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59,80 €ISBN 978-3-8440-9916-4Paperback240 Seiten84 Abbildungen316 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
März 2025
Marcel Kascha
Entwicklung einer Level-4-Funktion für das autonome Fahren
Das autonome Fahren gemäß SAE-Level 4 und 5 wird als eine Schlüsseltechnologie betrachtet, welche die Mobilität der Zukunft durch erhöhte Sicherheit, Effizienz und Zugänglichkeit grundlegend transformieren kann. Die Verwirklichung dieser Vision, in welcher der Mensch
lediglich die Rolle des Passagiers einnimmt, ist mit vielfältigen technischen Herausforderungen verbunden. In der funktionalen Entwicklung zeigt sich eine hohe Komplexität insbesondere durch die Vielzahl zu beherrschender Anwendungsfälle, Fahrmanöver und Szenarien, woraus
signifikante Entwicklungs- und Funktionsumfänge resultieren.
Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der vorliegenden Dissertation, ganzheitliche Lösungsansätze im Rahmen der funktionalen Entwicklung autonomer Fahrsysteme zu erarbeiten, die einen Einsatz in vielfältigen Anwendungsfällen ermöglichen. Es werden dedizierte Forschungsfragen hinsichtlich der Funktionsmodule der Eigenlokalisierung, Entscheidungsfindung, Trajektorienplanung und Querregelung definiert. Übergeordnetes Ziel ist dabei die prototypische Realisierung eines universellen, modularen und skalierbaren Automatisierungssystems. Die Erprobung des Gesamtsystems erfolgt unter Verwendung eines Realversuchsträgers in den exemplarischen Level-4-Anwendungsfällen automatisierter Shuttle-Personentransport, automatisiertes Valet-Parken in Parkhäusern und im öffentlichen Straßenverkehr sowie automatisiertes Valet-Fahren in Produktionsumgebungen. Im Zentrum der Arbeit steht die Konzeption und Implementierung einer Funktionsarchitektur samt zugehöriger Funktionsmodule. Zusätzlich zu den in den Forschungsfragen adressierten Funktionsmodulen umfasst der Systementwurf die Module der Umfeldwahrnehmung, Umfeldmodellierung und Mensch-Maschine-Schnittstelle. Zur Realisierung der Funktionen werden zudem Methoden zur Erstellung mehrschichtiger HD-Karten dargelegt. In einer abschließenden Potentialanalyse im Realfeld erfolgt eine Bewertung der erarbeiteten Lösungen hinsichtlich der definierten Forschungsfragen sowohl auf Modul- als auch auf Gesamtsystemebene.
Insgesamt zeigt die Evaluation der betrachteten Funktionsmodule vielversprechende Resultate. Im Rahmen der Eigenlokalisierung wurden mehrere Ansätze auf Basis serientypischer Umfeldsensorik in verschiedenen Innen- und Außenumgebungen evaluiert. Unabhängig von der gewählten Methode wurden die definierten Anforderungen auf Basis relevanter Literatur [304] in nahezu allen Testfällen erfüllt. Für das Modul Querregelung konnte die flexible Einsetzbarkeit in vielseitigen Fahrmanövern unter Berücksichtigung verschiedener Präzisions- und Komfortkriterien nachgewiesen werden. Die Bewertung der Module Entscheidungsfindung und Trajektorienplanung erfolgte auf Gesamtsystemebene anhand offizieller Testfälle gemäß ISO 23374-1 [167] sowie selbst definierter Szenarien. Dabei konnten die Übertragbarkeit und Skalierbarkeit der entwickelten Lösungen in verschiedenen Anwendungsfällen erfolgreich demonstriert werden.
Vor diesem Hintergrund ist das Ziel der vorliegenden Dissertation, ganzheitliche Lösungsansätze im Rahmen der funktionalen Entwicklung autonomer Fahrsysteme zu erarbeiten, die einen Einsatz in vielfältigen Anwendungsfällen ermöglichen. Es werden dedizierte Forschungsfragen hinsichtlich der Funktionsmodule der Eigenlokalisierung, Entscheidungsfindung, Trajektorienplanung und Querregelung definiert. Übergeordnetes Ziel ist dabei die prototypische Realisierung eines universellen, modularen und skalierbaren Automatisierungssystems. Die Erprobung des Gesamtsystems erfolgt unter Verwendung eines Realversuchsträgers in den exemplarischen Level-4-Anwendungsfällen automatisierter Shuttle-Personentransport, automatisiertes Valet-Parken in Parkhäusern und im öffentlichen Straßenverkehr sowie automatisiertes Valet-Fahren in Produktionsumgebungen. Im Zentrum der Arbeit steht die Konzeption und Implementierung einer Funktionsarchitektur samt zugehöriger Funktionsmodule. Zusätzlich zu den in den Forschungsfragen adressierten Funktionsmodulen umfasst der Systementwurf die Module der Umfeldwahrnehmung, Umfeldmodellierung und Mensch-Maschine-Schnittstelle. Zur Realisierung der Funktionen werden zudem Methoden zur Erstellung mehrschichtiger HD-Karten dargelegt. In einer abschließenden Potentialanalyse im Realfeld erfolgt eine Bewertung der erarbeiteten Lösungen hinsichtlich der definierten Forschungsfragen sowohl auf Modul- als auch auf Gesamtsystemebene.
Insgesamt zeigt die Evaluation der betrachteten Funktionsmodule vielversprechende Resultate. Im Rahmen der Eigenlokalisierung wurden mehrere Ansätze auf Basis serientypischer Umfeldsensorik in verschiedenen Innen- und Außenumgebungen evaluiert. Unabhängig von der gewählten Methode wurden die definierten Anforderungen auf Basis relevanter Literatur [304] in nahezu allen Testfällen erfüllt. Für das Modul Querregelung konnte die flexible Einsetzbarkeit in vielseitigen Fahrmanövern unter Berücksichtigung verschiedener Präzisions- und Komfortkriterien nachgewiesen werden. Die Bewertung der Module Entscheidungsfindung und Trajektorienplanung erfolgte auf Gesamtsystemebene anhand offizieller Testfälle gemäß ISO 23374-1 [167] sowie selbst definierter Szenarien. Dabei konnten die Übertragbarkeit und Skalierbarkeit der entwickelten Lösungen in verschiedenen Anwendungsfällen erfolgreich demonstriert werden.
Schlagwörter: Autonomes Fahren; Automatisiertes Fahren; AVP; AVD; Shuttle; Funktionsarchitektur; Funktionsmodule; Lokalisierung; Querregelung; Trajektorienplanung; Entscheidungsfindung; Handlungsplanung; HD-Karten; Modellprädiktive Regelung; ICP; ORB; Aruco; Hybrid-A*
Schriftenreihe Fahrzeugdynamik und Aktive Systeme am Institut für Fahrzeugtechnik, TU Braunschweig
Herausgegeben von apl. Prof. Dr.-Ing. Roman Henze, Braunschweig
Band 15
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Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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