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Die Absicherung automatisierter Fahrfunktionen

absicherung automatisierter fahrfunktionen

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© IPG Automotive GmbH
Für die Absicherung automatisierter Fahrfunktionen sind sehr viele Tests im Entwicklungsprozess notwendig. Eine große Herausforderung dabei ist, dass Fahrfunktionen in einer Vielzahl unterschiedlicher Verkehrsszenarien fehlerfrei arbeiten müssen. Dies führt dazu, dass die Entwicklung im realen Fahrversuch nur stark eingeschränkt umsetzbar ist. Einen effizienten Lösungsansatz bietet der Einsatz des virtuellen Fahrversuchs. Mithilfe von Simulationsmethoden ist es möglich, Fahrfunktionen in einer kontrollierten Umgebung in allen vorstellbaren Szenarien zu testen und abzusichern.

Absicherung automatisierter Fahrfunktionen
Pixelgenaue Annotation von Kamerabildern für Training und Test der Perzeption IPG Automotive
Da automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Autobahnpiloten, vor der Serieneinführung stehen, steigt der Kostendruck bei Fahrzeugherstellern (OEMs) und Zulieferern. Durch den hohen Abstimmungsaufwand im Zusammenspiel mit vielen verschiedenen Fahrzeugkomponenten wird ein effizienter Entwicklungsprozess zunehmend relevanter. Die Absicherung automatisierter Fahrfunktionen ist dabei häufig so komplex, dass bereits zu Beginn des Entwicklungsprozesses berücksichtigt werden muss, dass die funktionale Sicherheit des Endprodukts effizient gewährleistet werden kann.

Ursächlich für die Komplexität ist, dass Szenarien mit mehreren Verkehrsteilnehmern im realen Verkehr enorm umfangreich sein können und darüber hinaus nicht exakt reproduzierbar sind. Vergleichbare Testergebnisse können kaum erzielt werden. Die Identifizierung kritischer Szenarien, sogenannter "Corner Cases", stellt eine weitere Herausforderung dar. Da Corner Cases extrem selten im Straßenverkehr auftreten, kann zufälliges Testen in der realen Welt stets nur eine Stichprobe darstellen. Nicht zu vernachlässigen ist darüber hinaus das Risiko: Reale Tests bergen häufig eine Gefahr für Mensch und Material. Auch die Definition notwendiger Freigabekriterien für hochautomatisierte Fahrfunktionen ist kein einfaches Unterfangen.

Virtuelle Absicherung automatisierter Fahrfunktionen

Eine Simulationsplattform wie CarMaker von IPG Automotive bietet im virtuellen Fahrversuch die Möglichkeit, die Software-Stacks automatisierter Fahrzeuge – also den Software-Anteil der Fahrfunktion – durch das sogenannte szenarienbasierte Testen in vielen kritischen Situationen zu testen und ihre funktionale Sicherheit zu gewährleisten. Als Methode des virtuellen Fahrversuchs kann das szenarienbasierte Testen maßgeblich zur Absicherung automatisierter Fahrfunktionen beitragen. Sie sorgt für eine starke Reduzierung des Testaufwands: Es werden hauptsächlich die für die Fahrfunktion relevanten Szenarien untersucht, anstatt eine bestimmte Anzahl benötigter Testkilometer festzulegen. Da die meisten Szenarien heute simuliert werden können, verbleiben nur noch wenige Tests, die zwingend auf dem Prüfgelände beziehungsweise im Feld durchgeführt werden müssen. Diese verbleibenden realen Fahrversuche dienen vor allem zur Validierung von Simulationsergebnissen. Dabei wird stets eine Durchgängigkeit von der Simulation bis zu den Prüfgelände- und Feldtests gewährleistet.

Umgebungserfassung durch Sensoren

Absicherung automatisierter Fahrfunktionen
Ein kritisches Szenario für automatisierte Fahrfunktionen IPG Automotive
Eine der größten Herausforderungen bei der Absicherung automatisierter Fahrfunktionen stellt darüber hinaus die hinreichend präzise Erfassung der Umgebung durch das Fahrzeug dar. Moderne Fahrzeuge sind stellenweise mit über 20 verschiedenen Sensoren ausgestattet: GPS-, Radar-, Lidar- und Kamerasensoren haben sich für diesen Anwendungsfall als zweckmäßig erwiesen. Automatisierte Fahrfunktionen müssen entsprechend in der Lage sein, große Datenmengen zu verarbeiten und verlässlich zu bewerten. Aufbauend auf diesen Daten werden im Anschluss Entscheidungen getroffen, die auch im Mischverkehr – einer Kombination aus nicht-automatisierten und automatisierten Fahrzeugen – zu keinen gefährlichen Situationen führen dürfen.

Zu beachten ist dabei ebenfalls, dass die Wahrnehmung der Umwelt durch Sensoren keineswegs perfekt ist, sondern einer Reihe möglicher Störungen unterliegt, die in der Simulation berücksichtigt werden müssen. Neben offensichtlichen Störeinflüssen wie Regen oder Nebel muss die Eigenlokalisierung des Fahrzeugs, wie beispielsweise die reduzierte Genauigkeit von GPS-Sensoren in Häuserschluchten, ausgleichen können. Bei Kameras hingegen kommen Linsenreflexionen hinzu, während Radarsensoren unterschiedliche Radarquerschnitte der detektierten Objekte korrekt verarbeiten müssen.

Realistische Abbildung von Sensoren

Ein komplexes Kreuzungsszenario
Ein komplexes Kreuzungsszenario IPG Automotive
In der Simulation lässt sich die Sensorwahrnehmung für verschiedene Anwendungsfehler darstellen. Die CarMaker-Produktfamilie verfügt zu diesem Zweck über Sensormodelle in unterschiedlichen Abstraktionsgraden. Ideale Sensoren detektieren zuverlässig Objekte in einem definierten Bereich. Sie werden unter anderem eingesetzt, um die korrekte Funktion des Systems bei idealen Bedingungen, also unabhängig von Perzeptionsfehlern, zu untersuchen. Die sogenannten "High-Fidelity-Sensoren" verfügen darüber hinaus über die Möglichkeit, Sensorfehler abzubilden. Dies reicht von Receiver-Noise- und Common-Mode-Fehlern bei GPS-Sensoren über den Einfluss von Regen auf die Wellenausbreitung bei Radarsensoren bis hin zu auflösungsbedingten Kamerafehlern. Am aufwendigsten sind schließlich die physikalischen Sensormodelle, die die Ultraschall-, Lidar- und Radar-Perzeption auf Basis von Raytracing berechnen.
Insgesamt rundet die virtuelle Darstellung von Sensoren die Absicherung automatisierter Fahrfunktionen ab und erhöht die Geschwindigkeit und Sicherheit der Fahrzeugentwicklung. Auf diese Weise können effiziente Entwicklungsprozesse sowie das systematische Auffinden von Sicherheitslücken gewährleistet werden.
Impressum
IPG Automotive GmbH
Frau Carmen Nussbächer Bannwaldallee 60 76185 Karlsruhe Deutschland USt-IdNr.: DE 143 597 753 Nr. HRB 104070, Handelsregister beim Registergericht Mannheim Stuttgart
T: 0049-721-985200
F: 0049-721-9852099
@: carmen.nussbaecheripg-automotive.com
ipg-automotive.com
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