Untersuchung zur online abgesicherten Fahrer-Fahrzeug Interaktion in Kollisionsvermeidungs-Szenarien

Kurzfassung

Hoch- und Vollautomatisierte Fahrzeuge haben sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Softwaresysteme und die korrekte Entscheidungsfindung der Planungs- und Regelungsmodule. Sie sind einer komplexen Umgebung ausgesetzt und müssen für eine große Anzahl Verkehrsszenarien einsatzfähig sein. Die große Anzahl Umgebungsvariablen in Kombination mit Nicht-Determinismen, die sich aus Sensorfehlern, unsicherer Fahrdynamik und dem unbekannten, zukünftigen Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer ergeben, stellt eine große Herausforderung für klassische Test- und Verifikationsmethoden dar. Der Einsatz von Online-Verifikationsmethoden zur Absicherung der Entscheidungen des (hoch) automatisierten Fahrzeugs ist vielversprechend, da die Korrektheit für spezifische Situationen und somit für eingeschränkte Zustandsraumkombinationen nachgewiesen werden kann. Mit Hilfe konservativer Annahmen bezüglich der Sensorfehler, der während des Fahrprozesses auftretenden Störungen und des Verhaltens anderer Verkehrsteilnehmer lassen sich formale Sicherheitsnachweise erzielen. Eine interessante Fragestellung ist es, den formalen Sicherheitsnachweis vom rein technischen System auf die Interaktion des technischen Systems mit einem menschlichen Fahrer zu erweitern. Hierzu wird in der Masterarbeit ein Kollisionsvermeidungssystem untersucht, das die Fahraktionen des menschlichen Fahrers überwacht, im Notfall dem Fahrer die Kontrolle entziehen kann und dann durch kombiniertes Lenken und Bremsen das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführen kann. Im Gegensatz zu existierenden Studien wie etwa PRORETA liegen der Berechnung des Auslösezeitpunktes und der folgenden, automatisierten Steuerung des Fahrzeugs formale Sicherheitskriterien zu Grunde: Hierzu wird ein mengenbasiertes Modell der Handlungsoptionen des Fahrers erstellt, das für ein kurzes Zeitintervall in die Zukunft ausgewertet wird, um unter Annahme aller möglichen Fahrerinputs eine Erreichbarkeitsmenge für das Fahrzeugsystem zu bestimmen. Im Folgenden wird mit einem Tube-based MPC Ansatz bestimmt, ob ausgehend von der fahrer-gesteuerten Erreichbarkeitsmenge und unter Berücksichtigung aller möglicher Modellfehler und Messunsicherheiten das Fahrzeug sicher in den Stillstand überführt werden kann. Die Existenz eines solchen Manövers ist der Nachweis, dass der Fahrer für das betrachtete, zukünftige Zeitintervall die Steuerung des Fahrzeugs behalten darf. Falls zum aktuellen Zeitschritt kein Notfallmanöver berechnet werden kann, muss das Automationssystem in den Fahrprozess eingreifen und dem Fahrer teilweise oder ganz die Kontrolle entziehen. Die automatisierte Ausführung, des im letzten Zeitschritt berechneten Notfallmanövers muss dann möglich sein. Der Grad der Konservativität des beschriebenen Verfahrens und damit die Einschränkung des Fahrers in seinem gewohnten Verhalten wird untersucht: Hierzu wird bezogen auf bestehende Versuchsdaten mit menschlichen Fahrern die Fehlauslösungsrate unterschiedlichen Berechnungsraten (Länge des Fahrer-Prädiktionsintervalls) gegenübergestellt. Nachfolgend werden Interaktionsmechanismen untersucht, die dem Fahrer im Prädiktionsintervall den Handlungsspielraum nur teilweise einschränken, z.B. durch Auschluss einer positiven Beschleunigung im Prädiktionsintervall.