Handbuch Assistiertes und Automatisiertes Fahren (eBook)

Grundlagen, Komponenten und Systeme für assistiertes und automatisiertes Fahren

Hermann Winner, Klaus C J Dietmayer, Lutz Eckstein, Meike Jipp, Markus Maurer, Christoph Stiller (Herausgeber)

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2024 | 4. Auflage 2024
1419 Seiten
Springer Fachmedien Wiesbaden (Verlag)
978-3-658-38486-9 (ISBN)

Infos

In diesem Grundlagenwerk werden Systeme, die Fahrzeugführung unterstützen oder ganz übernehmen in Aufbau und Funktion ausführlich erklärt. Darüber hinaus enthält es eine Übersicht der Rahmenbedingungen für die Entwicklung solcher Systeme sowie Erläuterungen der angewandten Entwicklungs- und Testwerkzeuge. Die Beschreibung umfasst die heute bekannten Assistenzsysteme einschließlich des Ausblicks auf deren zukünftigen Entwicklungen. Speziell wird den vielfältigen Aspekten der Automatisierung des Fahrens Rechnung getragen, denn mit der Übertragung der Fahraufgabe an eine Maschine leiten sich viele neue Herausforderungen ab.

Im Handbuch werden Funktionsprinzipien und Ausführungsformen die dazu erforderlichen Komponenten und Architekturen für die maschinelle Wahrnehmung, der Planung und der Aktorik erläutert. Der nutzergerechten Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstellen von Assistenz- und Automatisierungssystemen wird ebenso Rechnung getragen wie die Diskussion zu den Herausforderungen für die Einführung des hochautomatisierten Fahrens ab Level 3. Besonderheiten von Systemen zum assistierten und automatisierten Fahrens bei Nutzfahrzeugen und Motorrädern runden den umfassenden Ansatz ab.

Inhalt

Vorwort 8
Inhaltsverzeichnis 10
Autorenverzeichnis 36
I: Grundlagen der Fahrerassistenzentwicklung 43
1: Menschliche Leistung bei der Fahrzeugführung 44
1.1 Relevanz der menschlichen Leistung für die Fahrzeugführung 46
1.2 Menschlicher Informationsverarbeitungsprozess 47
1.2.1 Informationsaufnahme 49
1.2.2 Informationsverarbeitung 51
1.2.3 Informationsabgabe 52
1.3 Determinanten des menschlichen Leistungsangebotes 53
1.3.1 Alter 53
1.3.2 Persönlichkeitsmerkmale 55
1.3.3 Fahrerfahrung 55
1.3.4 Ermüdung 56
1.4 Anforderungen an Fahrzeugführende im System Fahrer-Fahrzeug-Umgebung 56
1.4.1 Teilaufgaben der Fahrzeugführung 57
1.4.2 Anforderungen aus der Fahrzeugführungsaufgabe 57
1.5 Bewertung der Anforderungen aus der Fahrzeugführungsaufgabe im Hinblick auf das menschliche Leistungsangebot 59
1.5.1 Informationsquellen, Sinnes- und Wahrnehmungsprozesse 59
1.5.2 Beurteilungsleistungen 61
1.5.3 Entscheidungs- und Denkprozesse 62
1.5.4 Fahrzeugbedienung 63
Literatur 63
2: Klassifizierung automatisierter Fahrfunktionen 66
2.1 Einleitung 67
2.2 Was wird klassifiziert? 68
2.2.1 Unterscheidung zwischen Fahrzeugen, Systemen und Funktionen 68
2.2.2 Unterscheidung zwischen Navigation, Stabilisation und Bahnführung 68
2.2.3 Geltungsbereich der Klassifikationen 69
2.3 Wie wird klassifiziert? 69
2.3.1 Wirkweise A: Informierende und warnende Funktionen 70
2.3.2 Wirkweise B: Kontinuierlich automatisierende Funktionen 71
2.3.2.1 SAE International Standard J3016 71
2.3.3 Wirkweise C: In unfallgeneigten Situationen temporär eingreifende Funktionen 73
2.3.4 Zusammenspiel und Konkurrenzverhältnis 73
2.4 Für wen wird klassifiziert? 74
2.4.1 Ansätze zur nutzergerechten Kommunikation 74
Literatur 75
3: Allgemeine rechtliche Rahmenbedingungen für assistierte, automatisierte und autonome Fahrfunktionen in Deutschland 77
3.1 Einleitung und Übersicht 78
3.2 Informierende und warnende Funktionen (Wirkweise A) 78
3.3 Kontinuierlich automatisierte Funktionen (Wirkweise B) 79
3.3.1 Internationales Recht: Wiener Übereinkommen über den Straßenverkehr (1968) – Übersteuerbarkeit durch Fahrende 80
3.3.2 Assistierende Funktionen (Level 1 und 2) 80
3.3.3 Automatisierende Funktionen (Level 3) 82
3.3.4 Autonome Funktionen (Level 4) 85
3.4 In unfallgeneigten Situationen eingreifende Funktionen (Wirkweise C) 90
3.4.1 In abstrakt unfallgeneigten Situationen eingreifende Funktionen 90
3.4.2 In konkret unfallgeneigten Situationen eingreifende Funktionen 91
Literatur 92
4: Rahmenbedingungen für Fahrerassistenz aus Typgenehmigung und Verbraucherschutz 94
4.1 Einordnung in den Produktentwicklungsprozess 95
4.2 Herkunft von Rahmenbedingungen 96
4.2.1 Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen 96
4.2.2 Marktüberwachung 97
4.2.3 Verbraucherschutz mit Euro NCAP 98
4.3 Formulierung von Anforderungen 99
4.3.1 Implizite Vorgabe von Anforderungen durch präzise Testkriterien 100
4.3.2 Explizite Vorgabe von Anforderungen 101
4.4 Konkrete Anforderungen aus fahrzeugtechnischen Vorschriften 103
4.4.1 UN-Regelungen 103
4.4.2 Delegierte Rechtsakte der Europäischen Kommission 105
4.5 Konkrete Anforderungen aus dem Verbraucherschutz 105
4.5.1 Grading von Komfortassistenz 106
4.6 Fazit und Ausblick 106
Literatur 107
5: Fahrerassistenzsysteme und automatisierte Fahrfunktionen – Unfallgeschehen und Sicherheitspotenziale 109
5.1 Unfallstatistik 110
5.1.1 Unfallgeschehen in Deutschland 110
5.1.2 Unfallgeschehen nach Fahrzeugart 114
5.1.2.1 Pkw 114
5.1.2.2 Lkw 116
5.1.2.3 Bus 116
5.1.2.4 Motorisierte Zweiräder (MZR) 117
5.2 Einteilung und Abgrenzung moderner Fahrerassistenz- und automatisierter Fahrfunktionen 118
5.3 Sicherheitspotenzial von Fahrerassistenzsystemen 120
5.3.1 Methoden zur Bewertung des Sicherheitspotenzials von FAS 120
5.3.2 Pkw 122
5.3.3 Lkw 122
5.3.4 Bus 123
5.3.5 Motorisiertes Zweirad (MZR) 123
5.4 Sicherheitspotenzial automatisierter Fahrfunktionen bei Pkw 125
5.5 Ausblick 127
Literatur 127
6: Sicherheit von assistierten und automatisierten Systemen 129
6.1 Überblick der existierenden Sicherheitsnormen 130
6.2 Funktionale Sicherheit 133
6.2.1 Ziele und Aufbau der ISO 26262 133
6.2.2 Sicherheitsanforderungen an Fahrerassistenz- und automatisierte Systeme 133
6.2.2.1 Spezifikation von Sicherheitszielen 134
Grundlagen 134
Sicherheitsziele am Beispiel ANB 137
6.2.2.2 Spezifikation von Sicherheitsanforderungen 139
Grundlagen 139
Sicherheitsanforderungen am Beispiel ANB 139
ASIL-Dekomposition 141
6.2.3 Erfüllung der Sicherheitsanforderungen 142
6.2.3.1 Rückverfolgbarkeit der Anforderungsebenen („Traceability“) 142
6.2.3.2 Verifikation 146
6.2.3.3 Validierung 146
6.2.4 Grenzen der ISO 26262 148
6.3 Safety of the intended functionality (SOTIF) 151
6.3.1 Einführung in ISO 21448 151
6.3.2 Überblick SOTIF-Vorgehensmodell 153
6.3.3 Funktion ohne SOTIF-relevante Limitierungen {5, 6} 154
6.3.3.1 Spezifikation und Design {5} 154
6.3.3.2 Identifikation und Bewertung der Gefährdung {6} 155
6.3.4 Iterative Anpassung der Funktionsspezifikation {7, 8, 13} 156
6.3.4.1 Identifikation und Evaluierung von funktionalen Unzulänglichkeiten {7} 156
6.3.4.2 Umgang mit Ereignissen aus der Feldbeobachtung {13} 157
6.3.5 Funktion mit akzeptierten funktionalen Unzulänglichkeiten {7, 9–11} 158
6.3.5.1 Bewertung der funktionalen Unzulänglichkeit und auslösenden Bedingungen {7} 158
6.3.5.2 Definition der Verifikations- und Validierungsstrategie {9} 158
6.3.5.3 Bewertung bekannter Szenarien mit Gefährdungspotenzial {9, 10} 160
6.3.5.4 Bewertung des Gefährdungspotenzials unbekannter Szenarien {9, 11} 160
6.3.6 Massiv datengetriebene Entwicklung 162
6.4 UN/ECE im Kontext der Sicherheitsnormen 163
6.5 Zusammenfassung und Ausblick 163
Literatur 164
II: Virtuelle Entwicklungs- und Testumgebungen für Fahrerassistenzsysteme 166
7: Virtuelle Integration 167
7.1 Durchgängiges Testen und Bewerten im virtuellen Fahrversuch 168
7.2 Effiziente Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Zulieferer mittels einer Integrations- und Testplattform 171
7.3 In-the-Loop-Methoden und virtuelle Integration im V-Modell 172
7.4 Erweiterung des V-Modells durch alternative Entwicklungsmethoden (Agile/Scrum) 177
7.5 Virtuelle Integration im Entwicklungsprozess 179
7.5.1 Spezifizieren mithilfe der virtuellen Integration 179
7.5.1.1 Kundenanforderung 179
7.5.1.2 Logische Architektur 180
7.5.1.3 Technische Architektur 180
7.5.1.4 System-Design 181
7.5.1.5 Komponenten-Design 181
7.5.1.6 Implementierung 182
7.5.2 Integrieren mithilfe der virtuellen Integration 182
7.5.2.1 Komponententest 182
7.5.2.2 Systemtest 182
7.5.2.3 Integrationstest 183
7.5.2.4 Applikation/Kalibrierung 183
7.5.2.5 Akzeptanztest 183
7.5.3 Anwendung agiler Methoden & CI/CT/CD-Werkzeuge bei der virtuellen Integration
7.6 Grenzen der virtuellen Integration 185
7.6.1 Validitätsgrenzen 185
7.6.2 Praktische Grenzen 186
7.7 Fazit 186
Literatur 187
8: Dynamische Fahrsimulatoren 189
8.1 Allgemeiner Überblick über Fahrsimulatoren 193
8.1.1 Einsatz von Fahrsimulatoren 193
8.1.2 Beispiele für dynamische Fahrsimulatoren 195
8.2 Aufbau eines dynamischen Fahrsimulators am Beispiel des Mercedes-Benz-Fahrsimulators 198
8.2.1 Bewegungssystem 198
8.2.2 Fahrerumfeld 199
8.2.3 Bildsystem 200
8.2.4 Sound- und NVH-System 201
8.2.5 Modelle der Fahrdynamik und der Umgebung 201
8.2.6 Abbildung der Bewegung in den beschränkten Bewegungsraum 202
8.2.7 Wahrnehmungskonflikte und Simulatorkrankheit 203
8.2.8 Vorbereitungssimulatoren 204
8.3 Versuchskonzeption 204
8.3.1 Zielstellung von Probandenuntersuchungen 204
8.3.2 Versuchsdesign 205
8.3.3 Versuchsvorbereitung 208
8.3.4 Ablenkungen 208
8.3.5 Lerneffekte 209
8.3.6 Probandenauswahl 209
8.3.7 Auswertung von Probandenversuchen 210
8.4 Problematik der Übertragbarkeit, der Realitätsnähe und des Gefahrenempfindens 212
8.4.1 Verfahren zur Validierung von Fahrsimulatoren 212
8.4.2 Realitätsnähe und Gefahrenempfinden 213
8.5 Zusammenfassung und Ausblick 214
Literatur 215
III: Testmethoden 218
9: Testverfahren für Verbraucherschutz und Fahrzeugtypgenehmigung 219
9.1 Systematik von Testverfahren 220
9.2 Testverfahren im Verbraucherschutz am Beispiel von Euro NCAP 221
9.2.1 Konzept 221
9.2.2 Randbedingungen von Testverfahren bei Euro NCAP 223
9.2.3 Testverfahren für Fahrerassistenzsysteme 224
9.2.3.1 Fußgänger-Notbremsassistenz 224
9.2.3.2 Notbremsassistenz Pkw-Fahrrad 224
9.2.3.3 Notbremsassistenz Pkw-Pkw 224
9.2.3.4 Fahrstreifen­assistenzsysteme 224
9.2.3.5 Grading automatisierter Fahrfunktionen 226
9.3 Testverfahren im Rahmen fahrzeugtechnischer Vorschriften 229
9.4 Eigenschaften von Testwerkzeugen 229
9.4.1 Pkw-repräsentierende Zielobjekte und Bewegungsvorrichtungen 230
9.4.2 Menschen repräsentierende Zielobjekte und Bewegungsvorrichtungen 231
9.4.3 Fahrräder und Motorräder repräsentierende Zielobjekte und Bewegungsvorrichtungen 232
9.5 Ausblick: Realitätsnähe und Testaufwand 233
Literatur 234
10: Menschzentrierte Bewertungsverfahren von assistierten Fahrfunktionen 235
10.1 Warum benötigen wir menschzentrierte Bewertungsverfahren von assistierten Fahrfunktionen? 236
10.1.1 Methoden und Modelle menschzentrierter Fahrerassistenz-, Automations- und Verkehrssysteme 236
10.1.2 Erfassung, Analyse, Modellierung und Bewertung 236
10.2 Klassische Bewertungsverfahren und deren Grenzen 237
10.2.1 Natürliche Fahrstudien 238
10.2.2 Simulatorstudien 239
10.2.2.1 Dynamischer Fahrsimulator 240
10.2.2.2 Virtuelles Labor 240
10.3 Innovative, neue Verfahren 241
10.3.1 Die vernetzte Simulation 241
10.3.2 Anwendungs- und Forschungsbeispiele 243
10.3.2.1 Analyse von Interaktion im urbanen Raum 243
10.3.2.2 Analyse von Interaktion und Kommunikation als mögliche Basis für Entscheidungs-/Verhaltensstrategien automatisierter Fahrzeuge 244
10.4 Ausblick/Bedeutung für automatisiertes Fahren 245
Literatur 246
11: Wizard-of-Oz-Fahrzeuge 248
11.1 Einführung und Definitionen 249
11.2 Das Wizard-of-Oz-Prinzip als neue psychologische Untersuchungsmethode beim automatisierten Fahren 250
11.2.1 Wizard-of-Oz Studien im Kontext methodischer Gütekriterien 252
11.2.2 Methodenspezifische Herausforderungen bei der Studienplanung und -durchführung 254
11.3 Einsatz von Wizard-of- Oz-Fahrzeugen in der Forschung zur Mensch-Maschine-Interaktion bei kontinuierlicher Fahrzeugautomatisierung 255
11.3.1 Einsatz für SAE-Level-3 256
11.3.1.1 SAE-Level-3-Umsetzungskonzepte: Anforderungen an den Wizard-Fahrer oder die -Fahrerin und den Fahrerarbeitsplatz 256
11.3.1.2 Voraussetzungen, Nutzen und Grenzen der Methodik für SAE-Level 3 258
11.3.2 Einsatz für SAE-Level 4 260
11.3.2.1 SAE-Level-4-Umsetzungskonzepte: Anforderungen an den Wizard-Fahrer oder die -Fahrerin und den Fahrerarbeitsplatz 260
11.3.2.2 Voraussetzungen, Nutzen und Grenzen der Methodik für SAE-Level 4 261
11.4 Zusammenfassung und abschließende Diskussion 262
Literatur 264
12: EVITA – Das Verfahren zur realistischen Darbietung auffahrkollisionskritischer Situationen im Fahrversuch 268
12.1 Das Dummy Target EVITA 270
12.1.1 Motivation, Ziele und Anforderungen 270
12.1.2 Konzept 270
12.1.3 Aufbau 271
12.1.4 Versuchsablauf 272
12.1.5 Gefährdungen von Versuchsteilnehmenden 272
12.1.6 Leistungsdaten 273
12.2 Bewertungsmethodik für Antikollisionssysteme 273
12.2.1 Messkonzept im Versuchsfahrzeug 273
12.2.2 Fahrzeugunabhängige Schnellmesseinrichtung 273
12.2.3 Wirksamkeit eines Antikollisionssystems 273
12.2.4 Probandenversuch 274
12.2.5 Bewertungskriterien für warnende Frontkollisions­gegenmaßnahmen 275
12.2.6 Vergleiche von Antikollisionssystemen 276
12.2.7 Einsatz in weiteren Studien 277
12.3 Darbietung von auffahrkollisionskritischen Situationen im Fahrversuch 277
12.3.1 Automatische Notbremssysteme für Motorräder 277
12.3.2 Übernahmeverhalten bei teilautomatisiertem Fahren (Level 3) 278
12.4 Ausblick und künftige Anwendung 278
Literatur 278
13: Testen mit koordinierten automatisierten Fahrzeugen 280
13.1 Motivation für den Einsatz koordinierter automatisierter Fahrzeuge 282
13.2 Anforderungen an Präzision und Reproduzierbarkeit 284
13.3 Technische Umsetzung 284
13.3.1 Im Fahrzeug: Lenkroboter, Pedalroboter, Positionsmessung, Safety-Controller, Notbremseinrichtung 284
13.3.2 Im Leitstand: Steuerzentrale, Visualisierung, Koordination, Sicherheit 286
13.3.3 Sonstige Systeme: Daten- und Bildübertragung, Datensynchronisation, Luftbilder 287
13.4 Planung von Manövern 288
13.4.1 Planung einzelner Trajektorien 288
13.4.2 Planung und Überprüfung koordinierter Trajektorien 288
13.4.3 Genauigkeit und Wiederholbarkeit 289
13.4.4 Virtuelle Leitplanken 290
13.5 Selbstfahrende Targets 290
13.5.1 Soft-Crash-Target 291
13.5.2 Überfahrbarer Target-Träger 292
13.5.3 Zertifiziertes crashbares Target 293
13.5.4 Targets für „Vulnerable Road Users“ (VRU) 294
13.6 Beispiele für automatisierte Fahrmanöver 295
13.6.1 Automatisierte Manöver einzelner Fahrzeuge 295
13.6.2 Koordinierte Manöver mit mehreren automatisierten Fahrzeugen 296
13.6.3 Manöver mit fahrzeugführender Person und mit getriggerten bzw. synchronisierten Targets 297
13.7 Zukünftige Entwicklungen 298
Literatur 299
IV: Sensoren für Fahrerassistenzsysteme 300
14: Ultraschallsensorik 301
14.1 Einleitung 302
14.2 Grundlagen der Ultraschallwandlung 302
14.2.1 Piezoelektrischer Effekt 302
14.2.2 Piezoelektrische Keramiken 302
14.3 Ultraschallwandler 303
14.3.1 Grundbegriffe der Akustik 304
14.3.1.1 Schall 304
14.3.1.2 Schalldruck 304
14.3.1.3 Ultraschall 304
14.3.2 Aufbau und Funktionen 304
14.3.2.1 Sensorelement 305
14.3.2.2 Elektronik/PCB 306
14.3.3 Entfernungsmessung 309
14.4 Systemgrenzen des Ultraschallsensors 311
14.5 Ultraschallbasierende Umfelderfassung/Fahrerassistenz 313
14.5.1 Ultraschallbasierende Applikationen 313
14.5.2 Generische Ultraschallsys­temarchitektur 313
14.5.3 Systemapplikation Ultraschall 314
14.5.4 Performance 314
14.6 Zusammenfassung und Ausblick 315
14.6.1 Zusammenfassung 315
14.6.2 Ausblick 315
Literatur 318
15: Radarsensorik 319
15.1 Einleitung 321
15.2 Ausbreitung und Reflektion 322
15.3 Grundlagen der Radarsignalverarbeitung 327
15.3.1 Grundprinzip Modulation und Demodulation 327
15.3.1.1 Theoretische Grundlagen 327
15.3.1.2 Doppler-Effekt 329
15.3.1.3 Mischer 330
15.3.2 Frequenzmodulation (FM) 331
15.3.2.1 Entwicklung der Modulationsarten für Kfz-Radar 331
15.3.2.2 Chirp-Sequence-Modulation (Multi-Chirp) 332
15.3.2.3 Abstand 333
15.3.2.4 Radialgeschwindigkeit 334
15.3.3 Digitale Modulationsverfahren 336
15.4 Prinzip der Winkelmessung 338
15.4.1 Antennentheoretische Vorbetrachtungen 338
15.4.2 Scanning 340
15.4.3 Monopuls 341
15.4.4 Planare Antennen-Arrays 343
15.4.4.1 Aufbau und Auslegung der Antennenelemente 343
15.4.4.2 Grundlagen des Digital Beamforming 343
15.4.4.3 Kombinierte Azimut- und Elevationsbestimmung 347
15.4.4.4 Multiple-Input-Multiple-Output- (MIMO-) Antennen 348
15.5 Hauptparameter der Leistungsfähigkeit 349
15.5.1 Abstand 349
15.5.2 Radialgeschwindigkeit 350
15.5.3 Azimutwinkel 350
15.5.4 Elevationswinkel 350
15.5.5 Leistungsfähigkeit und Mehrzielfähigkeit 350
15.5.6 24 GHz vs. 77 GHz 352
15.6 Signalverarbeitung und Tracking 353
15.7 Einbau und Justage 356
15.8 Interferenz 358
15.8.1 Auftreten und Auswirkungen 358
15.8.2 Gegenmaßnahmen 358
15.9 Ausführungsbeispiele 360
15.9.1 Bosch Radarsensoren der 4. Generation 360
15.9.2 Bosch Radarsensoren der 5. Generation 360
15.9.3 Continental Radarsensoren der 5. Generation 366
15.9.3.1 Continental ARS 510 und SRR 520 366
15.9.3.2 Continental ARS 540 370
15.9.4 HELLA 24 GHz- und 77 ­GHz-Corner-Radarsensoren 373
15.9.5 Valeo MB79 Radar 376
15.9.6 ZF MRGen21 und FRGen21 378
15.9.6.1 MRGen21 378
15.9.6.2 FRGen21 383
15.10 Zusammenfassung und Ausblick 385
Literatur 386
16: LiDAR 388
16.1 Definition und Einordnung 390
16.2 Einleitung und Historie 390
16.3 Hauptkomponenten eines LiDAR-Systems 390
16.3.1 Allgemeiner Aufbau 390
16.3.2 Varianten des optischen Pfades 392
16.4 Hauptkennwerte 394
16.4.1 Systemreichweite 394
16.4.2 Punktrate, Messbereich und Auflösung 395
16.5 Messmethoden 396
16.5.1 Direktes Time-of-Flight (dTOF) 396
16.5.2 Indirektes Time-of-Flight (iTOF) 397
16.5.2.1 Amplitudenmoduliertes LiDAR 397
16.5.2.2 Frequenzmoduliertes LiDAR 397
16.5.3 Gated Imaging 398
16.6 Laserschutz des LiDARs 399
16.7 Anwendungsszenarien 400
16.7.1 Datenpunktgenerator 400
16.7.2 Intelligenter Sensor 400
16.7.3 Funktionalitätsunter­stützungen 402
16.7.4 Zonenmodelle, Anwendungen und Anforderungen 403
16.8 Einsatz mehrerer Sensoren 404
16.8.1 Erhöhung der Umsicht und der Redundanz 404
16.8.2 Laserklasse des Autos 404
16.8.3 Extrinsische Kalibrierung 404
16.9 Aktuelle Serienbeispiele 405
16.10 Zusammenfassung und Ausblick 406
Literatur 407
17: Kamerasensorik 409
17.1 Einsatzgebiete und Beispielanwendungen 410
17.1.1 Umfelderfassung 410
17.1.1.1 Frontview-Kameras 411
Kameras im sichtbaren Spektralbereich 411
Kameras im infraroten Spektralbereich 412
17.1.1.2 Umfeldkameras 412
Rückfahrkameras 413
Surroundview-Kamerasysteme 413
Spiegelersatz 413
Umfelddetektion 413
17.1.2 Fahrzeugführungs- und Innenraumüberwachung 413
17.1.2.1 Fahrzeugführungs­überwachung und Blicksteuerung 413
17.1.2.2 Innenraumüberwachung 414
17.2 Kameras für Fahrerassistenzsysteme 415
17.2.1 Kriterien für die Auslegung 415
17.2.1.1 Blickfeld 415
17.2.1.2 Auflösung 416
17.2.1.3 Farbempfindlichkeit 417
17.2.1.4 Dynamikumfang 417
17.3 Kameramodul 418
17.3.1 Aufbau eines Kameramoduls 418
17.3.1.1 Elektronik 419
17.3.1.2 Aufbau- und Verbindungstechnik 419
17.3.2 Optik 420
17.3.2.1 Herstellung und Aufbau 420
17.3.2.2 Merkmale 420
Optiken für Frontview-Kameras 421
Optiken für Surroundview-Kameras 421
Optiken für Kameras zur Personenüberwachung 421
Optiken für Kameras zur Innenraumüberwachung 422
17.3.3 Bildsensor 422
17.3.3.1 Shutter-Konzept 422
17.3.3.2 Empfindlichkeit und Rauschen 423
17.3.3.3 Auflösung 423
17.3.3.4 Dynamikumfang und HDR-Konzepte 424
17.3.3.5 Farbwiedergabe 427
17.3.3.6 Gepulste Lichtquellen und LED-Flicker-Mitigation (LFM) 427
17.4 System-Architektur 431
17.4.1 Systemübersicht 431
17.4.1.1 Bildaufnahme 431
17.4.1.2 Bildaufnahmeregelung 432
17.4.1.3 Bildverarbeitung 432
17.4.1.4 Kommunikation 433
17.4.1.5 Elektronik 433
17.4.1.6 Mechanik 433
17.4.2 Frontview-Kameraarchitektur 433
17.4.3 Satelliten-Kamerasystemarchitektur 434
17.4.4 Innenraumkamerasystem-Architektur 435
17.5 Kalibrierung 436
17.5.1 Kalibrierparameter 436
17.5.2 Orte der Kalibrierung und Kalibrierverfahren 437
17.6 Ausblick 438
Literatur 439
18: Maschinelles Sehen 440
18.1 Bildentstehung 441
18.1.1 Projektive Abbildung 441
18.1.2 Bildrepräsentation 442
18.2 Bildverarbeitung 443
18.2.1 Bildverbesserung und -filterung 443
18.2.2 Merkmalsextraktion 444
18.2.2.1 Einzelbildmerkmale 445
18.2.2.2 Korrespondenzmerkmale 447
18.3 Deep Learning 450
18.4 Rekonstruktion der Szenengeometrie 453
18.4.1 Stereoskopie 454
18.4.2 Motion-Stereo 457
18.4.3 Zeitliche Verfolgung 458
18.4.3.1 Bayes-Filter 459
18.4.3.2 Partikelfilter 460
18.4.3.3 Kalman-Filter 461
18.5 Anwendungsbeispiele 461
18.5.1 Panoptische Segmentierung 462
18.5.2 Maschinelles Sehen im Mobilitätskonzept „Mobility-as-a-Service“ 465
18.6 Zusammenfassung und Ausblick 469
Literatur 470
19: Stereosehen 474
19.1 Lokale und globale Verfahren der Disparitätsschätzung 478
19.1.1 Lokale Korrelationsverfahren 478
19.1.2 Globale Stereoverfahren 481
19.1.2.1 1D-Optimierung 481
19.1.2.2 2D-Optimierung 481
19.1.3 Stereoverfahren mittels Deep-Learning-Algorithmen 483
19.2 Genauigkeit der Stereoanalyse 485
19.2.1 Subpixelgenaue Schätzung 485
19.2.2 Effekte einer Dekalibrierung 486
19.3 6D-Vision 489
19.3.1 Das Prinzip 490
19.3.2 Dense6D 493
19.4 Stixel-Welt 495
19.4.1 Optimale Berechnung 496
19.4.2 Semantische Stixel 498
19.4.3 Instanzen 499
19.5 Zusammenfassung 501
Literatur 501
V: Datenfusion und Umweltrepräsentation 504
20: Repräsentation fusionierter Umfelddaten 505
20.1 Anforderungen an Fahrzeugumgebungsrepräsentationen 506
20.2 Objektbasierte Darstellungen 508
20.2.1 Sensorspezifische Objektmodelle und Koordinatensysteme 508
20.2.2 Zustands- und Existenzunsicherheiten 509
20.2.3 Grundlegende Verfahren des Multi-Objekt-Trackings 510
20.2.3.1 Rekursives Bayes-Filter 511
20.2.3.2 Multi-Instanzen-Kalman-Filter 512
20.2.3.3 Random-Finite-Set-(RFS-)Ansätze und Labeled-Multi-Bernoulli-(LMB-) Filter 514
20.2.3.4 Tracking ausgedehnter Objekte 519
20.2.4 Eigenlokalisierung und Einbeziehung digitaler Karten 520
20.2.5 Zeitliche Aspekte 520
20.3 Rasterbasierte Verfahren 521
20.3.1 Konzept der Rasterkarten 521
20.3.2 Eigenbewegungsschätzung 521
20.3.3 Algorithmen zur Erzeugung von Belegungsrasterkarten 523
20.3.4 Dynamische Rasterkarten 526
20.3.4.1 Partikelfilter-Ansätze 527
20.3.4.2 Ansätze mit maschinellen Lernverfahren 530
20.4 Fusionierte Umgebungsmodellierung 532
20.4.1 Objektextraktion aus dynamischen Belegungsrasterkarten 532
20.4.2 Umgebungsmodellierung und Objektfusion 534
20.5 Zusammenfassung 535
Literatur 536
21: SLAM und kartenbasierte Lokalisierung 539
21.1 Einleitung 541
21.2 Problemformulierung 545
21.3 Komponenten eines SLAM-Systems 548
21.4 Sensoren & Merkmalsassoziation
21.4.1 Kamera 552
21.4.2 Lidar 556
21.4.3 Semantische Merkmale 556
21.4.4 GNSS – Globales Navigationssatelliten­system 562
21.4.5 IMU und Raddrehzahlsensor 564
21.5 Prädiktion 565
21.5.1 Bewegungsmodell 565
21.5.2 Ortswiedererkennung 566
21.6 Zustandsschätzung 568
21.6.1 Bayes-Filter 568
21.6.2 Bayes-Filter zur kartenbasierten Lokalisierung 569
21.6.3 Graph-SLAM 571
21.7 Multi-Session-Kartengenerierung 575
21.8 Lokalisierung: Beispielanwendungen 584
21.8.1 Lokalisierung mittels kostengünstiger Sensorik auf der Autobahn 585
21.8.2 Lokalisierung mithilfe geometrischer Primitive in urbanem Gelände 586
21.9 Anhang: Der Begriff der Pose 590
Literatur 591
VI: Digitale Infrastruktur 595
22: Digitale Karten im Navigation Data Standard Format 596
22.1 Ziele der Standardisierung 598
22.2 Merkmale des NDS-Standards 599
22.3 Struktur der Daten innerhalb einer NDS-Datenbank 600
22.4 NDS Building Blocks 601
22.4.1 Navigation und Map Display 601
22.4.1.1 Shared Building Block 602
22.4.1.2 Routing Building Block 602
22.4.1.3 POI Building Block 603
22.4.1.4 Name Building Block 603
22.4.1.5 Basic Map Display Building Block 604
22.4.1.6 Traffic Information Building Block 604
22.4.1.7 Volatile Building Block 604
22.4.1.8 Lane Building Block 604
22.4.1.9 Landmark Building Block 605
22.4.1.10 Obstacle Building Block 605
22.4.1.11 Map Confidence Building Block 605
22.4.1.12 Speech Building Block 605
22.4.2 Index Structures 605
22.4.2.1 SQLite Location Input (SLI) Building Block 605
22.4.2.2 Full Text Search (FTS) Building Block 606
22.4.2.3 Automatic Speech Recognition Building Block 606
22.4.3 Advanced Visualisation 606
22.4.3.1 Digital Terrain Model Building Block 606
22.4.3.2 Orthoimages Building Block 606
22.4.3.3 3D Objects Building Block 606
22.4.3.4 Junction View Building Block 607
22.5 NDS-Datenbankstruktur und Generalisierung 607
22.5.1 Datenbankstruktur und Partitionierung 607
22.5.2 Generalisierung 607
22.6 Aufbau der NDS-Datenbank 607
22.6.1 NDS DataScript und RDS 608
22.6.2 NDS-Format-Erweiterung 609
22.6.3 NDS-Datenbankwerkzeuge 609
22.7 Kartenlernen 609
22.7.1 SENSORIS als Übertragungsprotokoll 609
22.7.2 Aggregation im Sensor vs. Aggregation im Backend 610
22.7.3 Beispielattribut (Slopes) 610
22.8 Zukunft des NDS-Standard 610
Literatur 611
23: Vehicle-2-X 612
23.1 Grundlagen und Motivation 613
23.2 Standardisierung und Gremien 614
23.3 V2X Use Cases 615
23.3.1 V2X Roadmaps 615
23.3.2 Day1-Entwicklungsphase 616
23.3.3 Day2-Entwicklungsphase 617
23.3.4 Day3+-Entwicklungsphase 619
23.4 V2X-Systemkonzept 620
23.5 V2X-Datenübertragungstech nologien 622
23.5.1 Übersicht über die V2X-Kommunikationstech nologien 622
23.5.2 Technische Herausforderungen 624
23.5.3 Übertragungskanal und Frequenzzuordnung 625
23.5.4 V2X-Nachrichtenformate 627
23.6 Datensicherheit und Schutz der Privatheit 628
23.6.1 Sicherheitsprobleme 628
23.6.2 Aspekte der Privatheit 629
23.6.3 Schutzziele und Herausforderungen 629
23.6.4 Sicherheitsmaßnahmen 630
23.6.5 Stand der Technik und Umsetzung 632
23.7 V2X-Markteinführung und Ausblick 632
Literatur 633
VII: Aktoren für Fahrerassistenzsysteme 635
24: Lenksysteme für Fahrzeuge mit Querführungsassistenzsystemen oder automatisierten Fahrfunktionen 636
24.1 Bauarten von Lenksystemen für Pkw und Lkw 638
24.1.1 Blocklenkung 638
24.1.2 Zahnstangenlenkung 640
24.1.3 Steer-by-Wire 640
24.2 Servolenkungen 641
24.2.1 Hydraulische und elektrohydraulische Servolenkungen 641
24.2.2 Mechatronische Servolenkungen 643
24.2.3 Kombinierte Hydraulische und Mechatronische Servolenkungen 644
24.2.4 Mechatronische Steer-by-Wire-Systeme 644
24.3 Hinterachslenkungen für Pkw und Lkw 645
24.4 Grundlegende Lenkfunktionen für assistiertes und automatisiertes Fahren 648
24.4.1 Lenkmomentüberlagerung 648
24.4.2 Lenkwinkelüberlagerung 649
24.4.3 Lenkwinkelregelung 650
24.4.4 Kooperative Lenkwinkelregelung 650
24.4.5 Hinterachszusatzlenkung 651
24.5 Sicherheitsanforderungen an Lenksysteme und Lenkfunktionen 652
24.5.1 Zulassungsrichtlinien 652
24.5.2 Betriebsfestigkeit von mechanischen Komponenten 652
24.5.3 Funktionale Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme 654
24.5.4 ASIL-Einstufung von Lenkfunktionen 654
24.5.5 Cyber-Security 655
24.6 Sicherheitskonzepte für mechatronische Lenksysteme 656
24.6.1 Fail-Safe- und Fail-Operational-Konzepte 656
24.6.2 Fehlertoleranz 656
24.6.3 Ausführungsbeispiele 658
24.6.3.1 Fehlertolerante elektromechanische Servolenkung 658
24.6.3.2 Steer-by-Wire-System mit redundanter Aktorik 658
24.6.3.3 Eigensicherer Hinterachssteller 662
24.7 Systemintegration auf Fahrzeugebene 662
24.7.1 Systemhierarchie/Systemarchitektur 663
24.7.2 Lenksystemschnittstellen 665
24.8 Zusammenfassung und Ausblick 666
Literatur 666
25: Elektronische Bremssysteme 667
25.1 Das Pkw-Bremssystem 668
25.1.1 Das Bremssystem als Fahrzeug-Subsystem 668
25.1.2 Das Bremssystem als eine der Wirkungsketten zur Fahrzeugkontrolle 668
25.1.3 Elektrifizierung des Fahrzeugantriebs und automatisiertes Fahren 669
25.1.4 Sense-Plan-Act-Strukturen 669
25.1.5 Die Hauptfunktionen des Bremssystems 669
25.1.6 Nebenfunktionen des Bremssystems 670
25.1.7 Systemumfang des Bremssystems, Funktionsblöcke, System-Ein- und Ausgänge 671
25.2 Entwicklungsstufen der Pkw-Bremssysteme 671
25.2.1 Konventionelles Bremssystem mit Vakuumbrems­kraftverstärker 671
25.2.2 Elektro-Booster-basiertes Bremssystem 673
25.2.3 Elektrohydraulisches By-Wire-Bremssystem 675
25.2.4 Elektromechanisches By-Wire-Bremssystem 677
25.2.4.1 Elektrische Scheibenbremse 678
25.2.4.2 Elektrische Trommelbremse 679
25.2.4.3 Abbremsung von Fahrzeugen mithilfe eines elektrischen Antriebsstrangs 680
25.3 Der Einfluss der Automatisierung der Fahrzeugführung auf die Entwicklung der Bremssysteme 681
25.3.1 Vom Automatisierungsgrad abhängige Anforderungen an Bremssysteme 681
25.3.1.1 Grundlagen zu Fahrerassistenzsystemen 681
25.3.1.2 Einfluss steigender Automatisierungsgrade von Fahrerassistenz­systemen 682
25.3.1.3 Automatisiertes Fahren der SAE-Stufe 3 682
25.3.1.4 Automatisiertes Fahren der SAE-Stufe 4 und 5 686
Einfluss eines automatisierten Stufe-4-Fahrzeugführungssystems auf Bremssysteme 686
25.3.1.5 Einfluss von Anforderungen an die Systemsicherheit auf das Bremssystem 687
Gebrauchssicherheit 687
Betriebssicherheit 687
Funktionale Sicherheit 687
25.3.1.6 Freihändiges Fahren mit SAE-Automatisierungs­stufe 2 und höher 688
25.3.2 Redundanzkonzepte für Bremssysteme 689
25.4 Ausblick 690
Literatur 691
VIII: Mensch-Maschine-Schnittstellen für Fahrerassistenzsysteme 693
26: Nutzergerechte Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion von Fahrerassistenzsystemen 694
26.1 Einführung und Motivation 695
26.2 Nutzer und nutzergerechte Gestaltung 696
26.3 MMI für Fahrerassistenzsysteme im Vergleich zu Informations- und Kommunikationssystemen 700
26.4 MMI für Informations- und Warnfunktionen 702
26.4.1 Definition und Klassifikation 702
26.4.2 Gestaltungsregeln 704
26.4.3 Ausführungsbeispiele 705
26.5 MMI für Funktionen zur Längs- und Querführung 707
26.6 Ausblick und Weiterentwicklungen 708
Literatur 709
27: Bedienelemente für Fahrerassistenzsysteme 711
27.1 Gestaltung von Bedienelementen 712
27.1.1 Systemspezifische Anforderungen 712
27.1.2 Festlegung der Bedienteilart 713
27.1.3 Räumliche Anordnung und geometrische Integration 714
27.1.4 Rückmeldung, Bedienrichtung, Haptik und Kennzeichnung 715
27.2 Umsetzung von Bedienelementen 717
27.2.1 Gebräuchliche Lösungen 717
27.2.1.1 Lenkrad-Bedienelemente 717
27.2.1.2 Bedienhebel 717
27.2.1.3 Taster 717
27.2.1.4 Menübasierte Bedienung (Touchscreen/Bildschirm-Bedienung) 718
27.2.1.5 Gesten-Bedienung 718
27.2.1.6 Sprachbedienung 719
27.2.2 Zukunftsorientierte Konzepte 719
27.2.2.1 Brain Computer Interface 719
27.2.2.2 Blicksteuerung 719
27.2.2.3 Ultraschall/holografische Bedienung 720
27.3 Fazit 720
Literatur 720
28: Insassenzustandserkennung 722
28.1 Warum Insassenzu­standserkennung? 724
28.2 Insassenzustandserkennung in der Praxis – sieben Anwendungsfelder 725
28.2.1 Regulation der Wachheit 725
28.2.2 Aufmerksamkeitsregu­lation und Ablenkungs­vermeidung 726
28.2.3 Regulation affektiver Zustände 726
28.2.4 Erkennen von Nutzerabsichten 727
28.2.5 Beanspruchungsmanage­ment und Gesundheitsanwendungen 728
28.2.6 Anwesenheitserkennung und -klassifizierung 728
28.2.7 Transitionen zwischen Automatisierungsstufen 729
28.3 Vom Nutzer zum Nutzermodell 729
28.3.1 Operationalisierung von Nutzerzuständen 729
28.3.2 Nutzermodelle als Abstraktion der Realität 730
28.4 Sensorik und Messgrößen 731
28.4.1 Kontaktlose Sensorsysteme und Referenzmesstechnik 731
28.4.2 Kamerasysteme 732
28.4.3 Radarsysteme 732
28.4.4 Auswahl des Sensorsystems 733
28.5 Insassenzustandsmodel­lierung 734
28.5.1 Grundwahrheit 734
28.5.2 Wissensbasierte Modelle 734
28.5.3 Lernende, datengetriebene Modelle 735
28.6 Anwendungsbeispiel: Anwesenheitserkennung von Kindern 737
Literatur 739
29: Menschliches Verhalten als Grundlage für die Situations- und Risikobewertung 743
29.1 Einführung 745
29.1.1 Sicherheit und Effizienz in komplexen verkehrlichen Räumen 745
29.1.2 Vom Fahrenden zum Verkehrsteilnehmenden 745
29.2 Methoden zur messtechnischen Erfassung verkehrlichen Verhaltens 746
29.2.1 Beobachtungsformen des Verkehrsablaufes 746
29.2.2 Anforderungen an messtechnische Erfassung verkehrlichen Verhaltens 748
29.2.3 Anwendung von Sensortechnologien im Spiegel der Anforderungen 749
29.2.4 Reflexion bekannter Systemansätze zur Verkehrsbeobachtung 752
29.3 Methoden für die Bewertung verkehrlicher Situationen 754
29.3.1 Risikohemmende und -begünstigende Faktoren 754
29.3.2 Bekannte Ansätze aus der Verkehrskonflikttechnik 756
29.4 Verkehr verstehen, beschreiben und Risiken bestimmen 759
29.4.1 Verkehr verstehen und beschreiben 759
29.4.1.1 Deskriptive Analyse von Interaktionen 759
29.4.1.2 Objektive Analyse von Interaktion 761
29.4.1.3 Objektive Analyse von Kommunikation und Kooperation 762
29.4.2 Prädiktion von Trajektorien von Verkehrsteilnehmenden 763
29.4.2.1 Beobachtbares und nicht beobachtbares Verhalten 763
29.4.2.2 Verfahren zur Trajektorienprädiktion 764
29.4.3 Ableitung von Risikopotenzialen 765
29.5 Nutzung im Bereich Assistenz und Automation 768
29.5.1 Konzepte zur Erhöhung der Sicherheit und Effizienz im Verkehr 768
29.5.2 Architekturkonzepte für das automatisierte und vernetzte Fahren in komplexen urbanen Räumen 770
29.6 Zusammenfassung & Ausblick
Literatur 772
IX: Fahrerassistenzsysteme auf Bahnführungs- und Navigationsebene 779
30: Sichtverbesserungssysteme und Signaleinrichtungen 781
30.1 Einleitung 783
30.2 Grundlagen 784
30.2.1 Lichtverhältnisse 784
30.2.2 Kontraste und Kontrastwahrnehmung 785
30.2.3 Blendung 786
30.2.3.1 Psychologische Blendung 787
30.2.3.2 Physiologische Blendung 787
30.3 Funktionsweise von Lichtquellen 788
30.3.1 Halogenglühlampen 788
30.3.2 Xenon-Lampen 789
30.3.3 Halbleiter-LED-Lichtquellen 789
30.3.4 Halbleiterlaser 790
30.3.5 OLED 791
30.4 Lichtbasierte Fahrerassistenzsysteme 793
30.4.1 Abbiegelicht/statisches Kurvenlicht 793
30.4.2 Dynamisches Kurvenlicht 794
30.4.3 Fernlichtassistent 795
30.4.4 Adaptive Lichtverteilungen 795
30.4.5 Matrix-Beam/blendfreies Fernlicht 796
30.4.6 Markierungslicht 799
30.4.7 Hochauflösende Scheinwerfer und Fahrbahnprojektionen 799
30.4.7.1 Weitere mögliche technische Umsetzungen 801
30.5 Scheinwerfer­bewertungssysteme 801
30.6 Aktuelle Problemstellungen der Lichttechnik 804
30.6.1 Scheinwerfereinstellung 804
30.6.2 Scheinwerferreinigung 805
30.7 Lichtsignale als Bestandteil einer neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstelle für hochautomatisierte Fahrzeuge 806
30.7.1 Neuartige Lichtsignalkonzepte für hochautomatisierte Fahrzeuge 806
30.7.2 Zusätzliche Signalleuchten oder Lichtstreifen 808
30.7.3 Display-basierte Signaleinrichtungen 808
30.7.4 Fahrbahnprojektionen 809
30.7.5 Zusammenfassung und Diskussion 809
30.8 Ausblick 810
Literatur 810
31: Nieder­geschwindigkeit­sassistenz 813
31.1 Einleitung 814
31.2 Klassifizierung der Assistenz- und Automatisierungssysteme für den Nieder­geschwindigkeitsbereich 814
31.3 Historische Entwicklung der Fahrerassistenz für den Nieder­geschwindig­keitsbereich 816
31.4 Technische Realisierung 817
31.4.1 Parkanwendungen 817
31.4.1.1 Einparkhilfe/Park Distance Control 817
31.4.1.2 Rückfahrkamera 819
31.4.1.3 360-Grad-Rundumsicht 819
31.4.1.4 Semi-assistiertes Parken 821
31.4.1.5 Vollassistiertes Parken 823
31.4.1.6 Ferngesteuertes Parken 824
31.4.2 Rückwärtsfahren und Rangieren 825
31.4.2.1 Rear Cross Traffic Alert 825
31.4.2.2 Reverse Brake Assist 826
31.4.2.3 Rückfahrassistent 827
31.4.2.4 Virtual Bumper 827
31.4.3 Fahren mit Anhänger 828
31.4.3.1 Trailer Backup Assist 828
31.4.3.2 Trailer Hitch Assist 829
31.4.4 Umfeldwahrnehmung/Umfeldmodellierung 829
31.4.5 Trajektorienplanung 832
31.4.5.1 Einparkplaner 833
31.4.5.2 Allgemeinere Bewegungsplanung 834
31.4.6 Ausführung 835
31.5 Ausblick 837
Literatur 839
32: Längsregelung 841
32.1 Einleitung 843
32.2 Funktionsdefinition von ACC und funktionale Anforderungen 843
32.2.1 Referenz zur ISO-Norm zu ACC 843
32.2.2 Definitionen 844
32.2.3 Funktionsanforderungen für FSR-ACC nach ISO 15622 845
32.3 Systemstruktur 847
32.3.1 Beispiel MercedesBenz DISTRONIC 848
32.3.2 Funktionsabstufungen 849
32.4 ACC-Zustandsmanagement und Mensch-Maschine-Schnittstelle 849
32.4.1 Systemzustände und Zustandsübergänge 849
32.4.2 Bedienelemente mit Ausführungsbeispielen 852
32.4.3 Anzeigeelemente mit Ausführungsbeispielen 853
32.5 Zielobjekterkennung für ACC 855
32.5.1 Anforderungen an die Umfeldsensorik 855
32.5.2 Messbereiche und zugehörige Anforderungen 855
32.5.2.1 Abstand 855
32.5.2.2 Relativgeschwindigkeit 856
32.5.2.3 Lateraler Erfassungsbereich 857
32.5.2.4 Vertikaler Erfassungsbereich 858
32.5.2.5 Mehrzielfähigkeit 858
32.6 Zielauswahl 858
32.6.1 Bestimmung der Kurskrümmung 859
32.6.2 Kursprädiktion 860
32.6.3 Fahrkorridor 861
32.6.4 Weitere Kriterien für die Zielauswahl 863
32.6.5 Grenzen der Zielauswahl 863
32.7 Folgeregelung 864
32.8 Regleranpassungen 866
32.8.1 Zielverluststrategien und Kurvenregelung 866
32.8.2 Annäherungsstrategien 867
32.8.3 Überholunterstützung 868
32.8.4 Reaktion auf stehende Ziele 868
32.8.5 Anhalteregelung, Spezifika der Low-Speed-Regelung 869
32.9 Beschleunigungsregelung und Aktorik 869
32.9.1 Grundstruktur und Koordination der Aktorik 869
32.9.2 Bremse 870
32.9.2.1 Stellbereiche 870
32.9.2.2 Stelldynamik 871
32.9.2.3 Regelkomfort 871
32.9.2.4 Sonstige Anforderungen 871
32.9.2.5 Rückmeldeinformation 872
32.9.2.6 Zusatzanforderungen an das Stillstandsmanagement 872
32.9.3 Antrieb 873
32.9.3.1 Motorsteuerung 873
32.9.3.2 Getriebesteuerung 874
32.10 Funktionale Erweiterungen 875
32.10.1 Berücksichtigung des Verbots des Rechtsüberholens 875
32.10.2 Anpassung der Wunschgeschwindigkeit an die zulässige Höchstgeschwindigkeit 875
32.10.3 Geschwindigkeitsanpassung an den Streckenverlauf 875
32.11 Nutzungs- und Sicherheitsphilosophie 876
32.12 Besonderheiten für kombinierte Längs- und Querregelung 877
32.13 Ausblick 877
Literatur 877
33: Querführungsassistenz 879
33.1 Motivation 880
33.2 Anforderungen 880
33.3 Klassifikation 881
33.4 Vorschriften, Normen und Prüfungen 883
33.5 Systemkomponenten 884
33.5.1 Umfeldsensorik 885
33.5.2 Signalverarbeitung 886
33.5.3 Funktionsmodul LDW/LKA 887
33.5.3.1 Zustandsmaschine 887
33.5.3.2 Warnalgorithmus 887
33.5.3.3 Querregelung 888
33.5.3.4 Haptik-LKA 889
33.5.3.5 Freihandfahrterkennung 890
33.5.4 Fahrerinformation 890
33.5.5 Aktoren 893
33.5.6 Statusanzeige und Bedienelemente 894
33.6 Beispielhafte Umsetzungen 894
33.6.1 BMW „Driving Assistant Professional“ 896
33.6.2 Volkswagen „Lane Assist“ 897
33.7 Sicherheitsgewinn 898
33.8 Systembeurteilung durch Fachpresse und Verbraucherschutz 899
33.9 Ausblick 899
Literatur 900
34: Integrierte Quer- und Längsregelung 902
34.1 Einleitung 904
34.2 Drei-Ebenen-Modell des kooperativen und autonomen Fahrens 908
34.3 Fahrzeugmodelle 911
34.3.1 Lenkung 911
34.3.2 Einspurmodell 912
34.3.3 Längsdynamik 913
34.3.4 Kinematik 915
34.4 Bahnführungsebene 915
34.4.1 Trajektorienplanung 915
34.4.2 Trajektorienfolgeregelung 916
34.4.2.1 Quertrajektorienfolgeregelung 918
34.4.2.2 Längstrajektorienfolgeregelung 919
34.5 Fahrzeugführungsebene längs/quer 919
34.5.1 Störgrößenbeobachter (disturbance observer) – Grundstruktur 919
34.5.2 Einstellbare stationäre Genauigkeit 921
34.5.3 Selektive Kompensation von Störungen 922
34.5.4 Krümmungs-Störgrößenbeobachter 923
34.5.5 Längsbeschleunigungs-Störgrößenbeobachter 924
34.5.6 Kooperativer Lenkwinkelregler mit Störgrößenbeobachter 924
34.5.7 Ansteuerung Antrieb und Bremse 926
34.6 Applikation und experimentelle Validierung 926
34.6.1 Funktionsausprägung 926
34.6.2 Folge- und Störunterdrückungsverhalten 927
34.6.3 Kooperativität und Übergangsverhalten 929
34.7 Fazit und Ausblick 930
Literatur 931
35: Motorrad-Fahrassistenz­systeme 933
35.1 Einleitung 935
35.2 Grundlagen Motorraddynamik 936
35.2.1 Stabilisierung und Gleichgewichtslagen 936
35.2.2 Manövrierbarkeit und Handling 939
35.2.3 Dynamische Instabilitäten 941
35.2.4 Besondere Anforderungen an Motorrad-Fahrassistenzsysteme 941
35.3 Stabilisierungsassistenz 942
35.3.1 Antiblockiersystem 943
35.3.2 Antriebsschlupfregelung/Traktionskontrolle 945
35.3.3 Systemerweiterungen der Radregelsysteme 946
35.3.3.1 Electronic Combined Braking System (eCBS) 946
35.3.3.2 Motor-Schleppmoment-Regelung (MSR + PreMSR) 947
35.3.3.3 Launch-Control (LC) 947
35.3.3.4 Slip-Adjuster (SA) 948
35.3.3.5 Wheelie-Control (WC) 948
35.3.3.6 Hill-Hold-Control (HHC) 948
35.3.4 Sensorik und Regelung kurventauglicher Radregelsysteme 948
35.3.5 Rad-Abhebeerkennung 950
35.3.6 Verringerung seitlichen Rutschens 951
35.4 Assistenzsysteme auf Bahnführungsebene 952
35.4.1 Adaptive Cruise Control (ACC) 952
35.4.2 Autonomous Emergency Brake (AEB) 955
35.4.3 Side View Assist (SVA) 957
35.4.4 Ausblick Bahnführungsassistenz längs und quer 958
35.5 Human Machine Interface (HMI) 959
35.6 Konnektivität 960
35.6.1 Lokalisation 960
35.6.2 Antennen 961
35.7 Entwicklungs- und Absicherungsmethoden 961
35.7.1 Erweiterung der ISO26262 für Motorräder 962
35.7.2 Motorrad-Fahrsimulatoren 963
35.8 Fazit & Ausblick
Literatur 967
36: Fahrerassistenzsysteme im Nutzfahrzeug 969
36.1 Überblick 973
36.1.1 Motivation 973
36.1.2 Historie 974
36.1.3 Gesetzgebung 976
36.2 Unterschiede zwischen Lkw und Pkw 977
36.2.1 Fahrende und Nutzungszeit 977
36.2.2 Fahrdynamik und Use Cases 977
36.2.3 Sichtfeld und Sensorik 978
36.3 System- und Sicherheitskonzepte 979
36.3.1 Auslegung von Fahrerassistenzsystemen für Nutzfahrzeuge 979
36.3.2 Systemarchitektur 980
36.4 Fahrerassistenzsysteme im Serieneinsatz 983
36.4.1 Informierende und warnende Funktionen 983
36.4.1.1 Fahrstreifenverlassenswarnsysteme 983
36.4.1.2 Aufmerksamkeitsassistenten 984
36.4.1.3 Verkehrszeichenassistenten 985
36.4.1.4 Fernlichtassistenten 985
36.4.2 In unfallgeneigten Situationen temporär eingreifende Funktionen 986
36.4.2.1 Notbremssysteme 986
36.4.2.2 Abbiegeassistenten 987
36.4.2.3 Nothalteassistenten 989
36.4.3 Kontinuierlich automatisierende Funktionen 990
36.4.3.1 Adaptive Cruise Control 990
36.4.3.2 Spurhalteassistenten 991
36.4.3.3 Active Drive Assist 991
36.5 Testverfahren 992
36.5.1 Test- und Freigabeprozesse 992
36.5.2 Testziele und Testumgebungen 993
36.5.3 Besonderheiten bei Nutzfahrzeugen 993
36.6 Zukünftige Entwicklungen 994
36.6.1 Vision Zero 994
36.6.2 Sensoren und Anwendungen 994
36.6.2.1 Kamerasensoren 995
36.6.2.2 NLOS-Systeme 995
36.6.2.3 Lidar 996
36.6.2.4 Weitere innovative Sensoren und Sensortechnologien 997
36.6.2.5 Weitere Applikationen der Fahrerassistenz und Sicherheit 998
36.6.3 Fahrerloses Fahren 1000
Literatur 1001
37: Unterstützung von Fahrfunktionen durch die digitale Karte 1003
37.1 Einführung 1005
37.1.1 Karte in der Navigation 1005
37.1.2 Karte in Fahrerassistenz- und hochautomatisierten Systemen 1005
37.1.3 Schichtenmodell der Karte 1006
37.2 Navigation 1007
37.2.1 Funktionen der Navigation 1007
37.2.1.1 Zielführung 1007
37.2.1.2 Lernende Navigation 1008
37.2.1.3 Navigation für Elektrofahrzeuge 1008
37.3 Cloud-Services 1009
37.3.1 Eigenschaften eines Cloud Backends 1009
37.3.2 Technische Realisierung eines Cloud Backends 1011
37.3.3 Virtualisierung & Container
37.3.4 Technische Besonderheiten von Cloud-Services 1013
37.3.5 Internet der Dinge 1015
37.3.5.1 IoT Hub 1015
37.3.5.2 Digital Twin 1015
37.3.6 Edge Computing 1016
37.3.7 Cloud-Services in der Praxis 1017
37.4 Unterstützung durch Smartphone-Anbindung im Automobil 1018
37.4.1 Motivation der Smartphone-Integration im Automobil 1018
37.4.2 Möglichkeiten der Smartphone-Integration 1019
37.4.2.1 Basisfunktionen 1019
37.4.2.2 Fahrzeughersteller­spezifische Schnittstellen 1020
37.4.3 Zukunft der Smartphone-Anbindung 1020
37.5 Safety/funktionale Sicherheit 1021
37.5.1 Absicherung der Kartenfunktion 1021
37.5.2 Sicherheitsrelevante Attribute und Profile 1022
37.6 Elektronischer Horizont 1022
37.6.1 Definition 1022
37.6.2 Elektronischer Horizont für Fahrerassistenzsysteme 1023
37.6.3 Elektronischer Horizont für automatisiertes Fahren 1025
37.6.3.1 Automatisiertes Fahren 1025
37.6.3.2 Use-Cases für Kartendaten 1026
Lokalisierung 1026
Planung 1027
37.6.4 Relevante Karteninhalte 1028
37.6.5 Repräsentation in ADASIS Version 3 1029
37.6.6 Einbindung der Navigationsroute in den Horizont 1029
37.6.7 Kartenbereitstellung im Fahrzeug 1030
37.7 Steuergeräte für Navigation und Horizont 1031
37.7.1 E/E-Architekturen in Fahrzeugen 1031
37.7.2 Steuergeräte zum Tragen der Horizont-Funktion 1032
37.7.2.1 Dedizierte ECU 1032
37.7.2.2 Information Domain Computer (IDC) 1032
37.7.2.3 Computer für die Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren 1033
37.7.2.4 Telematik-Steuergerät 1033
37.7.3 Zusammenfassung 1034
Literatur 1034
X: Automatisiertes Fahren 1035
38: Human Factors: Level 3+ 1037
38.1 Einführung 1038
38.2 Kontrollübergaben als sicherheitsrelevanter Aspekt von Level-3-Funktionen 1038
38.3 Vertrauen und Level-3-Automation 1040
38.4 Innenraumgestaltung 1042
38.5 Aspekte von Komfort und Diskomfort bei L3+-Automatisierung 1042
38.5.1 Somatosensorische Auswirkungen der Fahrzeugbewegung 1043
38.5.2 Reisefortschritt 1043
38.5.3 Sicherheitsgefühl 1044
38.6 Kontrollverlust 1044
38.7 Sozialer Einfluss 1045
38.8 Einfluss fahrfremder Tätigkeiten 1045
38.9 Reisekrankheit 1045
38.10 Nutzerakzeptanz von Automationsfunktionen (L1-L3) bis hin zu Akzeptanz neuer Mobilitätsangebote (L4) 1047
38.11 Zusammenfassung und Ausblick 1047
Literatur 1048
39: Architektursichten für Fahrzeugautomatisierungs­systeme 1051
39.1 Einleitung 1053
39.2 Motivation: Interdisziplinäre Herausforderungen für die Sicherheit automatisierter Fahrzeugsysteme 1055
39.3 Terminologie 1058
39.4 Blickwinkel automatisiertes Fahren: Ausgewählte Beispiele zu Mehrsichtenarchitekturen 1063
39.4.1 Ursprünge verschiedener Systemsichten auf automatisierte Fahrzeuge 1063
39.4.2 Ausgewählte Ansätze zur Formulierung von Systemsichten auf automatisierte Fahrzeuge 1065
39.4.3 Zwischenfazit 1069
39.5 Blickwinkel Systems Engineering: Ausgewählte Beispiele zu Architektur-Frameworks aus dem (MB)SE 1070
39.5.1 Generische Architektur-Frameworks 1070
39.5.2 MBSE-motivierte Architektur-Frameworks mit Bezug zur Fahrzeugtechnik 1073
39.5.3 Zusammenfassung bestehender MBSE-basierten Architektur-Frameworks mit fahrzeugtechnischem Bezug 1075
39.5.3.1 Interessengruppen und Anliegen 1076
39.5.3.2 Gesichtspunkte 1076
39.5.4 Zusammenfassung 1077
39.6 Beispielszenario und -vorgehen im Kontext automatisierter Fahrzeugsysteme 1077
39.6.1 Beispielszenario 1078
39.6.2 Relevante Interessengruppen oder Stakeholder 1079
39.6.3 Motivation eines Architektur-Frameworks für autonome Fahrzeuge 1079
39.6.4 Beispielsichten 1082
39.6.5 Zusammenfassung 1088
39.7 Fazit und Ausblick 1089
Literatur 1089
40: Sicherheit und Risiko – ein Beitrag zur Bedeutung grundlegender Begriffe 1093
40.1 Einleitung 1095
40.2 Die vielen Bedeutungen und Verwendungen des Begriffs „Sicherheit“ 1098
40.2.1 Die Verwendung des Begriffs „Sicherheit“ in Rahmenwerken zur Absicherung automatisierter Fahrzeuge 1099
40.2.1.1 Industriell etablierte Rahmenwerke zur Absicherung automatisierter Fahrzeuge 1100
Funktionale Sicherheit und SOTIF 1100
Quantitative Risikobewertung 1102
As Low As Reasonably Practicable (ALARP) 1103
Minimum Endogenous Mortality (MEM) 1104
Globalement Au Moins Aussi Bon (GAMAB) 1104
Zusammenfassung 1106
40.2.1.2 Rahmenwerke zum formalen Sicherheitsnachweis 1107
40.2.1.3 Rahmenwerk zur werteorientierten Entwicklung 1109
40.2.1.4 Zusammenfassung 1113
40.2.2 Die Verwendung des Begriffs „Sicherheit“ durch weitere Stakeholder 1114
40.2.2.1 Aufsichtsbehörden und Gesetzgeber 1114
40.2.2.2 Aussagen von Unternehmen 1116
40.2.2.3 Interessenverbände 1117
40.2.2.4 Öffentliche Medien 1118
40.2.2.5 Zusammenfassung 1119
40.2.3 Schlussfolgerungen zu den Bedeutungen und Verwendungen des Begriffs „Sicherheit“ 1119
40.3 Fragen über mit dem Begriff „Sicherheit“ assoziierte Risiken 1121
40.4 Grenzen und Empfehlungen der Analyse 1123
40.5 Zusammenfassung und Ausblick 1124
Literatur 1126
41: Taktische Sicherheit für autonome Fahrzeuge auf Autobahnen 1130
41.1 Das Konzept der „Taktischen Sicherheit“ 1131
41.2 Gefahrenvermeidung kompensiert Lücken des akuten Kollisionsschutzes 1131
41.3 Situationsparameter mit hohem Risikobeitrag 1135
41.4 Risikobewertung von Folgefahrten auf Autobahnen 1137
41.5 Schlussfolgerungen für Autobahntestszenarien autonomer Fahrzeuge 1143
41.6 Verlässliche Einbeziehung der Verkehrslage 1144
41.7 Herausfordernde Autobahnszenarien 1148
41.7.1 Schwierige alltägliche Verkehrssituationen 1150
41.7.2 Außergewöhnliche, gefährliche Verkehrssituationen 1152
41.7.3 Gefahrvolle vorhersehbare Risikosituationen 1153
41.7.4 Weite Vorausschau in unübersichtlichem Verkehr 1155
41.8 „Taktische Sicherheit“ ergänzt die Konzepte der „Passiven und Aktiven Sicherheit“ 1157
Literatur 1158
42: Verhaltensentscheidung für automatisches Fahren 1160
42.1 Einführung 1161
42.2 Verfahren zur Verhaltensentscheidung 1161
42.2.1 Regelbasierte Verfahren 1161
42.2.1.1 Endliche Zustandsautomaten 1162
42.2.1.2 Entscheidungsbäume 1163
42.2.1.3 Verhaltensbäume 1164
42.2.1.4 Arbitrationsgraphen 1167
42.2.2 Graphensuchverfahren 1169
42.2.2.1 Dijkstra und A*-Algorithmus 1170
42.2.2.2 Probabilistische Straßenkarten 1171
42.2.2.3 Rapidly-exploring Random Tree 1172
42.2.3 Verfahren mit probabilistischen Zustands- und Beobachtungsmodellen 1174
42.2.3.1 Zustandsübergangsmodell 1177
42.2.3.2 Beobachtungsmodell 1180
42.2.3.3 Belohnungsfunktion 1180
42.2.4 Lernende Verfahren 1181
42.2.4.1 Modellierung 1182
42.2.4.2 Sicherheit 1182
42.2.4.3 Neuronale Netzarchitektur 1183
42.3 Architekturen für Verhaltensentscheidungen 1183
42.4 Anwendungsbeispiel Arbitratorkonzept 1185
42.4.1 Teststrecke 1186
42.4.2 Umweltmodell 1187
42.4.3 Manöverrepräsentation 1187
42.4.4 Verhaltensbausteine 1187
42.4.5 Kosten-Arbitrator 1189
42.4.6 Vollständiger Arbitrationsgraph 1190
42.4.7 Ergebnisse 1190
42.4.8 Fazit 1191
42.5 Zusammenfassung 1192
Literatur 1193
43: Optimale Trajektorien 1198
43.1 Einleitung 1199
43.2 Dynamische Optimierung 1200
43.2.1 Optimalsteuerungs­problem 1200
43.2.2 Problemformulierung für Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren 1200
43.3 Lösen des Optimalsteuerungs­problems 1201
43.3.1 Ansatz I: Variationsrechnung 1201
43.3.1.1 Theoretischer Hintergrund: Hamilton-Gleichungen 1201
43.3.1.2 Anwendungsbeispiel: Automatischer Fahrspurwechsel 1202
43.3.1.3 Weiterführende Literatur 1204
43.3.2 Ansatz II: Direkte Optimierungstechniken 1205
43.3.2.1 Theoretischer Hintergrund: Approximation mittels endlicher Parametrisierung 1205
43.3.2.2 Anwendungsbeispiel: Hindernisvermeidung 1206
43.3.2.3 Weiterführende Literatur 1208
43.3.3 Ansatz III: Dynamische Programmierung 1209
43.3.3.1 Theroetischer Hintergrund: Das Bellman‘sche Optimalitätsprinzip 1209
43.3.3.2 Dynamische Programmierung in einem zeitlichen Entscheidungsprozess 1211
43.3.3.3 Anwendungsbeispiel: Optimales Überholen 1211
43.3.3.4 Weiterführende Literatur 1213
43.4 Vergleich der Vorgehensweisen 1214
43.5 Optimierung auf dynamischem Horizont 1215
43.6 Fazit 1216
Literatur 1217
44: KI für automatisiertes Fahren 1220
44.1 Einführung in maschinelles Lernen 1221
44.1.1 Lernen als Optimierungsproblem 1221
44.1.2 Übersicht über Lernverfahren 1222
44.1.3 Historie maschineller Lernverfahren im Fahrzeug 1224
44.2 Der Entwicklungszyklus 1225
44.2.1 Datensammlung 1226
44.2.2 Annotation 1227
44.2.3 Training 1228
44.2.4 Testen 1228
44.3 Anwendungen im Fahrzeug 1229
44.3.1 Semantische Segmentierung 1229
44.3.2 Objektdetektion 1231
44.3.3 Prädiktion 1233
44.3.4 Verhaltensgenerierung 1234
44.4 Umgang mit Unbekanntem 1235
44.4.1 Unsicherheitsschätzung 1235
44.4.2 Erkennung von Unbekanntem 1237
44.5 Ausblick 1239
Literatur 1239
45: Besondere Anforderungen des automatisierten Fahrens an den Entwurf 1244
45.1 Einleitung 1245
45.2 Entwurf mechatronischer Systeme 1246
45.3 Herausforderungen bei Konzeptspezifikationen im Themenfeld des automatisierten Fahrens 1247
45.3.1 Unsicherheiten während der Anforderungsdefinition 1249
45.3.2 Konzeptphase als Grundlage der Produktsicherheitsargu­mentation 1251
45.4 Referenzentwicklungs­prozess für automatisierte Fahrzeuge 1252
45.4.1 V-Modell als domänenübergreifendes Prozessmodell 1253
45.4.2 Anforderungen an einen domänenspezifischen Referenzprozess 1254
45.4.3 Systematischer Entwurf automatisierter Fahrfunktionen und Fahrzeuge 1256
45.5 Anwendungsfall aFAS 1261
45.6 Zusammenfassung 1263
Literatur 1264
46: Testkonzepte für die Absicherung von automatisiertem Fahren 1267
46.1 Einleitung und Abgrenzung 1268
46.2 Potenzial und Grenzen der Fahrerprobung 1269
46.2.1 Rolle der Fahrerprobung bei der Absicherung von Kraftfahrzeugen 1269
46.2.2 Sicherheitsnachweis der automatischen Fahrzeugführung über Fahrerprobung 1271
46.2.2.1 Zielwerte 1271
46.2.2.2 Streckenfaktor für die Auslegung von Fahrerprobungen 1273
46.2.2.3 Schlussfolgerung zum statistischen Nachweis durch Fahrerprobung 1274
46.2.3 Silent Testing 1274
46.3 Konzept des szenarienbasierten Testens 1276
46.3.1 Idee und Genese von Verkehrsszenarien 1276
46.3.2 Systematische Sammlung und Nutzung von Verkehrsszenarien 1277
46.3.3 Grundzüge des Projektes PEGASUS 1280
46.3.4 Beschreibung und Relevanz von Szenarien 1282
46.3.4.1 Beschreibung der Szenarien 1282
46.3.4.2 Relevanz der Szenarien 1284
46.3.5 Vergleichsmaßstab Mensch als Referenz 1285
46.3.6 Umsetzungs­heraus­forderungen 1289
46.3.6.1 Problem Kombinatorik deduktiver Generation von Szenarien 1289
46.3.6.2 Unvollständigkeit der induktiven Generation von Szenarien 1291
46.3.6.3 Validität virtuellen Testens 1292
46.3.7 Lösungsansätze zu den Umsetzungsheraus­forderungen 1294
46.3.7.1 Klassifikation und Szenariengenerierung analog zur Unfallrekonstruktion 1294
46.3.7.2 Funktionale Dekomposition 1297
46.4 Fazit 1297
46.5 Ausblick 1298
Literatur 1299
47: Wartbarkeit und Updatebarkeit von ADAS Software 1302
47.1 Einleitung 1303
47.2 Stand der Technik 1305
47.2.1 Updates 1305
47.2.2 Monitoring 1306
47.3 Integration und Verifikation nicht-funktionaler Anforderungen 1308
47.3.1 Entkopplung von Daten und Zeit 1310
47.3.2 Runtime-Monitoring als Absicherungsmechanismus 1317
47.4 Fazit 1320
Literatur 1320
48: ODD Güterverkehr 1322
48.1 Bedeutung des Straßengüterverkehrs 1323
48.2 Wie funktioniert Güterverkehr? 1323
48.3 Motivation für die Automatisierung des Güterverkehrs 1326
48.3.1 Ökonomische Faktoren 1326
48.3.1.1 Günstigere Gesamtnutzungskosten 1327
48.3.1.2 Begrenzende Lenk- und Ruhezeiten 1328
48.3.1.3 Zunehmender Fahrermangel bei gleichzeitig steigendem Transportaufkommen 1329
48.3.2 Faktor Verkehrssicherheit 1329
48.3.3 Ökologische Faktoren 1331
48.4 Grundsätzliche Herausforderungen 1331
48.5 Der Aufbau eines hochautomatisierten Lkw 1333
48.5.1 Systemarchitektur 1333
48.5.1.1 Der virtuelle Fahrer 1334
48.5.1.2 Fahrzeugplattform 1335
48.5.1.3 Fahrzeugkontrollzentrum 1336
48.5.2 Herausforderungen bei der Automatisierung eines Lkws 1336
48.6 Fallstudie „Middle Mile“ 1337
48.6.1 Einführung in das Hub-to-Hub-Konzept 1338
48.6.2 Erweiterung um Platooning 1338
48.6.3 Wahl der Region und des Erstmarktes 1340
48.7 Fallstudie Nach- und Vorlauf „Last Mile Delivery“ 1342
48.7.1 Beispiel autoCargo 1343
48.7.2 Beispiel efeu-Campus 1344
48.8 Zusammenfassung und Ausblick 1345
Literatur 1345
49: Fahrerlose Shuttles als Ergänzung des öffentlichen Personennahverkehrs 1347
49.1 Einführung 1348
49.2 Stand der Technik 1349
49.2.1 Verfügbare Shuttle-Konzepte 1350
49.2.2 Pilotprojekte 1351
49.2.3 Forschungsaktivitäten 1352
49.3 Einordnung der Operational Design Domain 1353
49.3.1 Gesellschaftliche Ebene 1356
49.3.2 Regulatorische Ebene 1357
49.3.3 Ökonomische Ebene 1358
49.3.4 Ergonomische Ebene 1359
49.3.5 Technische Ebene 1361
49.3.5.1 Geometrische Besonderheiten 1362
49.3.5.2 Besonderheiten der Perzeption 1362
49.3.5.3 Verhaltensentscheidung und Trajektorienplanung 1364
49.4 Zusammenfassung und Ausblick 1365
Literatur 1366
50: ODD Taxi 1368
50.1 Einleitung 1370
50.2 Verkehrsarten und Begriffsdefinitionen 1371
50.3 Marktübersicht 1371
50.4 Taxi-spezifische Anforderungen 1374
50.4.1 Unbegrenzte Menge an Szenarien macht Freigabe aufwändiger 1374
50.4.2 Potenziale und Grenzen von Road Side Units 1374
50.4.3 Aktuelle und umfassende Karte 1375
50.4.4 Umgang mit Baustellen 1375
50.4.5 Passagierinteraktionen 1376
50.4.6 Flottensteuerung 1377
50.4.7 Manöverplaner 1378
50.5 Technische Lösungsansätze 1378
50.5.1 Passenger-App 1378
50.5.2 Bildschirme im Fahrzeug und im Exterieur/HMI 1380
50.5.3 Leitwarte/Vehicle Telematics 1380
50.5.4 Flottensteuerung: Bedarfsprädiktion 1383
50.6 Auswirkungen des hochautomatisierten Taxi 1384
50.6.1 Gesellschaftliche Ebene 1384
50.6.2 Rechtliche Ebene 1384
50.6.3 Wirtschaftliche Ebene 1385
50.6.4 Nutzerebene 1386
50.6.5 Technische Ebene 1387
50.7 Ausblick 1388
Literatur 1388
51: Fahrerzustandsbeobachtung beim automatisierten Fahren 1391
51.1 Die Fahrerrolle beim automatisierten Fahren 1392
51.2 Bekannte Herausforderungen 1393
51.2.1 Daueraufmerksamkeit 1393
51.2.2 Müdigkeit 1393
51.2.3 Begrenztes Zeitfenster für Kontrollübernahmen 1394
51.2.4 Auswirkungen inadäquater mentaler Modelle 1394
51.3 Lösungsansätze 1395
51.3.1 Strategien für das teilautomatisierte Fahren (SAE L2) 1395
51.3.2 Strategien für das hochautomatisierte Fahren (SAE L3) 1397
51.4 Zur Bewertung der „Fahrerbereitschaft“ 1397
51.4.1 Anforderungen von Übernahmesituationen 1399
51.4.2 Indikatoren zur Schätzung der Fahrerbereitschaft 1399
51.4.3 Komponenten der Fahrerbereitschaft 1400
51.4.3.1 Wahrnehmungsbereit­schaft 1401
51.4.3.2 Situationsbewusstsein 1402
51.4.3.3 Motorische Übernahmebereitschaft 1402
51.4.3.4 Müdigkeit 1403
51.5 Zur Auslegung der Fahrerzustandsbeobachtung 1403
51.6 Technologien zur Erfassung von Fahrerzustandsindikatoren 1404
51.7 Zusammenfassung und Ausblick 1407
Literatur 1407
Erratum zu: Handbuch Assistiertes und Automatisiertes Fahren 1411
Erratum zu: Kapitel 6, 19 und 34 in: H. Winner et al. (Hrsg.), Handbuch Assistiertes und Automatisiertes Fahren, ATZ/MTZ-Fachbuch, https://doi.org/10.1007/978-3-658-38486-9 1411
Stichwortverzeichnis 1413

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 30.7.2024
• Reihe/Serie: ATZ/MTZ-Fachbuch
• Zusatzinfo: XLI, 1419 S. 571 Abb., 449 Abb. in Farbe.
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Themenwelt: Technik ► Fahrzeugbau / Schiffbau
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Absicherungsmethoden • ADAS • Autonomes Fahren • Längs- und Querführung • Maschinelle Wahrnehmung (Kamera, Radar, Lidar, Ultraschall) • Mensch-Maschine-Schnittstelle • Verkehrssicherheit
• ISBN-10: 3-658-38486-7 / 3658384867
• ISBN-13: 978-3-658-38486-9 / 9783658384869