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Automatisiertes und vernetztes Fahren Sascha Knake-Langhorst Institut für Verkehrssystemtechnik (TS) > Autonomes Fahren > Sascha Knake-Langhorst PTB Vollversammlung M&E > 21.11.2019 DLR.de Folie 1

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Automatisiertes und vernetztes Fahren

Sascha Knake-Langhorst

Institut für Verkehrssystemtechnik (TS)

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DLR im Überblick

Forschungseinrichtung, Raumfahrt-Agentur und Projektträger

Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

Luftfahrt / Raumfahrt / Energie / Verkehr

Sicherheit / Digitalisierung

Circa 8.650 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in mehr als 47 Instituten/Einrichtungen an 26 Standorten in Deutschland

Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington

Neustrelitz

Berlin

Cottbus

Zittau

Stade Hamburg

Bremerhaven

Oldenburg

Stuttgart

Bremen

Trauen

Jena

Braunschweig Cochstedt

Lampoldshausen

Ulm Augsburg

Oberpfaffenhofen

Jülich

Weilheim

Hannover

Bonn

KölnDresden

Göttingen

Rhein-Sieg-Kreis

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DLR Institut für Verkehrssystemtechnik (TS)Schwerpunkte – Struktur

Automotive Bahnsysteme ÖPNV & intermodale Mobilität

Verkehrs-management

Systemarchitekturen

Datenerfassung und Informationsgewinnung

Human Factors

Fahrzeugfunktionsentwicklung

Systemfunktionsentwicklung

Bewertung des Verkehrs

Testen

Tech

no

log

iefe

lde

r

Branchen

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Mobilität der Zukunft – ein kurzer Blick in die VergangenheitLuftfahrt trifft Automotive – GM's Motorama exhibit in 1956 …

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Automatisiertes und vernetztes Fahren – z.B. MAVEN

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Digitalisierung des Verkehrssystems als wichtiger Treiber (1/2)

Abbildung: acatech

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Digitalisierung des Verkehrssystems als wichtiger Treiber (2/2)

Physische Assets werden (auch) zu digitalen Assets → Service-Orientierung → Service-Ökosysteme

Vernetzung wird zur Grundlage vieler Funktionen → Internet of Things (IoT) / Cyber-Physical Systems

Es entsteht ein neuer Layer in Verkehrssystemen

überdeckt etablierte und i.Allg. durch physische Instanzen geprägte Systeme

neuartige Funktionszusammenhänge sind abbildbar → z.B. kooperative Systemverbünde basierend auf smarten bzw. automatisierten Systemen

ermöglicht den agilen Aufbau neuer Systemverbündemit potenziell innovativen Teilfunktionen bzw. Funktionen

stimuliert neue Geschäftsmodelle

etc.

Abbildung: VDA

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Plan

Smart System

Data

Infor-mation

Know-ledge

Functions

Skills

Expertise

Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (1/4)

Teilherausforderungen der Automatisierung & Stufen der Automatisierung

Situationserfassung

Interpretieren | Antizipieren/Prädizieren → Verstehen

Handlungsplanung

Handlungsausführung und Online-Absicherung

Bewertung und ggf. Adaption

Interaktion

Technische Einbettung in Gesamtsystem

Einbettung in Geschäftsmodelle

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Missionsebene

strategische Ebene(Navigation)

taktische Ebene(Manöver-/Trajektorienplanung)

reaktive Ebene(Regelung)

wis

se

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (2/4)

“Begleiterscheinungen“ – Künstliche Intelligenz & Maschinelles Lernen

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Trennung von Hard- und Software

Reduktion der Anzahl von Steuergeräten/OBUs → neue Generation von Steuergeräten

Konventionelle Softwarebausteine und KI-basierte Funktionen

Over-the-Air Software-Updates / Continuous Integration

Neue Basisfunktionen in Fahrzeugen

Funktionsrepositories (Fahrzeuge/Hintergrundsysteme) Diensteorientierung → verteilte Funktionen Orchestrierung von Diensten u. dynamische Re-Orchestrierung Physische/virtuelle Redundanz in Hard- u. Software Ausführungsumgebungen (insbes. Monitoring/Diagnose) Sichere Vernetzung u. Blockchain

Nutzung zeitgemäßer Programmierparadigmen und modell-basierte Software- bzw. Systementwicklung

Digital Twins – u.a. modell- und simulationsbasiertes Entwickeln und Testen Advanced Chassis

Vehicle OS

Generic Driving Functions

Specialized Driving/Cooperation Funct. & Interf.

Dia

gno

sis

& M

ana

gem

ent

Mobility Provider

Content Provider / 3rd-Party Services / Mobility Services

Purpose-/Business-Oriented Cabin

Owner / Fleet Operator

Generic Cooperation Functions

Purpose-/Business-Oriented Funct. & Interf.

Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (3/4)

“Begleiterscheinungen“

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation (4/4)

Einführungsstrategie

Automatisierte Fahrzeuge – Automatisierungsstufen und Vorgehen zur Umsetzung → evolutionäres Vorgehen vs. 1-Shot-Ansatz

Evolutionäres Vorgehen → zielt i.Allg. auf sukzessive wachsenden Funktionsumfang in allen Bereichen mit vergleichbaren Verkehrssituationen bzw. Rahmen-bedingungen (z.B. Autobahn-Chauffeur = Autobahn-Chauffeur auf allen Autobahnen in Europa bzw. Weltweit)

1-Shot-Vorgehen →

zielt i.Allg. aufvollen notwendigen

Funktionsumfang in ausgewählten Bereichen (z.B.

Robot-Taxi = Robot-Taxi

in Los Angeles)

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Prototypen & Piloten Standortbestimmung

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (1/3)

Standortbestimmung – Handlungsfelder → Kriterien / Gütemaße / Güteniveaus

Allgemein akzeptierte Kriterien zur Bewertung der Qualität und Leistungsfähigkeit automatisierter Fahrzeugen fehlen

Festlegung allgemein akzeptierter Güteniveaus notwendig

Anzahl der im Straßenverkehr Getöteten – vgl. Statistisches Bundesamt (2017)Jährliche Gesamtfahrleistung – vgl. Kraftfahrtbundesamt (2017)

Berücksichtige: Gesamtfahrleistung der in Deutschland registrierten Kraftfahrzeuge lag in 2016 bei über 725 Milliarden Kilometern.

Wie gut ist gut genug?

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (2/3)

Standortbestimmung – Handlungsfelder → Methodik / Werkzeuge

Etablierte Methoden und Werkzeuge für Test und Freigabe sind für die Anwendung auf automatisierte Fahrzeuge unzureichend und insbesondere zeit-/kostenintensiv

Wie können Qualität und

Leistungsfähigkeit zuverlässig

nachgewiesen werden?

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Vernetzung | Automatisierung | Kooperation – Testen und Freigabe (3/3)

Zielvorstellung und Herangehensweise – z.B. im Projekt PEGASUS

Szenario-basierter Ansatz zum Nachweis der Qualität und Leistungsfähigkeit automatisierter Fahrfunktionen

Was leistet der Mensch in welcher Qualität?

Was leistet die Technik in welcher Qualität?

Ist das Qualitäts- und Leistungsniveau akzeptiert?

Kriterien, Maße und Niveaus?

Szenario-Analyse, Kriterien, Gütemaße und Güteniveaus

Welche Werkzeuge bzw. Werkzeugketten werden benötigt?

Wie sehen Methoden und Prozesse zur Werkzeug-anwendung aus?

Methodenentwicklung, Werk-zeugaufbau und Integration

Wie kann eine Vollständigkeit aus (exemplarischen) Test-läufen argumentiert werden?

Kriterien, Maße und Niveaus?

Was muss in welchem Umfang wo getestet werden?

(formale Methoden)

Simulation

Labore & Prüfstände

Prüfgelände

Feldtests

Exemplarische Anwendung und kritische Reflexion

Ist ein vorgeschlagenes Konzept/Vorgehen tragfähig?

Wie kann eine Umsetzung in der Praxis aussehen?

Einbettung in Werkzeugketten der Praxis

PEGASUS = Projekt zur Etablierung von generell akzeptierten Gütekriterien, Werkzeugen und Methoden sowie Szenarien und Situationen zur Freigabe hochautomatisierter Fahrfunktionen

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Digitale Testfelder – u.a. für automatisiertes und vernetztes Fahren

Testfelder auf Autobahnen und in Räumen mit urbaner Prägung inklusive Land- und Bundesstraßen

Digitales Testfeld Autobahn (A9)

Berlin (SAFARI | Diginet-PS) Braunschweig (AIM) Dresden Düsseldorf Hamburg Ingolstadt Kassel München

Testfeld Niedersachsen (insbesondere A2, A7, A39, A395)

Frankfurt (insbesondere DRIVE-Testfeld) Länderverbindendes Testfeld Deutschland | Frankreich | Luxemburg

Weitere Aktivitäten u.a. in Friedrichshafen, Merzig, Karlsruhe, Aachen etc.

n Aachen

n München

Berlinn

Düsseldorf n

Braunschweign

Ingolstadtn

n Hamburg

Deutschland

Luxemburgn IT MerzigFrankreich

Karlsruhen

n Dresden

Testfeld Niedersachsen

n Kassel

Digitales Testfeld Autobahn

AIM = Anwendungsplattform für Intelligente Mobilität

n Frankfurt

n

n Friedrichshafen

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20142019 … 2029Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen

Integrierte Nutzung verschiedener Werkzeuge – Aufbau von Werkzeugketten (1/2)

Circa 280 km verschiedener Straßentypen mit Schwerpunkt auf Autobahnen erweitern AIM. Technische Bausteine des Testfeldes Niedersachsen basieren auf etablierten Lösungen aus AIM.

Erfassungstechnik – anonymisierte Erfassung von Verkehrsobjekten und deren Trajektorien → Ground Truth

Kommunikationstechnik – Car2X über WiFi 802.11p und Mobilfunk

Karten – hochgenau und aktuell für Simulationen und Fahrzeuge

Szenarien und Modelle – Parametrisierungen und Teilmodelle zum Aufbau ökologisch valider Simulationen

Schnittstellen zur Signal- und Erfassungstechnik und zu Informationssystemen – Anbindung an Verkehrsleittechnik bzw. Verkehrsmanagement

Hintergrundsysteme – Datenmanagement und Bereitstellung von Online-Diensten

Kataster zum Testfeldzustand – Dokumentation der Testfeldqualität

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20142019 … 2029Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen

Integrierte Nutzung verschiedener Werkzeuge – Aufbau von Werkzeugketten (2/2)

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Anwendungsplattform Intelligente Mobilität & Testfeld Niedersachsen – Anwendungssituationen

Exploration

Machbarkeit | Lösungsfindung und Synthese | Exploration

Verifikation und Validierung | Integrationsfähigkeit

Standardisierung | Systemmigration

Information | Kommunikation

• Verschiedene Klassen – u.a.

• Anforderungsermittlung / Systemverstehen

• Funktionskonzeption• Funktionsentwicklung• Funktionsdemonstration

• Erprobung • Test • Wirkung • Akzeptanz

• Aufbau von Referenzimplementierungen und Piloten

• Information (Politik / Gesellschaft)

200920142024

20142019 … 2029

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> Autonomes Fahren > Sascha Knake-Langhorst • PTB Vollversammlung M&E > 21.11.2019DLR.de • Folie 20

Danke für die Aufmerksamkeit …

Kontakt

Sascha Knake-LanghorstLilienthalplatz 738108 Braunschweig

[email protected]

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Sicherstellung der Verfügbarkeit/Leistung von Kommunikationstechnologien sowie bedarfsgerechte Allokation

Schaffung geeigneter Infrastruktur

Teilnehmerzahl und notwendige Bandbreite ermöglichen – Übertragung von Datenpaketen mit garantierter Übertragungsqualität (insbesondere bei geringen Latenzzeiten)

Grundlage für

zuverlässige Ausführung verteilter Funktionen bzw. Dienste

positive User-Experience

Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (1/3)

Abbildung: ADAC (Car2X, 2018)

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Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (2/3)

2019 2021 2023 2025 2027

rural / interurban

urban

2030

5G

ITS G5 (802.11p) / C-V2X

ITS G5 (802.11p) / C-V2X

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2019 2021 2023 2025 2027

rural / interurban

urban

2030

5G

ITS G5 (802.11p) / C-V2X

ITS G5 (802.11p) / C-V2X

eCallab 3G

GLOSAab 3G/4G;Digitaler Knoten ab 5G

GLOSA → Digitaler Knoten

L3-AFab 4G

bedarfsorientierte Mobilitätsangeboteab 3G

L3-“Shuttle“ab 4G

Platooningab 4G L4/5-AF

ab 4G/5G

L4/5-Shuttleab 4G/5G

CITSab 3G

Kommunikationstechnologien – Grundlage für komplexe Funktionen (3/3)

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> Autonomes Fahren > Sascha Knake-Langhorst • PTB Vollversammlung M&E > 21.11.2019DLR.de • Folie 24

Kann eine umfassende Modernisierung des Verkehrssystems klappen?! → integriertes Denken und Handeln notwendig …

Es funktioniert, wenn ...

Technologien existieren

Involviertheit der Nutzer/Stakeholder hergestellt ist

Notwendigkeit zur Handlung und Handlungswille besteht → Akzeptanz

Integrationsfähigkeit von Einzellösungen in Gesamtsystemzusammen-hänge gewährleistet ist

Technologien am Markt verfügbar sind → Industrialisierbarkeit

Betreiberkonzepte existieren → Finanzierung (Grundinvestition ... Betrieb)

Migrationspfade definiert und bzgl. Umsetzbarkeit kritisch reflektiert sind

Abbildung: acatech