IMAGinE – Intelligente ManöverAutomatisierung – kooperative Gefahrenvermeidung in Echtzeit
Projekttyp: Gefördert durch Mittel des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Forschungsfeld: Kollektive Perzeption, Kooperative Funktionen, Kommunikationsmechanismen für kooperatives Fahren
Ansprechpartner: Lorenz Prasch
Projektzeitraum: 09/2016 - 05/2022
Lösungskonzepte für kooperatives Fahren der Zukunft
Im Verbundprojekt IMAGinE werden neue, innovative Assistenzsysteme für das kooperative Fahren der Zukunft entwickelt. Kooperatives Fahren bedeutet, dass Fahrzeuge und Infrastruktur mittels automatischen Informationsaustauschs intelligent miteinander agieren und geplante Manöver ermöglichen oder erleichtern. Dadurch können kritische Situationen vermieden oder entschärft werden und das Fahren wird somit sicherer. Um diese Vision zu verwirklichen, stellt sich IMAGinE der Bewältigung technologischer Herausforderungen wie zum Beispiel die Entwicklung neuer Standards zur automatischen Informationsübermittlung zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur, aber auch die Abstimmung und Entscheidungsfindung zwischen intelligenten Systemen und dem Menschen. IMAGinE vereint ein Konsortium von zwölf führenden Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Straßenbetreibern in Deutschland, die gemeinsam die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten realisieren.
Warum kooperieren wir?
Fahrer werden zunehmend durch technische Systeme unterstützt, welche sicherheitsrelevante Empfehlungen entwickeln, an den Fahrer kommunizieren oder selbst deren (teil-)automatisierte Umsetzung übernehmen. Dabei findet aber kein Abgleich der Empfehlungen oder Handlungen zwischen verschiedenen Fahrzeugen statt und sie werden auch nicht aufeinander abgestimmt. Entstehen Konflikte zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen wird situativ reagiert – entweder vom System selbst oder vom Fahrer. Solche kritischen Fahrsituationen können zu Störungen im Verkehrsablauf und auch zu Unfällen führen. Durch eine aktive Kooperation zwischen Fahrzeugen können kritische Fahrsituationen jedoch vermieden werden, der Verkehrsfluss wird optimiert und effizienter. Auch werden in den kommenden Jahrzehnten auf unseren Straßen immer mehr Fahrzeuge mit einer unterschiedlich starken Automatisierung den Verkehrsalltag bestimmen. So sind Fahrzeuge mit automatisierten Systemen auf das kooperative Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer angewiesen, zum Beispiel wenn die Erfassung des Fahrzeugumfeldes nur eingeschränkt möglich ist. Dies führt ebenfalls zu einer vermehrten Notwendigkeit der Kooperation zwischen Fahrzeugen.
Forschungsansatz und Innovation
Ziel ist die Erforschung der Grundlagen für eine kooperative Manöverplanung zwischen Fahrzeugen. Technologien, die eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation ermöglichen, werden dem Bedarf nach einem Mehr an Kooperation gerecht. Es sollen dementsprechend neue, innovative Assistenzsysteme für das kooperative Fahren der Zukunft entwickelt werden. Um das Kooperationspotenzial zwischen Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur weitestmöglich auszunutzen, gilt es eine Reihe von technologischen Herausforderungen zu meistern. Zum Beispiel sollen Kommunikationsprotokolle für automatischen Informationsaustausch und für die Abstimmung und Entscheidungsfindung zwischen intelligenten Systemen und dem Fahrer implementiert werden. Für einen Realbetrieb, in dem auf hochdynamische Verkehrsszenarien reagiert werden muss, ist ein echtzeitfähiges System nötig. Im Projekt soll daher ein echtzeitfähiger Rahmen für kooperatives Fahren erstellt werden. Innerhalb des Forschungsprojektes lassen sich fünf Kerninnovationen identifizieren:
Gemeinsames Umfeldmodell:
In IMAGinE wird das rein reaktive Verhalten heutiger Assistenzsysteme hin zu kooperativen Manövern mehrerer Verkehrsteilnehmer entwickelt. Zum ersten Mal wird die zielgerichtete Interaktion zur abgestimmten Manöverplanung zwischen Fahrzeugen im Fokus der Forschung stehen, wobei kooperative Fahrstrategien mit neuen bzw. erweiterten Nachrichtenformaten entwickelt werden.
Kooperative Funktionen:
Die Verarbeitung von Sensordaten und deren Fusion zu einem für die Abstimmung von Manövern ausreichenden Umfeldmodell ist ein essenzieller Bestandteil automatisierter Systeme. IMAGinE erweitert den bisherigen Ansatz durch die Einbindung externer Objektdaten aus dem Verbund, die in das Umfeldmodell fusioniert werden. Das kooperative Umfeldmodell wird zur Situationsinterpretation während der Fahrt genutzt. Dabei wird erstmalig ein fahrzeugherstellerübergreifendes Umfeldmodell als Basis für kooperative Manöverabstimmung spezifiziert, dargestellt und eingesetzt.
Kommunikationsmechanismen für kooperatives Verhalten:
In IMAGinE werden die zur Abstimmung kontextbezogener Kommunikation notwendigen Nachrichten und geeigneten Kommunikationsprotokolle konzipiert und implementiert. Erstmalig wird die zielgerichtete Interaktion zur abgestimmten Manöverplanung zwischen Fahrzeugen im Mittelpunkt stehen. Das heißt, es wird eine direkte Verhaltensbeeinflussung angestrebt und somit die Kommunikation nicht mehr nur als Sensor verstanden. Dies setzt sowohl eine zuverlässige Echtzeit-Kommunikation zwischen den Partnern, eine ausreichend genaue Lokalisierung und Zuordnung der Partner und eine gleichzeitige Erweiterung der Kommunikationsprotokolle voraus.
Simulationsumgebung für kooperative Fahrmanöver:
In IMAGinE werden die Testmöglichkeiten für kooperatives Verhalten mehrerer Fahrzeuge im virtuellen Fahrversuch realisiert. Mit der Erweiterung einer vorhandenen offenen Integrations- und Testplattform sollen die virtuelle Entwicklung und Absicherung der spezifischen kooperativen Funktionen sichergestellt werden. Erstmalig wird somit eine virtuelle Simulationsumgebung um die gleichberechtigte Interaktion zwischen den verschiedenen Verkehrsteilnehmern erweitert. Zentral sind hierbei die Simulation der Interaktion zwischen miteinander vernetzten Fahrzeugen sowie die Abbildung von Kommunikationsmaßnahmen der kooperativen Fahrzeuge mit ihrem Umfeld.
Mensch-Maschine-Interaktion:
Konzepte zur Gestaltung entsprechender Mensch-Maschine-Schnittstellen liegen bislang für die in IMAGinE adressierten Anwendungsfälle nicht vor. Deshalb werden in IMAGinE Schnittstellen konzipiert und untersucht, die eine kooperative Interaktion zwischen mehreren Verkehrsteilnehmern und ihren Fahrzeugen ermöglichen. Die zentralen Herausforderungen der MMI-Arbeiten bestehen darin, verständliche und intuitive Mensch-Maschine-Schnittstellen zu schaffen, die den Fahrer zu kooperativem Verhalten motivieren, die den Zielen der Verkehrssicherheit, Effizienz, und Akzeptanz folgen und die den Fahrer nicht mit zu komplexen oder zu ablenkenden Informationen in der Kooperationssituation überlasten.
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