Simulationsbasiertes Testen Sicher autonom ans Ziel

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

WITTENSTEIN alpha GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Einsteigen – entspannen – ankommen: Damit diese Vision wahr wird, arbeiten Fraunhofer-Forscher an cyberphysikalischen Simulationen und Tests zur Absicherung automatisierter Fahrzeuge und Fahrfunktionen.

Automatisierte Fahrzeuge stellen eine große Veränderung der Mobilität dar. Wenn alles gut läuft, werden in absehbarer Zukunft Fahrzeuge vollständig autonom, also Level 4 und 5 der SAE-Skala, am Straßenverkehr teilnehmen. Da bei Level 4- und Level 5-Systemen der Fahrer nicht mehr durchgängig und innerhalb notwendiger Reaktionszeiten als Rückfallebene zur Verfügung steht, muss die Automation alle möglichen Verkehrssituationen und potenziellen Gefährdungen selbst abfangen und sicher behandeln.

Damit einher gehen bekanntlich enorme Herausforderungen: Bevor automatisierte Fahrzeuge auf den Straßen unterwegs sein können, muss gewährleistet sein, dass sowohl Funktion als auch Verhalten des Fahrzeugs in jeder Situation sicher sind.

Neben der individuellen Komfortsteigerung für den Passagier, der die Fahrzeit nutzen kann, ermöglichen automatisierte Fahrzeuge einen effizienteren und reibungsloseren und Straßenverkehr. Die Gewährleistung der aktiven und passiven Fahrzeugsicherheit wird durch das sichere Fahrzeugverhalten abgelöst. Im vollständig automatisierten Straßenverkehr wird der Crash vermieden, was zu enormen Ressourceneinsparungen und völlig neuartigen Funktionskonzepten führt. Um dieses Ziel zu erreichen, muss nicht nur die sichere Funktion, sondern das sichere Verhalten des Fahrzeugs innerhalb jeder denkbaren Fahrsituation nachgewiesen werden.

Virtuelle Testmethodik für sicheres automatisiertes Fahren

Da dies nicht ausschließlich über Realfahrten und Simulation möglich ist, sind simulationsbasierte virtuelle Tests nötig. Daran arbeiten Forscherteams weltweit aktuell, auch Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFunter anderem im Projekt SET Level (simulationsbasiertes Entwickeln und Testen von automatisiertem Fahren). Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlage für ein effizientes, entwicklungsbegleitendes Testen und eine umfassende verlässliche Überprüfung automatisierter Fahrzeuge in komplexen Verkehrssituationen zu schaffen.

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Herausforderungen clever meistern

Beteiligt an dem BMWi-geförderten Projekt sind neben dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF auch Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft. Sie entwickeln eine offene, flexible und leicht zugängliche, virtuelle Prüfumgebung für cyberphysikalische Untersuchungen und simulationsbasierte Tests von Level-4- und Level-5-Fahrzeugen.

• In einer Closed-Loop-Simulation wird die Wechselwirkung von Fahrzeugsystemen und automatisierten Fahrfunktionen in einer szenarienbasierten Umgebung getestet.

• Dazu werden Komponentenmodelle des Fahrzeugs wie zum Beispiel Antriebsstränge, Bremse, Lenkung oder Fahrzeugdynamik und der automatisierten Fahrfunktionen wie zum Beispiel der Fahrzeugsteuerung (Motion Control) sowie Schnittstellen erstellt, um diese Modelle in unterschiedlichen Integrationsumgebungen einzubinden.

• Der modulare Aufbau ermöglicht es, automatisierte Fahrfunktionen mit unterschiedlichen Antriebsträngen, Lenk- oder Bremssystemen sowohl mit unterschiedlichen Fahrzeugvarianten als auch in unterschiedlichen Fahrsituationen zu erproben.

Simulation

Mobile Maschinen im Softwaretest

Flexible Closed-Loop-Simulationsmöglichkeiten für Entwickler

Durch die Schnittstellen können Systemmodelle aus Matlab/Simulink in die virtuellen Prüfumgebungen eingebunden werden und dabei die Standardnachrichten des Open Simulation Interface (OSI) einlesen und erzeugen. Dies ermöglicht es dem Systementwickler, zum Beispiel bei der Entwicklung von Lenkung, Bremsen oder Antriebsstrang, vollständig in seiner gewohnten Umgebung zu arbeiten und Systeme direkt gegen virtuelle Testfälle für automatisierte Fahrzeuge zu testen. Gleichzeitig können Entwickler automatisierter Fahrfunktionen in ihrer testgetriebenen Entwicklung direkt die Wechselwirkungen der Fahrfunktion mit den Systemeigenschaften unterschiedlicher Zielfahrzeuge prüfen. Auf unterschiedliche Anforderungen des jeweiligen Systemtests in Hinblick auf die Genauigkeit und Simulationsgeschwindigkeit wird innerhalb der Closed-Loop-Simulation mit unterschiedlichen Detailgraden der Teilmodelle reagiert.

Ein Fahrzeug kann durch eine einfache Kinematik dargestellt werden, um Routenplanung oder Einparkmanöver zu testen, während für die Erprobung plötzlicher Ausweichmanöver oder Fehler, wie der Verlust von Bremsflüssigkeit oder Ausfälle in der Leistungselektronik, ein komplexeres Modell der Fahrdynamik und Aktorik eingesetzt wird, welches das das Fahrverhalten in diesen Situationen nachbilden kann.

Virtuelle Produktentwicklung

Lösungen und Produkte für die Fahrzeugkonstruktion

Ziel: Methoden und Modelle offen zur Verfügung stellen

Um die Entwicklung sicherer, automatisierter Fahrzeuge industrieweit zu unterstützen und die Vereinheitlichung von Prozessen zur nachvollziehbaren Überprüfung der Sicherheit von Fahrzeugen zu vereinheitlichen, wird das Ziel verfolgt, nach Projektende die Methoden und Modelle quelloffen der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen.

Konstruktionsleiterforum

Produktentwicklung neu denken

Der Schlüssel für den Erfolg eines Unternehmens liegt in Konstruktion und Entwicklung. Hier entstehen innovative Produkte, die die Wettbewerbsfähigkeit sichern. Doch kennen Sie die Herausforderungen der Produktentwicklung im 21. Jahrhundert?

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