Eines der stärksten bearbeiteten Innovationsfelder der Automobilindustrie ist aktuell die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen zur Erhöhung der aktiven Sicherheit bis hin zu teil- und hochautomatisierten Fahrzeugen. Diese Fahrerassistenzsysteme nutzen eine Kombination von Sensoren, zu denen unter anderem Mono- oder Stereo-Kamera, Fern- und Nahbereichsradar, Lidar, Laserscanner, Infrarot- sowie Ultraschallsensoren gehören. Durch diese Sensoren und die dazugehörige Aktorik, Steuergeräte und Software sind Notbremsassistenten, Spurhalteassistenten, Stauassistenten, Parkassistenten sowie andere Assistenzsysteme in aktuellen Fahrzeugen bereits verfügbar. Viele weitere Funktionen in Richtung zu automatisierten selbstfahrenden Fahrzeugen befinden sich in der Pipeline der Entwicklungsabteilungen.

Bild 1: Entwicklungs-V-Modell für autonome und kooperative Fahrzeuge.

Bild 1: Entwicklungs-V-Modell für autonome und kooperative Fahrzeuge.Tass International

Mit diesen sensorbasierten Systemen in der heutigen Form ist es jedoch nicht möglich, vollautomatisierte Fahrzeuge für die komplette Bandbreite der möglichen Verkehrsszenarien zu marktfähigen Kosten zu liefern. Eine Limitierung der sensorbasierten Systeme liegt in der nicht immer fehlerfreien und umfänglichen robusten Erkennung der externen Umgebung. Eine sinnvolle Ergänzung können kommunikationsbasierte kooperative Systeme schaffen. Diese Systeme nutzen Funktechnologien zum Datenaustausch in Echtzeit zwischen Fahrzeugen (V2V) sowie von Fahrzeugen zur Verkehrsinfrastruktur (V2I) und umgekehrt. Durch die Zusammenführung von sensor- und kommunikationsbasierten Fahrerassistenzsystemen lassen sich Fahrzeuge weitreichender automatisieren.

Tool-Suite entlang des V-Modells

Traditionell unterstützen Simulationswerkzeuge die Design-Phase, um das Verhalten des Systems, der Teilsysteme oder der Komponenten zu optimieren. Andererseits setzen die Entwicklungsabteilungen zur Absicherung auf den verschiedenen Ebenen auf Testwerkzeuge. Für die Durchgängigkeit der Integration von Design und Test kommen häufig Laborfahrzeuge (Car labs) und HIL-Testsysteme (Hardware in the Loop) zum Einsatz. Tass International hat eine umfassende Tool-Suite zur Absicherung von kooperativen und automatisierten Fahrzeugsystemen entwickelt.

Einsatz von Simulationswerkzeugen

Bild 2: Die Tool-Suite von Tass zur Absicherung von kooperativen und automatisierten Fahrzeugsystemen.

Bild 2: Die Tool-Suite von Tass zur Absicherung von kooperativen und automatisierten Fahrzeugsystemen.Tass International

Viele Simulationswerkzeuge stehen für einzelne Sensoren auf der Komponentenebene zur Verfügung. Für Kommunikationssysteme liefern Simulationswerkzeuge wie NS-2 oder Opnet detaillierte Modelle. Für optische Kamerasysteme können Raytracing-Tools wie Zemax zum Einsatz kommen. Zur Optimierung der Systemleistung sind separate Simulationstools für Teilsysteme nicht ausreichend. Hier setzt Prescan an, die Simulationsplattform von Tass International, um die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen, automatisierten Fahrzeugen und kooperativen Systemen zu unterstützen. Es bietet eine physikbasierte detaillierte Simulation der virtualisierten Welt sowie der Sensortechnologien wie Laser/Lidar, Radar und Kameras an. Prescan eignet sich auch für Simulationen mit bis zu Dutzenden von Fahrzeugen. Prescan ist in der Lage, zur Generierung von Verkehrszenarien Simulationsergebnisse von Straßenverkehrssimulationen wie ITS Modeller zu importieren. Durch Verwendung von physikalisch genauen und validierten Modellen lassen sich Simulationen in der Absicherung und Konformitätsbewertung in einem größerem Umfang nutzen, um so die Anzahl der nötigen realen Fahrzeugtests zu verringern.

Teststrecken für kooperative Fahrzeugentwicklungen

Bild 3: Die Teststrecke für kooperative Fahrzeuge zwischen Helmond und Eindhoven im Überblick.

Bild 3: Die Teststrecke für kooperative Fahrzeuge zwischen Helmond und Eindhoven im Überblick.Tass International

Ab einem gewissen Punkt ist es jedoch erforderlich, die konkrete Implementierung mit dem Fahrzeug in der realen Umgebung zu verifizieren und die Simulationsergebnisse zu validieren. Für die Prüfung und Validierung von kooperativen Fahrzeugen sind unabhängige Beobachtungssysteme erforderlich, da nicht nur das eigentliche zu testende System untersucht werden muss, sondern auch die Wirkung auf den umgebenden Verkehr und die Infrastruktur. Für Teststrecken bedeutet dies, dass am Straßenrand zur Abbildung eines vollständigen kooperativen Umfelds Kommunikationssysteme erforderlich sind. Zu diesem Zweck betreibt Tass International die von der DITCM (Dutch Integrated Testsite for Cooperative Mobility) ausgebaute öffentliche Straße als Teststrecke mit Kreuzungen, Stadt-, Überland- und Autobahn Anteilen auf der N270/A270 zwischen Helmond und Eindhoven in den Niederlanden. Mehr als 50 Kameras und eine vollständige Abdeckung mit G5-Kommunikationseinheiten erlauben die Trajektorienverfolgung aller Fahrzeuge sowie die Aufnahme des gesamten Datenverkehrs in Echtzeit.

Eckdaten

Für die Absicherung der kommunikationsbasierten kooperativen Systeme ist eine weitere Absicherungsebene über das Fahrzeug selbst hinaus nötig. Nicht nur die Verifikation der zusätzlichen Aspekte der eigentlichen Kommunikation wie Funkabdeckung und Interoperabilität sondern auch die Validierung der kooperativen Funktionalität im Zusammenspiel mit den weiteren Verkehrsteilnehmern und der Verkehrsinfrastruktur ist erforderlich.

Vehicle-in-the-Loop als Bindeglied

Die IT-Infrastruktur der DITCM-Teststrecke ermöglicht eine enge Integration von realen Fahrzeugen, Hardware-Komponenten und in Prescan simulierten Systemen. Basierend auf den Fahrzeugdetektionen der Fahrzeugsensoren ist es möglich, eine kooperative Plattform für eine beliebige Anzahl von nicht-kooperativen Fahrzeugen zu simulieren. Nachrichten, die durch kooperative Fahrzeuge gesendet würden, wenn diese kooperativ wären, können die straßenseitigen Kommunikationsgeräte übertragen. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, einem einzelnen Testfahrzeug auf der Teststrecke eine beliebige Anzahl von kooperativen Fahrzeugen vorzutäuschen und die kooperative Kommunikation zu verifizieren. Der Vorteil dieses Ansatzes im Vergleich zu einer herkömmlichen vollständigen Simulation besteht darin, dass alle Fahrzeugsensoren des Testfahrzeugs echte Realdaten von der Straße liefern und somit realitätsnähere Tests durchgeführt werden können.