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2023 | Buch

Entwicklung eines Automated Valet Parking Systems im Rahmen des Forschungsprojekts ANTON

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Über dieses Buch

Automated Valet Parking Systeme (AVPS) entbinden den Fahrer vom Parkprozess. Wegen der einfachen Verkehrsregeln und der geringen Geschwindigkeiten auf Parkplätzen sind AVPS prädestiniert als erstes kommerzielles Assistenzsystem des SAE Level 4. Viele der heute bekannten Systeme setzen auf eine Kombination aus Sensoren aktueller Fahrzeuge mit Sensoren der Infrastruktur. Zu diesem Zweck werden Parkanlagen mit umfassender Sensorik ausgestattet, um die Fahrzeuge bei der Umgebungserfassung und Routenplanung zu unterstützen. Das Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf eines AVPS, welches einen minimalen Aufwand für die Erweiterung der Infrastruktur erfordert und aktuelle Fahrzeugtechnik verwendet. Hierfür werden zunächst Grundlagen beschrieben, um die Funktionsweise und den Nutzen von AVPS zu beleuchten. Anschließend wird das System mithilfe passender Diagramme entworfen und eingegrenzt. Die abschließende Darstellung von Simulationsergebnissen zeigt, ob die geforderten Funktionalitäten umgesetzt werden konnten. Der Arbeit stellt dar, dass die Parkanlage nur um eine Kommunikationsmöglichkeit erweitert werden muss, um ein sicheres und rentables AVPS zu entwickeln.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Motivation und Zielsetzung
Zusammenfassung
Eine Inrix Studie [1] aus dem Jahre 2017 zeigt, dass Kraftfahrzeugführer in Deutschland im Jahr durchschnittlich 41 Stunden damit verbracht haben, einen Parkplatz zu finden. Die zusätzliche Zeit bei der Parkplatzsuche resultiert in zusätzlichem Kraftstoffverbrauch, was wiederum erhöhte Emissionen und Kosten zur Folge hat. Dadurch verliert der deutsche Fahrer durchschnittlich 896 Euro im Jahr. Smarte Assistenzsysteme können dem Fahrer die Parkplatzsuche bereits heute mit bestimmten Fahrzeugen in ausgewählten Parkanlagen komplett abnehmen. Das Problem hierbei ist die limitierte Zugänglichkeit zu dieser Technologie, weil Fahrzeuge sowie Parkanlagen entsprechend ausgestattet sein müssen. Die vorliegende Abschlussarbeit soll deshalb den Stand der Technik aktueller sogenannter Automated Valet Parking (AVP) Systeme analysieren. Ausgehend vom Forschungsfahrzeug des Projektes ANTON sollen die Mindestanforderungen an ein AVP System mit minimaler Erweiterung der Parkanlage untersucht werden. In diesem Zusammenhang soll die Frage beantwortet werden, wie Fahrzeuge und Parkanlagen mindestens ausgestattet sein müssen, um ein solches AVP System zu entwickeln.
Ömer Dönmez
Kapitel 2. Grundlagen und Vorgehensweise
Zusammenfassung
Dieses Kapitel dient zur Einführung der grundlegenden Aspekte, welche für das Verständnis der darauf folgenden Kapitel notwendig sind. Hierfür werden zunächst AVP Systeme im Allgemeinen definiert, sowie ihre Funktionsweise, inklusive des zu erwartenden Nutzens dargestellt. Dies wird im Anschluss anhand dreier Beispiele für mögliche Umsetzungen vertieft. Dabei werden die spezifischen Funktionsweisen beleuchtet und dargestellt, welche Sensoren für die jeweiligen Systeme verwendet wurden. Im diesem Zusammenhang werden die Systeme miteinander verglichen und ihre Vor- und Nachteile ermittelt. Hiernach wird die experimentelle Plattform ANTON vorgestellt. Hierbei wird zunächst der aktuelle Status des Projektes dargelegt. Danach wird untersucht, welcher Software-Stack für automatisiertes Fahren (AF-Stack) für die Umsetzung des AVP Systems verwendet werden soll. Dabei werden drei verfügbare AF-Stacks präsentiert und miteinander verglichen. Auf Grundlage der umzusetzenden Aufgabe und der zukünftigen Weiterentwicklung der Plattform ANTON wird eine Auswahl getroffen, wonach die Funktionsweise des dedizierten AF-Stack näher betrachtet wird.
Ömer Dönmez
Kapitel 3. Anforderungsdefinition, Systementwurf und -eingrenzung
Zusammenfassung
Mithilfe der vorangegangenen Einführung der fundamentalen Konzepte dieser Arbeit kann das AVP System nun entworfen werden. Anhand der gewonnenen Informationen durch die Untersuchung verschiedener Ansätze zur Realisierung von AVP Systemen aus Abschnitt 2.1.2 wird im Folgenden zunächst eine Anforderungsanalyse für das zu entwickelnde System durchgeführt. Gemäß der festgelegten Aufgaben aus dem V-Modell werden die definierten Anforderungen im nächsten Schritt herangezogen, um sie auf Funktionalitäten des Systems abzubilden. Die Darstellung der Funktionen erfolgt unter Verwendung von umfassenden Zustandsdiagrammen. Der darauffolgende technische Systementwurf beschreibt letztendlich die Realisierung des Systems am Beispiel einer Abbildung der Systemarchitektur. Anschließend folgt eine Gefahrenanalyse zum Aufzeigen und Bewerten potenzieller Risiken, um daraus Maßnahmen zur Risikoreduzierung ableiten zu können. Die abschließende Eingrenzung der umzusetzenden Funktionalitäten und zu erffüllenden Anforderungen definiert den thematischen Schwerpunkt sowie das gewünschte Ergebnis dieser Masterarbeit.
Ömer Dönmez
Kapitel 4. Umsetzung des AVP Systems in der Simulation
Zusammenfassung
Im Folgenden wird das zuvor entworfene AVP System nun in der Simulation umgesetzt und getestet. Wie in Tabelle 2.2 aus Abschnitt 2.2.2.2 dargestellt wird, wird hierzu die open source Software CARLA verwendet. Hierfür wird zuallererst je ein Modell des Fahrzeugs und der Umwelt benötigt. Für CARLA existiert bereits ein Modell des Forschungsfahrzeugs. Um potenzielle Fehler aufgrund falscher Modelleigenschaften ausschließen zu können, wird das bestehende Fahrzeugmodell zunächst auf ihre Korrektheit bezüglich des realen Fahrzeugs untersucht. Unter Berücksichtigung der aufgestellten Anforderungen und der Funktionseinschränkungen wird anschließend eine entsprechende Umwelt modelliert. Das Umweltmodell besteht hierbei aus drei verschiedenen Karten. Die Notwendigkeit und der Nutzen jeder einzelnen Karte wird im entsprechenden Abschnitt näher erläutert. Darauf folgt die Untersuchung und letztendliche Auswahl der zu verwendenden Autoware.AI Nodes.
Ömer Dönmez
Kapitel 5. Darstellung der Simulationsergebnisse
Zusammenfassung
Die abschließende Darstellung der Simulationsergebnisse zeigt die Funktionsweise des finalen AVP Systems. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Szenarien überprüft. Als Zielparkplatz wurden mittlere und äußere Parkplätze, sowie der erste und letzte Parkplatz verwendet. Straßen wurden blockiert, Fahrzeuge schief eingeparkt und als frei gesehene Parkplätze waren belegt. Im Folgenden werden die Simulationsergebnisse eines spezifischen Szenarios präsentiert. Hierzu wird zunächst das betrachtete Szenario beschrieben, bevor die Ergebnisse der Simulation dargelegt werden. Die Ergebnisdarstellung beinhaltet hierbei die Beschreibung des Einpark- und Abholvorgangs, sowie aufgetretene Herausforderungen während der Simulation. Schließlich werden offene Fragen beleuchtet, wodurch potenzielle Weiterentwicklungsmaßnahmen erarbeitet werden.
Ömer Dönmez
Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein funktionierendes AVP System erarbeitet und entwickelt. In diesem Zusammenhang wurden Anforderungen an das System ermittelt und das System funktional sowie technisch entworfen. Eine Gefahrenanalyse hat dazu beigetragen, Risiken zu identifizieren und entsprechend zu senken. Dieses entworfene System wurde in der Simulationsumgebung CARLA umgesetzt und abgesichert. Als Fahrzeug wurde ein modifizierter Renault Twizy verwendet. Der eingesetzte AF-Stack war Autoware.AI. Anhand eines simulierten Szenarios wurde das umgesetzte AVP System abschließend demonstriert. Es konnte gezeigt werden, dass eine Erweiterung der Parkanlage um eine flächendeckende Kommunikationseinheit bereits ausreicht, um ein entsprechend sicheres und funktionierendes AVP System zu entwickeln.
Ömer Dönmez
Backmatter
Metadaten
Titel
Entwicklung eines Automated Valet Parking Systems im Rahmen des Forschungsprojekts ANTON
verfasst von
Ömer Dönmez
Copyright-Jahr
2023
Electronic ISBN
978-3-658-43117-4
Print ISBN
978-3-658-43116-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-43117-4

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