinen Beitrag zur Beschreibung der Kontur. Diese überflüssigen Punkte erschweren ein erfolgreiches Tracking und verzerren die Kontur der Objekthypothese. Aufgrund des zahlreichen Fremdverkehrs, bedingt durch die Veränderung des Umfelds, treten ferner häufig Perspektivwechsel durch überholende und überholte Fahrzeuge auf. Aus diesem Grund erfahren einzelne Stützpunkte der Kontur keine weiteren Aktualisierungen durch Messungen und können so ebenfalls zu Verzerrungen der Kontur führen. Um diesen Problemen zu begegnen, wurde das Kontur schätzende Kalmanfilter um verbesserte Konturaktualisierungen sowie einen Konturklassifikator auf Basis der Evidenztheorie erweitert. Diese Verbesserungen ermöglichen eine Reduzierung der verwendeten Stützpunkte. Ferner werden Perspektivwechsel von überholenden Fahrzeugen besser unterstützt, da diese durch den Klassifikator explizit erkannt werden.In project Stadtpilot, described in, the object based environment perception system developed by the urban challenge team CarOLO at TU-Braunschweig, as presented in, was enhanced. In this new project context, the scenario is further complicated to include public traffic on large inner-city loops. Other vehicles are described by the projects sensor data fusion by an open polyline (contour) with lots of points. Partially, these points lie on straight lines or represent noise of the contour, which do not contribute to the objects description. These extra points complicate an effective tracking and deform the contour of the object hypothesis. Because of the numerous traffic and due to the change in the environment’s type, surrounded vehicles create a change of view very often. This results in no or less measurement updates of some points in the contour and can result in deformation of the contour. In an effort to overcome this problem, the contour estimating Kalman filter, presented in, was enhanced by improved point update algorithms as well as a contour classifier based upon evidence theory. These enhancements allow the decrease of the used points. Changes of view, due to passing traffic, are better identified because the classifier identifies the most likely shape explicitly

A Contour Classifying Kalman Filter Based On Evidence Theory / Sebastian Ohl and Markus Maurer

In the project Stadtpilot, introduced in Nothdurft (2011), the object based environment perception system developed by the urban challenge team CarOLO at Technische Universität Braunschweig, as presented in Rauskolb (2008), has been enhanced. The context of this new project is more challenging as now because it includes public traffic on large inner-city loops. Other vehicles are described by the project's sensor data fusion by an open polyline (contour) with many points. Some of these points lie on straight lines or they represent noise of the contour which do not contribute to the object's description. These extra points complicate an effective tracking and deform the contour of the object hypothesis. Because of the numerous traffic and due to the change in the environment’s type, surrounded vehicles very often create a change of view. This results in no or less measurement updates of some points in the contour and can result in its deformation. In an effort to overcome this problem, the contour estimating Kalman filter, presented in Effertz (2009), has been enhanced by improved point update algorithms as well as a contour classifier based upon evidence theory. These enhancements allow the decrease of the used points. Changes of view, due to passing traffic, are better identified because the classifier identifies the most likely shape explicitly

Autonomes Fahren im Straßenbetriebsdienst auf Autobahnen / Sebastian Ohl, Markus Maurer, Katharina Häusler, Christian Holldorb

In diesem Beitrag werden Einsatzmöglichkeiten für autonome Fahrzeuge im Straßenbetriebsdienst diskutiert. Vorgestellt werden dabei zwei unterschiedliche Ausbaustufen mit verschiedenen Einsatzszenarien. Die Systeme wurden nach dem "Systematischen Entwurf für Fahrerassistenzsysteme" entwickelt. Die Motivation zur Entwicklung und zum Einsatz von autonomen Straßenfahrzeugen im Straßenbetriebsdienst liegt in der Erhöhung der Arbeitssicherheit für die Mitarbeiter. Mögliche Einsatzbereiche stellen hierbei vor allem die Regelpläne D III 2a/3b/7 den Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen dar. Diese beschäftigen sich auch mit mobilen Arbeitsstellen, welche durch Absperr- und Vorwarnfahrzeuge abgesichert werden

Softwarearchitektur der gitterbasierten Sensordatenfusion des Projekts Stadtpilot

In den letzten Jahren hat sich die gitterbasierte Sensordatenfusion im Forschungsumfeld der Fahrerassistenz immer mehr etabliert. Beschrieben wird das Umfeld eines Fahrzeugs dabei durch eine fahrzeug-, orts- oder objektfeste Gitterstruktur (Grid). Jede Zelle dieses Gitters enthält einen Zustandsvektor wie beispielsweise eine Information über die Wahrscheinlichkeit der Befahrbarkeit einer Zelle (Occupancy Grid) oder einen Höhenwert (Height Map). Bedingt durch die lückenlose flächige Struktur kann die gridbasierte Fusion gegenüber der schon länger genutzten objektbasierten Sensordatenfusion nicht nur Wissen über die Existenz von Hindernissen im Fahrzeugumfeld, sondern über den gesamten Erfassungsbereich des Grids abbilden. Insbesondere die Informationen über die so bekannten Freibereiche können beispielsweise von einer Bahnplanung genutzt werden, um kollisionsfreie Bahnen zu ermitteln. Ziel des Projektes Stadtpilot ist die vollständige automatische Fahrt auf dem Braunschweiger Stadtring. Eine gitterbasierte Sensordatenfusion soll in diesem Fall genutzt werden, die Bahn des Testträgers um statische Hindernisse herum zu planen. Zur maschinellen Wahrnehmung der Umgebung werden hierzu unterschiedliche Lasersensoren eingesetzt und mithilfe der Bayes-Rule-Of-Combination fusioniert. Auf Basis der aufgestellten Architektur können flexibel gitterbasierte Umfeldwahrnehmungen zusammengestellt werden. Diese können, durch die einheitlichen Schnittstellen, in unterschiedlichen Projekten und Versuchsträgern eingesetzt werden. Durch die erreichte Modularität lassen sich einzelne Algorithmen innerhalb der Fusionsebene austauschen, was die Erprobung von unterschiedlichen Ansätzen erheblich vereinfacht. Im Rahmen des Beitrags werden wir detailliert auf die einzelnen Schnittstellen innerhalb und zwischen den Ebenen sowie die Modularität eingehen und aufzeigen, wie eine große Bandbreite an unterschiedlichen gitterbasierten Sensordatenfusionen mit der Architektur abgedeckt wird

Direct CP Violation in K_L --> \pi^0 e^+e^- Beyond Leading Logarithms

We analyze the direct CP violation in the rare decay K_L --> Pi^0 e+e- with QCD effects taken into account consistently in the next-to-leading order. We calculate the two-loop mixing between the four-quark \Delta S=1 operators and the operator Q_7V = (sd)_(V-A)(ee)_V in the NDR and HV renormalization schemes. Using the known two-loop anomalous dimension matrix of the four-quark operators, we find that the coefficient C_7V(\mu) depends only very weakly on \mu, renormalization scheme and \Lambda_MSbar. The next-to-leading QCD corrections enhance the direct CP violating contribution over its leading order estimate so that it remains dominant in spite of the recent decrease of |V_ub/V_cb| and |V_cb|. We expect typically BR(K_L --> \pi^0 e^+ e^-)_dir ~ 6*10^(-12), although values as high as 10^(-11) are not yet excluded.Comment: 35 pages (with 9 PostScript figures available separately), Munich Technical University preprint TUM-T31-60/94, Max-Planck Institute preprint MPI-Ph/94-1

Stadtpilot: First Fully Autonomous Test Drives in Urban Traffic

The Stadtpilot project aims at autonomous driving on Braunschweig's inner city ring road. For this purpose, an autonomous vehicle called "Leonie" has been developed. In October 2010, after two years of research, "Leonie's" abilities were presented in a public demonstration. This vehicle is one of the first worldwide to show the ability of driving autonomously in real urban traffic scenarios. This paper describes the legal issues and the homologation process for driving autonomously in public traffic in Braunschweig, Germany. It also dwells on the Safety Concept, the system architecture and current research activities

Dislocation interactions during low-temperature plasticity of olivine and their impact on the evolution of lithospheric strength

The strength of the lithosphere is typically modelled based on constitutive equations for steady-state flow. However, strain hardening may cause significant evolution of strength in the colder load-bearing portion of the lithosphere. Recent rheological data from low-temperature deformation experiments on olivine suggest that strain hardening occurs due to the presence of temperature-independent back stresses generated by long-range elastic interactions among dislocations. These interpretations provided the basis for a flow law that incorporates hardening by the development of back stress. Here, we test this dislocation-interaction hypothesis by examining the microstructures of olivine samples deformed plastically at room temperature either in a deformation-DIA apparatus at differential stresses of ≤4.3GPa or in a nanoindenter at applied contact stresses of ≥10.2GPa. High-angular resolution electron backscatter diffraction maps reveal the presence of geometrically necessary dislocations with densities commonly above 1014m−2 and intragranular heterogeneities in residual stress on the order of 1 GPa in both sets of samples. Scanning transmission electron micrographs reveal straight dislocations aligned in slip bands and interacting with dislocations of other types that act as obstacles. The resulting accumulations of dislocations in their slip planes, and associated stress heterogeneities, are consistent with strain hardening resulting from long-range back-stresses acting among dislocations and thereby support the form of the flow law for low-temperature plasticity. Based on these observations, we predict that back stresses among dislocations will impart significant mechanical anisotropy to deformed lithosphere by enhancing or reducing the effective stress. Therefore, strain history, with associated microstructural and micromechanical evolution, is an important consideration for models of lithospheric strength. The microstructural observations also provide new criteria for identifying the operation of back-stress induced strain hardening in natural samples and therefore provide a means to test the applicability of the flow law for low-temperature plasticity.This research was supported by Natural Environment Research Council grants NE/M000966/1 to LNH, AJW, and DW and 1710DG008/JC4 to LNH and AJW; European Plate Observing System Transnational Access grant EPOS-TNA-MSL 2018-022 to LNH; Advanced Photon Source General User Proposal 55176 to LNH, DLG, and WBD; and National Science Foundation Awards EAR-1361319 to WBD, EAR-1625032 to JMW, and EAR-1806791 to KMK