Fahrerassistenzsysteme mit maschineller Wahrnehmung (eBook)

Markus Maurer, Christoph Stiller (Herausgeber)

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2005 | 2005
XIII, 246 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-27137-6 (ISBN)

Infos

Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer in seiner Fahraufgabe und entlasten ihn dadurch gezielt. Viele Experten erwarten, dass Fahrerassistenzsysteme zur Sicherheit des Straßenverkehrs wesentlich beitragen werden. Zentrale wissenschaftliche und industrielle Herausforderungen bestehen zur Zeit in der Erforschung und Entwicklung maschineller Wahrnehmungsfähigkeiten, die eine angemessene Erfassung der Umwelt und deren fahrergerechte Integration in geeignete Fahrfunktionen leisten. Dieser Band basiert auf ausgewählten Vorträgen eines Workshops in Walting (Altmühltal) und macht deren Inhalt in erweiterter Fassung zugänglich. In bislang nicht vorliegender Interdisziplinarität diskutieren Experten aus Wissenschaft und Praxis unterschiedlichste Ansätze aus vielfältigen Bereichen wie der maschinellen Wahrnehmung, Mensch-Maschine-Interaktion, Wissensrepräsentation, Funktionsentwicklung und Wirtschaftsethik. Über die fachlich-technische Auseinandersetzung mit Fahrerassistenzsystemen hinaus wird damit auch ein Beitrag zum notwendigen Diskurs über deren Auswirkung und gesellschaftliche Akzeptanz geleistet.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 10
Autorenverzeichnis 12
Fahrerassistenzsysteme - Von realisierten Funktionen zum vernetzt wahrnehmenden, selbstorganisierenden Verkehr 15
1 Motivation 15
2 Anforderungen an den Funktionsentwurf 19
3 Komponenten und Realisierungsaspekte 22
4 Realisierte Fahrerassistenzsysteme 28
5 Von vernetzterWahrnehmung zum selbstorganisierenden Verkehrsnetz 30
6 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 32
Literaturverzeichnis 32
Visuelle mobile Wahrnehmung durch Fusion von Disparität und Verschiebung 35
1 Einleitung 35
2 Sensierung durch einzelne Korrespondenzmerkmale 36
3 Merkmalsfusion am Beispiel von Disparität und Verschiebung 42
4 Zustandsraummodellierung 44
4.1 Formulierung des erweiterten Kalman-Filters 44
4.2 Statistischer Objektzuordnungstest durch Residuenanalyse 47
5 Merkmalsextraktion 48
6 Ergebnisse 50
6.1 Synthetische Bildfolge 50
6.2 Reale Stereo-Bildsequenz 50
7 Schlussbemerkungen und Zusammenfassung 51
Literaturverzeichnis 55
Informationsfusion für Fahrerassistenzsysteme 57
1 Informationsfusion 57
1.1 IF/SDF-Prozessmodell 57
1.2 IF/SDF-Verfahren 58
1.3 Tracking-Verfahren 62
2 Fahrerassistenzsysteme 65
3 Informationsplattform für Fahrerassistenzsysteme 67
Literaturverzeichnis 70
Fusionsarchitekturen zur Umfeldwahrnehmung für zukünftige Fahrerassistenzsysteme 73
1 Einführung 73
2 Grundlagen der Sensordatenfusion und Umfeldmodellierung 74
2.1 Fahrzeugumfeldmodell 74
2.2 Sensoren zur Fahrzeugumfelderfassung 75
2.3 Wirkungsweisen der Sensordatenfusion 75
2.4 Multi-Sensor und Multi-Objekt-Tracking 77
3 Fusionsstrategien und Fusionsarchitekturen 79
3.1 Generelle Systemanforderungen 79
3.2 Assoziationslevel 80
3.3 Synchrone oder asynchrone Sensorsysteme 81
3.3.1 Explizite Fusion im Assoziationsprozess mit synchronen Sensoren 82
3.3.2 Implizite Fusion über das Objektmodell mit asynchronen Sensoren 83
3.4 Bewertung der Ansätze 84
4 Implementationen von Fusionsansätzen 85
4.1 Hinderniserkennung 85
4.2 Spurerkennung 86
4.3 Automatic Cruise Control (ACC) 87
4.4 Autonomes Fahren 87
4.5 ARGO 88
4.6 CHAMELEON 88
4.7 CARSENSE 89
5 Fusionsarchitektur der Volkswagen Forschung 90
5.1 Vorbemerkung und Randbedingungen 90
5.2 Sensorik und Vernetzung 90
5.3 Kalman.lter zur Sensordatenfusion 92
5.4 Sensordatenprädiktion am Beispiel des Fernradars 94
5.5 Sensordatenbewertung und Assoziation beim Fernradarsensor 96
5.6 Ergebnisse im Versuchsträger 96
6 Zusammenfassung und Ausblick 98
Literaturverzeichnis 100
‘Innervation des Automobils’ und Formale Logik 103
1 Einführung 103
2 Fahrmanöver 105
2.1 „Erkennende und „ausführbare Repräsentationen 105
2.2 Erkennung fahrzeugeigener und fahrzeugfremder Fahrmanöver 106
2.3 Erkennung und „begrif.iche Beschreibung“ von Fahrmanövern 107
2.4 Verben zur Beschreibung von Fahrzeugbewegungen 107
3 Hierarchische Situationsgraphen 108
3.1 „Generisch beschreibbare Situationen 109
3.2 Situationsknoten und Situationsgraphen 110
3.3 Detaillierung eines Situationsknotens 112
3.4 Weitere Detaillierungsmöglichkeit für einen Situationsknoten 113
4 Die SGB-Repräsentationssprache SIT++ 117
5 Alternative (partielle) Verhaltensrepräsentationen 120
6 Diskussion und Ausblick 120
Danksagung 126
A Glossar 126
Detaillierung 126
Detaillierungskante 126
FAS 127
F–Limette 127
Prädiktionskante 127
SGB ( SGT ) 127
SIT++ 127
Situationsgraphen 127
Situationsgraphenbaum 127
Situationsschema 128
Spezialisierung 128
UMTHL 128
UMTL 128
Verhaltensbeschreibung 128
Zeitliche Zerlegung 128
Literaturverzeichnis 128
Was nützt es dem Fahrer, wenn Fahrerinformations- und -assistenzsysteme etwas über ihn wissen? 131
1 Fahrerinformations- und -assistenzsysteme im Wirkungskreis Fahrer-Fahrzeug-Umwelt 131
2 Definitionen und Modelle 132
2.1 Fahrerzustand 132
2.2 Fahrerabsicht 133
2.3 Situationsbewusstsein 133
2.4 Ermüdung/Aufmerksamkeit/Wachsamkeit 134
2.5 Belastung/Beanspruchung 135
2.6 Ablenkung/Abwendung 136
3 Nutzen von Fahrerinformation 136
3.1 Zusammenhang zwischen Ablenkung/Abwendung und Verkehrssicherheit 136
3.2 IKS und Fahrerinformation 137
3.3 FAS und Fahrerinformation 137
4 Praktische Ansätze zur Fahrerzustandserfassung 138
4.1 Erfassung von Müdigkeit und Vigilanz 138
4.2 Erfassung der visuellen Aufmerksamkeitsrichtung 142
4.3 Absichtserkennung 143
4.4 Erfassung des Situationsbewusstseins 144
5 Fahrerzustandsoptimierung 147
6 Systemarchitektur 149
7 Zusammenfassung und weiterer Forschungsbedarf 150
Literaturverzeichnis 152
Erhöhter Fahrernutzen durch Integration von Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssystemen 155
1 Einleitung 155
2 Gestaltung von FAS und FIS 155
3 Lösungsansätze 158
4 Informationsmanager 159
5 Belastungsprädiktor 159
6 Vorhersage von Fahrmanövern 167
7 Anwendungsbeispiel: Auswirkungen des Einsatzes von Fahrmanövervorhersage und Informationsmanager 169
8 Folgerungen und Ausblick 173
Literaturverzeichnis 174
Auswirkungen von Teilautomation auf das Fahren 175
1 Auswirkung von Automation auf die Vigilanz 177
2 Automation und Situationsbewusstsein 178
3 Messung von Situationsbewusstsein im Fahrzeug 180
3.1 Subjektive Maße 180
3.2 Leistungsmaße 181
3.3 Occlusion und Hands-Off-Methode 182
3.4 Physiologische Maße 182
4 Eigene Studien 182
4.1 Studie I 183
4.1.1 Untersuchungsanordnung 184
4.1.2 Ergebnisse 184
4.1.3 Zusammenfassung Studie I 187
4.2 Studie II 189
4.2.1 Untersuchungsanordnung 190
4.2.2 Ergebnisse 190
4.2.3 Zusammenfassung Studie II 194
5 Diskussion 196
5.1 Wirkung von ersetzender Assistenz 196
5.2 Wirkung von warnender Assistenz 196
6 Zusammenfassung 197
Literaturverzeichnis 199
Evaluierung eines Spurhalteassistenten für das „Honda Intelligent Driver Support System 203
1 Einleitung 203
2 Beschreibung des HIDS Systems 203
2.1 Der Abstandsregler 205
2.2 Der Spurhalteassistent 206
3 Untersuchung des Ein.usses des HIDS Systems auf die Fahrsicherheit 208
3.1 Testmethoden 208
3.2 Subjektive Bewertung 209
3.3 Objektive Bewertung 211
4 Zusammenfassung 214
Literaturverzeichnis 215
Vision: Von Assistenz zum Autonomen Fahren 217
1 Einleitung 217
2 Orientierungsrahmen für ein leistungsfähiges Fahrzeug-Sehsystem 220
2.1 Wahrnehmung der Umgebung 220
2.2 Repräsentation der Wahrnehmung mit üblichen Begriffen 222
2.3 Verwendung für Assistenz oder autonome Fähigkeiten 223
3 Modulare Gliederung 224
3.1 Hardware-Ausstattung der Fahrzeuge 224
3.1.1 Fahrzeugauge 224
3.1.2 Rechnersystem zur Bildfolgeninterpretation 225
3.1.3 Andere Sensoren 226
3.1.4 Gesamtes Rechnersystem 227
3.1.5 Aktuatorik 227
3.2 Missionsbereiche 228
3.3 VisuelleWahrnehmung 228
3.4 Repräsentation des aktuellen Wissens 231
3.4.1 Szenenbaum 231
3.4.2 Missionsplan 232
3.4.3 Fähigkeitennetzwerk 234
3.4.4 Situationserfassung und -darstellung 234
3.5 Verhaltensentscheidung 236
3.5.1 Blickrichtungsteuerung 237
3.5.2 Assistenzfunktionen 238
3.5.3 Autonome Fortbewegung 239
3.6 Verhaltensrealisierung 239
3.6.1 Vorsteuerverläufe für Manöver 239
3.6.2 Rückkopplungsgesetze für Folgeregler 241
3.6.3 Manöver mit Störkompensationen 241
3.6.4 Autonome Missionsdurchführung 242
4 Gesamtarchitektur 242
5 Systemintegration 244
6 Zusammenfassung 246
Literaturverzeichnis 248
Wirtschaft und gesellschaftliche Akzeptanz: Fahrerassistenzsysteme auf dem Prüfstand 253
Einleitung 253
1 Die Bedeutung gesellschaftlicher Akzeptanz für die Wirtschaft 253
2 Vorbemerkungen zu Moral und Ethik 253
3 Die „gesellschaftlichen Vorteile von FAS 254
4 Das Problem der Hersteller 256
5 Skizze zur Lösung des Problems 256
6 Bewertung der Lösung 257
7 Organisation der „gesellschaftlichen Akzeptanz 258
Sachverzeichnis 259

Textauszug

Evaluierung eines Spurhalteassistenten für das „Honda Intelligent Driver Support System" (S. 189-190)

Jens Gayko Honda, Offenbach

1 Einleitung

Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten im Bereich der autonomen und teilautonomen Fahrzeugführung begannen im großen Stil in den achtziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts in Europa, den USA und Japan. Zunächst war es das Ziel vieler Forschungsprojekte, ein vollautonomes Fahren zu realisieren (z.B. [11]). Aufgrund von technischen und juristischen Problemen sowie einer zu erwartenden fehlenden Akzeptanz durch die Kunden konzentriert sich die Entwicklung heute auf so genannte Fahrerassistenzsysteme (FAS). Ziel dieser Systeme ist es, den Fahrer bei der Bewältigung der Fahraufgabe zu entlasten und somit die Fahrsicherheit zu erhöhen. Zwei prominente Vertreter von FAS stellen die Abstandsregelung (ACC1) und die Spurhalteassistenz dar. Aus technischen Gründen sind heutige Systeme zumeist für den Einsatz auf autobahnähnlichen Straßen ausgelegt. Das nachfolgend beschriebene „Honda Intelligent Driver Support System" (HIDS System) vereint beide FAS in einem Fahrzeug. Das System wurde im Rahmen des „Advanced Safety Vehicle" Programms (ASV) entwickelt [17]. Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen, die im Rahmen der Auslegung des Spurhalteassistenten (Querführung) gemacht wurden. Zunächst erfolgt eine kurze technische Beschreibung des HIDS Systems. Danach werden die Untersuchungen des Spurhalteassistenten in Bezug auf die Fahrsicherheit beschrieben. Es wird in subjektive und objektive Untersuchungen untergliedert. Anschließend erfolgt eine Bewertung und Zusammenfassung.

2 Beschreibung des HIDS-Systems

Abb. 1 zeigt schematisch die Architektur des „Honda Intelligent Driver Support System". Das System besteht aus dem Abstandsregler, dem Spurhalteassistenten („Lane Keeping Assistance System", LKAS2) und der Schnittstelle zum Fahrer („Mensch Maschine Interaktion", MMI). Das HIDS System ist seit Ende 2002 in Japan für das aktuelle Modell des Honda Accord verfügbar.

Ziel bei der Entwicklung des HIDS System war es, den Fahrer auf längeren Fahrten bei den Routinetätigkeiten Abstandhalten und Spurhalten zu unterstützen. Dabei besteht jederzeit die Möglichkeit, das System zu übersteuern. Das System ist primär ein Komfortsystem, das dem Fahrer ein entspanntes Fahren – speziell bei längeren Fahrten auf autobahnähnlichen Straßen – ermöglicht. Trotz der primären Auslegung als Komfortsystem spielt der zu erwartende Sicherheitsgewinn eine entscheidende Rolle bei der Industrialisierung und Kundenakzeptanz. Bei der Entwicklung des Systems lag der Ansatz zu Grunde, dass der Fahrer durch die Entlastung bei Routinetätigkeiten einen Freiraum bekommt, den er nutzen kann, die Fahraufgabe sicherer zu bewältigen. Ob dieser Effekt tatsächlich eintritt, oder ob es aufgrund von sogenannten Kompensationseffekten zu einer Erhöhung des Unfallrisikos kommt, muss bei der Auslegung der Mensch-Maschine-Interaktion untersucht werden.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.12.2005
• Zusatzinfo: XIII, 246 S.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Informatik ► Theorie / Studium ► Künstliche Intelligenz / Robotik
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Automatisierung • Automobil • Fahrerassistenzsystem • Fahrzeug • Fahrzeugregelung • Informationsfusion • Logik • Mensch-Maschine-Interaktion • Messen • Präsentation • Regelung • Sicherheit • Verkehr • Wahrnehmung • Wissensrepräsentation
• ISBN-10: 3-540-27137-6 / 3540271376
• ISBN-13: 978-3-540-27137-6 / 9783540271376