Hardware-in-the-Loop-gestützte Entwicklungsplattform für Fahrerassistenzsysteme – Modellierung und Visualisierung des Fahrzeugumfeldes (PDF)

Fahrerassistenzsysteme moderner Kraftfahrzeuge, z.B. der sog. Abstandsregeltempomat, stützen ihre Regelstrategie nicht nur auf den erfassten Bewegungszustand des Eigenfahrzeuges, sondern Betrachten bei ihrer Regelstrategie dieses Fahrzeug als Teil des durch eine Umfeldsensorik beobachteten Verkehrsflusses. Bedingt durch die Aufgabe solcher Assistenzsysteme die Verkehrsteilnehmer durch aktive Eingriffe in die Fahrzeugführung, z.B. einer Verzögerung, vor Schaden zu bewahren, zählen solche Systeme zunehmend zu den sicherheitsrelevanten Komponenten eines Kraftfahrzeuges.
Diese Dissertation beschreibt in diesem Kontext die Modellierung und Visualisierung des Fahrzeugumfeldes, wie sie von einer Entwicklungsplattform zum Test der oben charakterisierten Fahrerassistenzsysteme verwendet werden kann. Dabei wird die Systemumgebung dieser Assistenzsysteme durch mehrere Simulationsmodule auf einem Echtzeitsimulator nachgebildet, was einen reproduzierbaren und im Entwicklungsprozess durchgängigen Test ermöglicht.
Als Bezugspunkt der verschiedenen Simulationsmodule wird ein dreidimensionales, analytisches Fahrbahnmodell definiert. Durch die vorgestellte Möglichkeit die Position eines Verkehrsteilnehmers in verschiedenen Koordinatensystemen darzustellen, können die einzelnen Simulationsmodule der Testumgebung in der für ihren Anwendungszweck optimalen Koordinatendarstellung entwickelt werden. Eine funktionale Kopplung der einzelnen Simulationsmodule untereinander wird dann durch Vereinbarung eines einheitlichen Koordinatensatzes ermöglicht.
Zur Visualisierung des für die Testumgebung erforderlichen Fahrbahnverlaufes werden geeignete Datenstrukturen entwickelt, die durch moderne Graphiksysteme verarbeitet werden können. Im Gegensatz dazu erfolgt die Visualisierung der Verkehrsteilnehmer durch ein Mehrkörpersystem, dass verschiedene Anwendungsfälle der Fahrzeugsimulation ermöglicht und einem Anwender der Testumgebung eine einfache Parametrierung der darzustellenden Fahrzeuge gestattet.
Um die verschiedenen Konzepte zur Modellierung und Visualisierung der Systemumgebung einem Anwender der Testumgebung zugänglich zu machen, wird das Konzept der Simulationsumgebung vorgestellt. Mit Hilfe dieser Simulationsumgebung können die Verschiedenen Parameter zur Durchführung eines Tests, z.B. die Anzahl der benötigten Fremdfahrzeuge und die von ihnen durchzuführenden Fahrmanöver, anschaulich definiert und die einzelnen Simulationsmodule dadurch problemangepasst konfiguriert werden.
Die Konfiguration der Simulationsumgebung erfolgt dabei durch das entwickelte Programmsystem PRAETORIA, dass darüber hinaus auch zur Visualisierung des Fahrzeugumfeldes durch den HiL-Simulator und zur SiL-Simulation der entwickelten Simulationsmodule genutzt werden kann. Durch die Integration einer Co-Simulation in diese SiL-Umgebung PRAETORIAs kann eine Kopplung zu den etablierten Simulationswerkzeugen erfolgen und so ein funktionaler Test von Fahrerassistenzsystemen bereits während der Entwicklungsphase durchgeführt werden.
Erste Erfahrungen zum Einsatz der Testumgebung konnten im EU-Forschungsprojekt DECOS gesammelt werden. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erprobung neuer Methoden und Technologien zur Entwicklung sicherheitsrelevanter, verteilter Systeme. Mit der in diesem Projekt entwickelten Methodik und Systemarchitektur wurden mehrere Fahrerassistenzsysteme zur Umfeldüberwachung eines Kraftfahrzeuges implementiert und durch den Betrieb mit der vorgestellten Entwicklungsplattform an einem HiL-Simulator der zugehörige Funktionsnachweis erbracht.