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Fahrerassistenz

weitere Buchkapitel

State-of-the-Art Tools and Methods Used in the Automotive Industry

In recent times, the number of features within a modern-day premium automobile has significantly increased. The majority of them are realized by software, leading to more than 1,000,000 LOC ranging from keeping the vehicle on the track to displaying a movie for rear seat entertainment. The majority of software modules need to be executed on embedded systems, some of them fulfilling mission-critical task, where a failure might lead to a fatal accident. Software development within the automotive industry is different from other industries or open source, as there are more restrictions upon development guidelines and rather strict testing definitions to meet the quality and reliability requirements or even ensure traceability on defect liability. To meet these requirements, various tools and processes have been integrated into the development process, delivering document metadata which can be used for further insights, for example, Software Fault Prediction (SFP).

Harald Altinger

Grundrechtsverwirklichung im vernetzten und automatisierten Straßenverkehr

Vernetzung und Automatisierung verändern das Automobil vom geschützten Privatraum zu einem Teil des Internet. Sie erhöhen die Sicherheit des Straßenverkehrs und die Bequemlichkeit der Fortbewegung. Zugleich aber wird das mobile Leben protokolliert und vielen Interessenten zugänglich. Diese Änderungen berühren viele Grundrechte, die Mobilität, Kommunikation und Persönlichkeitsschutz gewährleisten. Der Beitrag untersucht, wie das Recht die Verwirklichung dieser Grundrechte im vernetzten Auto zu einem Ausgleich bringen kann.

Alexander Roßnagel

Use of a criticality metric for assessment of critical traffic situations as part of SePIA

The requirements for a driver driving through a traffic situation increase with the complexity of the infrastructure, the number of participants, their possible actions and the environmental conditions. Thereby, the human being as the controller of the vehicle is normally able to analyze complex situations and to act accordingly.

Matthias Lehmann, Maximilian Bäumler, Günther Prokop, Diana Hamelow

Integrated approach for the virtual development of vehicles equipped with brake control systems

Since the introduction of the brake control system Electronic Stability Control (ESC) in 1995 an increasing number of vehicles was equipped with the system and it became statutory for new registered vehicles in 2014, e.g. in Europe, the United States and Australia [1] [2]. Representing a vehicle dynamic control system, the ESC assures predictable, stable and controllable vehicle behaviour, even at the limits of driving dynamics [3]. Several studies prove the effectiveness of ESC in reducing severe and fatal accidents [4] [5]. In consequence, the consideration of the brake control system is an important issue in every vehicle development.

Fabian Fontana, Jens Neubeck, Jochen Wiedemann, Ingo Scharfenbaum, Philippe Stegmann, Armin Ohletz, Uli Schaaf

Kapitel 2. Stand der Technik

In diesem Kapitel wird der Stand der Technik in Bezug auf die Simulation von vernetzten Funktionen dargestellt. Hierfür wird zunächst der Entwicklungsprozess beschrieben. Daraufhin werden generelle Funktionsweisen von Steuergeräten aufgezeigt und auf deren Vernetzung untereinander eingegangen. Anschließend werden Grundlagen der Simulation in Bezug auf vernetzte Funktionen aufgezeigt.

Thies Filler

Kapitel 2. Die Haftung bei vernetzten Automobilen

Will man die Frage beantworten, wer in welchen Fällen mit Fahrzeugdaten Beweis erbringen kann, so muss zunächst geklärt werden, welche Haftungstatbestände überhaupt in Betracht kommen und wer das jeweilige Haftungssubjekt ist. Denn nur dann wird deutlich, wer im Rahmen der einschlägigen Haftungstatbestände beweisbelastet ist und daher auch ein Interesse an der Beweisführung mit Fahrzeugdaten haben kann. Hierbei wird in der vorliegenden Arbeit hauptsächlich auf den Fahrzeughersteller und den Halter sowie den Fahrer des Fahrzeugs als Haftungssubjekte eingegangen.

Nina Raith

Konvergenz der Ökosysteme

Indirekte Netzwerkeffekte und Monetarisierungsmodelle auf digitalen Plattformen für Mobilität

Dem wertbasierte Geschäftsmodellansatz nach Bieger/Reinhold[2] liegt die Prämisse zugrunde, dass der wichtigste Zweck eines Unternehmens in der Schaffung von monetären und nicht-monetären Werten für die Anspruchsgruppen des Unternehmens, wie beispielsweise Kunden, Lieferanten, Mitarbeiter, Kapitalgeber, Öffentlichkeit, und das Unternehmen selbst, liegt. Insofern veranschaulicht ein Geschäftsmodell die Logik, wie ein Unternehmen Geld verdient. Der Ansatz, basierend auf dem Business Canvas von Osterwalder/Pigneur, umfasst sechs Stufen: Leistungskonzept (Value Proposition), Wertschöpfungskonzept (Value Creation), Kanäle (Value Communication and Transfer), Ertragsmodell (Value Capture), Werteverteilung (Value Dissemination) und Entwicklungskonzept (Value Development).

D. Kortus-Schultes

Geschäftsmodelle und Akzeptanzschwellen von hochautomatisierten Fahrerassistenzsystemen im Gütertransport

Der Gütertransport innerhalb Deutschlands ist bis heute in immer stärkerem Maße durch den Transport auf Straßen geprägt. Mittlerweile ist der Anteil an Handelswaren, die per Lastkraftwagen befördert werden, bei 60 – 70 % angekommen [1]. Dabei stellt der Anteil des innerdeutschen Gütertransports mit mehr als 3.000 Mio. to p. a. mit ca. 85 % den maßgeblichen Anteil, selbst wenn der weitere Anteil des europäischen Durchgangsverkehrs ebenfalls auf mittlerweile ca. 500 Mio. to p. a. angestiegen ist.

R. Wörner, G. Arifaj, R. Rahmani, T. Heisig

FLAIT – Netzwerkgestütztes Mobilitätssystem zum autonomen Betrieb von Fahrzeugflotten

Megatrends bestimmen die mittel- bis langfristige Entwicklung der Technologie und auch der steigernden Unternehmenswerte. Neben den Trends der Kommunikationstechnologien sowie der Globalisierung hält auch die Urbanisierung seit Jahren an. Dieser Trend zu immer größeren Städten (bis hin zu „Megacities“) führt zwangsläufig zu immer größeren Problemen dort (siehe 1.2).

H. Fischer

Tagungsbericht

4. ATZ-Fachtagung Fahrerassistenzsysteme – Von der Assistenz zum automatisierten Fahren

220 Teilnehmer, und damit deutlich mehr als im Vorjahr, kamen am 18. und 19. April 2018 im gerade erst eröffneten Rhein-Main Congress Centrum in Wiesbaden zusammen, um sich über Neuigkeiten rund um die Themen Assistenzsysteme, automatisiertes Fahren und autonome Fahrzeuge zu informieren und auszutauschen. 22 Aussteller begleiteten die Tagung mit ihren Ständen und Exponaten.

Mathias Heerwagen

Kapitel 6. Fazit und Ausblick

Mit der Sicherheit der Sollfunktion bildet sich aktuell eine neue Entwurfsaufgabe in der Gestaltung sicherer elektronischer Steuerungssysteme für Kraftfahrzeuge hinaus. Mit der Herausbildung neuer Standards sind immer auch Chancen und Risiken begründet. Diese werden in diesem Abschnitt beleuchtet. Gleichfalls können aus der differenzierten Betrachtung des SOTIF-Ansatzes auch Stärken und Schwächen identifiziert werden, welche in der weiteren Ausarbeitung der Normungslandschaft berücksichtigt werden sollten.

Lars Schnieder, René S. Hosse

Entwicklung eines Road Condition Observers im Projekt “Vehicle Motion Control”

Der Road Condition Observer (RCO) von Continental bietet dem automatisierten Fahren und den Fahrerassistenz-Systemen eine neue Dimension in der Einsetzbarkeit. Notwendigerweise müssen alltagstaugliche Transportmittel bei fast allen Umweltbedingungen sicher einsetzbar sein. RCO soll dazu dienen, Unfälle wegen nassen oder glatten Straßen zu reduzieren.

Thomas Raste, Peter Lauer, Bernd Hartmann

Kapitel 3. Stand der Technik

In diesem Kapitel werden aus der Literatur bekannte Ansätze zur Regelung von Antriebsstrangprüfständen systematisch und strukturiert zusammengefasst. Hiermit wird Interessierten erstmalig eine umfangreiche Zusammenfassung zur Verfügung gestellt, die den Zugang zur Regelung von Antriebsstrangprüfständen erleichtern soll. Außerdem versteht sie sich als Grundlage und Ausgangspunkt für über den Stand der Technik hinausgehende regelungstechnische Ansätze.

Nicolai Stegmaier

Kapitel 1. Einleitung

Die moderne Automobilentwicklung soll den steigenden Anforderungen des Marktes und des Gesetzgebers Rechnung tragen. Diese Anforderungen bestehen beispielsweise hinsichtlich Lebensdauer, Fahrleistung, Verbrauch, Emission, Fahrkomfort, Fahrerassistenz und Sicherheit, welche eine rasante Zunahme der Komplexität des Automobils mit sich bringen. Gleichzeitig sollen die Entwicklungszeit und der -aufwand reduziert werden [1, 2].

Nicolai Stegmaier

Autonome Technik außer Kontrolle? Möglichkeiten und Grenzen der Steuerung komplexer Systeme in der Echtzeitgesellschaft

Im Laufe nur eines Jahrzehnts hat die Wissensgesellschaft einen massiven Technisierungsschub erlebt, der in seiner Durchschlagskraft und Geschwindigkeit seinesgleichen sucht. Mittlerweile sind nahezu alle gesellschaftlichen Bereiche (bis hin zur Privatsphäre) in einem zuvor kaum vorstellbaren Maße von Technik durchdrungen, welche immer stärker autonom agiert und zum Knotenpunkt umfassender Datennetze wird.

Johannes Weyer

Kapitel 1. Einleitung

Der Einsatz von Fahrerassistenz- und Sicherheitssystemen ist bereits weit verbreitet und die Systeme sind vielfach zur Serienreife gelangt. Auch ihr Nutzen bezüg-lich einem Komfort- und Sicherheitsgewinn ist bereits mehrfach belegt worden. Dieser Zusammenhang wurde in jüngerer Vergangenheit auch für die BRIC Staaten (Brasilien, Russland, Indien und China) diskutiert, in denen ähnlich positive Auswirkungen auf die Unfallstatistik erwartet werden, wie die der vergangenen Jahre im europäischen Raum.

Marc Semrau

Chassis design of the aCar – a light commercial vehicle for Sub-Saharan Africa

Michael Schmidt, Thomas Zehelein, Prof. Dr.-Ing. Markus Lienkamp

Top-down development of controllers for highly automated driving using solution spaces

Jan-Dominik Korus, Pilar Garcia Ramos, Christoph Schütz, Markus Zimmermann, Prof. Dr.-Ing. Steffen Müller

Kapitel 7. Zusammenfassung, Bewertung und Ausblick

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Strategien und Lösungen zum Design und zur Bewertung neuer Fahrzeugnetzwerkarchitekturen zu entwickeln. Diese wurden erstellt und mithilfe von Netzwerksimulationen und analytischen Methoden auf Basis realistischer Datenverkehrsmodelle überprüft und bewertet. Ausgewählte Aspekte wurden anschließend in einem realen Fahrzeugprototyp überprüft. Aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurden Designempfehlungen abgeleitet, welche bei der Entwicklung zukünftiger Ethernet-basierter Fahrzeugnetzwerke beachtet werden sollten, um die Leistungsfähigkeit eines Ethernet-basierten Fahrzeug-Backbones möglichst optimal ausnutzen zu können. Im Folgenden werden die erzielten Ergebnisse zusammengefasst und bewertet. Abschließend wird ein Ausblick auf noch offene Forschungsfragen gegeben.

Till Steinbach

Kapitel 4. Evaluierung in der Simulation

Im Rahmen dieser Arbeit kommt neben der empirischen Bewertung im Versuchsfahrzeug (siehe Kapitel 5 auf Seite 221) insbesondere die modellbasierte Leistungsbewertung in der Netzwerksimulation zum Einsatz. Die Überprüfung des Verhaltens eines Systems und seiner Eigenschaften mithilfe von Simulationsmodellen ist ein etabliertes Verfahren, welches in nahezu allen Ingenieursdisziplinen Anwendung findet. Auch in der Automobilindustrie ist der Einsatz von Simulationen weit verbreitet, angefangen von Materialsimulationen bis zur Simulation der Produktionsabläufe [32, 158].

Till Steinbach

Kapitel 3. Bewertungsgrundlage und Elemente zukünftiger Architekturen

Im Folgenden werden die für die Bewertung von Fahrzeugnetzwerkarchitekturen wichtigen Metriken und die typischen Anforderungen aus dem Automotive-Bereich definiert. Anschließend werden die zentralen Elemente der Fahrzeugnetzwerkarchitektur erläutert und gegenübergestellt. Dies umfasst die zur Bewertung verwendeten realistischen Datenverkehrsmodelle, mögliche Topologien, Kommunikationstechnologien und -strategien sowie Fahrzeug-Gateway-Architekturen.

Till Steinbach

Requirements on driving dynamics in autonomous driving with regard to motion and comfort

Today, the active driver is considered as reference for the development of driving dynamics. However, with the ongoing development of autonomous vehicles, at automation level three according to VDI, the active driver becomes an inattentive passenger. Depending on the changed level of attention and the possible new activities of the occupants in an autonomous car, such as reading, sleeping or working, the requirements for the driving dynamics of vehicles will change as well. So far, different attempts have been made to set these requirements as acceleration limits for the vehicle body derived from empirical studies with conventional cars. In a new approach, acceleration requirements could be derived for the occupant instead of the vehicle body. Thus, in the future the vehicle controller may not only control its driving dynamics with respect to the vehicle itself, but also with respect to its occupants.A driving simulator study, described in this paper, examines the influence of the degree of attention of an occupant, with respect to his movements in the vehicle while cornering. Acceleration measurements are taken directly at the body of the passenger. The study shows that inattentive occupants, distracted by other activities during autonomous driving, will move more compared to attentive ones who observe their environment. In addition, it has been shown that an attentive occupant moves more uniform compared to an inattentive one. It is also expected that the inattentive passenger of an autonomous car will move much more compared to an attentive driver today. This results in new requirements on ride comfort in autonomous vehicles. In this context, the capture of motion of the occupants during autonomous driving could be a good indicator for the experienced driving comfort. The passenger movements caused by accelerations of the body must be in a range, where the occupants are able to follow their requested activities undisturbed, but still provide enough feedback of the driving activities if desired. Its fulfillment is an essential pre-requisite for the ride comfort of autonomous vehicles.

Georg Burkhard, S. Vos, N. Munzinger, E. Enders, D. Schramm

Automated driving at BMW – Solutions for today and tomorrow

On board of the latest BMW models there are the most diverse ranges of driver assistance systems available. Innovative functions in the areas of driving comfort, driving safety, and parking represent the highest level of automotive technology [1]. While autonomous driving will be the topic for the coming years, a high level of automation can already be experienced today. The driver is supported and relieved from stress in many situations. Nevertheless, the driver always maintains responsibility and observes the surrounding environment. The driver can completely takeover control at any time. The next level of automation is close.Developments for highly automated driving are in full throttle worldwide. The offer of fully automated mobility is interesting and lucrative for many industries. Solving this highly complex development task and mastering the technology is a new challenge for every player in the game.BMW established close cooperation with partners and has consequently changed the working model. Agile development methods and optimal infrastructure are key factors to succeed.

Dr. Claus Dorrer

Tagungsbericht

Auf der 2. Internationalen ATZ- Fachtagung Fahrerassistenzsysteme trafen sich am 13. und 14. April über 200 Experten in Frankfurt am Main. Neben der Bandbreite aller relevanten Themen wie Märkte und Nutzer, Sensorik, Komponenten und E/E-Architekturen legte die von Etas und Continental unterstützte Tagung dieses Jahr einen Schwerpunkt auf die noch vergleichsweise wenig ausgeprägte Disziplin Automotive IT-Security im und um das vernetzte Fahrzeug.

Markus Schöttle

Zukünftige Tests von Fahrerassistenzsystemen im Verbraucherschutz

von der Unfallforschung bis zum Test

Introduction ADACEurope‘s biggest automobile club. 19,2 mio members [02/2016]ADAC Technik Zentrum - Landsberg am Lech; since 1997Testlab for european automobile clubsDevelopment of new consumer protection tests

Andreas Rigling

Automated Description of ECU-Behavior

Für die simulierte funktionale Absicherung wird die exakte Funktion von Steuergeräten benötigt. Oft liegt diese nicht, nur teilweise oder in Form von kompilierter Flashware vor. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren vor, mit dem die Funktion eines Steuergeräts über die Auswertung von CAN-Logfiles automatisch ermittelt werden kann. Dazu wird die Korrelation aller gemessenen Signale paarweise bestimmt. Je nach Ergebnis begründet dies die Vermutung eines kausalen Zusammenhangs zweier Signale. Nach Prüfung der Vermutung anhand der gemessenen Daten beschreibt eine Regressionsfunktion die Verarbeitung eines Eingangs- zu einem Ausgangssignal in einem Steuergerät. Wie vollständig diese Beschreibung ist und ob die zur Verfügung stehenden CAN-Signale prinzipiell ausreichend sind, diese Funktion abzuleiten, wird anhand eines neuronalen Netzes geprüft.

Benjamin Steinvorth, Eric Sax

Kapitel 6. Ergebnisse

Die Gesamtfahrzeugsimulationsumgebung mit dem im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten transienten thermischen Rollwiderstandsmodell ermöglicht eine Vielzahl detaillierter energetischer Betrachtungen.

Jens Neubeck

Kapitel 1. Einleitung

In den letzten Jahrzenten konnte die Schutzwirkung für Beteiligte im Straßenverkehr infolge des steigenden Verständnisses im Insassen- und Fußgängerschutz sowie der Innovationen von Fahrzeugsicherheitssystemen gesteigert werden. Die Zahl der im Straßenverkehr Getöteten und Schwerverletzten innerhalb der Europäischen Union konnte zwischen 2001 und 2015 um ca. 50 % reduziert werden (Jost und Allsop, 2014). Abbildung 1.1 zeigt die Entwicklung der im Straßenverkehr getöteten und verletzten Personen in der Bundesrepublik Deutschland.

Emrah Yigit

Virtuelle Flottenverbrauchsoptimierung unter Kostenbetrachtung

Sinkende Grenzwerte für CO2-Emissionen und die steigende Anzahl an Fahrzeugvarianten erhöhen den Aufwand, den Flottenverbrauch zu optimieren. Maßnahmen zur Kraftstoffverbrauchsreduktion müssen für jede Fahrzeugkonfiguration separat betrachtet werden. In Zusammenarbeit zwischen der TU Graz und Magna Steyr wurde eine flexible, effiziente und aussagekräftige Simulationsumgebung hierfür entwickelt. Unter zusätzlicher Berücksichtigung von Kosten und Wechselwirkungen der einzelnen Maßnahmen kann das Kostenoptimum zur Zielerreichung der CO2-Emissionen eines Fahrzeugs oder einer kompletten Fahrzeugflotte bestimmt werden.

Michael Martin, Robert Premstaller, Arno Eichberger

Vorausschauendes Schalten – Optimieren von Getriebesteuerungen durch Fahrerassistenzsysteme

Ein Zahlenspiel: 10 Milliarden Menschen gibt es bald auf dieser Welt. Aufgerundet existieren rund 10 hoch 100 Atome im Universum. In der Fahrzeugwelt lässt sich diese Zehnerpotenz einfach noch einmal verzehnfachen, wenn wir die möglichen Konfigurationsvarianten eines heutigen Steuergerätes betrachten. Für den vollständigen Softwaretest eines solchen Steuergeräts sind etwa 10 hoch 1000 Zustände zu berücksichtigen. Und wer ist für die Absicherung zuständig? Gerade einmal 10 Ingenieure! Das Problem liegt also auf der Hand: Es gibt eine deutliche Diskrepanz zwischen Test- & Validierungsaufwand und verfügbaren Ressourcen. Während sich die Zahl notwendiger Varianten und Anpassungen infolge von Tests bzw. Feinabstimmung eher nicht vermindern lässt, kann der Aufwand für reale Tests durch eine zunehmende Virtualisierung sehr wohl deutlich verringert werden.

Salim Chaker, Michael Folie, Christian Kehrer, Frank Huber

Chapter 4. Methoden und Modelle in der Digitalen Fabrik

Das Kapitel 4 greift zunächst die diesem Buch zugrunde liegende Definition der Digitalen Fabrik als „den Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen – u. a. der Simulation und dreidimensionalen Visualisierung –, die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden“ (VDI 4499 Blatt 1 2008, S. 3) auf. Zur Verwendung dieser Definition erfolgt die Präzisierung der Begriffe Modell, Methode und Werkzeug. Im Anschluss werden die typischerweise einzusetzenden Methodenklassen benannt und erläutert. Einige dieser Methoden spielen auch im Kontext von Industrie 4.0 eine wichtige Rolle. So liefern die Simulation und Visualisierung eine wesentliche Grundlage für die Verbindung von Realität und Virtualität und die Schaffung eines sogenannten Digitaler ZwillingDigitaler ZwillingZwillingdigital, während beispielsweise das Monitoring die aktuellen Betriebsdaten im Sinne des Digitaler SchattenDigitaler SchattenSchattendigitaldem Anwender verdeutlicht. Den Abschluss dieses Kapitels bildet eine Beschreibung der für den EDV–Einsatz dieser Methoden notwendigen technischen Ausstattung.

Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

2. Physikalische Effekte zur Sensornutzung

Werden bestimmte Materialien durch Einwirkung von äußeren Kräften oder Drücken verformt, dann entsteht eine elektrische Spannung. Wie Bild 2.1-1 zeigt, verschieben die Kraft bzw. der Druck die Ladungen im Inneren des Materials. Die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladungen fallen nicht mehr zusammen. Dadurch entsteht eine elektrische Polarisation P. An der Oberfläche der Materialien sammeln sich Ladungen, so dass eine elektrische Spannung gemessen werden kann.

Prof. Dr. Ekbert Hering, Dr. Gert Schönfelder

30. Die Zukunft sicherheitskritischer Mensch-Computer-Interaktion

Sicherheitskritische Mensch-Computer-Interaktion ist nicht nur derzeit, sondern auch zukünftig ein äußerst relevantes Thema. Hierbei kann ein Lehr- und Fachbuch, wie dieses, immer nur einen punktuellen Stand abdecken. Dennoch kann der Versuch unternommen werden, aktuelle Trends zu identifizieren und einen Ausblick in die Zukunft zu wagen. Genau das möchte dieses Kapitel erreichen: Es sollen zukünftige Entwicklungen vorausgesagt und versucht werden, diese korrekt einzuordnen. Das ist an dieser Stelle nicht nur durch den Herausgeber, sondern durch Abfrage bei zahlreichen am Lehrbuch beteiligten Autoren geschehen. Neben einem Ausblick auf Grundlagen und Methoden werden dementsprechend auch sicherheitskritische interaktive Systeme und sicherheitskritische kooperative Systeme abgedeckt.

Christian Reuter, Konstantin Aal, Frank Beham, Alexander Boden, Florian Brauner, Frank Fiedrich, Frank Fuchs-Kittowski, Stefan Geisler, Klaus Gennen, Dominik Herrmann, Marc-André Kaufhold, Michael Klafft, Myriam Lipprandt, Luigi Lo Iacono, Thomas Ludwig, Stephan Lukosch, Tilo Mentler, Simon Nestler, Volkmar Pipek, Jens Pottebaum, Gebhard Rusch, Stefan Sackmann, Stefan Stieglitz, Christian Sturm, Melanie Volkamer, Volker Wulf

18. Von Fahrerinformation über Fahrerassistenz zum autonomen Fahren

Fahrer benötigen zur sicheren Steuerung ihres Fahrzeugs im Straßenverkehr eine Reihe von Anzeigen. Viele Funktionen zur Fahrerassistenz benötigen Eingaben des Fahrers. Wie auch in den vergangenen Jahren die Funktionsvielfalt gewachsen ist, sind auch Anzeigeund Bedienelemente gestiegen. Im vorangegangen Kapitel wurde bereits die Begrenztheit der menschlichen Leistungsfähigkeit bei der gleichzeitigen Aufnahme und Interpretation von Informationen dargelegt. Die Herausforderung an das HMI im Fahrzeug ist durch die gewachsene Anzahl und auch Komplexität der Systeme enorm gestiegen. In diesem Kapitel sollen zu ausgewählten Funktionen die Anzeige und Bedienkonzepte vorgestellt werden, von einfachen Anzeigen bis zu Strategien für das autonom fahrende Fahrzeug. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die sicherheitsrelevanten Aspekte gelegt.

Stefan Geisler

1. Sicherheitskritische Mensch-Computer-Interaktion – Einleitung und Überblick

Die sicherheitskritische Mensch-Computer-Interaktion (MCI) ist eine interdisziplinäre Herausforderung und ein für die Informatik und die jeweiligen Anwendungsdomänen in der Bedeutung zunehmendes Thema. Dieses Kapitel bietet eine Einführung in das Lehrund Fachbuch „Sicherheitskritische Mensch-Computer-Interaktion – Interaktive Technologien und Soziale Medien im Krisen- und Sicherheitsmanagement“. Als didaktisch aufbereiteter, umfassender Überblick über Grundlagen, Methoden und Anwendungsgebiete soll es sowohl als vorlesungsbegleitende Lektüre als auch als Nachschlagewerk für Wissenschaftler, Designer und Entwickler dienen. Dies adressierend werden interaktive, mobile, ubiquitäre und kooperative Technologien sowie soziale Medien vorgestellt. Hierbei finden klassische Themen wie benutzbare (IT-)Sicherheit, Industrie 4.0, Katastrophenschutz, Medizin und Automobil, aber auch Augmented Reality, Crowdsourcing, Shitstorm Management, Social Media Analytics und Cyberwar ihren Platz. Methodisch wird das Spektrum von Usable Safety bis Usable Security Engineering von Analyse über Design bis Evaluation abgedeckt.

Christian Reuter

Kapitel 2. Notbremssysteme für Kraftfahrzeuge

Aufgrund der großen translatorischen und rotatorischen Trägheitsmomente von Kraftfahrzeugen, sind zur Änderung des Bewegungszustandes große Kräfte notwendig. Diese werden bei einem Bremsvorgang üblicherweise von der Betriebsbremsanlage bereitgestellt und über den Reifenfahrbahnkontakt abgestützt. Um in Notbremssituationen einen Unfall vermeiden zu können, sind häufig Verzögerungswerte notwendig, die größer sind als die von der Bremsanlage realisierbaren. Es wird folglich ein zusätzliches System notwendig, das die Verzögerung eines Fahrzeugs kurzfristig und wirksam erhöhen kann.

Sven Knecht

Kapitel 3. Komplexitätsmanagement in der Automobilindustrie

Im vorangegangenen Kapitel wurden die wesentlichen Aspekte der integrierten Produktentwicklung und des –managements aufgezeigt. Dazu wurden die Organisationsentwicklung, die methodische Produktentwicklung und deren Gestaltungselemente sowie Vorgehensmodelle näher betrachtet. Besonderes Augenmerk lag auf dem Themenbereich der Systeme bzw. deren Entwicklung. Basierend auf dem erarbeiteten Verständnis des Systems Engineering wird im folgenden Kapitel das „Komplexitätsmanagement in der Automobilindustrie“ betrachtet.

Charlotte-Angela Hoffmann

14. Ausgewählte Anwendungen

In diesem Kapitel werden als Beispiele für die Anwendung der im Buch behandelten Methoden Untersuchungen zu den Themen Fahrdynamiksimulation, Fahrzeugüberschläge, Regelung der Wankbewegung und Aufbau und Einsatz von Fahrsimulatoren behandelt.

Dieter Schramm, Manfred Hiller, Roberto Bardini

Tagungsbericht

Die langfristigen Ziele und der Nutzen automatischer Fahrfunktionen stehen zwar nicht infrage, aber bei den ersten Markteinführungen gilt es nun, genauer hinzuschauen, wie auf der von Continental und Etas unterstützten 3. ATZ-Tagung Fahrerassistenzsysteme – Von der Assistenz zum automatisierten Fahren am 26. und 27. April in Frankfurt am Main.

Markus Schöttle

6. Auslegung und Simulation von Pkw-Bremsanlagen

Bremsanlagen haben sich mit dem Fortschritt der Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt. Grundanforderungen an die Bedienbarkeit und Modulierbarkeit werden fast ausnahmslos von den im Markt befindlichen Fahrzeugen erfüllt. Die durch den Druck der Motor Sport Presse gesteigerten Anforderungen an das Fading-Verhalten und die Bremsleistung werden heute bei der Auslegung von Bremssystemen speziell im europäischen Raum berücksichtigt. Derzeit verfügt ein hoher Prozentsatz von Fahrzeugen über Regelsysteme zur Unterstützung des Fahrers beim Bremsen (ABS-Systeme) oder zur Verbesserung der Fahrzeugstabilität (ESP-Systeme). Das erste Brake-by-Wire Bremssystem wurde 2001 im SL Roadster von Daimler Chrysler in den Markt eingeführt.

Dipl.-Ing. (TU) Josef Pickenhahn, Dipl.-Ing. (FH) Thomas Straub

Die Mobilitätswende: Die Zukunft der Mobilität ist elektrisch, vernetzt und automatisiert

Angetrieben von der Elektrifizierung des Antriebsstrangs sowie von der voranschreitenden Vernetzung und Automatisierung entstehen völlig neue Konzepte, die das über 100 Jahre alte System der Mobilität revolutionieren. Die Basis dafür ist die Digitalisierung unserer Wirtschaft und Gesellschaft: Industrie 4.0 und Smart Services bedeuten im Mobilitätsbereich Chance und Herausforderung zugleich – sowohl für die Industrie als auch für Gesellschaft und Politik.Unsere heutige Mobilität steht vor vielfältigen Herausforderungen: Mobilität trägt zur Verbesserung der Lebensqualität bei und ermöglicht soziale Teilhabe. Vor dem Hintergrund einer alternden Gesellschaft werden neue Konzepte benötigt, um beispielsweise der wachsenden Gruppe älterer Menschen trotz eventueller körperlicher Einschränkungen eine gute Anbindung an Mobilitätsdienstleistungen zu ermöglichen. Aber auch die Bedürfnisse hinsichtlich Mobilität ändern sich. Ein eigenes Auto ist für viele junge Menschen immer weniger wichtig. Im Vordergrund steht häufiger der Wunsch unterschiedliche Verkehrsträger komfortabel zu kombinieren und die Zeit der Reise effektiv zu Nutzen. Durch autonomes Fahren muss der Fahrer zum Beispiel nicht mehr aktiv am Verkehr teilnehmen sondern kann sich einer anderen Beschäftigung widmen. Das zeigt: In Zukunft stehen die Bedürfnisse der Nutzer im Mittelpunkt. Der demographische Wandel und neue Verhaltensmuster bei der Fortbewegung verlangen nach einer anpassungsfähigen Mobilität.

Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. E. h. Henning Kagermann

Chapter 4. Distributionslogistik

Die Distributionslogistik stellt die Transferfunktion zwischen der Produktion und der Absatzseite des Unternehmens dar. Sie umfasst alle Aktivitäten, die den Abnehmern die physische Verfügbarkeit der Produkte einschließlich der dazugehörigen Informationen ermöglichen. Im Einzelnen sind dies die Planung, Steuerung und Kontrolle des physischen Warenflusses sowie des damit verbundenen Informationsflusses zwischen Produktions- und Handelsunternehmen und jeweiligen Abnehmern.

Rainer Lasch, Christian G. Janker

6. Roadmap einer nachhaltigen Digitalisierung

Digitalisierungsinitiativen setzen als Querschnittsthema beim Geschäftsmodell eines Unternehmens an und beeinflussen alle wesentlichen Geschäftsprozesse. Insofern ist eine umfassende Digitalisierungs-Roadmap nicht isoliert zu etablieren, sondern als integraler Bestandteil eines langfristigen unternehmensweiten strategischen Planungsprozesses zu entwickeln. Hierzu wird ein ganzheitliches Framework zur Strukturierung der digitalen Transformation entwickelt, das vier Fokusbereiche und zwei Querschnittsthemen umfasst. Für jedes Fokusthema werden in diesem Kapitel die erforderlichen Schritte zur Umsetzung vertieft. Beispielsweise wird ein Lösungskonzept für eine Integrationsplattform als Basis für Connected Services und neue digitale Produkte vorgestellt und der Lösungsansatz auch für innerbetriebliche Plattformen für Finanz-, Einkauf und Personalservices weiterentwickelt. Prototypfreie Entwicklung und Industrie 4.0 sind weitere Schwerpunktthemen, die strukturiert anzugehen sind.

Uwe Winkelhake

5. Vision digitalisierte Automobilindustrie 2030

Neue Rahmenbedingungen und mit der Digitalisierung einhergehende Möglichkeiten motivieren neue Wettbewerber auch aus anderen Branchen, aggressiv auf den Automobilmarkt zu drängen. Für die etablierten Automobilunternehmen ist es daher überlebenswichtig, die erforderlichen Änderungen mit einer umfassenden Digitalisierungsstrategie und -roadmap anzugehen. Ausgangspunkt ist eine Analyse der zukünftigen Erwartungen des Marktes und der Kunden sowie eine kurze Bewertung der aktuellen Strategien ausgewählter Hersteller. Dem wird eine Vision gegenübergestellt, wie sich die Automobilindustrie entwickeln und mit der Umsetzung von Digitalisierungsinitiativen im Jahr 2030 aussehen könnte. Elektroautos, autonomes Fahren in flexiblen Mobilitätsangeboten und auch Connected Services im vollständigen Abgleich zwischen Fahrzeugen und Smartphones werden ebenso behandelt wie eine vollständig veränderte Kundenerfahrung im Vertrieb und Service und die Effizienzsteigerung von Geschäftsprozessen durch Automatisierung beispielsweise in der Entwicklung, der Produktion und im Verwaltungsbereich.

Uwe Winkelhake

Elektrifiziert, automatisiert, vernetzt - Herausforderungen und Chancen für die Antriebsentwicklung von morgen

In den kommenden Jahren steht die etablierte Automobilindustrie vor den voraussichtlich größten Herausforderungen ihrer Geschichte. Stetige Veränderungen der marktrelevanten Rahmenbedingungen wie die Verschärfung gesetzlicher Emissionsgrenzwerte, die ökologische Sensibilisierung der Gesellschaft und die abnehmende Identifikation neuer Kundengenerationen mit dem Automobil als Statussymbol haben bereits in den letzten Jahren zu einem herausfordernden Marktumfeld geführt. Einen maßgeblichen Wandel der Wertschöpfungsketten werden in den nächsten Jahren jedoch die drei disruptiven Technologietrends Elektrifizierung, automatisiertes Fahren und Connectivity einläuten.Das herausfordernde Marktumfeld kann vor diesem Hintergrund auch als wichtige Eintrittsbarriere gegen neue disruptive Marktteilnehmer verstanden werden. Um den Wandel schaffen und langfristig bestehen zu können, müssen die etablierten Unternehmen jedoch ihre Geschäftsmodelle, Strukturen und Prozesse stark anpassen. Für die Powertrain-Entwicklung verbleiben im Allgemeinen drei grundlegende Zielsetzungen:1.Steigerung der Kosteneffizienz und Reduzierung der Time-to-Market2.Unterstützung/Nutzung funktionaler Updates im gesamten Produktlebenszyklus3.Schaffung endkundenrelevanter MehrwertfunktionenConnectivity bietet als technischer Enabler die Chance, diese Zielsetzungen zu erreichen und damit auch den Powertrain über die Systemgrenzen des Fahrzeugs hinaus zu vernetzen: In Zukunft werden einerseits beispielsweise bereits in der Entwicklungsphase vernetzte Prototypenfahrzeuge ganz neue Möglichkeiten der virtualisierten Funktionserprobung aufzeigen. Zum anderen werden cloud-basierte Powertrain-Funktionen in Serienfahrzeugen intelligente Regelalgorithmen realisieren, die das Kundenerlebnis spürbar steigern und eine nahtlose Updatefähigkeit bereits in sich tragen. Der Produktbereich Diesel Gasoline Systems – Electronic Controls (DGS-EC), in der Robert Bosch GmbH verantwortlich für die Hardware- und Software-Komponenten der Powertrain-Steuerung, treibt beide dieser Ansätze der Powertrain-Vernetzung intensiv voran und setzt diese auf der im März 2016 vorgestellten Bosch IoT Cloud um.

Dr. Tobias Radke

1. Einleitung und Grundlagen

Wenn in den Fachkreisen der Kraftfahrzeugtechnik über Pkw geredet wird, werden Worte wie Mobilität, Agilität, Leistung, Verbrauch, Umweltschutz, Fahrzeugklasse, Sicherheit, Fahrkomfort, Fahrdynamik, elektronische Systeme und Elektrifizierung benutzt. Aktuell sind auch Begriffe wie CO2-Emission, Hybridantrieb, Elektroantrieb, Fahrerassistenz, Connectivity, autonomes Fahren. Das Fahrwerk spielt dabei die wichtigste Rolle, wenn es um Fahrsicherheit, Fahrkomfort, Fahrdynamik, Agilität aber auch um autonomes Fahren geht. Alle fahrsicherheits- und komfortrelevanten Systeme findet man im Fahrwerk integriert.Neben Aufbau und Antrieb gehört das Fahrwerk zu den Hauptbestandteilen des Automobil und besteht aus Reifen, Rädern, Radträgern, Radlagern, Bremsen, Radführung, Federung, Dämpfung, Lenkung, Achsträger, Achsantrieb und Fahrwerksregel- und Fahrassistenzsystemen.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Prof. Dr.-Ing. Stefan Gies, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Heißing

15. Fahrwerkelektronik

Der Elektrik- und Elektronikanteil an der Wertschöpfung moderner Fahrzeuge liegt bei etwa 25 %. In Mittelklassefahrzeugen werden über 40 und in Oberklassefahrzeugen werden teilweise über 100 Steuergeräte verbaut. Die Fahrzeughersteller betrachten die Fahrzeugelektronik als Schlüsseltechnologie und Kernkompetenz. Prognosen sagen einen weiteren Anstieg des Elektro- und Elektronikanteils im Fahrzeug voraus. Sowohl die zunehmende Substitution hydraulisch betätigter Aggregate durch elektromechanische, als auch der Elektroantrieb und autonomes Fahren werden die Bedeutung der Elektrik und Elektronik im Fahrzeug weiter stärken.Die starke Zunahme der Elektrik/Elektronik im Fahrzeug seit den 90er Jahren spiegelt sich auch im Fahrwerk wider. Die ersten Anwendungen der Elektronik im Fahrwerk betrafen die Bremse. 1987 war der Serienstart des Antiblockiersystems ABS. Im selben Jahr ging die adaptive Dämpferkontrolle in Serie. Weitere Meilensteine waren 1995 die Einführung des ESP und 2004 der Serienstart der Elektrolenkung bei der VW Golf-Plattform.Mit elektronisch geregelter Bremse und der Elektrolenkung (ABS, EPS,…) werden heute zentrale Fahrzeugfunktionen durch die Fahrwerkelektronik realisiert. Das Antiblockiersystem und die elektronische Fahrzeugstabilisierung steigert wesentlich die Sicherheit der Fahrzeuginsassen. Hinzu gekommen sind die Assistenzsysteme, die hauptsächlich elektrisch/elektronisch funktionieren.

Dr. rer. nat. Horst Krimmel, Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy

2. Fahrdynamik

Die Fahrdynamik beschreibt die Bewegungen des Fahrzeugs im Raum sowie die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte und Momente. Fahrzeugbewegungen wie Geradeaus-, Kurvenfahrten sowie Vertikal-, Gier-, Nick- und Wankbewegungen werden durch entsprechende Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Winkeln, Drehraten und Winkelbeschleunigungen beschrieben. Hinzu kommen die dabei entstehenden Schwingungen und Kräfte des komplexen dynamischen Systems.Die Kräfte, die auf das Fahrzeug wirken, sind die Trägheitskräfte, die beim Beschleunigen, Bremsen und während der Kurvenfahrt entstehen sowie das Eigengewicht des Fahrzeugs samt dessen Beladung. Diese können als am Fahrzeugschwerpunkt wirkend betrachtet werden. Hinzu kommen aerodynamische Kräfte und Motorantriebsmomente. Diese Kräfte und Momente werden über die vier Radaufstandsflächen – Reifenlatsch genannt – als Vertikal- und Horizontalkräfte auf die Fahrbahn übertragen.Die Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen wird klassisch in den drei verschiedenen translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden des Fahrzeugaufbaus betrachtet. Bei Untersuchung der Bewegungsvorgänge in Fahrzeuglängsrichtung, also Antreiben und Bremsen, spricht man von der Längsdynamik des Fahrzeugs. Hierbei sind die Fahrwiderstände mit dem daraus resultierenden Leistungs- und Energiebedarf des Fahrzeugantriebs sowie die Brems- und Traktionseigenschaften auch auf verschiedenen Fahrbahnbelägen und -zuständen Gegenstand der Untersuchungen.Das Schwingungsverhalten des Fahrzeugs in Richtung der Hochachse wird als Vertikaldynamik bezeichnet, die maßgeblich das Fahrkomfort beeinflusst. Das Verhalten des Fahrzeugs beim Lenken bestimmt die Querdynamik und somit im Wesentlichen die Fahrstabilität.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Dr.-Ing. Christoph Elbers, Dipl.-Ing. Daniel Wegener, Dipl.-Ing. Jörn Lützow, Dipl.-Ing. Christian Bachmann, Dr.-Ing. Christian Schimmel

8. Bestandteile der Lenkung

Das Lenksystem dient dazu, ein Fahrzeug bei allen Fahrzuständen zielsicher zu führen. Dabei wird der Fahrerwunsch durch eine sinnfällige Drehbewegung am Lenkrad vermittelt und vom Lenksystem in einen Einschlagwinkel der gelenkten Räder übertragen. Das Lenksystem muss ausreichend robust, feinfühlig und präzise sein, um den Fahrer möglichst umfassend über verschiedenste Zustandsgrößen und ggf. deren Veränderungen informieren zu können.In der Umsetzung haben sich zwei Bauformen der hydraulische Servo-Lenkanlagen durchgesetzt: Zahnstangenlenkung für PKW und Kugelmutterhydrolenkung für schwere PKW und für alle NKW. In den letzten Jahren wird jedoch der Hydroantrieb der Zahnstangenlenkung durch den elektromechanischen Antrieb ersetzt, weil diese Antriebsart Kraftstoff spart und sich unabhängig vom Fahrer betätigen lässt. Durch Elektrolenkung ist es nun möglich, zahlreiche weitere Fahrerassistenzsysteme zu generieren und eines Tages autonomes Fahren zu realisieren.Neben der Lenkanlage gehören auch Spurstangen, Lenkwelle, Lenksäule und Lenkrad zu diesem System.Überlagerungslenkung, Hinterachs- und Allradlenkung sowie Steer-by-wire bilden weitere aktuelle Schwerpunkte des Lenksystems.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Dipl.-Ing. Wolfgang Rieger, Dipl.-Ing. Christian Greis, Dr.-Ing. Guido Hirzmann, Dipl.-Ing. Burkhard Schäfer

18. Zukunftsaspekte des Fahrwerks

In diesem Kapitel werden die Zukunftstrends für die Fahrwerksysteme zusammengefasst. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der Umweltverschmutzung durch Abgase, bei der Elektrifizierung (Hybrid- und E-Fahrzeuge), bei den Fahrerassistentsystemen, vorausschauenden und intelligenten Fahrwerken und beim autonomen Fahren. Der aktuellste Stand der Technik für alle diese Themen wird ausführlich diskutiert. Es wird auch versucht, Zukunftsszenarien für das Auto und sein Fahrwerk zu erstellen.Das Kapitel schließt mit Prognosen zu zukünftigen Produktionszahlen, Fahrzeugklassen und Antriebsarten der Zukunft.

Prof. Dr.-Ing. Metin Ersoy, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Heißing, Prof. Dr.-Ing. Stefan Gies, Dr.-Ing. Christian Schimmel, Dr. rer. nat. Stephan Demmerer

Chapter 15. Perzeption für robuste Fahrzeuglokalisierung

Eine hinreichend genaue und zuverlässige Fahrzeuglokalisierung ist ein fundamentaler Bestandteil vieler moderner Fahrerassistenz‐ und hochautomatisierter Fahrzeugsysteme. Die Schätzung einer globalen Fahrzeugpose ist häufig erforderlich um zusätzliche Informationen, wie z.B. Fahrbahnverläufe, aus einer digitalen Karte zu entnehmen und als Grundlage für eine fundierte Verhaltensplanung und ‐entscheidung verwenden zu können. Minimalanforderungen an die Genauigkeit der Fahrzeuglokalisierung resultieren aus Art und Anwendungskontext der verwendeten Umfeldinformationen.

Jan Rohde, Dr. Holger Mielenz, Prof. Dr.-Ing. Johann Marius Zöllner

Chapter 14. Verkehrsabhängige Lichtsignalanlagen in Stadtstraßennetzen – bereit für das assistierte und automatisierte Fahren?

Energieverbrauch und Emissionen werden in Stadtstraßennetzen maßgeblich durch Lichtsignalanlagen (LSA) beeinflusst. Zum Erreichen einer bestmöglichen Verkehrseffizienz müssen Halte und Wartezeiten minimiert werden. Ein diesbezüglich seit Jahrzehnten etablierter Ansatz ist die verkehrsabhängige Steuerung von Lichtsignalanlagen.

Prof. Dr.-Ing. Robert Hoyer

Understanding of transient tire behavior by measuring carcass deformation and contact patch shape

Rapid development of advanced driver assistance systems tends not only to use full grip potential, provided by pneumatic tire, but also to use a tire as a sensor. First required step on this way is understanding the physical background of tire behavior. This research is an attempt to decompose the handling tire properties into particular physical effects, which determine them. With help of optical measurements there was analyzed carcass deformation behavior. Using in-tire acceleration sensors there was measured the shape of the contact patch in different conditions. These relations were considered in a physical simulation model. The result is enhanced understanding of the most important physical processes and effects of a rolling tire and their influence on its transient handling behavior.

Pavel Sarkisov, J. Kubenz, G. Prokop, S. Popov

8. 3D Szenenfluss – bildbasierte Schätzung dichter Bewegungsfelder

Der 3D Szenenfluss (scene flow) ist eine dichte Beschreibung der Geometrie und des Bewegungsfeldes einer dynamischen Szene. Entsprechend ist die Bestimmung des Szenenflusses aus binokularen Videosequenzen eine Generalisierung zweier klassischer Aufgaben der bildbasierten Messtechnik, der Schätzung von Stereokorrespondenz und optischem Fluss. Im folgenden wird ein Modell vorgestellt, in dem die dynamische 3D Szene durch eine Menge von planaren Segmenten repräsentiert wird, wobei jedes Segment eine Starrkörperbewegung (Translation und Rotation) ausführt. Die (Über-)Segmentierung in starre, ebene Segmente wird gemeinsam mit deren 3D Geometrie und 3D Bewegung geschätzt. Das beschriebene Modell ist wesentlich kompakter als die konventionelle pixelweise Repräsentation, verfügt aber dennoch über genügend Flexibilität, um reale Szenen mit mehreren unabhängigen Bewegungen zu beschreiben. Darüber hinaus erlaubt es, a-priori Annahmen über die Szene einzubinden und Verdeckungen zu berücksichtigen, und ermöglicht den Einsatz robuster diskreter Optimierungsmethoden. Weiters ist das Modell, in Kombination mit einem dynamischen Modell, direkt auf mehrere aufeinanderfolgende Zeitschritte anwendbar. Dazu wird für die einzelnen Bilder jeweils eine eigene Repräsentation instanziiert. Entsprechende Bedingungen stellen sicher, dass die Schätzung über verschiedene Ansichten und verschiedene Zeitpunkte konsistent ist. Das beschriebene Modell verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Szenenfluss-Schätzung speziell bei ungünstigen Aufnahmebedingungen.

Christoph Vogel, Stefan Roth, Konrad Schindler

Chapter 4. Untersuchung der Wirkung von Dynamiken und Symbolen in der Lichtverteilung

Um die vorhandenen Konzeptideen zur Fahrerunterstützung weiter ausarbeiten zu können, werden in einer ersten Studie grundlegende Fragen zur Wirkung von Lichtsymbolen auf der Nebenspur und Lichtdynamiken in der eigenen Lichtverteilung untersucht. Dabei handelt es sich einerseits darum, das Verhalten anderer Fahrzeuge durch eine Lichtprojektion verständlicher zu gestalten.

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 2. Theoretischer Hintergrund

Für die menschenzentrierte Entwicklung innovativer Fahrerassistenzsysteme werden zum besseren Verständnis der Mensch-Maschine-Interaktion die verschiedenen Schritte und Bedingungen der Informationsverarbeitung betrachtet (Abschnitt 2.1). Damit einhergehend werden die verschiedenen Prozesse der Fahrzeugführung erläutert. Um die Fahrmanöver mit Unterstützungsbedarf zu eruieren, wird eine Unfallanalyse durchgeführt (Abschnitt 2.2).

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 5. Untersuchung von kooperativen Einsatzmöglichkeiten der Lichtfunktionen

Die in Kapitel 4 vorgestellte Studie ermöglicht zum einen Aussagen über die Wirkung von Lichtsymbolen und -dynamiken; zum anderen kann auf eine subjektive Bewertung unterschiedlicher dynamischer Projektionsformen (Welle, Gräte) zurückgegriffen werden. Aufgrund eindeutiger Ergebnisse der ersten Studie werden die Lichtfunktionen auf Basis des Konzeptes der dynamischen Gräten weiterentwickelt.

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 7. Exkurs: Explorative Realfahrtstudie

Im Rahmen einer Masterarbeit (Seigies, 2016) wurde – basierend auf eigenen Ideen der Verfasserin – auf dem Versuchsgelände in Ehra-Lessien eine Realfahrtstudie durchgeführt. Die erhobenen und hier vorgestellten Daten wurden von der Verfasserin selbst analysiert.

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 8. Abschließende Diskussion der Ergebnisse

Auf Grundlage der Ergebnisse der durchgeführten Studien kann die Frage beantwortet werden, wie Fahrzeugführer durch lichtbasierte Fahrerassistenzsysteme in relevanten Fahrmanövern unterstützt werden können. Es können Aussagen zur empfohlenen Fahrerassistenz bei der Geschwindigkeitsanpassung beim Folgen eines Straßenverlaufs, beim Fahrstreifenwechsel und in der Einfädelung getroffen werden.

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 6. Untersuchung einer konkreten Kundenfunktion

Die zweite Untersuchung (Kapitel 5) hat gezeigt, dass die Lichtfunktion als Handlungsaufforderung objektiv und subjektiv in kooperativen Fahrszenarien eingesetzt werden kann. Sie bietet eine klare Anweisung für den Fahrer und schafft Transparenz für den nachkommenden Verkehr. Doch viele Probanden ordnen die Lichtfunktion dem eigenen Fahrzeug zu und sehen den Unterstützungsbedarf vor allem bei sich selber.

Anna Zoé Krahnstöver

Chapter 6. Anwendung haptischer Signale

Nachdem im vorherigen Kapitel die Validierung ausgesuchter haptischer Signale stattgefunden hat, soll jetzt jeweils eine Anwendungsmöglichkeit für.

Christoph Liedecke

Chapter 2. Fahrerwahrnehmung und Fahrer-Fahrzeug-Kommunikation

In dem folgenden Kapitel werden thematisch die Eigenschaften der Sinneskanäle in Bezug auf Fahrerwahrnehmung und Fahrer-Fahrzeug-Kommunikation erörtert. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Betrachtung der Sinneskanäle: Hören, Sehen und Fühlen. Im weiteren Verlauf wird insbesondere die Eignung haptischer Signale im Allgemeinen und an der Schnittstelle Fahrerfuß ↔ Fahrzeug im Speziellen erörtert.

Christoph Liedecke

9. Fahrzeugsicherheit

Die Sicherheit des Transports für Menschen und Güter hat weltweit einen hohen Stellenwert. Obwohl in den Industrieländern erhebliche Fortschritte erzielt wurden, waren 2013 ca. 1,24 Millionen Verkehrstote zu verzeichnen, mehr als 20 Millionen wurden verletzt [1]. 80% der tödlichen Verkehrsunfälle geschahen dabei in „middle-income Countries“. In der Prognose von [2] würden die Verkehrsunfälle nach Herzkrankheiten und Depressionen an die dritte Stelle der Todes- und Erwerbsunfähigkeitsgründe rücken. Zahlreiche Organisationen wie die UN, Regierungen, Forschungseinrichtungen und Industrie haben Programme initiiert um diesen Trend umzukehren.

Prof. Dr.-Ing. Mark Gonter, Dipl.-Ing. Andre Leschke, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

11. Produktentstehungsprozess

In ihrem Vorwort charakterisieren die Herausgeber die Produktentstehung sehr treffend als einen hochkomplexen Prozess, dessen Gestaltung und Optimierung immer größere Bedeutung gewinnt. Letztendlich muss dieser Prozess termingerecht zu einem Fahrzeug führen, das für die Zielkunden so attraktiv ist, dass sie es zu einem Preis erwerben wollen, der mit den Renditevorstellungen des Automobilunternehmens im Einklang steht und damit dessen Wettbewerbsfähigkeit sichert Abb. 11.1 umreißt einen Produktentstehungsprozess schematisch.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Prof. Dr.-Ing. Thomas Breitling, Jürgen Weissinger, Dipl.-Ing. Norbert Grawunder, Dr.-Ing. Ulrich Hackenberg, Prof. Dr.-Ing. Volker Liskowsky, Dr.-Ing. Ulrich Widmann

7. Fahrwerk

Automobile sind Fahrzeuge, deren Bewegung auf einer vorgegebenen Oberfläche, in der Regel einer Fahrbahn, vom Fahrer in Längs- und Querrichtung sowie um die Hochachse (Gierachse) in bestimmten, vom Straßenverlauf oder physikalisch vorgegebenen Grenzen, frei bestimmt werden kann. Hierbei sind die Quer- und Gierbewegung engmiteinander gekoppelt.In senkrechter Richtung zur Fahrbahn muss das Automobil hingegen dem Straßenverlauf ohne aktiven Eingriff des Fahrers folgen (Berg- und Talfahrt). Kurzwellige Fahrbahnunebenheiten sollten jedoch nur soweit auf das Fahrzeug übertragen werden, wie es die Fahrsicherheit, der Fahrerwunsch nach Fahrbahnkontakt und das subjektive Fahrkomfortempfinden erfordern.

Dr.-Ing. Andreas Bootz, Dipl.-Ing. Steffen Gruber, Dr. Jens Holtschulze, Hugo Kroiss, Dr. Klaas Kunze, Dipl.-Ing. (FH) Roman Müller, Dr.-Ing. Axel Pauly, Dipl.-Ing. James Remfrey, Dr.-Ing. Hansjörg Rieger, Dr.-Ing. Erich Sagan, Dipl.-Ing. Martin Schwarz, Dipl.-Ing. Ludwig Seethaler, Dr.-Ing. Jan Sendler, Dipl.-Ing. Hubert Strobl, Dipl.-Ing. Thomas Unterstraßer, Dipl.-Phys. Heiner Volk

2. Anforderungen, Zielkonflikte

Das Automobil ist seit mehr als einhundert Jahren ein Transportmittel für Menschen, Tiere und Güter. Obwohl es für den größten Anteil der Fahrzeuge in seinen Grundzügen gleich geblieben ist – vier Räder, Otto- oder Dieselmotor als Antrieb, Getriebe als Drehmomentwandler – hat es doch erhebliche Veränderungen erfahren. Diese findet man – auf den Kunden bezogen – in den zahlreichen Fahrerassistenzsystemen und bei den Antrieben in der wachsenden Anzahl an Varianten, wie CNG–Compressed Natural Gas, LPG – Liquified Petrol Gas, den diversen Hybridsystemen – vom Mild bis zum Plug IN Hybrid – sowie beim reinen Elektroantrieb und der Brennstoffzelle. Die Veränderungen werden geprägt durch den Mobilitätsbedarf, den internationalen Wettbewerb, den technischen Fortschritt, das weltweite Produktangebot, die Aktivitäten der Gesetzgeber, die eingesetzte Energie, Erdöl, Gas, Biokraftstoffe und Elektrizität sowie durch die vielfältigen Kundenanforderungen.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Egbert Fritzsche, Dr. Jost Christian Gail, Bernd Lorenz, Andre Seeck, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

8. Elektrik/Elektronik/Software

Steigende Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Umweltschutz und Komfort führten in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Funktionen im Fahrzeug. Wesentliche Treiber dafür waren die gestiegenen Komfortansprüche, die Vernetzung der Fahrzeuge aber auch ganz wesentlich verschärfte Abgas- und Sicherheitsbestimmungen. So kamen in den letzten Jahren komplexe Infotainment und Assistenzsysteme hinzu, die nur durch ein Zusammenwirken vieler Steuergeräte realisiert werden konnten. Deren intuitive Bedienung sowie Personalisierung der Funktionen erforderte eine systemübergreifende Mensch-Maschine-Schnittstelle. Durch die massiv gestiegene Anzahl an elektrischen Verbrauchern nahm auch der Energiebedarf deutlich zu, sodass über elektronische Energiemanagementsysteme ein optimierter Energiehaushalt sichergestellt werden musste.

Dr. Heinz-Bernhard Abel, Dr. Heinrich-Jochen Blume, Prof. Dr. rer. nat. Ludwig Brabetz, Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy, Dipl.-Ing. Simon Fürst, Dr. Lothar Ganzelmeier, Dr. Jörg Helbig, Dipl.-Ing. Gerhard Heyen, Dr. rer. soc. Meike Jipp, Dipl.-Ing. Günther Kasties, Prof. Dr.-Ing. Peter Knoll, Dr.-Ing. Olaf Krieger, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, Prof. Dr.-Ing. Karsten Lemmer, Dr. Wolfgang Pfaff, Dr.-Ing. Thomas Scharnhorst, Dr.-Ing. Guido Schneider

1. Einführung und Überblick

Die Erfüllung steigender Kundenansprüche und strenger gesetzlicher Vorgaben hinsichtlichder Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen sowieder Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfortist untrennbar mit dem Einzug der Elektronik in modernen Kraftfahrzeugen verbunden.Das Automobil ist dadurch zum technisch komplexesten Konsumgut geworden. Die Anforderungen an die Automobilelektronik unterscheiden sich jedoch wesentlich von anderen Bereichen der Konsumgüterelektronik. Insbesondere hervorzuheben sind:der Einsatz unter oft rauen und wechselnden Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperaturbereich, Feuchtigkeit, Erschütterungen oder hohe Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV),hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit,hohe Anforderungen an die Sicherheit undvergleichsweise sehr lange Produktlebenszyklen.Diese Anforderungen müssen bei begrenzten Kosten, verkürzter Entwicklungszeit und zunehmender Variantenvielfalt in Produkte umgesetzt werden, die in sehr großen Stückzahlen hergestellt und gewartet werden können. Unter diesen Randbedingungen stellt die Umsetzung der zahlreichen Anforderungen an elektronische Systeme von Fahrzeugen eine Entwicklungsaufgabe von hohem Schwierigkeitsgrad dar.

Jörg Schäuffele, Thomas Zurawka

Chapter 6. Vorstudien: Geeignete Fahrmanöver und Leistungsfähigkeit des Fahrers

Gegenstand dieses Kapitels sind die Vorstudien zur Betrachtung der ersten zwei Forschungsfragen: 1) Was sind aus Sicht der Kundenakzeptanz und der technischen Machbarkeit mögliche, zu dem aktuellen Anwendungskontext von freier Fahrt und Folgefahrt erweiterte Fahrmanöver für den Einsatz in der Teilautomation (Unterkapitel 6.1) sowie 2) Welche zeitliche Dauer der Systemüberwachung im Bereich des Kraftfahrzeugs ist dem Fahrer möglich, bevor es zu einem Einbruch der Vigilanz kommt (Unterkapitel 6.2). Diese ersten Vorarbeiten bilden die Basis für die Methodik der drei Hauptstudien.

Ina Othersen

3. Grundlagen und Methoden

Im folgenden Kapitel 3.1 werden zunächst allgemeine Grundlagen im Bereich der Automatisierung der Fahrzeugführung zusammengefasst. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der systematischen Klassifikation von Assistenzsystemen für die automatisierte Fahrzeugführung und in der Beschreibung des Stands der Technik bei der Informationsbereitstellung für derartige Systeme. Im darauf folgenden Kapitel 3.2 werden regelungstechnische Grundlagen für den Entwurf einer energetisch optimierten Fahrzeuglängsführung vorgestellt.

Andreas Freuer

2. Stand der Technik

Zunächst werden die maßgeblichen Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch eines Fahrzeugs diskutiert und verbrauchssparende Maßnahmen vorgestellt. Daraus wird die große Bedeutung einer energieeffizienten und vorausschauenden Fahrweise deutlich. Anschließend wird der momentane Stand der Technik im Bereich der Fahrerassistenz für die energieeffiziente Längsführung von Kraftfahrzeugen zusammenfassend vorgestellt und hinsichtlich des weiteren Forschungsbedarfs ausgewertet. Darauf folgend wird die Zielsetzung für diese Arbeit festgelegt.

Andreas Freuer

Chapter 4. Auswertung und Quantifizierung

Zur Quantifizierung des Effekts auf die Reichweite eines batterieelektrischen Fahrzeugs, der mit dem in Kapitel 3 beschriebenen Fahrerassistenzsystem erreicht wird, wurden experimentelle Untersuchungen in Form von Messfahrten durchgeführt. Dieses Kapitel beinhaltet die Auswertung der Ergebnisse, die dabei erzielt wurden. Die Ergebnisse der Fahrten mit Fahrerassistenzsystem (FAS) werden in Relation zu den in Kapitel 2.4 beschriebenen Vergleichsfahrten gesetzt, um den Effekt zu quantifizieren.

Gernot Becker

Chapter 2. Stand der Technik und Grundlagen

In den vergangenen 25 Jahren haben sich eine Vielzahl moderner Fahrerassistenzsysteme auf dem Markt etabliert und sind in einigen Fällen zum technischen und gesetzlichen Standard geworden. Systeme, wie das Antiblockiersystem ABS und das elektronische Stabilitätsprogramm ESP, sind aufgrund ihres herausragenden Beitrags zur aktiven Sicherheit eines Fahrzeugs nicht mehr wegzudenken. Bisher standen hauptsächlich Komfort und aktive Sicherheit im Fokus der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen.

Gernot Becker

Connected efficiency – A paradigm to evaluate energy efficiency in tactical vehicle-environments

As traffic density is increasing, determination and optimization of energy consumption of vehicles can no longer be considered in isolation to their reactive environment. Optimization of energy efficiency is a connected issue of considering interactions between vehicles in their tactical vehicle-environment. In this paper we present a definition of tactical vehicle-environment on multilane roads and introduce the term connected efficiency. The connected efficiency facilitates the quantification of energy efficiency across several vehicles. The utilization of connected efficiency is shown in a simulated highway scenario.

Jochen Kramer, M. Hillenbrand, K. D. Müller-Glaser, E. Sax

Continuous delivery for simulation-model development

The usage of simulation models is popular within the development in Automotive Industry. Simulation models are used to early evaluate new functionality in Model-in-the- Loop setups and to test Electronic Control Units in Hardware-in-the-Loop arrangements. Along with the increasing functionality in current vehicles, the necessity of suitable simulation models growths. Autonomous driving is one area where functional complexity growths rapidly and a complete virtual vehicle model is necessary to enable testing within a simulation environment.We present an approach to handle the complexity and variety of simulation model development efficiently. Therefore the principles of Continuous Delivery, known from software development, are applied to increase productivity and reliability of simulation model development.

Marius Feilhauer, J. Häring, J. Buchner

Experimental validation of the Maxwell model for description of transient tyre forces

Modelling and simulation of safety relevant Driver Assistance Systems (DAS) and Vehicle Dynamics Controllers (VDC) which act in standard and limit situations lead to increasing accuracy demands in the description of dynamic reactions of tyre contact forces, e.g. [4], [7]. For that purpose, first-order approaches are widely applied in this field of vehicle dynamics and handling, which originate from Schlippe & Dietrich [13], were modified by Pacejka [10] and later on refined by Rill [11], [12].

Andreas Hackl, W. Hirschberg, C. Lex, G. Rill

Jenseits des Mythos vom „gläsernen Fahrer“: Die Rolle der Telematik im Transportprozess

Um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten bzw. zu steigern, sehen sich Speditionsunternehmen zunehmend herausgefordert, ihre Tätigkeit nicht länger auf den Gütertransport selbst zu begrenzen, sondern den Umfang und die Qualität ihrer Dienstleistungen zu erhöhen. Brancheninsider sprechen mit Blick auf den umkämpften Transport- und Gütermarkt bereits von einer Bedeutungsverschiebung vom reinen (austauschbaren) Frachtführer, der Güter von A nach B transportiert, zum Full Service Provider, der im Rahmen einer Kontraktlogistik Lagerhaltung, kundenspezifische Verpackung und unmittelbare Zustellung zum Kunden in sein Angebotsspektrum übernimmt. Speditionen stehen somit gegenwärtig den konfligierenden Zielen der „Kosteneffizienz“, „Flexibilität“ und „Dienstleistungsarbeit“ gegenüber. In diesem Zusammenhang wird im Transport- und Logistikbereich die Einführung von Telematik derzeit mit hoher Emphase diskutiert.2 Angesichts eines wachsenden Verkehrsaufkommens und einer steigenden Bedeutung der Kundenorientierung wird die effiziente Planung und Steuerung von Transport-, Umschlags- und Lagerprozessen durch Telematik auch für mittelständische Speditionen unausweichlich.

Dr. phil. Daniela Ahrens

5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Eine universell einsetzbare Konfiguration für Antriebssysteme in Automobilen erscheint nach technischen, wirtschaftlichen, geographischen und ökologischen Kriterien als nicht realistisch. Das Kapitel präsentiert zukunftsträchtige Kombinationen von Antriebsmodulen- Wärmekraftmaschinen im Zusammenhang mit Elektromotoren-, Batterien, Brennstoffzellen und Kraftstoffen. Eine Hauptkonfiguration besteht in rein elektrischem Antrieb, mit der Erzeugung der Elektroenergie an Bord mittels Wärmekraftmaschinen. Es werden Beispiele beim Einsatz von Viertaktmotoren, aber auch von Zweitaktmotoren, Gasturbinen und Wankelmotoren gegeben. Die andere Hauptkonfiguration besteht im kombinierten Antrieb mit Kolbenmotor und Elektromotoren, mit Leistungsaddition über Getriebe oder Kupplungen, oder mit separatem Antrieb einer jeweiligen Fahrzeugachse. Es werden zahlreiche Konfigurationen dargestellt und analysiert. Die Kenngrößen von derzeit repräsentativen Hybridantrieben werden tabellarisch erfasst – wobei Angaben über Leistung und Drehmoment der zwei Antriebsarten, Batteriekapazität und Verbrauchswerte enthalten sind. Des weiteren werden die neuesten Plug In Konzepte präsentiert und bewertet.

Cornel Stan

10. Integrierte Querdynamikregelung mit ESP, AFS und aktiven Fahrwerksystemen

Die Entwicklung der vergangenen 1–2 Jahrzehnte im Automobil und speziell im Fahrwerksbereich ist geprägt durch den Einzug von aktiven mechatronischen Systemen, welche bisher passive mechanische Komponenten ersetzen. Neben ESP sind die wesentlichen Systeme im Bereich Lenkung Active Front Steering AFS, elektrische oder elektrohydraulische Servolenkungen, regelbare Hinterachslenkungen und in weiterer Zukunft Steer-by-Wire. Im Bereich Fahrwerk sind es die Luftfederung, regelbare Dämpfer, aktive Wankstabilisatoren (ARC — Active Roll Control) und vollaktive Fahrwerke wie ABC; der Bereich Antrieb wird derzeit beherrscht durch die Entwicklungen der Hybrid-Technologien, deren Potenziale bei weitem noch nicht erschöpft sind, insbesondere wenn man die Möglichkeiten des seriellen Hybrid-Antriebs in Betracht zieht.

Prof. Dr.-Ing. Ansgar TrÄchtler, Dr.-Ing. Frank Niewels

2. Fahrdynamik

Die Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen wird klassisch getrennt nach den drei verschiedenen translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden des Fahrzeugaufbaus betrachtet (

Bild 1-15

). Bei Untersuchung der Bewegungsvorgänge in Fahrzeuglängsrichtung, also Antreiben und Bremsen, spricht man von der Längsdynamik des Fahrzeugs. Hierbei sind vor allem die Fahrwiderstände mit dem daraus resultierenden Leistungs- und Energiebedarf des Fahrzeugantriebs Gegenstand der Untersuchungen. Weiterhin von Interesse bei Betrachtung der Fahrzeuglängsdynamik sind die Brems- und Traktionseigenschaften auch auf verschiedenen Fahrbahnbelägen und -zuständen.

1. Einleitung und Grundlagen

Wenn in den Fachkreisen der Kraftfahrzeugtechnik über Pkw geredet wird, werden die Wörter wie Mobilität, Antriebsleistung, Verbrauch, Umweltschutz, Fahrzeugklasse, Karosserie, Sicherheit, Fahrkomfort, Fahrdynamik und immer häufiger Elektrik/Elektronik benutzt. Aktuell sind auch die Begriffe wie

aktive Systeme, X- by- wire, Fahrerassistenz, Regelsysteme

,

Hybridantrieb, Agilität, Infotainment

.

3. Bestandteile des Fahrwerks

Der größte Teil des Buches ist den Bestandteilen des Fahrwerks gewidmet. Unter den Bestandteilen sind die Untersysteme des Fahrwerks und dessen Module und Bauteile zu verstehen. Da die Struktur des Fahrwerks sich sowohl nach Funktion als auch nach Gestalt definieren lässt, ergibt sich eine Systematik, die nicht überschneidungsfrei ist.

7. Systeme im Fahrwerk

Der Elektrik- und Elektronikanteil an der Wertschöpfung moderner Fahrzeuge liegt aktuell bei etwa 20%. In Oberklassefahrzeugen werden teilweise über 70 Steuergeräte verbaut. Prognosen sagen einen weiteren Anstieg des Elektronikanteils auf bis zu 40% im Jahr 2015 voraus. Was sind die wesentlichen Vorteile der Elektronik im Antriebsstrang und im Fahrwerk für den Autofahrer?

1. Einführung

Das Wort

Infotainment

ist ein Kunstwort, das sich aus den Begriffen

Information

und

Unterhaltung

(Entertainment) zusammensetzt. 75 Jahre nach Einführung des ersten Autoradios hat sich Infotainment einen wertbestimmenden Rang im Automobil erobert. Spätestens mit den Fahrerassistenzsystemen sind Fahrzeugfunktionen und Infotainment zu einer Einheit verschmolzen. Die Mindmap in Abbildung 1.1 zeigt einige Aspekte, die im Folgenden näher erläutert werden sollen.

Ansgar Meroth, Boris Tolg, Christian Plappert

8. Usability — Der Mensch im Fahrzeug

Seit Mitte der neunziger Jahre nimmt die Informationsfülle und die Funktionalität in Fahrzeugen zu. Neben der gesamten Komfortfunktionalität, wie Klimaanlagen, elektrische Fensterheber, elektronische Sitzverstellung etc., kamen Informations- und Kommunikationssysteme, wie Telefon, Navigationssystem, E.Mail sowie über das Autoradio hinausgehende Unterhaltungssysteme, wie CD-Wechsler, Equalizer, Fernsehen, DVD hinzu. Dies zeigte sich zunächst in der steigenden Anzahl von Bedienelementen wie Schaltern, Regler und Anzeigen im Fahrzeug, was bereits zu Unübersichtlichkeit und Nutzungsschwierigkeiten führte. Als Reaktion darauf entstand der Ansatz die vielen Informationen und Funktionalitäten zentraler anzuzeigen und die Funktionen einheitlicher steuerbar zu machen. Einer der bekanntesten Ansätze war die Einführung des iDrives von BMW. Als Eingabegerät steht ein Dreh-Drück-Regler in der Mittelkonsole zur Verfügung, der zusätzlich in vier bzw. acht Richtungen geschoben und gezogen werden kann. Dieses Eingabegerät zusammen mit einem zentralen Display ermöglicht einen Großteil der Interaktionen mit Informationen und Funktionen. Bei der Einführung des iDrives im Jahre 2001 wurde schnell deutlich, dass diese eigentlich gute Idee nicht optimal umgesetzt wurde. Der ÖÄMTC schrieb im Jahre 2003 dazu „IDrive erfordert besonders von Menschen, die den Umgang mit Computern scheuen, viel Übung, kann aber selbst von computervertrauten UserInnen nicht immer verlässlich bedient werden. Obwohl der Einstellknopf sogar über variablen Bedienwiderstand verfügt, ist die Anwendung von iDrive während der Fahrt fast unmöglich, da der Bildschirm ständig im Auge behalten werden muss“ [ÖAM03] und USA Today brachte es auf den Punkt mit „it manages to complicate simple functions beyond belief“ (zitiert nach [Nor03]). Obwohl es sicher die Absicht war, die Nutzung der Fahrzeugkomfort- und Infotainmentsysteme zu vereinfachen, so wird doch deutlich, dass dies nicht vollständig gelungen war. Wenn Nutzungsprobleme nach der Einführung der Produkte auftreten, so kann häufig festgestellt werden, dass die vorausgegangenen

Gestaltungsprozesse

ohne die Berücksichtigung der Anforderungen und Verhaltensgewohnheiten der betreffenden Nutzergruppen, des vorliegenden Usability-Gestaltungswissens oder ohne Anwendung von Usability-Methoden ausgeführt wurden [Mar05].

Michael Burmester, Ralf Graf, Jürgen Hellbrück, Ansgar Meroth

5. Netzwerke im Fahrzeug

Nachdem in den vorangegangenen Kapiteln die Schnittstellen zwischen den Infotainmentsystemen und den Benutzern beschrieben wurden, werden in den beiden folgenden Kapiteln die Grundlagen der Kommunikation zunächst zwischen den Systemkomponenten eines in sich abgeschlossenen Infotainmentsystems und dann zwischen dem Infotainmentsystem und der Außenwelt vorgestellt. Auch hier soll lediglich ein Überblick gegeben werden, der den Leser dazu befähigt, in der weiterführenden Literatur in die Tiefe einzusteigen.

Lothar Krank, Ansgar Meroth, Andreas Streit, Boris Tolg

11. Technologietrends Fahrzeugelektronik

Wie in den vorangegangenen Kapiteln bereits zu sehen war, nimmt der Anteil der in Kraftfahrzeugen verbauten elektronischen Komponenten zu. Neben den bereits vorgestellten Systemen, bei denen meist ehemals mechanische oder hydraulische Komponenten substituiert wurden, finden sich im Fahrzeug eine Reihe von weiteren elektrischen Systemen. Davon werden hier die Beleuchtungssysteme sowie Systeme vorgestellt, die den Fahrer bei seinen Aufgaben unterstützen. Bei den fahrerbezogenen Systemen lassen sich Informations-, Assistenz-, sowie Komfortsysteme unterscheiden. Die Kommunikation der einzelnen Teilsysteme findet über so genannte Busse statt, die am Ende des Kapitels diskutiert werden. Bevor jedoch auf einzelne Systeme eingegangen wird, erfolgt an dieser Stelle die Klärung einiger grundlegender Begriffe.

1. Einleitung und Grundlagen

Wenn in den Fachkreisen der Kraftfahrzeugtechnik über Pkw geredet wird, werden die Wörter wie Mobilität, Antriebsleistung, Verbrauch, Umweltschutz, Fahrzeugklasse, Karosserie, Sicherheit, Fahrkomfort, Fahrdynamik und immer häufiger Elektrik/Elektronik benutzt. Aktuell sind auch die Begriffe wie

aktive Systeme, X-by-wire, Fahrerassistenz, Regelsysteme

,

Hybridantrieb, Agilität, Infotainment.

2. Fahrdynamik

Die Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen wird klassisch getrennt nach den drei verschiedenen translatorischen Bewegungsfreiheitsgraden des Fahrzeugaufbaus betrachtet (

Bild 1-15

). Bei Untersuchung der Bewegungsvorgänge in Fahrzeuglängsrichtung, also Antreiben und Bremsen, spricht man von der Längsdynamik des Fahrzeugs. Hierbei sind vor allem die Fahrwiderstände mit dem daraus resultierenden Leis-tungs- und Energiebedarf des Fahrzeugantriebs Gegenstand der Untersuchungen. Weiterhin von Interesse bei Betrachtung der Fahrzeuglängsdynamik sind die Brems- und Traktionseigenschaften auch auf verschiedenen Fahrbahnbelägen und -zuständen.

3. Bestandteile des Fahrwerks

Der größte Teil des Buches ist den Bestandteilen des Fahrwerks gewidmet. Unter den Bestandteilen sind die Untersysteme des Fahrwerks und dessen Module und Bauteile zu verstehen. Da die Struktur des Fahrwerks sich sowohl nach Funktion als auch nach Gestalt definieren lässt, ergibt sich eine Systematik, die nicht überschneidungsfrei ist.

7. Systeme im Fahrwerk

Der Elektrik- und Elektronikanteil an der Wertschöpfung moderner Fahrzeuge liegt aktuell bei etwa 20%. In Oberklassefahrzeugen werden teilweise über 70 Steuergeräte verbaut. Prognosen sagen einen weiteren Anstieg des Elektronikanteils auf bis zu 40% im Jahr 2015 voraus. Was sind die wesentlichen Vorteile der Elektronik im Antriebsstrang und im Fahrwerk für den Autofahrer?

9. Anwendungen

In diesem Kapitel werden exemplarisch einige Anwendungen der Kfz-Elektronik betrachtet. Eine umfassende Behandlung aller Systeme ist im Rahmen dieses Buchs weder möglich noch sinnvoll, es soll aber zumindest ein Überblick gegeben werden, für die hier nicht betrachteten Systeme werden Literaturhinweise gegeben. Eine Sonderstellung besitzt der erste Abschnitt 9.1. In diesem soll anhand eines relativ einfachen Beispiels einer Klimaregelung das Vorgehen bei einer Funktionsentwicklung erläutert werden.

3. Motor

Die rasant wachsende Komplexität moderner Antriebsstrangkonzepte sowie die steigende Anzahl von Fahrzeugvarianten bei gleichzeitig reduzierten Entwicklungszeiten bilden die wesentlichen Treiber einer simulationsgestützten (virtuellen) Entwicklung. Zusätzlich verlangt die zunehmende Vernetzung der Einzelkomponenten im Gesamtfahrzeug (z. B. Verbrennungsmotor und automatische Getriebetypen oder Verbrennungsmotor und Elektromotor in einem Hybridantrieb) die durchgängige Entwicklung und Optimierung im Sinne des Gesamtsystems. Ein wesentlicher Anspruch an die simulationsgestützte, virtuelle Antriebsstrangentwicklung besteht daher in der Nachbildung von nicht vorhandenen Antriebs- bzw. Fahrzeug-Komponenten zur Prüfung bzw. Abstimmung einer oder mehrerer Teile des Gesamtantriebsstranges an beliebiger Station im Prozess. Dies betrifft sowohl die Fahrzeughersteller als auch deren Zulieferer und Dienstleister jeweils lokal als auch in deren vernetzter Zusammenarbeit.

3. Funktions- und Software-Entwicklung

Ein wesentlicher Anteil der Innovationen in heutigen Fahrzeugkonzepten wird durch Funktionen dargestellt, die durch Software abgebildet werden. Dieser Tatbestand zeigt sich eindrucksvoll sowohl in dem stetig wachsenden Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit in Steuergeräten als auch in der steigenden Anzahl von komplexen und vernetzt wirkenden Funktionen. Als Beispiel sei etwa auf Fahrerassistenzoder Telematik-Funktionalitäten verwiesen, die sich die Eigenschaften mehrerer Funktionsbereiche im Fahrzeug in Form einer intelligenten Verknüpfung zu Nutze machen.

1. Einleitung

Die Kraftfahrzeugelektronik hat sich in den letzten Jahrzehnten „rasant“ weiterentwickelt. Viele neue Anwendungsfelder wurden erschlossen, die aus der Sicht von vor 50 Jahren geradezu revolutionär erscheinen. Dabei ist ein Ende dieser Entwicklung noch lange nicht abzusehen. Bei dieser stürmischen Weiterentwicklung der Kraftfahrzeugelektronik haben verschiedene Faktoren eine Rolle gespielt. Zum einen sind es die technologischen Voraussetzungen, die jetzt zur Verfügung stehen. Dies sind vor allem die Mikroelektronik, die Leistungselektronik und die Software. Der Fortschritt der Kraftfahrzeugelektronik wurde in der Anfangszeit (70er und 80er Jahre) fast ausschließlich durch die Mikroelektronik in Form von Mikroprozessoren bestimmt. Zunehmend gewinnt aber auch die Software erheblich an Bedeutung. Sie nimmt mittlerweile eine Schlüsselstellung ein. Zum anderen war die Notwendigkeit zur Weiterentwicklung zwingend gegeben. Gesetzliche Vorschriften in den Bereichen Umweltverträglichkeit und Sicherheit haben wesentliche Veränderungen des Autos notwendig gemacht.

3. Fahrwerksysteme

Im Folgenden werden die wichtigsten physikalischen Grundlagen zum Verständnis von Fahrdynamik-Regelungen behandelt. Die Ausfuhrungen basieren auf dem Buch [

1

].

4. Bordnetz und Vernetzung

Standen am Beginn des Elektronikeinsatzes im Kraftfahrzeug zunächst einzelne lokal abgegrenzte Anwendungen, so hat sich mit dem zunehmenden Einsatz von Elektronik, der Vielzahl von Steuergeräten und der Einführung von Bussystemen das Bild komplett gewandelt. Mehr als 60 elektronische Steuergeräte unterschiedlicher Zulieferer übernehmen die Steuerungs- und Regelungsaufgaben eines modernen Oberklassefahrzeuges (

Bild 4-1

). Sie kommunizieren untereinander und mit den Sensoren und Aktoren über verschiedene Bussysteme wie CAN, MOST oder Byteflight. Es hat sich ein komplexer Verbund hoch vernetzter Steuergeräte herausgebildet. Innovationen im Bereich des Infotainment, der Fahrerassistenz oder der aktiven Sicherheit werden in Zukunft sogar noch vermehrt nur über hoch vernetzte und komplexe Systeme zu realisieren sein, wie dies in

Bild 4-2

gezeigt wird. Die Systemkomplexität ist dabei durch das Produkt der Anzahl der Funktionen und der Anzahl der ausgetauschten Informationen definiert.

9. Fahrerassistenzsysteme und Verkehr

Bereits Ende der 1980er Jahre wurden im europäischen Forschungsprogramm PROMETHEUS (Programme for a European Traffic with Highest Efficiency and Unlimited Safety) die Visionen für einen Straßenverkehr mit höchster Effizienz und mit höchstem Sicherheitsniveau entwickelt [

1

]. Allerdings waren damals die notwendigen Komponenten, wie z.B. Sensoren zur Umfelderfassung und zur Erfassung der Fahrzeugdynamik und kompakte Hochleistungsrechner nicht verfügbar. Heute sind sie da und rücken die Vision vom „.sensitiven Fahrzeug“, das sein Umfeld erfasst und aus der Lage und der Relativgeschwindigkeit von Objekten zum eigenen Fahrzeug Warnungen und Fahrzeugeingriffe zur Vermeidung von Unfällen ableitet, immer näher.

Estimating the Driver’s Workload

Using Smartphone Data to Adapt In-Vehicle Information Systems

The use of in-vehicle information systems has increased in the past years. These systems assist the user but can as well cause additional cognitive load. The study presented in this paper was carried out to enable workload estimation in order to adapt information and entertainment systems so that an optimal driver performance and user experience is ensured. For this purpose smartphone sensor data, situational factors and basic user characteristics are taken into account. The study revealed that the driving situation, the gender of the user and the frequency of driving significantly influence the user’s workload. Using only this information and smartphone sensor data the current workload of the driver can be estimated with 86% accuracy.

Christina Ohm, Bernd Ludwig

2. Anforderungen, Zielkonflikte

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Ekhard Zinke, Hans-Jürgen Nettlau, Egbert Fritzsche, Prof.Dr.-Ing. Ulrich Seiffert

11. Produktentstehungsprozess

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Dr.-Ing. Ulrich Widmann, Dr.-Ing. Claus Ehlers, Prof. Dr.-Ing. Thomas Breitling, Dipl. -Ing. Norbert Grawunder, Prof. Dr.-Ing. Volker Liskowsky

7. Fahrwerk

Automobile sind Fahrzeuge, deren Bewegung auf einer vorgegebenen Oberfläche, in der Regel einer Fahrbahn, vom Fahrer in Längs- und Querrichtung sowie um die Hochachse (Gierachse) in bestimmten, vom Straßenverlauf oder physikalisch vorgegebenen Grenzen, frei bestimmt werden kann. Hierbei sind die Quer- und Gierbewegung eng miteinander gekoppelt. In senkrechter Richtung zur Fahrbahn muss das Automobil hingegen dem Straßenverlauf ohne aktiven Eingriff des Fahrers folgen (Berg- und Talfahrt). Kurzwellige Fahrbahnunebenheiten sollten jedoch nur soweit auf das Fahrzeug übertragen werden, wie es die Fahrsicherheit, der Fahrerwunsch nach Fahrbahnkontakt und das subjektive Fahrkomfortempfinden erfordern. Das quer-, längs- und vertikaldynamische Verhalten eines Automobils wird durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt. In vielen Bereichen liegen nicht-lineare Zusammenhänge und komplexe Kopplungen der Zustandgrößen vor. Daher stellt das Fahrwerk und in erweitertem Sinne die Fahrdynamik auch heute noch ein hoch interessantes Themengebiet dar, insbesondere wenn der Fahrer als Zustandserkenner, Regler und subjektiver Beurteiler berücksichtigt wird.

Dr.-Ing. Axel Pauly, Dipl.-Ing. Steffen Gruber, Dipl.-Ing. Norbert Ocvirk, Dipl.-Ing. James Remfrey, Dipl.-Phys. Heiner Volk, Dr. Roman Müller, Dr.-Ing. Hansjörg Rieger, Dr.-Ing. Andreas Bootz, Dipl.-Ing. Oliver Hohenöcker, Dipl.-Ing. Johann Niklas, Dipl.-Ing. Ludwig Seethaler, Dr.-Ing. Erich Sagan, Dipl.-Ing. Thomas Unterstraßer, Dipl.-Ing. (FH) Martin Lauterbach, Maik Miklis, Dipl.-Ing. Gregor Fischer, Dr. rer. nat. Oliver Kircher, Dr.-Ing. Thomas Schwarz

6. Aufbau

In der Anfangszeit des Automobils wurde die Karosserie – dem Beispiel des Kutschenbaus folgend – auf einem Rahmengestell befestigt. Diese Bauweise findet man heute nur noch bei Lastkraftwagen und großen Off-Road-Fahrzeugen. Im Bereich der Personenwagen hat sich die selbsttragende Karosserie durchgesetzt. Sie wurde 1935 von Opel erstmalig mit dem Modell Olympia in der Großserie eingeführt. Die Innovation bestand darin, dass die Karosserie für sich komplett vorgefertigt wurde. Anschließend wurden die restlichen Komponenten wie Motor, Kupplung, Getriebe, Vorder- und Hinterachse sowie der Auspuffanlage direkt an der Karosserie befestigt und zum Fahrzeug komplettiert. Damit ist die selbstragende Karosserie der wichtigste Aggregateträger, die zu dem noch vielen Anforderungen gerecht werden muss. Sie reichen von konsequentem Leichtbau über wirksamen Insassen- und Fußgängerschutz bis hinzu attraktivem Aussehen.

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Hermann Braess, Dr. Markus Wawzyniak, Dipl.-Ing. Lothar Teske, Dipl.-Ing. Helmut Goßmann, Dipl.-Ing. Heinrich Timm, Dr. rer. Pol. Dipl. -Ing. Ludwig Hamm, Dipl.-Ing. Volker Peitz, Walter Pecho, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, Prof. Dr. Rudolf Stauber, Dr.-Ing. René Konorsa, Dr. Klaus Werner Thomer, Thomas Herpel, Dipl. -Des. Peer-Oliver Wagner, Dipl.-Ing. Ernst Peter Neukirchner, Georg Laukart, Dipl.-Ing. Thomas Vorberg

8. Elektrik/Elektronik/Software

Steigende Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Umweltschutz und Komfort führten in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Fahrzeugfunktionen. Wesentliche Treiber dafür waren verschärfte Abgas- und Sicherheitsbestimmungen; in den letzten Jahren kamen komplexe Infotainment- und Assistenzsysteme hinzu, die nur durch ein Zusammenwirken mehrerer Steuergeräte realisiert werden konnten. Deren intuitive Bedienung sowie Personalisierung der Funktionen erforderte eine systemübergreifende Mensch- Maschine-Schnittstelle (HMI – Human Machine Interfaces). Durch die massiv gestiegene Anzahl an elektrischen Verbrauchern nahm auch der Energiebedarf deutlich zu, sodass über elektronische Energiemanagementsysteme ein ausgeglichener Energiehaushalt sichergestellt werden musste.

Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, Dipl.-Ing. Bernd Kunkel, Dr.-Ing. Thomas Scharnhorst, Dr. Gabriel Schwab, Prof. Dr. rer. nat. Ludwig Brabetz, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Leohold, Dr. Dirk Dudenbostel, Dipl.-Ing. Klaus Schneider, Dipl. -Ing. Thomas Volk, Dr. Wolfgang Pfaff, Dr. Heinz-Bernhard Abel, Dr. Heinrich-Jochen Blume, Dipl.-Ing. Gerhard Heyen, Dipl.-Ing. Markus Kreye, Dr.-Ing. Guido Schneider, Prof. Dr.-Ing. Peter Knoll, Dipl.-Ing. Günther Kasties, Prof.Dr.-Ing. Karsten Lemmer, Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy, Dr. Jörg Helbig, Dr. Lothar Ganzelmeier

9. Fahrzeugsicherheit

Dr.-Ing. Mark Gonter, Dr.-Ing. Thomas Schwarz, Prof.Dr.-Ing. Ulrich Seiffert, Dr. rer. nat. Robert Zobel

Overall Probabilistic Framework for Modeling and Analysis of Intersection Situations

We propose a system design for preventive traffic safety in general intersection situations involving all present traffic participants (vehicles and vulnerable road users) in the context of their environment and traffic rules. It exploits the developed overall probabilistic framework for modeling and analysis of intersection situations under uncertainties in the scene, in measured data or in communicated information. It proposes OOBN modeling for the cognitive assessment of potential and real danger in intersection situations and presents schematically an algorithm for multistage cognitive situation assessment. A concept for the interaction between situation assessment and the proposed Proactive coaching Safety Assistance System (PaSAS) is outlined. The assessment of danger in a situation development serves as a filter for the output and intensity of HMI-signals for directing driver’s attention to essentials.

Galia Weidl, Gabi Breuel

Adaptations in Driving Efficiency with Electric Vehicles

The results of previous MINI E field trials provided initial indications that driving electric vehicles (EV) leads to adaptations in driving behavior and might increase driving efficiency. This paper presents the methodologies to measure changes in driver characteristics by logging velocity, acceleration, and cruising range, on smartphones. In this experiment, 25 MINI E were provided as electric test vehicles for a diversified spectrum of subjects consisting of private and corporate customers. The field trial included both longitudinal and transverse components in order to assess long-term and situation specific changes. Participants operated both combustive and electric vehicles. Driving dynamics data from these vehicles was collected over a six month period time. Additionally, these same participants were required to perform a 2 hour drive, which served as a comparison drive, three times over the period of EV usage. The frequency of intermittent usage of combustion vehicles was captured by logbooks.

Magnus Helmbrecht, Klaus Bengler, Roman Vilimek

The H-Metaphor as an Example for Cooperative Vehicle Driving

For quite a while the automotive industry has been working on assistance systems to improve safety and comfort of today’s vehicles. In the course of this development combined with increasingly capable sensors, assistance systems have become more and more powerful. This whole development enlarges the role of the human, beginning from the actual driver of the car up to a supervisor of the automation state. On the one hand this leads to a relief in the drivers workload. On the other hand effects like out-of-the-loop and associated with that a loss of situation awareness can appear. Trying to solve this clash of objectives, the project “H-Mode” follows an idea of vehicle driving where the automation is capable of driving almost autonomous, but the driver is still kept active and in the loop by cooperating with the automation-system. The article describes the idea of cooperative driving and especially the H-Metaphor. Furthermore an example is given how this concept is used in the development of assistance and automation systems.

Daniel Damböck, Martin Kienle, Klaus Bengler, Heiner Bubb

Scene Segmentation from 3D Motion and Category-Specific Information

In this paper we address the problem of detecting objects from a moving camera by jointly considering low-level image features and high-level object information. The proposed method partitions an image sequence into independently moving regions with similar 3-dimensional (3D) motion and distance to the observer. In the recognition stage, category-specific information is integrated into the partitioning process. An object category is represented by a set of descriptors expressing the local appearance of salient object parts. To account for the geometric relationships among object parts, a structural prior over part configurations is designed. This prior structure expresses the spatial dependencies of object parts observed in a training data set. To achieve global consistency in the recognition process, information about the scene is extracted from the entire image based on a set of global image features. These features are used to predict the scene context of the image from which characteristic spatial distributions and properties of an object category are derived. The scene context helps to resolve local ambiguities and achieves locally and globally consistent image segmentation. Segmentation results are presented based on real image sequences.

Alexander Bachmann, Irina Lulcheva

Development of a Cognitive-Emotional Model for Driver Behavior

Aggressive driving has become a very common phenomenon. It highlights the importance of emotional states as an influencing factor for driving style and behavior. Advanced driver assistance systems are implemented in the car with the objective to enhance road safety and to assist the driver. In order to develop these systems according to the users’ needs and to assess the potential effects, the driving behavior of drivers (with and without these new technologies) must be known. This modeling of drivers’ behavior has to take into account cognitive and emotional mechanisms, in order to be as realistic as possible. The paper presents a cognitive-emotional driver model focusing on anger and reports evidence for its validity. This driver model can be implemented in microscopic, agent-based traffic models and expands the output and scope of traffic modeling and analysis on cognitive and emotional variables.

Christian Maag, Christian Mark, Hans-Peter Krüger

Planning Cooperative Motions of Cognitive Automobiles Using Tree Search Algorithms

A tree search algorithm is proposed for planning cooperative motions of multiple vehicles. The method relies on planning techniques from artificial intelligence such as A* search and cost-to-go estimation. It avoids the restrictions of decoupling assumptions and exploits the full potential of cooperative actions. Precomputation of lower bounds is used to restrict the search to a small portion of the tree of possible cooperative actions. The proposed algorithm is applied to the problem of planning cooperative maneuvers for multiple cognitive vehicles with the aim of preventing accidents in dangerous traffic situations. Simulation results show the feasibility of the approach and the performance gain obtained by precomputing lower bounds.

Christian Frese, Jürgen Beyerer

Developing a User-Centered Mobile Service Interface Based on a Cognitive Model of Attention Allocation

Mobile devices have conquered our daily life. They are carried and used at almost all times and in any situation sometimes even against legal restriction - e.g. in the car. Services running on these devices (e.g. email, text messages, etc.) include graphical (GUI) and voice interface (VUI) causing visual distraction for the driver although they could solely be operated by speech in- and output. As a result services should adapt their interfaces due to the specific usage scenario. The aim of this work is therefore to develop design recommendations based on a cognitive model for the voice user interface taking the particularities of the specific scenario (e.g. reduction of off-road eye gazes) into account. We assume that distraction is mainly due to an increased effort and a decreased expectancy of the VUI compared to the GUI. Design recommendations derived from these considerations will be described by means of a concrete example.

Julia Niemann, Volker Presse, Jessika Reissland, Anja Naumann

The ConnectedDrive Context Server – flexible Software Architecture for a Context Aware Vehicle

Focus is pointed on the ConnectedDrive Context Server (CDCS), a central server component managing the situational context of an automotive human-machine-interaction, that is capable of providing key functionalities for a flexible prototyping process in the development and evaluation of “intelligent” vehicle behaviour. The main features are an object-oriented, shared knowledge management database and both generic, flexible I/O and knowledge analysis interfaces, offering a high compatibility for the connection to existing applications and for the implementation of intelligent reasoning algorithms. Our prototyping architecture is currently used in the development and evaluation of several context aware applications like a context-sensitive lane departure warning system (LDWS).

8. HDR Vision for Driver Assistance

Prof. Dr. Peter M. Knoll

2. Dynamik, Fortschritt und Kompetenz

Der Wettbewerb zwischen Unternehmen und die Fähigkeit zur Innovation spielen sich im Raum zwischen Markt, Ressourcen und Timing ab. Hier entfaltet sich die Dynamik, in der Kernkompetenzen wachsen und fallen, Bedürfnisse gefunden und befriedigt oder Gelegenheiten genutzt oder verpasst werden. Gerade heute ist das Wissen über das Umfeld ausschlaggebend für eine erfolgreiche Innovation.

Fahrerassistenzsysteme der Zukunft – auf dem Weg zum autonomen Pkw?

Der Begriff „Fahrerassistenzsystem“, bis vor wenigen Jahren eigentlich nur Insidern aus den Forschungsabteilungen der Fahrzeugherstellern und Zulieferindustrie bekannt, findet seinen Weg in das breite Publikum. Immer häufiger wird über Unterstützungssysteme wie ESP, Kurvenlicht, Aktive Geschwindigkeitsregelung ACC, Spurverlassenswarnung, Rückfahrkamera oder Fernlichtassistenz auch in Automagazinen berichtet oder bei Fahrzeug-Verkaufsgesprächen diskutiert. Dabei stehen sowohl die Unterstützungsaufgabe im Sinne der Möglichkeit zur Delegation unerwünschter Aufgaben an das Fahrzeug als auch oder teilweise sogar vor allem die sicherheitstechnischen Aspekte einer Übernahme von komplexen und schnell durchzuführenden Aufgaben im Vordergrund.

Klaus Kompaß

Aktiver Eingriff in passive Systeme: Von passiver Sicherheit zu sicherem Fahren

Die Geschichte der passiven Fahrzeugsicherheit begann mit dem Sicherheitsgurt. Es folgte die Entwicklung verschiedener Maßnahmen, die den Insassen schützen. Dazu gehören beispielsweise Fahrer- und Beifahrerairbags sowie Knie-, Brust- und Kopfairbags, aber auch Sensoren und elektronische Stabilisierungsprogramme. Aufgrund der zunehmenden Vielfalt lässt sich leicht erkennen, dass die Zukunft der Sicherheit im Fahrzeug in immer stärkerem Maße im gegenseitigen Zusammenspiel verschiedener Technologiedisziplinen liegt und letztlich neue Sicherheitsgebiete erobert. Der vorliegende Text gibt einen historischen Überblick über die passiven Rückhaltesysteme und deren Komponenten. Darüber hinaus informiert er über den gegenwärtigen Entwicklungsstand und veranschaulicht die einzelnen Schritte bis dorthin. Zum Abschluss folgt ein kurzer Blick in die Zukunft der passiven Rückhaltesysteme und die Entwicklung aktiver Sicherheitssysteme.

Benedikt Heudorfer, Dirk Meissner

Innovationen der Fahrzeugtechnik am Beispiel der Mercedes-Benz S-Klasse

Mit der Einführung der neuen Mercedes-Benz S-Klasse im Jahr 2005 wird die Erfolgsgeschichte dieser Baureihe bereits in der achten Generation fortgeführt. Technische Innovationen waren bei jedem neuen Modell von größter Bedeutung. So setzten die Vorgängerbaureihen vielfach Standards und haben die Automobilindustrie als Schrittmacher nachhaltig beeinflusst. Insgesamt zeigen „die Ahnen“ der heutigen S-Klasse in fünf Jahrzehnten eine stetige Steigerung des Fahrkomforts und der Fahrleistungen, sowie der aktiven und passiven Sicherheit. Zudem hat auch der Wettbewerb um die Technologieführerschaft in der automobilen Oberklasse – zum Nutzen der Kunden – in jüngster Vergangenheit deutlich zugenommen.

Dietmar Göhlich

Intersection Safety for Heavy Goods Vehicles

Traffic of heavy goods vehicles is an important component of transport in today’s cities. Much progress has been made to make it as safe and efficient as possible. In this paper, safety of heavy goods traffic at intersections is investigated. Special regard is given to the safety of vulnerable road users (VRUs), such as pedestrians and cyclist. In the project INTERSAFE-2, solutions are being developed to reduce accident risks at intersections. One situation identified to be particularly dangerous for VRUs is the right turning of the heavy goods vehicle. This scenario will be specifically addressed by he intersection safety application developed on the Volvo Technology demonstrator vehicle in INTERSAFE-2. This paper describes the requirements for resolving the right-turning accident scenario, and will illustrate the resulting function concept of the demonstrator.

Malte Ahrholdt, Grant Grubb, Erik Agardt

Energy Prediction for EVs Using Support Vector Regression Methods

This paper presents the application of machine learning algorithms for an accurate estimation of the energy consumption of electric vehicles (EVs). Normalised energy consumption values and speed profiles are collected from various EVs for a cloud-based prediction approach. We predict the necessary energy for each road segment on the basis of crowd-sourced data. Support vector machines, which are trained by the collected historical data of the driver, predict the deviation from the average energy consumption on each road segment. As a result, the prediction of propulsion energy consumption for EVs before the start of a trip has a relative mean error of less than 6.7%.

Stefan Grubwinkler, Markus Lienkamp

6. Flusssteuerung im Straßenverkehr

Mobilität und Verkehr bilden einen wichtigen Eckpfeiler unserer Gesellschaft. Die zunehmende örtliche Differenzierung der sozialen Funktionen Wohnen, Arbeit, Freizeit und Reisen haben zu einer starken Zunahme des Individualverkehrs geführt. Deutschland ist aufgrund seiner zentralen Lage in Europa ein bedeutender Verkehrsknotenpunkt. Die Osterweiterung der EU, die Globalisierung und eine zunehmend arbeitsteilige Wirtschaft werden auch in Zukunft zu einem verstärkten Anwachsen von Personen- und Güterverkehr führen. Abbildung 6.1 gibt einen Überblick über die Straßenbelastung auf den Autobahnen in Deutschland. Die Abbildung zeigt die Jahresfahrleistung in Milliarden km in Deutschland für den Zeitraum von 1975 bis 2004. Die jährliche Fahrleistung ist durch einen fortschreitenden starken Zuwachs geprägt, der sich tendenziell weiter fortsetzt. Im genannten Zeitraum hat sich die Jahresfahrleistung ungefähr vervierfacht. Die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV), welche die durchschnittliche Anzahl an Fahrzeugen angibt, die in 24 Stunden einen Autobahnabschnitt befahren, hat sich in den etwa 30 betrachteten Jahren zwischen 1975 und 2004 von ca. 25.000 KFZ/24h auf ca. 50.000 KFZ/24h verdoppelt.

1.. Bildung, Jugend und Wissenschaft

Das rasche Zusammenwachsen Europas und der Prozess der Globalisierung in einer Weltökonomie fordern eine entsprechende Bildungs-, Jugend- und Forschungspolitik, die das Europa der Nationen und Regionen in diesen Bereichen zusammenhält, aber auch Raum für die Entfaltung von Eigenständigkeit bel&Lasst. Qualitätssicherung als Antwort auf weltweite Herausforderung gerade im Bildungs- und Forschungsraum Europa sowie Vergleichbarkeitssicherung als Reaktion auf national und lokal gewählte autonome Lösungswege treffen sich in ihrem Steuerungsinteresse. Der hier vorgelegte Beitrag nimmt zunächst mit dem ersten Kapitel die Aspekte ‚Bildung‘, ‚Jugend‘ und ‚Wissenschaft‘ aus europäischer Sicht in den Blick und legt die gemeinsame Rechtsgrundlage dieser Aktionsfelder dar. Das nachfolgende Kapitel geht in entsprechenden Unterkapiteln den einzelnen Bereichen differenzierter nach, indem die jeweilige rechtliche Basis vertieft sowie Ziele, Strategien, Programme und Perspektiven skizziert werden. Mit dem dritten Kapitel wird vor dem aufgezeigten euroäischen Hintergrund abschließend gefragt, wie sich das Land Nordrhein-Westfalen als europäische Region mit regional-europäischen Verflechtungen in den drei benannten Politikbereichen mit entsprechenden politischen Leitlinien und Initiativen darstellt.

Isabell van Ackeren, Klaus Klemm

5. Informationstechnologie als Treiber der Intralogistik

Frank Thomas, Christoph Kilger, Ralf Hermann, Ralf Baginski

Intelligente Fahrzeuge

Technik, Chancen und Grenzen

Dieser Überblicksbeitrag wirft Schlaglichter auf den Stand, die Chancen und die Grenzen Intelligenter Fahrzeuge. Ausgehend von der Zielsetzung von Fahrerassistenzsystemen werden zunächst die bereits früh realisierten vollautonomen Fahrzeuge aus der Forschung den bisher im Markt realisierten Fahrerassistenzfunktionen gegenüber gestellt. Als eine treibende Kraft für dieses Forschungsfeld kristallisieren sich jüngst die sog.

Grand und Urban Challenge

Wettbewerbe in den USA heraus. Der Beitrag schließt mit einem Blick auf den Sonderforschungsbereich

Kognitive Automobile

.

Christoph Stiller

8. Bewertung und Verbesserung der Zuverlässigkeit von mikroelektronischen Komponenten in mechatronischen Systemen

In den letzten Jahrzehnten hat der Anteil der informationsverarbeitenden Komponenten an den Herstellungskosten mechatronischer Systeme rapide zugenommen. In den 70er Jahren machte die Informationsverarbeitung noch ca. 15% des Systems aus. Zu Beginn dieses Jahrtausends sind es bereits über 60% [8.9], wie auch aus Abb. 8.1 hervorgeht. Dieser Zuwachs in den Herstellungskosten ist auf die Zunahme der durch die Informationsverarbeitung realisierten Funktionen zurückzuführen. Sehr deutlich ist diese Zunahme im Automobil zu beobachten. Während das Antiblockiersystem und die digitale Motorsteuerung schon seit Jahren zum Standard gehören, werden nun zunehmend auch Fahrerassistenz- und Infotainmentsysteme ins Kraftfahrzeug integriert. Bei diesen Systemen beginnt die Grenze zwischen klassischer Sicherheits- und Komfortfunktion zu verschwimmen. Die Bandbreite möglichen Fehlverhaltens reicht vom Ausfall des Navigationssystems über Störungen der Zentralverriegelung bis hin zum automatischen Einleiten von Bremsmanövern bei hohen Geschwindigkeiten. Entsprechend ergeben sich hier hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit dieser Systeme.

Hans-Joachim Wunderlich, Melanie Elm, Michael Kochte

FAUST: Entwicklung von Fahrerassistenz- und autonomen Systemen

Technische Informatik an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

Der Beitrag beschreibt ein Ausbildungs- und Entwicklungsprojekt am Department Informatik der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg. Auf verschiedenen Fahrzeugplattformen werden Fahrerassistenz- und autonome Systeme entwickelt. Die zu erarbeitenden Inhalte umfassen die Themen verteilte Echtzeitsysteme, Sensordatenverarbeitung und Bildverarbeitung. Aus didaktischer Sicht wird durch die geforderte Teamarbeit ein hohes Motivationspotential der Studierenden erreicht, durch das neben den technologischen Kenntnissen auch Softskills vermittelt werden.

Insgesamt entsteht durch das Projekt ein Arbeitsumfeld, welches für die Studierenden eine hochwertige Ausbildung mit Praxisbezug bietet. Gleichzeitig stellt es für die betreuenden Professoren eine Plattform für Forschungsarbeiten und Industriekontakte bereit.

Stephan Pareigis, Bernd Schwarz, Franz Korf

Did I Get It Right: Head Gestures Analysis for Human-Machine Interactions

This paper presents a system for another input modality in a multimodal human-machine interaction scenario. In addition to other common input modalities, e.g. speech, we extract head gestures by image interpretation techniques based on machine learning algorithms to have a nonverbal and familiar way of interacting with the system. Our experimental evaluation proofs the capability of the presented approach to work in real-time and reliable.

Jürgen Gast, Alexander Bannat, Tobias Rehrl, Gerhard Rigoll, Frank Wallhoff, Christoph Mayer, Bernd Radig

Augmented Interaction and Visualization in the Automotive Domain

This paper focuses on innovative interaction and visualization strategies for the automotive domain. To keep the increasing amount of information in vehicles easily accessible and also to minimize the mental workload for the driver, sophisticated presentation and interaction techniques are essential. In this contribution a new approach for interaction the so-called augmented interaction is presented. The new idea is an intelligent combination of innovative visualization and interaction technologies to reduce the driver’s mental transfer effort that is necessary between displayed information, control movement and reality. Using contact-analog head-up displays relevant information can be presented exactly where it is needed. For control, an absolute natural and direct way of interaction is delivered by touch technologies. However, to leave the eyes on the road, the driver needs haptic feedback to handle a touchpad blindly. Therefore, the touchpad presented in this contribution, is equipped with a haptic adjustable surface. Combining both technologies delivers an absolutely innovative way for in-vehicle interaction. It enables the driver to interact in a very direct way by sensing the corresponding environment on the touchpad.

Roland Spies, Markus Ablaßmeier, Heiner Bubb, Werner Hamberger

Statistics-Based Cognitive Human-Robot Interfaces for Board Games – Let’s Play!

The archetype of many novel research activities is called cognition. Although separate definitions exist to define a technical cognitive system, it is typically characterized by the (mental) process of knowing, including aspects such as awareness, perception, reasoning, and judgment. This especially includes the question of how to deal with previously unknown events.

In order to further improve today’s human-machine interfaces, which often suffer from deficient flexibilities, we present a cognitive human-robot interface using speech and vision. The advancements against regular rule-based approaches will become obvious by its new interaction strategies that will be explained in the use case of a board-game and a robot manipulator.

The motivation behind the use of cognition for human-machine interfaces is to learn from and adapt to the user leading to an increased level of comfort. For our approach, it showed proof that it is effective to separate the entire process into three steps: the perception of external events, the cognition including understanding and the execution of an appropriate action.

Frank Wallhoff, Alexander Bannat, Jürgen Gast, Tobias Rehrl, Moritz Dausinger, Gerhard Rigoll

A Multimodal Human-Robot-Interaction Scenario: Working Together with an Industrial Robot

In this paper, we present a novel approach for multimodal interactions between humans and industrial robots.

The application scenario is situated in a factory, where a human worker is supported by a robot to accomplish a given hybrid assembly scenario, that covers manual and automated assembly steps. The robot is acting as an assistant as well as a fully autonomous assembly unit.

For interacting with the presented system, the human is able to give his commands via three different input modalities (speech, gaze and the so-called soft-buttons).

Alexander Bannat, Jürgen Gast, Tobias Rehrl, Wolfgang Rösel, Gerhard Rigoll, Frank Wallhoff

cfHMI: A Novel Contact-Free Human-Machine Interface

In this paper we present our approach for a new contact-free Human-Machine Interface (cfHMI). This cfHMI is designed for controlling applications – instruction presentation, robot control – in the so-called ”Cognitive Factory Scenario”, introduced in [1]. However, the interface can be applied in other environments and areas of application as well. Due to its generic approach, this low-cost contact-free interface can be easily adapted to several independent applications, featuring individual menu-structures, etc. In addition, the modular software architecture facilitates the upgrades and improvements of the different software modules embedded in the cfHMI.

Tobias Rehrl, Alexander Bannat, Jürgen Gast, Gerhard Rigoll, Frank Wallhoff

Developing the HMI of Electric Vehicles

On the Necessity of a Broader Understanding of Automotive User Interface Engineering

BMW i, as a sub-brand of the BMW Group, targets on delivering sustainable solutions for individual mobility. One of the most important steps on this path was the introduction of the all-electric BMW i3 in 2013. In order to design not only the vehicle in itself, but also especially the newly developed electric vehicle related functions for optimal customer experience, the HMI design process substantially relied on repeated usability testing and large international field trials. With more than 34 million test kilometers absolved during the MINI E and the BMW ActiveE field trials an extraordinary knowledge base about customer needs related to e-mobility contributed valuable input to the development of the user interface of the BMW i3 and HMI challenges beyond the vehicle like charging wallbox, smartphone app and web portal related to driving electric.The paper reports on the unique process of defining the user interface of the BMW Group’s first purpose-designed electric vehicle including the non-vehicle-based e-mobility infrastructure components. Based on selected use cases, the interplay between evolutionary steps in the HMI and continued usability testing shows how user-centered design is applied for a completely new kind of vehicle, thus providing insights on the necessities of iterative testing for disruptive innovations.

Christian Knoll, Roman Vilimek, Inken Schulze

“A Careful Driver is One Who Looks in Both Directions When He Passes a Red Light” – Increased Demands in Urban Traffic

This paper summarizes the requirements of an HMI concept for urban areas including the vehicle components: Head-Up Display, the Instrument Cluster, and the Acceleration Force Feedback Pedal. The research addresses all qualitative and quantitative requirements of the aforementioned HMI components as well as urban areas and scenarios itself and warnings in general. The results contain almost 150 confirmed requirements by different sources and lay the foundation for future experiments in this field.

Martin Götze, Florian Bißbort, Ina Petermann-Stock, Klaus Bengler

4. Bewertung von Maßnahmen zum Fußgängerschutz

Drahtlose Sensornetze — Fenster zur Realwelt

Sensornetze stellen eine technische Lösung für die Erfassung und Verarbeitung von Informationen der physischen Welt dar. Dabei handelt es sich um eine Menge sogenannter Sensorknoten, die — meist drahtlos — miteinander kommunizieren können. Sensorknoten sind miniaturisierte Computer, die — neben einem Mikroprozessor und einer Kommunikationsschnittstelle — mit Sensoren ausgestattet sind. Diese Sensoren erlauben es, physikalische Größen in der Umgebung des Knotens zu messen. Mit Hilfe des Mikroprozessors können diese Messwerte verarbeitet und über die Kommunikationsschnittstelle an andere Sensorknoten verschickt werden. In diesem Beitrag werden zunächst verschiedene Einsatz-gebiete von Sensornetzen vorgestellt. Danach werden technische Eigenschaften von Sensornetzen anhand exemplarischer Sensorknoten diskutiert. Neue wissen-schaftliche Herausforderungen werden beispielhaft anhand des Gebiets der Daten-verwaltung in Sensornetzen vorgestellt.

Jörg Hähner, Christian Becker, Pedro José Marrón, Kurt Rothermel

Bet4EcoDrive:

Betting for Economical Driving

We present

Bet4EcoDrive

, an in-car app, which intends to persuade drivers to change their driving behavior towards an economical driving style. This is achieved by suggesting the driver to bet that (s)he can reach a predefined goal. In our study scenario, the driver can bet to stay within a certain RPM range to avoid driving at high revs and, thus, to reduce fuel consumption. We have implemented Bet4EcoDrive as an Android-based smartphone app, which can be connected to the vehicle via ODB-II over Bluetooth, in order to read car data (e.g., RPM). It provides feedback of the actual state while driving through different visualizations. An exploratory in-situ study with five participants proves the feasibility of our approach. The results show that participants were persuaded to reduce average RPM values while driving by the desire to win the bet.

Caroline Atzl, Alexander Meschtscherjakov, Stefan Vikoler, Manfred Tscheligi

2. Verkehrsmanagement in Städten und deren Umland

Keller

1. Einführende Übersicht

Keller

Detection of Road Users in Fused Sensor Data Streams for Collision Mitigation

This paper deals with a novel sensor fusion approach to detect and track cars and pedestrians to facilitate a collision mitigation application for vehicles. Robust collision mitigation requires a perception performance of an unprecedented degree of reliability, since an erroneous application of emergency braking caused by false alarms would greatly impede road safety improvement not lastly due to the major setback such an incident would represent for driver acceptance. However, current off-the-shelf single sensor approaches can hardly fulfil the challenging demands. Accordingly, we develop a multi-sensor recognition system. It is composed of a far infrared imaging device, a laser scanner and several radar sensors, which operate integrated into a BMW sedan.

L. Walchshäusl, R. Lindl, K. Vogel, T. Tatschke

Digitale Konvergenz und Handlungskonsequenzen

Peter Broß, Axel Garbers

Fahrerassistenzsysteme - Von realisierten Funktionen zum vernetzt wahrnehmenden, selbstorganisierenden Verkehr

Christoph Stiller

Fusionsarchitekturen zur Umfeldwahrnehmung für zukünftige Fahrerassistenzsysteme

Klaus Dietmayer, Alexander Kirchner, Nico Kämpchen

Vision: Von Assistenz zum Autonomen Fahren

Ernst Dieter Dickmanns

Erhöhter Fahrernutzen durch Integration von Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssystemen

Berthold Färber

Informationsfusion für Fahrerassistenzsysteme

Wolfgang Niehsen, Rainer Garnitz, Michael Weilkes, Martin Stämpfle

’Innervation des Automobils’ und Formale Logik

H.-H. Nagel, M. Arens

Controllability in ISO 26262 and Driver Model

The standard, ISO 26262[

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], aims for functional safety of automobile E/E systems, and it provides “a framework within which safety-related systems based on other technologies can be considered.” We focus on the hazard analysis and risk assessment (clause seven) in the concept phase of ISO 26262 part3. Usually, the risk is calculated from the probability of exposure and severity of harm, but in this standard we also have to consider the controllability of the driver for avoiding the harm. First of all, we’ll present the DESH-G (driver, environment, software, hardware and goal) model as a framework. Then we show the driver model in detail, and it gives us the capability of the driver. We calculate the task demand from the situation-scenario matrix (SSM). If the task demand exceeds the driver capability or is in the neighbourhood, we regard it as the hazardous situation. Easiness of avoiding a dangerous condition is the controllability. The way to judge the degree of controllability is proposed using the driver capability and the task demand. In the system, such as the advanced driver assistance system (ADAS)[

2

], the part of the driver’s task is done by the system. It is harder to the design system to decide the behaviour at the border be-tween computer and driver. Our idea is also effective in the development under such situations.

Masao Ito

4. Untersuchung zur Anwendung haptischer Signale am Fahrerfuß für Aufgaben der Fahrzeugsteuerung

Die Anforderungen zur Steuerung eines Fahrzeuges haben sich seit Beginn des automobilen Zeitalters stark geändert. Das frühere „Auto“ hat sich von der schwer zu bedienenden Maschine hin zu einem von selbst laufenden und von Jedermann nutzbaren Alltagsgegenstand gewandelt. Die Herausforderung beim Steuern eines Fahrzeugs besteht heutzutage vorrangig darin, alle notwendigen Informationen für die umgebende, durch die Vielzahl der beteiligten Objekte sehr komplexe Verkehrssituation zu erfassen und daraus die richtigen Entscheidungen zur Steuerung des Fahrzeugs abzuleiten. Zukünftig wird daher die zur Verfügung stehende Informationsmenge der aktuellen Verkehrssituation und deren Verarbeitung bzw. Weiterleitung an den Fahrer entscheidend sein für sicheres oder unsicheres Beherrschen einer Fahrsituation.

C. Liedecke, Dr.–Ing. G. Baumann, Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss

10. Transformation von Geschäftsmodellen in der Automobilindustrie am Beispiel von „Automatischem Fahren“

Die Konvergenz von Technologien führt zu neuen Innovationen in Produkten und Geschäftsmodellen. Folgend werden kurz die Entwicklungspfade von Automobilindustrie und Internetdienstleistern beschrieben und anschließend dargestellt, welche neuen Geschäftsmodelle aus der Konvergenz dieser Entwicklungen ableitbar sind. Dabei wird gezeigt, dass ein möglicher Paradigmenwechsel in der Konsumeigenschaften („Nutzen statt Besitzen“) mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht vor den etablierten Geschäftsmodellen der Automobilindustrie halt machen wird.

Dr.-Ing J. Wehinger, S. Cords

Application of haptic signals for driver to car communication during autonomous driving

Numerous data sets revealed that there are diverse expectations regarding the use of highly or fully automated driving. Hereinafter, for “fully automated driving” the term “autonomous driving” will be used. For example, a survey published by Ernst & Young [5] stated that people expect higher efficiency, more safety, a better traffic flow and more time for doing something else while driving. Especially the latter, “having more time for doing something else” indicates a change in the general understanding of “how car driving has to be” or the way it should be once autonomous driving is available. Until recently research focused mainly on the active role of the driver with regard to driving and to vehicle control in general, etc. Nowadays, however, there is a new component in automotive research, pointing towards a more passive role of the driver in which s/he still wants to use a car without focusing all one’s attention on driving. Instead, the current mindset favors using a vehicle simply for getting from A to B. A “driver” meanwhile (who does not actually do much driving anymore) can perform secondary tasks.

Dipl.-Ing. Christoph Liedecke, G. Baumann, Prof. Dr. Hans-Christian Reuss

Physical modeling of environment detection sensors, based on GPU-supported shader technology

Advanced driver assistance systems are mainly based on interpreting traffic situations using the sensor data they get. During the development and trial of the algorithms, it is crucial to provide data sets that are as realistic as possible. There are countless different situations in traffic; to reproduce each of them by doing a test ride is very costly. Therefore the simulation of these situations with virtual sensor models can save effort, time and even replace the test ride in some situations. Flexibility can be achieved by deterministic models, which need very high computation power which complicates the real-time simulation. Sensor physics can be broken down to sending of rays or waves which are reflected by their environment and measured afterwards. The ideal hardware for this kind of real-time simulation already exits – the graphics processing unit (GPU). GPUs are designed for high-grade parallel processing and they include methods for calculating reflections through so called shaders. The challenges are identifying the analogies between shader based light calculation and sensor physics, as well as using them in order to develop a realistic model that can be run in real-time. Ultrasonic sensors used in parking aid systems will benefit most from deterministic simulation. Thus, this work concentrates on these kinds of sensor.

Sebastian Hafner

3. Mobilität in Zahlen – Wo findet Mobilität tatsächlich statt?

Die in Kap. 2 vorgestellten Handlungsmaximen des Homo Mobilicus zeigen, dass dessen Welt durch rationale Entscheidungen geprägt ist. Nutzenoptimierung setzt er mit der Minimierung seines zeitlichen, monetären und kognitiven Aufwands bei der Erreichung seines Mobilitätsziels gleich. Es ist deshalb zum Beispiel davon auszugehen, dass er im Falle eines regelmäßig anfallenden Arbeitswegs auf öffentliche Verkehrsmittel zugreifen würde. Das gleiche gilt für Urlaubsreisen.

Sven Henkel, Torsten Tomczak, Stefanie Henkel, Christian Hauner

31. Elektromechanische Bremssysteme

Das EHCB-System stellt eine Kombination dar aus einer hydraulischen Hilfskraftbremse an der Vorderachse und einer elektromechanischen (Fremdkraft-)Bremse an der Hinterachse. Die Feststellbremse ist in den Hinterachsaktoren voll integriert (elektrische Parkbremse, EPB).

Der Einsatz einer elektromechanischen Bremse (EMB) an der Hinterachse eines Fahrzeugs erfordert aufgrund der notwendigen Spannkraft und der notwendigen Dynamik im Gegensatz zur Vorderachse deutlich geringere elektrische Leistungen, die sich aus dem herkömmlichen 12/14-Volt-Bordnetz darstellen lassen. Viele Vorteile eines voll-by-Wire Bremssystems wie die integrierte Parkbremse, eine variierbare Bremskraftverteilung vorne/hinten und damit die Applikation per Software lassen sich bereits mit dem EHCB-System darstellen. Für „Fremdanforderungen“ z. B. aus Fahrerassistenzsystemen bietet das System verbesserte Performance und Komfort im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Im Falle von Bremsrekuperation bei Elektrofahrzeugen durch einen Elektromotor bzw. Generator kann das Bremsblending achs- oder radindividuell an der Hinterachse gestaltet werden.

Dr.-Ing. Bernward Bayer, Dipl.-Ing. Axel Büse, Dipl.-Ing. Paul Linhoff, Dipl.-Ing. Bernd Piller, Dr.-Ing. Peter E. Rieth, Dipl.-Ing. Stefan Schmitt, Dipl.-Ing. Bernhard Schmittner, Dipl.-Ing. Jürgen Völkel

6. Funktionale Sicherheit und ISO 26262

Bevor ein technisches Produkt für Verkauf und Gebrauch freigegeben werden kann, ist immer der Nachweis zu führen, dass dieses ausreichend sicher ist. In dieser allgemeinen Sicherheitsbetrachtung wird das Teilgebiet der korrekten und sicheren Funktion des Produkts als funktionale Sicherheit bezeichnet [1].

Als Referenzgröße für die Bewertung, ob ein Produkt sicher ist, dient das tolerierbare Grenzrisiko. Liegt das Risiko, das von einem Produkt ausgeht, unterhalb des Grenzrisikos, kann es als ausreichend sicher betrachtet werden. Das Risiko wiederum wird in der Ingenieurwissenschaft als das Produkt aus Eintretenswahrscheinlichkeit und Schwere eines Schadens definiert [2]. Haben in den Ablauf eingebundene Personen – wie beispielsweise Bediener einer Maschine – durch gezielte Handlungen die Möglichkeit, den Schaden bei Auftreten eines Fehlers abzuwenden, wird als zusätzlicher Faktor die Kontrollierbarkeit (zur Begrifflichkeit vgl. [3]) herangezogen.

Das tolerierbare Grenzrisiko wird durch den aktuellen Stand der Technik definiert. Der Hersteller ist verpflichtet, im Schadensfall nachweisen zu können, dass sein Produkt zum Zeitpunkt des Inverkehrbringens dem Stand von Wissenschaft und Technik unter Sicherheitsgesichtspunkten genügte [4]. Die Definition des verbindlichen Standes der Technik wird häufig in Normen vorgenommen, die die von Produkt und Hersteller zu erfüllenden Anforderungen sowohl bezüglich der Produkteigenschaften als auch an Entwicklungsmethodik und Dokumentation zusammenfassen.

Dr. rer. nat. Ulf Wilhelm, Dr.-Ing. Susanne Ebel, Dr.-Ing. Alexander Weitzel

42. Fahrdynamikregelsysteme für Motorräder

Das Risiko, in Deutschland bei einem Motorradunfall getötet zu werden, war im Jahr 2010 pro Fahrstrecke mehr als 12-mal so hoch als bei einem sonstigen Verkehrsunfall [1]. Die motorradspezifische Kopplung von Längs-, Quer- und Vertikaldynamik beim Durchfahren von Kurven in Schräglage übt eine große Faszination aus, macht aber auch die Auslegung von Fahrdynamikregelsystemen besonders anspruchsvoll.

Über viele Jahre waren daher für Motorräder lediglich Brems- und Antriebsschlupfregelsysteme am Markt, deren Einsatzbereich die Geradeausfahrt ist und die daher nur eingeschränkt kurventauglich sind. Das erste Antiblockiersystem (ABS) für Motorräder kam 1988 auf den Markt [2], die erste Antriebsschlupfregelung 1992 [3]. Systeme, die den Kurvenfahrzustand sensorisch erfassen und bei der Regelung berücksichtigen, sind im Falle der Antriebsregelung ab 2009 [4] – im Falle des ABS sogar erst ab 2013 [5] – erhältlich. Seit 2012 sind weiterhin semiaktive Fahrwerke am Markt [6], die durch Interaktion mit den bestehenden Systemen eine weitere Verbesserung im Detail versprechen.

Obgleich die Marktdurchdringung von Fahrdynamikregelsystemen bei Motorrädern im Vergleich zu Personenkraftwagen noch eher gering ist, haben Akzeptanz und Ausstattungsraten in den vergangenen Jahren stark zugenommen (vgl. z. B. [7, 8] und [9] für ABS). Einen entscheidenden Impuls liefert nun der Gesetzgeber, der die Ausstattung mit ABS ab 2016 für alle neu entwickelten Motorräder über 125 cm³ und ab 2017 für alle Neufahrzeuge dieser Hubraumklasse europaweit verbindlich vorschreibt [10].

Dipl.-Ing. Kai Schröter, M.Sc. Raphael Pleß, Dr.-Ing. Patrick Seiniger

54. Fahrerassistenzsysteme bei Traktoren

Bei Straßenfahrzeugen steht der Transport von Personen und Gütern als funktionale Aufgabe der Fahrzeugbewegung im Vordergrund. Traktoren bzw. landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge sowie Baumaschinen haben in der Regel mehrere zusätzliche Funktionen – wie zum Beispiel eine Bereitstellung und Regelung mechanischer, hydraulischer oder auch elektrischer Leistung, eine Güterumschlagsleistung und eine Traktionsleistung – gleichzeitig zu erfüllen. Diese zusätzlichen Anforderungen, die sich aus der Einbindung in den Prozess der landwirtschaftlichen Erzeugung ergeben, bestimmen damit maßgeblich auch die Gestaltung der landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuge. Damit verbunden ist auch die Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle, um den Fahrer bei der Fahrzeugführung und der Prozessüberwachung zu unterstützen.

Zwei Arten von Assistenzsystemen lassen sich unterscheiden:

fahrdynamische Assistenzsysteme,

Prozess-Assistenzsysteme.

Bei den fahrdynamischen Assistenzsystemen steht die Fahrzeugführung – ähnlich wie bei Kraftfahrzeugen – mit limitierter Einbindung in einen landwirtschaftlichen Prozess im Vordergrund. Im Unterschied dazu steht bei Prozess-Assistenzsystemen die Unterstützung des Fahrers bei der Ausführung von Aufgaben in der landwirtschaftlichen Erzeugung durch Automatisierungslösungen im Fokus.

Dipl-Ing.(FH), MBA Marco Reinards, Dr.-Ing. Georg Kormann, Dr.-Ing. Udo Scheff

17. Radarsensorik

Radar (

Ra

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D

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a

nd

R

anging) hat seine Ursprünge in der Militärtechnik des Zweiten Weltkriegs und blieb auch lange an militärische Anwendungen gebunden. Der erste Einsatz im Verkehrsbereich für ein Geschwindigkeitsüberwachungssystem hatte für viele Autofahrer zu eher negativen Erlebnissen geführt. Aber auch für den Fahrer als nützlich empfundene Anwendungen wurden schon früh angedacht, so wie ein Zeitschriftenartikel [1] aus dem Jahre 1955 belegt. In den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts fand ein großes Forschungsprojekt statt, dessen Ziel die Entwicklung von serientauglichen Radarsensoren für den Auffahrschutz war. Zwar hat dieses vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt die Radar-Entwicklung vorangebracht, für einen Serieneinsatz aber war die Zeit noch nicht reif. Erst zwanzig Jahre später waren die technischen Voraussetzungen gegeben, um Radar für die Fahrerassistenz einzusetzen. Im Jahre 1998 war erstmals ein Fahrzeug mit Radar erhältlich. Die Schlüsselfunktion war allerdings nicht die Auffahrwarnung, sondern die Adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC (s. Kap. 46), auch wenn die Auffahrwarnung bei diesem System als Funktionsteil mit integriert war. In kurzen Abständen folgten weitere radarbasierte ACC-Systeme.

Einen weiteren Schub erhielt die Radartechnik etwa fünf Jahre später durch die Entwicklung der automatischen Notbremse (s. Kap. 47, 48) und der Fahrstreifenwechselassistenz (s. Kap. 50).

Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner

32. Lenkstellsysteme

Die Lenkung setzt die vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung in eine Lenkwinkeländerung der gelenkten Räder um. Gleichzeitig hat sie die Aufgabe, den Fahrer anhand der haptischen Rückmeldung über die aktuelle Fahrsituation und die Fahrbahnbeschaffenheit zu informieren. Somit trägt das Lenksystem entscheidend zu einem komfortablen und sicheren Führen des Fahrzeugs bei. Die wesentlichen Merkmale dabei sind:

Dipl.-Ing. Gerd Reimann, Dipl.-Ing. (FH) Peter Brenner, Dipl.-Ing. (TH) Hendrik Büring

49. Querführungsassistenz

Lenken zum Halten des Fahrzeugs im aktuellen Fahrstreifen ist eine primäre Aufgabe der Fahrzeugführung, die der Fahrer kontinuierlich während der ganzen Fahrt ausführen muss. Leider wird diese Aufgabe durch den Fahrer nicht immer fehlerfrei bewältigt. Dies wird aus der Unfallstatistik in Abb. 49.1 ersichtlich: Dargestellt ist der prozentuale Anteil von Insassen, die sich bei Straßenverkehrsunfällen schwere Verletzungen zugezogen haben (MAIS 2+), aufgeteilt nach Unfallart und Straßenart. Deutlich wird, dass auf deutschen Straßen für mehr als ein Drittel aller schwerverletzen Insassen (37,9 %) ein ungewolltes Abkommen von der Fahrbahn ursächlich ist. Ein Großteil dieser Unfälle ereignet sich außerorts z. B. auf Autobahnen, Bundes- und Landstraßen (29,4 %).

Aus dieser Unfallstatistik lässt sich folgern, dass der Fahrer bei der Querführung seines Fahrzeugs Unterstützung benötigt. Ein System, das den Fahrer vor dem ungewollten Verlassen des aktuellen Fahrstreifens rechtzeitig informiert oder dies durch einen aktiven Eingriff in die Querführung zu verhindern versucht, lässt erwarten, dass es positiv auf das Unfallgeschehen einwirkt, vor allem außerorts auf Autobahnen, Bundes- und Landstraßen.

Auch das kontinuierliche Stabilisieren des Fahrzeugs in der Fahrstreifenmitte kann vom Fahrer insbesondere bei Langstreckenfahrten als anstrengend empfunden werden. Ein Assistenzsystem, das diesen Bereich der Querführung zum Teil übernimmt, könnte den Fahrer entlasten und den Fahrkomfort steigern.

Dr.-Ing. Arne Bartels, Dr.-Ing. Michael Rohlfs, Dipl.-Ing. Sebastian Hamel, Dipl.-Ing. Falko Saust, Dr.-Ing. Lars Kristian Klauske

3. Rahmenbedingungen für die Fahrerassistenzentwicklung

Der Begriff der Fahrerassistenzsysteme im Sinn der Kapitelbezeichnung wie auch des vorliegenden Handbuches insgesamt soll hier die Fahrzeugautomatisierung mit erfassen. Für ein einheitliches Verständnis wird im vorliegenden Kapitel zunächst eine Kategorisierung von Systemen unter dem Gesichtspunkt ihrer Wirkung auf die Fahrzeugführung vorgeschlagen. Die von der BASt-Projektgruppe „Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung“ [1] entwickelte Nomenklatur von Automatisierungsgraden wird darunter eingeordnet und dargestellt. Auf dieser Basis werden im Anschluss wichtige rechtliche Rahmenbedingungen, vor allem das Verhaltensrecht und das Haftungsrecht nach deutschem Recht dargestellt und die Bedeutung für die unterschiedlichen Kategorien erläutert. In einem weiteren Abschnitt wird ein Überblick über den aktuellen Stand der Gesetzgebung in bestimmten Bundesstaaten der USA (Stand: Anfang 2014) gegeben, der zumeist den Einsatz von automatisierten Fahrzeugen mindestens zu Forschungs-, Entwicklungs- und Erprobungszwecken erlaubt. Das vorliegende Kapitel wendet sich sodann den übergreifenden Rahmenbedingungen des Verbraucherschutzes in Europa zu. Das im Rahmen von Euro NCAP geschaffene Bewertungssystem berücksichtigt zunehmend auch Fahrerassistenzsysteme bei der Bewertung von Fahrzeugsicherheit und entwickelt die Anforderungen beständig weiter.

Ass. jur. Tom Michael Gasser, DirProf. Andre Seeck, Prof. Bryant Walker Smith

8. Virtuelle Integration

Während Fahrdynamikregelsysteme trotz aller Komplexität und Variantenvielfalt mit großem Aufwand noch im realen Fahrversuch abgesichert werden können, ist dies bei Fahrerassistenzsystemen mit Umfeldwahrnehmung bereits heute bedingt durch die Systemkomplexität, die Komplexität der Testfälle und durch den nötigen Testumfang nicht mehr wirtschaftlich möglich. Auch bei vermeintlich gleicher Durchführung ist die Wiederholbarkeit von Tests unter exakt gleichen Rahmenbedingungen aufgrund zahlreicher potentieller und mitunter unbekannter oder nicht beachteter Einflüsse in der Praxis unmöglich. Damit ist die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen nicht gegeben, weil zum einen funktionsrelevante Merkmale die nötige Interaktion mehrerer Verkehrsteilnehmer beinhalten können, zum anderen weil sie einem komplexen Zusammenspiel von Rahmenbedingungen wie der Blendung durch eine tiefstehende Sonne bei gleichzeitiger Reflexion auf nasser Fahrbahn unter einem bestimmten Winkel unterliegen können. Die Funktionen aktueller FAS greifen auf Umfeldinformationen zu, die mitunter von mehreren Sensoren unterschiedlicher Funktionsweisen gesammelt und in einer Umfeldrepräsentation verarbeitet wurden. Zur Erfüllung ihrer Funktionsziele bedienen sich diese Funktionen unterschiedlicher Aktoren und Bestandteile der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Aus dieser architektonischen Verteilung von Assistenzfunktionen auf unterschiedliche Steuergeräte und Fahrzeugkomponenten resultiert eine starke Vernetzung, die beim Testen zu berücksichtigen ist und die den Aufwand nach oben treibt. Dieses Kapitel wird aufzeigen, welche Vorteile sich aus der virtuellen Integration ergeben, wie sie funktioniert und wo ihre Grenzen liegen.

Dipl.-Ing. Stephan Hakuli, Markus Krug

48. Entwicklungsprozess von Kollisionsschutzsystemen für Frontkollisionen: Systeme zur Warnung, zur Unfallschwereminderung und zur Verhinderung

1 Dieses Kapitel erschien erstmalig in ähnlicher Form und auf Englisch unter dem Titel „Forward Collision Warning and Avoidance“ in [1].

Andreas Reschka, Jens Rieken, Prof. Dr.-Ing. Markus Maurer

29. Backendsysteme zur Erweiterung der Wahrnehmungsreichweite von Fahrerassistenzsystemen

Bereits heute sind am Markt eine Reihe von Assistenzsystemen verfügbar, die auf eine Datenübertragung zum Backend via Mobilfunk zurückgreifen. Beispiele hierfür sind die Darstellung des aktuellen Verkehrsflusses im Fahrzeug (z. B. BMW Real Time Traffic Information, Audi Verkehrsinformationen online), im Internetbrowser (z. B. Google Maps Traffic) oder über Smartphone Apps (z. B. INRIX Traffic).

Außerdem gibt es die Möglichkeit, dass lokale Gefahren wie Unfälle oder Glätte an ein zentrales Rechensystem gemeldet werden: Hierbei meldet das Fahrzeug erkannte Gefahren automatisch und zudem hat der Fahrer selbst die Möglichkeit, wahrgenommene Gefahren bestimmter Kategorien (z. B. Unfall, Tiere auf der Fahrbahn oder Geisterfahrer) durch manuelle Eingabe mitzuteilen.

Für die Anfrage eines Fahrzeugs von gemeldeten Gefahren wird zusätzlich die aktuelle Position an das Backend übertragen. Entsprechend dem Standort werden die verfügbaren Informationen nach deren Relevanz für das entsprechende Fahrzeug gefiltert und übermittelt. Ein derartiger Dienst ist im Allgemeinen unter dem Begriff „Standortbezogener Dienst“ (engl. „Location-based Service“) bekannt. Die Anwendung internetbasierter Dienste im Fahrzeug fokussiert sich also heutzutage auf die Bereiche Navigation und lokale Gefahrenstellen.

Dr.-Ing. Felix Klanner, M.Sc. Christian Ruhhammer

4. Verkehrssicherheit und Potenziale von Fahrerassistenzsystemen

Für eine in die Zukunft gerichtete Aussage zur Wirkung von Fahrerassistenzsystemen (FAS) auf die Verkehrssicherheit, ist es unbedingt notwendig, das Unfallgeschehen zu kennen und zu verstehen. Die dabei erkannten Unfallmuster sollten dann von dem FAS durch seine spezielle Funktionalität adressiert werden. Dazu ist es nötig, sich vom allgemeinen, mit geringer Detailtiefe versehenen, aber repräsentativen Blick auf das Unfallgeschehen eines Landes ins Detail der Unfälle vorzuarbeiten. Dies wiederum bedarf verschiedener Qualitäten von Unfalldatenerhebungen, die in spezielle Unfallstatistiken münden. Dieses Feld wird gesäumt durch die repräsentativen Erhebungen des Statistischen Bundesamtes auf Basis der Verkehrsunfallanzeigen an einem Ende und den „In-DEPTH“-Analysen verschiedener Unfallforschungen im Umfeld ihrer Verkehrssicherheitsarbeit am anderen Ende. Das sind in Deutschland vor allem die German In-Depth Accident Study (GIDAS) und die Unfalldatenbank der Deutschen Versicherer (UDB). Aber auch Fahrzeughersteller, der ADAC und der DEKRA sind hier aktiv. Mit Ausnahme der amtlichen Verkehrsunfallstatistik sind die Erhebungen der genannten Organisationen nicht frei zugänglich. Dabei unterscheiden sich die einzelnen Erhebungen im Ergebnis durch die unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Datengrundlagen und dem verfolgten Einsatzzweck innerhalb und außerhalb der Organisationen.

Dr. Matthias Kühn, Dr.-Ing. Lars Hannawald

19. 3D Time-of-Flight (ToF)

Trotz steigender Verkehrsdichte ist die Zahl der Verkehrsunfälle mit Personenschäden in den letzten Jahren gesunken. Um zukünftige Fahrzeuge sowohl für die Insassen als auch für andere Verkehrsteilnehmer noch sicherer zu machen, wird eine zunehmend dreidimensionale Umfelderfassung durch das Fahrzeug notwendig. Eine entsprechende 3D-Sensorik ist in der Lage, gefährliche Situationen vorausschauend zu erkennen, den Fahrer bestmöglich zu unterstützen und somit Unfälle zu vermeiden. Aber auch im Falle eines nicht mehr zu vermeidenden Unfalls lässt sich das Verletzungsrisiko für alle Beteiligten minimieren.

Dr. Bernd Buxbaum, Dr.-Ing. Robert Lange, Dr.-Ing. Thorsten Ringbeck

57. Antikollisionssystem PRORETA – Integrierte Lösung zur Vermeidung von Überholunfällen

In der Forschungskooperation PRORETA zwischen der Technischen Universität Darmstadt und der Continental AG wurde zunächst ein elektronisches Fahrerassistenzsystem zur Vermeidung von Unfällen mit Hindernissen durch Notbremsen und Notausweichen entwickelt, siehe die 1. Auflage dieses Handbuches und [1]. In einem zweiten Projekt wurde ein Fahrerassistenzsystem für den Begegnungsverkehr, speziell für Überholvorgänge auf Landstraßen konzipiert und praktisch erprobt [2]. Die Ergebnisse dieses zweiten Projektes werden im Folgenden dargestellt.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann, Dr.-Ing. Andree Hohm, Roman Mannale, Prof. Dr. Bernt Schiele, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Ken Schmitt, Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner, Dr.-Ing. Christian Wojek

11. Testverfahren für Verbraucherschutz und Gesetzgebung

Der Begriff Testverfahren bezeichnet eine Methode, nach der ein Test eines Systems auf bestimmte Eigenschaften durchzuführen ist. Hierzu sind auch erforderliche Werkzeuge, Hilfsmittel, Randbedingungen und Auswertemethoden festzulegen.

Testverfahren sind ein wesentliches Werkzeug, um zu prüfen, ob gewünschte Produkteigenschaften vorhanden sind, was selbstverständlich auch während der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen gilt. Es existieren entwicklungsbegleitende und freigebende Tests, die im Wesentlichen in Eigenregie vom Fahrzeug- oder Systemhersteller durchgeführt werden. Ferner gibt es Tests, die im Sinne einer unabhängigen Produktprüfung von externen Testorganisationen vorgenommen werden – sei es für die Genehmigung von Fahrzeugtypen zur Zulassung zum Markt, im Rahmen der Anwendung der Norm zur funktionalen Sicherheit (in beiden Fällen beispielsweise durch technische Dienste) oder für die Kundeninformation, dann durchgeführt von Testinstituten für Verbraucherschutz.

Den Fokus dieses Kapitels stellen diese „externen“ Testverfahren dar. Das angrenzende Gebiet des entwicklungsbegleitenden Tests soll an dieser Stelle lediglich zur Abgrenzung beschrieben werden, die erforderlichen Tests zum Nachweis der funktionalen Sicherheit (zwar Teil des Entwicklungsprozesses, aber gegebenenfalls auch von externen Organisationen durchgeführt) finden sich in Kap. 6 sowie in der Norm ISO 26262 [1].

Dr.-Ing. Patrick Seiniger, Dr.-Ing. Alexander Weitzel

21. Maschinelles Sehen

Eine Kamera bildet die dreidimensionale (3d) Welt auf einen zweidimensionalen Bildaufnehmer ab. Somit entsteht bei der Bildaufnahme ein Informationsverlust um eine ganze Dimension. Für eine Reihe von Messaufgaben, vornehmlich in der Klassifikation von Objekten, ist eine zweidimensionale (2d) Information bereits ausreichend. In einer Vielzahl anderer Aufgaben der Fahrerassistenz ist hingegen die 3d Information unverzichtbar, um beispielsweise Sicherheitsabstände zielgenau zu regeln. Entsprechend wird in oft rechenintensiven Bildauswerteverfahren die 3d Szenengeometrie und Dynamik rekonstruiert. Begünstigt durch den anhaltenden Preisverfall von Kamera und Auswertehardware einerseits und der vielfältigen aus Bildfolgen extrahierbaren Information andererseits, werden Bildsensoren in einer beständig wachsenden Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.

Während höhere Lebewesen auch zuvor unbekannte Umgebungen nahezu ausnahmslos und mit verblüffender Leichtigkeit visuell wahrnehmen und diese Wahrnehmung erfolgreich zur Navigation nutzen, ist das Wahrnehmungsvermögen maschineller Bildsensoren bislang auf eng begrenzte Domänen beschränkt. Selbst mit dem dadurch formulierbaren Vorwissen ist maschinelles Sehen der menschlichen Leistungsfähigkeit derzeit noch weit unterlegen. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über grundlegende Methoden der Bildinterpretation, sowie über das Potenzial und die Grenzen von Bildsensoren. Die theoretischen Grundlagen werden dabei durch zahlreiche Praxisbeispiele illustriert.

Prof. Dr.-Ing. Christoph Stiller, Dr.-Ing. Alexander Bachmann, Dr.-Ing. Andreas Geiger

61. Autonomes Fahren

Die Vision vom „autonomen Fahren“ ist heutzutage in aller Munde: Medien berichten über Erfolge aus der Forschung mit zahlreichen Versprechen naheliegender Markteinführungen, Automobilkonzerne starten ein Wettrüsten der Technologien und Softwareunternehmen treten in Konkurrenz zu Fahrzeugherstellern. Dadurch keimt in der Gesellschaft die Hoffnung eines unfallfreien Straßenverkehrs auf. Man könnte sich endlich selbst während der Fahrt entspannt zurücklehnen, die Reise genießen, uneingeschränkt telefonieren, im Internet surfen oder anstehende Vorbereitungen treffen – anstatt sich über den Stau zu ärgern. Alten und kranken Menschen soll langfristig eine erhöhte, individuelle Mobilität ermöglicht werden. Auch zur effizienteren Nutzung der Rohstoffe sollen autonome Fahrzeuge einen Beitrag leisten: So wäre es denkbar, im Rahmen von Car-Sharing-Angeboten die Fahrzeuge autonom zu den Kunden fahren (vgl. [1]) beziehungsweise sich eigenständig mit Energie versorgen zu lassen. Auch die Fahrt an sich könnte unter Berücksichtigung des Verkehrsflusses und des gesamten Streckenverlaufs aus energetischer Sicht optimiert werden.

Diesbezüglich stehen einige Fragen im Raum: Ist dies alles noch eine Vision, die in ferner Zukunft liegt? Wird es „autonome Straßenfahrzeuge“ jemals geben oder stehen sie schon kurz vor der Markteinführung? Was heißt „autonomes Fahren“ grundsätzlich und welche technischen Herausforderungen sind hierbei zu lösen?

Dipl.-Ing. Richard Matthaei, M.Sc. Andreas Reschka, M.Sc. Jens Rieken, Dipl.-Ing. Frank Dierkes, Dipl.-Wirtsch.-Ing., MSIE (Georgia Tech) Simon Ulbrich, Dipl.-Ing., MBA Thomas Winkle, Prof. Dr.-Ing. Markus Maurer

51. Kreuzungsassistenz

1 Der Beitrag zu dieser Veröffentlichung wurde während der Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Darmstadt erarbeitet.

Dr.-Ing. Mark Mages, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Alexander Stoff, Dr.-Ing. Felix Klanner

45. Einparkassistenz

Einparken ist für viele Fahrer eine langweilige oder gar anstrengende Aufgabe: Es ist zunächst erforderlich, eine für das Fahrzeug passende Parklücke zu finden, um unnötige Fehlversuche zu vermeiden. Anschließend muss das Fahrzeug – teils unter Beobachtung – in mitunter unbekannter Umgebung bei minimaler Beeinflussung des restlichen Verkehrs zügig positioniert werden.

Einparkassistenzsysteme können dabei helfen, schneller einen passenden Parkplatz zu finden und das Fahrzeug sicher und stringent hineinzuführen [6].

Dipl.-Ing. Reiner Katzwinkel, Dr.-Ing. Stefan Brosig, Dr.-Ing. Frank Schroven, Dr. rer. nat. Richard Auer, Dr.-Ing. Michael Rohlfs, Dr. Gerald Eckert, Dipl.-Ing. Ulrich Wuttke, Dipl.-Ing. Frank Schwitters

62. Quo vadis, FAS?

Bei Erscheinen der ersten Auflage dieses Handbuchs Fahrerassistenzsysteme im Jahr 2009 war bereits der größte Teil der beschriebenen Fahrerassistenzsysteme in Serie. Allerdings war die tatsächliche Verbreitung im Markt bis auf wenige Ausnahmen wie Bremsassistent, Einparkhilfe und Navigation noch sehr gering. Durch die technologischen und fertigungstechnischen Fortschritte konnten in den letzten Jahren die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden, so dass heute erhältliche Assistenzpakete mit vier oder fünf Hauptfunktionen für den Fahrzeugkäufer oftmals nicht mehr Kosten verursachen als frühere Einzelfunktionen. Zudem sind, wie in Kap. 3 beschrieben, bedingt durch Verbrauchertests wie das NCAP-Rating und durch regulative Bestimmungen für schwere Nutzfahrzeuge Fahrzeuge bereits in der Serienausstattung mit Assistenzfunktionen ausgerüstet. Es ist also nicht schwer, mit Kenntnis dieser Entwicklung vorherzusagen, dass Fahrerassistenzsysteme als Selbstverständlichkeit in Neufahrzeugen zu finden sein werden und neben den Maßnahmen zur Antriebseffizienz den größten Wertzuwachs im Straßenfahrzeug bereiten werden. Bezogen auf die Ambitionen der Entwickler der ersten Stunde könnte man konstatieren: Die Mission ist vollbracht. Aber natürlich ist die Entwicklung nicht abgeschlossen und es fehlt, wie im Folgenden gezeigt wird, nicht nur der letzte Schritt zum autonomen Fahren: Zum einen lassen sich bei der Betrachtung der heutigen Ausführungen noch viele inkrementelle Verbesserungsmöglichkeiten identifizieren, worauf hier nicht im Detail eingegangen werden soll. Zum anderen steht die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen unter dem Einfluss anderer technologischer Entwicklungen und, mindestens genauso wichtig, in Wechselwirkung mit den Entwicklungen der Gesellschaft. Diese Stimuli auf die Entwicklung wurden 2012 von den Mitgliedern der Uni-DAS e. V. Vereinigung analysiert und in einem Positionspapier beschrieben [1] (s. auch ein daraus entstandener Übersichtsartikel [2]). Die nächsten beiden Abschnitte bedienen sich inhaltlich vollständig und zu einem großen Teil auch wörtlich dieses Ursprungswerks. Dass Testmethoden einen größeren Stellenwert erhalten, kann zum einen schon dieser Handbuchausgabe angesehen werden. Sie bilden einen Schwerpunkt für die neu hinzugekommenen Kapitel. Da aber für das autonome Fahren noch erheblich mehr getan werden muss, worauf schon in den vergangenen Ausgaben an dieser Stelle hingewiesen wurde, wird diesem Aspekt ein ausführlicher Abschnitt gewidmet, der nun auch die verwendeten statistischen Grundlagen für die Bemessung von Absicherungsstrecken darlegt. Ebenso wird wieder ein Ausblick auf die Evolution der Fahrerassistenzsysteme gegeben, wenn auch in einer neuen Darstellung als Dreieck des autonomen Fahrens. Abschließend werden, wiederum dem Positionspapier entnommen, sehr konkrete Empfehlungen für die zukünftige Forschung gegeben, die mehr als deutlich machen, dass dieses Themengebiet auch für die Zukunft noch viel Potenzial bietet, aber auch noch reichlich Forschungsarbeit nach sich zieht.

Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner

22. Stereosehen

Als in den frühen 90er Jahren im Rahmen des europäischen Projekts PROMETHEUS die ersten Gehversuche zu kamerabasierten Fahrerassistenzsystemen unternommen wurden, konnten sich nur sehr wenige Optimisten vorstellen, dass diese Technologie keine 25 Jahre später eine wichtige Rolle in der Praxis spielen würde, ja sogar manche ambitionierten Systeme wie das vollautomatische Bremsen auf Fußgänger erst ermöglichen würde. Doch kein anderer Sensor konnte so sehr vom allgemeinen Fortschritt profitieren wie Kameras mit der dazugehörigen Auswerteelektronik.

Die Kosten für eine Kamera sind von anfangs 2000 DM und mehr auf wenige 10 € gefallen. Die Dynamikprobleme der in der Anfangsphase verwendeten CCD-Sensoren, die bei Gegenlicht kaum verwertbare Bilder lieferten und daher jede Präsentation von Forschungsergebnissen gefährdeten, gehören dank der für moderne Consumer-Kameras entwickelten CMOS-Imager der Vergangenheit an. Gleichzeitig hat sich die verfügbare Rechenleistung in dieser Zeit um mehr als fünf Größenordnungen erhöht, wie dies vom Moore’schen Gesetz prognostiziert wurde. Entscheidend dazu beigetragen hat die FPGA-Technologie, auf die sich die in vielen Fällen sehr aufwändigen, frühen Verarbeitungsstufen eines bildverstehenden Systems gut abbilden lassen.

Dr.-Ing. Uwe Franke, Dr. Stefan Gehrig

56. Integrationskonzepte der Zukunft

Die Automobilindustrie steht derzeit wieder vor einem großen Evolutionssprung: Es kommen Funktionen in die Fahrzeuge, die ein hochautomatisiertes Fahren möglich machen. Damit verbunden ist ein zunehmender Elektrik/Elektronik- und Mechatronikanteil sowie ein überproportional wachsender Softwareanteil, was wiederum dazu führt, dass die Komplexität der E/E-Architektur insgesamt stark ansteigt. Dabei sollen möglichst die System-, Komponenten- und Entwicklungskosten nicht steigen und die Qualität permanent verbessert werden.

Das Management dieser Komplexität erfordert neue Lösungen bei den Architekturkonzepten. Die hohe Variantenvielfalt und damit verbundene Änderungen von Anforderungen sollen beherrschbar bleiben. Heutzutage sind Plattformstrategien und Modulbaukästen aktuelle Antworten auf diese Herausforderungen. Weitere Verbesserungen versprechen die Domänenansätze, [1]: Hierbei werden Funktions- und Elektronikumfänge neu gruppiert und in wenigen – vier bis fünf – Domänen zusammengefasst, so dass sich Änderungen möglichst nur innerhalb der Domäne auswirken und nicht auf andere Domänen übergreifen.

Dr.-Ing. Peter E. Rieth, Dr.-Ing. Thomas Raste

5. Verhaltenswissenschafltiche Aspekte von Fahrerassistenzsystemen

Um verhaltenswissenschaftliche Aspekte von Fahrerassistenzsystemen beurteilen zu können, muss der Begriff Fahrerassistenzsystem verhaltenswissenschaftlich relevant definiert werden: Moderne Fahrerassistenzsysteme sind solche Systeme, bei denen entscheidende Komponenten der menschlichen Kognition von den Systemen übernommen werden. Für Engeln und Wittig (2005, zitiert in [1]) sind diese entscheidenden Komponenten die Wahrnehmung und die Evaluation – also die Bewertung des Wahrgenommenen. Die reine Ausführung einer Handlung zählt somit nicht zum Begriff der Fahrerassistenz.

Die Übernahme oder Automatisierung dieser zentralen Komponenten der menschlichen Informationsverarbeitung durch ein technisches System verändert zwangsläufig die Fahraufgabe des Fahrers. Im Folgenden sollen positive und negative Aspekte dieser Veränderung dargestellt werden. Hierzu werden folgende Faktoren als relevant erachtet und im Folgenden näher definiert:

visuelle und kognitive Beanspruchung,

Situationsbewusstsein,

mentale Modelle.

Veränderungen dieser Faktoren sind die Grundlage für messbare Veränderungen des Fahrer- und Fahrverhaltens; diese Veränderungen werden als Verhaltensadaptation bezeichnet.

Eine Besonderheit ergibt sich aufgrund von Automatisierung durch den Wechsel zwischen verschiedenen Stufen der Automatisierung. In diesem Zusammenhang spricht man von der Übernahmeproblematik.

Das Kapitel gibt einen Überblick über die zuvor genannten Punkte und stellt sie im Kontext der Unterstützung des Fahrers durch Fahrerassistenzsysteme (FAS) dar.

Prof. Dr. Bernhard Schlag, Dr. rer. nat. Gert Weller

35. Bedienelemente

Dieses Kapitel liefert eine Übersicht der Anforderungen an die Bedienelemente für Fahrerassistenzfunktionen und die daraus resultierenden Gestaltungsmöglichkeiten: Dem Leser wird eine Vorgehensweise zur Gestaltung von Bedienelementen an die Hand gegeben. Die allgemeinen Empfehlungen werden durch konkrete Hardwarebeispiele verdeutlicht, um den Zugang zur Thematik zu erleichtern und die mittlerweile reichhaltige Menge verschiedener Bedienelemente darzustellen.

Unter einem Bedienelement wird allgemein eine technische Einrichtung an der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine verstanden, mit deren Hilfe eine steuernde oder regelnde Einwirkung auf den technischen Prozess oder den Funktionsablauf vorgenommen wird; der Begriff wird in der Regel synonym zum Begriff „Stellteil“ verwendet.

Meist stellen Bedienelemente im Auto finger-, hand- oder fußbetätigte Schnittstellen dar [1]; zu diesen Hardwareelementen treten inzwischen zunehmend Eingabemöglichkeiten hinzu, die wie Gestik- oder Spracheingabe auf Erkennertechnologien basieren. Bisher sind diese im Zusammenhang mit Fahrerassistenzfunktionen jedoch von geringer Relevanz.

Prof.Dr.phil. Klaus Bengler, Dipl.-Ing. Matthias Pfromm, Prof. Dr. Ralph Bruder

9. Fahrerassistenz

Aus ergonomischer Sicht stellt jede Unterstützung menschlichen Handlungsvollzuges durch technische Mittel eine Assistenz dar.

Assistenz

kann also auf allen drei Ebenen der Aufgaben beim Fahren erfolgen. In das spezielle Interesse sind durch die Möglichkeiten der technischen Sensorik und Informationsverarbeitung aber solche Assistenzsysteme gerückt, die sich auf die primäre Fahraufgabe (

Navigation, Führung

und

Stabilisierung

) beziehen. Speziell durch die Unterstützung der Führungsaufgabe wird das Autofahren gegenüber dem bisher Gewohnten zum Teil erheblich verändert. Es werden aus ergonomischer Sicht die heute verfügbaren

Fahrerassistenzsysteme

einschließlich dem Müdigkeitswarner beschrieben und kategorisiert. Besonders wird untersucht, in welcher Weise und mit welcher Aussicht auf Erfolg Fahrerassistenzsysteme einen Beitrag zur

Fahrsicherheit

liefern können. Hierzu werden spezielle ergonomische Vorschläge zur Gestaltung von Bedienung und Anzeige sowie für die Unterscheidbarkeit der verschiedenen Zustände der Fahrerassistenzsysteme gemacht.

Prof. i. R. Dr. Heiner Bubb, Prof. Dr. phil. Klaus Bengler

Heterogene Prozessoren für Fahrerassistenzsysteme

Moderne Fahrerassistenzsysteme stellen hohe Anforderungen an die Rechenleistung, jedoch auch zunehmend an die Leistungsaufnahme sowie die funktionale Sicherheit der verwendeten Hardware. Die neue TDA2x-System-on-Chip-Familie von Texas Instruments bietet mit einer heterogenen Systemarchitektur einen Ansatz, um diese unterschiedlichen Anforderungen zu adressieren.

Frank Forster

Projekt Proreta 3 – Sicherheit und Automation mit Assistenzsystemen

Zum Abschluss des Forschungsprojekts Proreta 3 stellen die langjährigen Projektpartner Continental und TU Darmstadt eine nächste Evolutionsstufe der Fahrerassistenz vor. Einige bisherige Einzelfunktionen werden zu einem umfassenden Assistenzsystem zusammengelegt. Mit Sicherheitskorridor und kooperativer Automation plant das System die Fahrmanöver und hilft in kritischen Situationen. Die Funktion dieser Evolutionsstufe wurde erfolgreich mit einem Forschungsfahrzeug demonstriert.

Dipl.-Psych. Stephan Cieler, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Konigorski, Dr.-Ing. Stefan Lüke, Prof. Dr. rer. nat. Hermann Winner

Energieeffiziente Fahrzeuglängsführung durch V2X-Kommunikation

Ein am Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen (ika) entworfenes Fahrerassistenzsystem ist in der Lage, V2X-Informationen (Vehicle-to-X) zur Optimierung der Energieeffizienz zu berücksichtigen. Durch die automatisierte Einleitung einer frühzeitigen Verzögerung vor Signalanlagen werden unnötige Stillstandsphasen vermieden, ohne dabei die Gesamtfahrzeit zu verlängern.

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Philipp Themann, Dr.-Ing. Adrian Zlocki, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein

9. Forschungsprojekt EMOIO

Schnittstelle zur Welt der Computer

Adaptive Assistenzsysteme können den Nutzer in den unterschiedlichsten Situationen unterstützen. Diese Systeme greifen auf externe Informationen zu und versuchen, die Nutzerintention aus dem Nutzungskontext zu erschließen – ohne dem Nutzer ein direktes Feedback abzuverlangen bzw. zu ermöglichen. Dadurch bleibt unklar, ob das Systemverhalten im Sinne des Nutzers war – was zu Problemen in der Interaktion zwischen Mensch und adaptiver Technik führt. Das Ziel im Projekt EMOIO ist es, mögliche Nutzungsbarrieren mithilfe neurowissenschaftlicher Methoden zu überwinden. Durch die Fusionierung der Arbeitswissenschaft mit den Neurowissenschaften zum neuen Forschungsfeld Neuroarbeitswissenschaft ergibt sich ein großes Innovationspotenzial, um die Symbiose zwischen Mensch und Technik intuitiver zu gestalten. Eine neue Generation von Mensch-Technik-Schnittstellen bietet hierzu das Brain-Computer- Interface (BCI). Mittels BCIs können mentale Zustände, beispielsweise Aufmerksamkeit und Affekte beim Menschen, erfasst und diese Informationen direkt an ein technisches System übermittelt werden. In sogenannten neuroadaptiven Systemen werden diese Informationen als Grundlage genutzt, um die Inhalte und Funktionen oder die Benutzungsschnittstelle eines Systems während der Interaktion entsprechend anzupassen. In einem Konsortium mit Partnern aus Forschung und Industrie wird im Projekt EMOIO ein neuroadaptives System entwickelt. Dieses soll anhand der Gehirnaktivität des Nutzers erkennen, ob er systeminitiierten Verhaltensweisen zustimmt oder diese ablehnt. Das System kann die Informationen nutzen, um den Menschen eine optimale Unterstützung zu geben und sich somit den individuellen und situativen Bedürfnissen des Nutzers anzupassen. Dazu werden neurowissenschaftliche Methoden – etwa die Elektroenzephalographie (EEG) oder die funktionale Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) – bezüglich ihrer Einsatzpotenziale zur Emotionsmessung (Zustimmung/Ablehnung) evaluiert. Weiterhin wird ein entsprechender Algorithmus zur Echtzeit-Emotionserkennung entwickelt. Die Miniaturisierung und Robustheit der EEG- und fNIRS-Sensorik werden ebenfalls vorangetrieben. Schließlich wird das entwickelte System in drei verschiedenen Anwendungsfeldern erprobt: webbasierte adaptive Benutzungsschnittstellen, Fahrzeuginteraktion und Mensch-Roboter-Interaktion.

Prof. Dr.-Ing. Prof. e. h. Wilhelm Bauer, Dr. rer. nat. Mathias Vukelić

12. Fahrerassistenzsysteme

Fahrerassistenzsysteme (FAS) steigern den Komfort im Fahrzeug und helfen dem Fahrer, Gefahrensituationen frühzeitig zu erkennen oder zu vermeiden. Der Fahrer kann das Fahrzeug zwar auch alleine bewegen, aber mit Assistenzsystemen wird es für ihn angenehmer und sicherer. Die Unfallvermeidung rückte dabei erst nach und nach in den Fokus; ursprünglich standen die Entlastung des Fahrers und die Reduktion der Betriebskosten im Mittelpunkt. So weist die Betriebsanleitung zum ersten Geschwindigkeitsregelsystem (Cruise Control CC, auch Tempomat genannt) speziell auf die Kraftstoffersparnis hin. Heute werden Fahrerassistenzsysteme gezielt nach den Erkenntnissen der Unfallforschung entwickelt.

Konrad Reif

3. Funktions- und Softwareentwicklung

Ein wesentlicher Anteil der Innovationen in heutigen Fahrzeugkonzepten wird durch Funktionen dargestellt, die durch Software abgebildet werden. Dieser Tatbestand zeigt sich eindrucksvoll sowohl in dem stetig wachsenden Bedarf an Speicherplatz und Rechenzeit in Steuergeräten als auch in der steigenden Anzahl von komplexen und vernetzt wirkenden Funktionen. Als Beispiel sei etwa auf Fahrerassistenz- oder Telematik-Funktionalitäten verwiesen, die sich die Eigenschaften mehrerer Funktionsbereiche im Fahrzeug in Form einer intelligenten Verknüpfung zu Nutze machen.

Konrad Reif

3. Hardwaresicht

Nach der Vorstellung der unterschiedlichen Prüfstandstypen in Kapitel 2 des Buches wird nun auf die einzelnen Ebenen der generellen Architektur eines Prüfstands (siehe Abb. 3-1) eingegangen.

Es werden prinzipiell folgende vier Ebenen unterschieden:

– Physikalische Ebene: Sensoren, Aktuatoren/Konditioniersysteme, intelligente Systeme (z. B. Steuergeräte, komplexe Messysteme etc.)

– Verbindungsebene zwischen den Elementen der physikalischen Ebene und dem Automatisierungssystem: Analogverbindungen, Busverbindungen (CAN-Bus, Profibus, EtherCat, PowerLink, ProfiNet, FlexRay, … – siehe Abschnitt 3.5), serielle Kommunikation (RS232, RS485, EtherNet – siehe Abschnitt 3.6), parallele Kommunikation

– Automatiserungsebene (siehe Kapitel 4)

– Prüffeldweite Datenspeicherung und Datenverarbeitungsebene (siehe Kapitel 5)

Dr. Michael Paulweber, Prof. Dr. Klaus Lebert

Open Access

21. Die Freigabe des autonomen Fahrens

Die Funktionen des autonomen Fahrens könnten in Zukunft den gesamten Straßenverkehr grundlegend verändern; dafür müssen diese in einer großen Stückzahl und somit als Serienprodukte zum Einsatz kommen. Im Allgemeinen ist für den Übergang eines technischen Systems von der Entwicklungsphase in die Serienproduktion die Freigabe dieses Systems notwendig [1]. Nach den Grundsätzen des Projektmanagements erfolgt die Freigabe erst dann, wenn die zuvor definierten Anforderungen von diesem technischen System erfüllt werden. Diese Anforderungen haben unterschiedlichste Ursprünge, wie beispielsweise Kunden, Normen oder Gesetze.

Walther Wachenfeld, Hermann Winner

Open Access

10. Einführungsszenarien für höhergradig automatisierte Straßenfahrzeuge

Nach wie vor gehören Verkehrsunfälle zum alltäglichen Straßenbild, und die Statistiken dokumentieren, dass es beispielsweise in den USA ca. 33.000 Todesopfer pro Jahr gibt [1]; in Deutschland sterben ca. 3300 Menschen pro Jahr im Straßenverkehr [2]. An dieser Stelle verspricht die Fahrzeugautomatisierung, d. h. die zunehmende Übergabe der Fahraufgabe vom Menschen an den Computer, eine deutliche Reduktion der Unfallzahlen und Unfallschwere. Darüber hinaus ermöglichen automatisierte Fahrzeuge auch eine bessere Koordination der individuell genutzten Fahrzeuge allgemein und damit eine effizientere, komfortablere und sicherere Individualmobilität.

Sven A. Beiker

Open Access

17. Sicherheitspotenzial automatisierter Fahrzeuge: Erkenntnisse aus der Unfallforschung

In seiner Metaanalyse dokumentiert Thomas Winkle beispielhaft Analysen für das Potenzial sicherheitserhöhender Fahrzeugsysteme mit geringeren Automatisierungsgraden. Für eine Prognose des Sicherheitspotenzials hoch- oder vollautomatisierter Fahrzeuge sind dagegen Annahmen erforderlich, da seriennahe Funktionsausprägungen bislang fehlen. Für Testmethoden zur Entwicklung und Auslegung sicherer automatisierter Fahrzeuge mit ökonomisch vertretbarem Aufwand empfiehlt der Autor eine Zusammenführung weltweit verfügbarer Verkehrsunfalldaten, Wetterdaten und Verkehrssimulationen. Daraus sind länderübergreifend prospektiv reale Verkehrsszenarien mit statistischer Relevanz zur Beherrschbarkeit kritischer Situationen und Fehlerprozesse sowie stochastische Modelle (zusammen mit virtuellen Labor- oder Fahrsimulatorversuchen) auswertbar.

Thomas Winkle

Open Access

20. Prädiktion von maschineller Wahrnehmungsleistung beim automatisierten Fahren

Beim hoch- und vollautomatisierten Fahren ist es aufgrund der dem Fahrer zugebilligten Nebenaufgaben notwendig, dass das Fahrzeug Einschränkungen seiner maschinellen Wahrnehmung sowie Funktionseinschränkungen darauf aufbauender Verarbeitungsmodule selbst erkennt und darauf adäquat reagiert. Während man aufgrund von Simulatorstudien beim hochautomatisierten Fahren von realistischen Übergabezeiten an den Fahrer von fünf bis zehn Sekunden ausgeht [1], [2], bevor dieser die Fahraufgabe wieder sicher übernehmen kann, wäre beim vollautomatisierten Fahren der Mensch überhaupt keine Rückfallebene mehr.

Klaus Dietmayer

Open Access

23. Sicherheitskonzept für autonome Fahrzeuge

Die Entwicklung von autonomen Fahrzeugen fokussiert sich derzeit auf die Funktionalitäten von Fahrzeugführungssystemen. In zahlreichen Demonstrationen von Versuchsfahrzeugen wurden beeindruckende Fähigkeiten gezeigt (im Folgenden werden die neuesten zuerst genannt). So z. B.

Andreas Reschka

Open Access

28. Entwicklungs- und Freigabeprozess automatisierter Fahrzeuge: Berücksichtigung technischer, rechtlicher und ökonomischer Risiken

Mit seinem Expertenwissen zeichnet Thomas Winkle die positive Entwicklung der Fahrzeugsicherheit vergangener Jahrzehnte nach, die gestiegenen Verbrauchererwartungen mit einbeziehend. Die Anforderungen an die Automobilhersteller zeigt er anhand höchstrichterlicher Rechtsprechung zur Produkthaftung und ökonomischen Risiken auf. Für den Entwicklungs- und Freigabeprozess empfiehlt er interdisziplinär abgestimmte Sicherheits- und Testkonzepte. Er plädiert für die Weiterentwicklung erfahrungsbasierter, international harmonisierter Richtlinien, Werkzeuge, Methodenbeschreibungen sowie Leitfäden mit Checklisten, die den praktizierten Stand von Wissenschaft und Technik innerhalb der technischen Eignung und wirtschaftlichen Zumutbarkeit repräsentieren und dokumentieren.

Thomas Winkle

Open Access

25. Grundlegende und spezielle Rechtsfragen für autonome Fahrzeuge

Das Projekt „Autonomes Fahren im Straßenverkehr der Zukunft: Projekt Villa Ladenburg“ der Daimler und Benz-Stiftung nimmt Automatisierungsgrade in den Blick, die erst in fernerer Zukunft technisch umsetzbar werden. Die Bearbeitung der aufgeworfenen Rechtsfragen im vorliegenden Kapitel basiert daher wesentlich auf der Beschreibung von Use- Cases (s. Kap. 2), die erst die für eine Bewertung in einzelnen Punkten notwendige Konkretisierung vornehmen. Unsicherheiten in der Prognose zukünftiger technischer Ausgestaltung sind zu erwarten und werden sich in entsprechendem Maße auf die Annahmen und Schlussfolgerungen dieses Kapitels auswirken.

Tom Michael Gasser

Open Access

30. Gesellschaftliche Risikokonstellation für autonomes Fahren – Analyse, Einordnung und Bewertung

Der technische Fortschritt verändert die gesellschaftlichen Risikokonstellationen. Vielfach kommt es zu deutlich höherer Sicherheit und entsprechend positiven Folgen wie Gesundheit, längerer Lebenserwartung und größerem Wohlstand. Die Neuheit technischer Innovationen bringt jedoch zwangsläufig häufig auch nicht intendierte und nicht vorhergesehene Folgen mit sich, darunter auch neue Risikotypen. Aufgabe der Technikfolgenabschätzung ist es, neben den Innovationspotenzialen auch frühzeitig mögliche Risiken zu untersuchen und dadurch zu einer vernünftigen Abwägung und Entscheidungsfindung beizutragen [10].

Armin Grunwald

Open Access

2. Use-Cases des autonomen Fahrens

Der Begriff des autonomen Fahrens wurde mithilfe der technischen Definition des Automatisierungsgrads „vollautomatisiert“ nach BASt [1] und zusätzlich durch das Verständnis der „Selbstbestimmung im Rahmen eines übergeordneten (Sitten)-Gesetzes“ [2] in Kap. 1 beschrieben. Trotzdem kann innerhalb dieser Rahmendefinition eine Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten und Ausprägungen des autonomen Fahrens gefunden werden.

Walther Wachenfeld, Hermann Winner, Chris Gerdes, Barbara Lenz, M. Maurer, S. A. Beiker, E. Fraedrich, T. Winkle

1. Einleitung

In modernen Fahrzeugen wird die elektromechanische Lenkung zunehmend eingesetzt. Diese bieten je nach Fahrzeugkonfiguration und Fahrzyklus ein Kraftstoffeinsparpotential von bis zu 0,4l/100km im Vergleich zur Zahnstangenhydrolenkung. Weiterhin ermöglicht die Vorgabe von fahrerunabhängigen Lenkeingriffen neue funktionale Freiheitsgrade auf Gesamtfahrzeugebene. Dadurch können in Verbindung mit entsprechender Fahrzeugumfeldsensorik verschiedenste innovative Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssysteme wie beispielsweise Parklenkassistent oder Lane-Departure-Warning realisiert werden [1]. Somit ist der Einsatz der elektromechanischen Lenkung durch die immer höheren Anforderungen an Verbrauchs-/Emissionsreduzierung und durch die steigenden Anforderungen an Komfort und Sicherheit vorteilhaft [12].

Eugen Sworowski

7. Ansätze zur Kostensenkung

Die Transparenz über die Fahrzeugkosten stellt die Basis dafür dar, Kosteneinsparungen zu realisieren. Hierzu werden im Folgenden zunächst diverse Ansätze zur Kraftstoffeinsparung vorgestellt. Darauf aufbauend wird der Frage nach der optimalen Finanzierungsform, der Wahl zwischen Glieder-und Sattelzügen und weiteren Ansätzen zur Kostensenkung nachgegangen. Den Abschluss des Kapitels bildet ein kurzer Ausblick auf die Möglichkeiten von Transportausschreibungen.

Paul Wittenbrink

4. Zielgruppe Seniorinnen und Senioren

Ältere Menschen spielen allein schon durch die demografische Entwicklung als Teilnehmer im Straßenverkehr eine immer größere Rolle. So ist der Anteil der Menschen im Alter ab 65 Jahren den letzten 20 Jahren von 15,0 auf 20,6 % der Gesamtbevölkerung gestiegen, ein kontinuierlicher Prozess für die nächsten 50 Jahre. Die mit dem Schrumpfen der Gesamtbevölkerung einhergehende sich verändernde Proportion der Altersgruppen – „Explosion“ bei den Älteren, „Implosion“ bei den Jüngeren – zeitigt sicher auch Konsequenzen im Sinne eines gesellschaftlichen Kulturwandels, der natürlich den Bereich der Mobilität einschließt.

Georg Rudinger

Schritt 2: Entscheiden über die Entwicklung von Geschäftsmodellen

Nach Abschätzung der künftigen Entwicklung der Elektromobilität muss in einem zweiten Schritt über die Entwicklung der Geschäftsmodelle entschieden werden (vgl. Abb. 2-1), d.h. über die Entwicklung der Ressourcenallokation zur Erzielung von Wettbewerbsvorteilen, über die Wertarchitektur, über den Kundennutzen und über das Gewinnmodell.

Prof. Dr. Heike Proff, Dr. Harald Proff, Thomas M. Fojcik, Dr. Jürgen Sandau

Friction estimation – optimization of sensor configuration with respect to RMSE and costs

The accuracy of friction estimation depends on the sensors used. Furthermore, the costs of sensors have to be considered during system design.

In this work, we discuss how sensor configurations (i.e. subsets of the sensors used during our measurements) can be determined minimizing RMSE and/or sensor costs. We first demonstrate that simple strategies (e.g. replacing a sensor by a better one) may fail. Then we discuss different optimization strategies (search strategies and cost functions). By applying them, we obtained several sensor configurations showing interesting trade-offs in minimizing RMSE and sensor costs. Based on these results, we argue whether general statements can be derived about the usefulness of particular sensors and sensor combinations.

Dr. Hans-Ulrich Kobialka

1. Anwendung von Bussystemen und Protokollen

Moderne Kraftfahrzeuge sind rollende Rechner, die aus Dutzenden von elektronischen Steuergeräten bestehen, die über ein komplexes Computernetz miteinander Daten und Befehle austauschen. Sensoren liefern die notwendigen Informationen an die Software. Aktoren setzen die Resultate der Regel- und Steueralgorithmen in die notwendigen Stellsignale um. Aufwand und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems hängen entscheidend von der Verlässlichkeit der Datenübertragung über die Bussysteme und der effizienten Struktur der Software ab. Das erste Kapitel dieses Buchs gibt einen Überblick über die Entwicklung der Kfz-Elektronikarchitekturen und schlägt den Bogen von den Anforderungen und Konzepten von CAN, LIN, FlexRay, MOST und Ethernet bis zu OSEK/VDX und AUTOSAR. Um die Vielzahl der Lösungen besser einordnen zu können, werden die Anforderungen und Lösungen vor dem Hintergrund der verschiedenen Anwendungsdomänen Triebstrang (

Power Train

), Fahrwerk (

Chassis

), Karosserie (

Body

) und Unterhaltungselektronik (

Infotainment

) sowie der domänenübergreifenden Fahrerassistenzsysteme dargestellt.

Prof. Dr.-Ing. Werner Zimmermann, Dr. Ralf Schmidgall

4. Transportprotokolle

Die bekannten Bussysteme CAN, LIN oder FlexRay haben mit Rücksicht auf gute Echtzeiteigenschaften eine relativ kurze Botschaftslänge. Sobald größere Datenblöcke übertragen werden müssen, wie dies beispielsweise bei Diagnoseanwendungen oder beim Flash-Programmieren notwendig ist, muss ein Transportprotokoll eingesetzt werden. Dessen Aufgabe besteht darin, größere Datenblöcke so zu segmentieren und deren zuverlässige Übertragung zu organisieren, dass dies für die übergeordnete Anwendung transparent und ohne Zusatzaufwand gewährleistet ist. Das Kapitel beschreibt die bekanntesten Transportprotokolle ISO TP für CAN und FlexRay, VW TP und SAE J1939 für CAN sowie DoIP (

Diagnostic over Ethernet

), mit dem CAN und FlexRay-Datenpakete über Ethernet-Verbindungen geleitet werden können.

Prof. Dr.-Ing. Werner Zimmermann, Dr. Ralf Schmidgall
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