Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner klärte zu Beginn seines Vortrags „Wie autonom wird das Fahrzeug der Zukunft fahren?“ zunächst, dass ein autonom fahrendes Fahrzeug ein vollautomatisiertes Fahrzeug ist, das autonom entscheidet. Er betonte, dass die für das autonome Fahren erforderliche Systemreife „mit so hohem potenziellen Risiko“ nur durch überschaubare Innovationsschritte erreichen lässt: „Die Freigabe eines Systems mit extrem hoher Zuverlässigkeitsanforderung ist ohne viele Zwischenschritte nicht vorstellbar.“ Der Weg zum autonomen Fahren müsse daher über die Teilautomatisierung mit Verantwortungsverbleib beim Fahrer erfolgen. Fahrerassistenzsysteme wie die automatische Notbremse AEB, das automatische Notausweichen oder der virtuelle Sicherheitskorridor sind für ihn gute Ansätze des autonomen Fahrens. Ein weiterer Schritt ist die Teilautomatisierung mit Verantwortungsverbleib beim Fahrer, was beispielsweise beim Einparken per Smartphone der Fall ist. Der nächste Schritt ist dann das autonome Fahren in Einsatznischen mit geringeren Zuverlässigkeitsanforderungen – ein Szenario, das es sich beispielsweise beim Stauassistent oder beim autonomen Valet-Parking im nicht-öffentlichen Einsatzbereich ergibt.

Prof. Dr. Hermann Winner: „Die Freigabe eines Systems mit extrem hoher Zuverlässigkeitsanforderung ist ohne viele Zwischenschritte nicht vorstellbar.“

Prof. Dr. Hermann Winner: „Die Freigabe eines Systems mit extrem hoher Zuverlässigkeitsanforderung ist ohne viele Zwischenschritte nicht vorstellbar.“Fotografie Natalie Balleis

Neben rechtlichen Aspekten, insbesondere im Bereich des Haftungsrechts, und der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie einigen anderen Faktoren sieht er vor allem die Absicherung als Haupthindernis zum autonomen Fahren, so dass er von der „Freigabefalle“ spricht: „Mit heutigen Methoden und Ansätzen ist eine Freigabe von autonomen Fahrzeugen nicht vorstellbar!“

Prof. Winner sieht nur einen Weg aus der Freigabefalle: „Der kritische Pfad zur Einführung autonomer Fahrzeuge liegt nicht in der Technologie, sondern in der Entwicklung einer Metrik, die eine Freigabe ermöglicht; für mich ist das der wirklich kritische Punkt! Wichtig ist, dass man in kleinen Schritten vorgeht.“

Er geht davon aus, dass der Fahrer mittelfristig als Rückfalllösung für die technischen Grenzbereiche bleiben wird, aber für die ferne Zukunft sieht er enormes Potenzial: „Es gibt keinen heute erkennbaren Hinderungsgrund, warum das Ziel autonomes Fahren nicht erreicht werden sollte. Gerade deshalb ist es wichtig, zur richtigen Zeit den richtigen Schritt zu gehen.“ Allerdings lässt die Vielzahl der Herausforderungen „keinen Optimismus auf eine schnelle Umsetzung“ zu.

Stereosehen

In seinem Vortrag „Stereosehen für Fahrerassistenzsysteme“ beschrieb Dr.-Ing. Uwe Franke, Leiter der Arbeitsgruppe „Bildverstehen“ bei der Daimler AG, den Weg in Richtung „6D-Vision. „Wir müssen nicht nur dreidimensional sehen, sondern wir müssen auch die Bewegung einzelner Wirkpunkte und ihre wahre Bewegung messen können, um wichtige Situationen frühzeitig zu erkennen“, erklärt Dr. Franke. „6D-Vision ist unser Ansatz, mit dem wir dem Fahrzeug diese Kompetenz geben – und zwar für die jedes einzelne Pixel des Bildes und permanent mit der höchsten Aufmerksamkeit.“ 6D-Vision erfasst simultan die drei Dimensionen der Position sowie weitere drei Dimensionen der Bewegung aller verfolgten Punkte; daher der Name 6D-Vision.

Dr.-Ing. Uwe Franke: „Ich bin überzeugt, dass die Diskussion um Stereo-/Mono-Kameras in einigen Jahren beendet sein wird; die Stereo-Erfassung erlaubt es uns, komplexe Situationen wirklich bewusst zu verstehen.“

Dr.-Ing. Uwe Franke: „Ich bin überzeugt, dass die Diskussion um Stereo-/Mono-Kameras in einigen Jahren beendet sein wird; die Stereo-Erfassung erlaubt es uns, komplexe Situationen wirklich bewusst zu verstehen.“Fotografie Natalie Balleis

Das Problem bei der Berechnung von Bewegungen besteht darin, dass der Rechenaufwand quadratisch mit der Länge des Verschiebungsvektors ansteigt, so dass sich heute übliche MPEG-Systeme, beispielsweise in Fernsehgeräten, auf 15 Bildpunkte mit geringer Dichte von 2% beschränken. „Wir haben ein Verfahren entwickelt, das auch die großen Flüsse von 70 Bildpunkten messen kann“, berichtet Dr. Franke. „Diese PowerFlow-Systeme haben die angenehme Eigenschaft, dass ihre Komplexität nicht quadratisch ansteigt sondern konstant und ist dabei beliebig große Verschiebungen in der gleichen Zeit messen kann.“ Obwohl die Dichte dabei 10 % beträgt, lässt sich dieser Algorithmus gut in einem FPGA implementieren.

Durch eine Kombination aus der Erkennung von sich bewegenden Objekten auf Basis von 6D-Vision und einem Klassediktator ergebe sich eine robuste Erkennung von sich bewegenden Fußgängern. Eine Stereokamera verbessert die Fußgänger-Klassifizierung gegenüber einer Monokamera um den Faktor fünf.

Da jedoch die Bearbeitung von 500.000 3-D-Punkten zu viel Rechenaufwand erfordert, nutzt Daimler die so genannte Stixel-World. Hierbei handelt es sich um eine kompakte Repräsentation welche das Datenvolumen auf 1 bis 2 KByte/Frame reduziert, so dass eine effiziente Aufmerksamkeitssteuerung möglich ist. Als Dr. Franke 1990 mit seinen Arbeiten begann, hatte sein Versuchsträger einer Rechenleistung von 10 MFlops. Heute sind es 1 TFlops, und 2030 werden es wohl zwischen 1 PFlops und 100 PFlops sein. „Ich bin überzeugt, dass die Diskussion um Stereo-/Mono-Kameras in einigen Jahren beendet sein wird; die Technologie wird gewinnen, denn die Stereo-Erfassung erlaubt es uns, komplexe Situationen wirklich bewusst zu verstehen.“

Dynamisches Verhalten beherrschen

Dr.-Ing. Ralf Münzenberger, Managing Director Professional Services bei der Inchron GmbH, wagt sich mit seinem Vortragsthema „Dynamisches Verhalten beherrschen. Steuergeräteentwicklung im Spannungsfeld von OEM und Zulieferer“ auf technisch hochkomplexes Terrain. Zunächst spricht er über die Faszination des dynamischen Verhaltens von Embedded-Echtzeitsystemen, indem er die Visualisierung der Embedded-Abläufe mit den 3D-Analysen im Fußball vergleicht. In beiden Fällen sind verschiedene Perspektiven bei der Sicht auf das System und die Abläufe erforderlich, um Zusammenhänge und Fehler sicher zu erkennen. Hierbei ist die Gesamtlatenz bei einem Embedded-System entscheidend für die Echtzeitfähigkeit. Die maximale Latenz können OEM und Tier-1 jedoch nicht allein vorhersagen, da sie nur Teile des Systems im Detail kennen. Außerdem gibt es mehrere Wirkketten, die zu sporadischen Fehlern führen können. Um diese Wirkketten zu analysieren, ist eine genaue Analyse der Abläufe nötig, denn „Verstehen ist 80 % der Lösung“. Mit einem modellbasierten Ansatz lässt sich schon in einer sehr frühen Phase untersuchen, welche Designs die Echtzeit-Vorgaben erfüllen, und mit fortschreitendem Projekt lässt sich dies immer wieder verifizieren.

Dr.-Ing. Ralf Münzenberger: „Verstehen ist 80 % der Lösung.“

Dr.-Ing. Ralf Münzenberger: „Verstehen ist 80 % der Lösung.“Fotografie Natalie Balleis

Um die Spielzüge im heutigen, hochdynamischen Fußball nachzuvollziehen und zu verbessern, verwenden Trainer und Moderatoren verschiedene Kameraperspektiven, zoomen ins Geschehen und wieder heraus, halten den Moment fest oder spulen vor und zurück. Durch Einblenden von Hilfslinien, sowie durch Was-wäre-wenn-Analysen von Spielsituationen lassen sich bessere Taktiken erarbeiten und ideale Spielzüge leichter verstehen sowie vermitteln. Das Gleiche gilt für das dynamische Verhalten von Software in den komplexen E/E-Systemen heutiger und zukünftiger Fahrzeuge. Mit den verfügbaren Methoden und Tools können modellbasiert Timing und Performance der Systeme verstanden und verbessert werden. Mit Hilfe der Wirkketten erfolgt eine sichere Beschreibung und Überprüfung komplexer Funktionen. „Systemarchitekten können die Verteilung der Funktionen auf die vernetzten E/E-Systemkomponenten simulieren, um sie optimal und robust zu realisieren“, betont Dr. Münzenberger. „Das beginnt in Systemarchitekturphase beim OEM und endet in der Absicherung, wo die Prüfstandsergebnisse mit der ausführbaren Spezifikation verglichen werden.“ Dr. Münzenberges Fazit lautet: „Das Thema Timing ist komplex und wichtig. Mit Hilfe von Wirkketten können wir die Zusammenarbeit zwischen OEM und Zulieferer wesentlich verbessern, so dass die komplexen Systeme überhaupt erst beherrschbar werden.“