CoCar – Das instrumentierte Testfahrzeug

Zukünftige Automobile werden ihren Fahrer aktiv beim Autofahren unterstützen. Über eingebaute Sensoren, Kameras und intelligente Software-/Hardware-Systeme nehmen sie ihre Umgebung wahr und interpretieren diese Informationen. Auf diese Weise können nicht nur Sicherheit und Komfort verbessert, sondern auch die Energieeffizienz gesteigert werden. Mit Hilfe des instrumentierten Testfahrzeugs "CoCar" des FZI Living Labs Automotive werden diese Konzepte bereits heute entwickelt, evaluiert und in der Praxis erprobt.

Ziele und Innovationen

CoCar bildet im Rahmen der Forschung und Vorentwicklung für Komfort, Sicherheit und Energieeffizienz am FZI die Basisplattform für

  • die Realisierung und Evaluation neuer, fortschrittlicher Funktionalitäten
  • die Online-Integration neuer Datenverarbeitungs- und Steuerungskomponenten
  • den Test unter realen Bedingungen
  • die Bereitstellung realer Benchmark-Daten
  • die Evaluierung von Einzelkomponenten und dem gesamten System unter realen Umgebungsbedingungen

Fahrzeugaufbau

Aufbauend auf einem serienmäßigen Audi Q5 wurden umfangreiche Umbaumaßnahmen durchgeführt, die das autonome Fahren ermöglichen und eine Vielzahl zusätzlicher Sensoren integrieren. Dabei wurde darauf geachtet, dass sich die zusätzlich verbaute Hardware gut in das Gesamtbild des Fahrzeugs einfügt, gleichzeitig aber eine möglichst flexible Nutzung für verschiedene Anwendungsszenarien gewährleistet ist. Beispielsweise können die fest verbauten Kameras leicht durch andere Modelle ersetzt werden. Im Innenraum ist eine flexible Anbringung von Kameras und ähnlichen Sensoren möglich. Durch eine multifunktionale Steckverbindung auf dem Dach können externe Sensoren wie 360°-Laserscanner oder Rundumkamera auf dem Fahrzeugdach an die Datenverarbeitungs- und Stromversorgungssysteme des Fahrzeugs angeschlossen werden.

Autonomes Fahren

Assisted

Durch Signale über den CAN-Bus können Gas und Bremse per Software angesteuert werden. Ebenso ist es möglich, das Lenkrad und den Gangwahlhebel zu kontrollieren. Das Sicherheitskonzept des Fahrzeugs sieht hierbei drei verschiedene Modi vor: Im Normalmodus ist keine Ansteuerung per Software möglich, der Fahrer hat die alleinige Kontrolle. Im autonomen Modus wird das Fahrzeug vollständig per Software gesteuert. Sobald der Fahrer allerdings Gas, Bremse oder das Lenkrad betätigt, wird sofort in den Normalmodus umgeschaltet und er erhält die vollständige Kontrolle über das Fahrzeug. Im teilautonomen Modus dagegen teilen sich Fahrzeug und Fahrer die Kontrolle; ein Übersteuern der Aktionen des Fahrzeugs ist jederzeit möglich, führt aber nicht zum Umschalten in den Normalmodus. Gerade hier ergibt sich ein interessantes zukünftiges Forschungsfeld im Bereich der Shared Control.

Integrierte Sensorik

Aktuelle Serienfahrzeuge haben üblicherweise Ultraschall- und Radarsensoren zur Umfelderfassung eingebaut, um damit Parkassistenz und ACC-Funktionalitäten zu realisieren. Für weitergehende Funktionen werden zusätzliche Sensoren benötigt, die eine genauere Erfassung der Umgebung erlauben.

CoCar

Zur Messung der Distanz zu anderen Objekten werden Laserscanner und Time-of-flight-Kameras verwendet. Drei Vierzeilen-Laserscanner (Ibeo Lux) sind in die Front- und Heckschürze integriert. Sie werden von zwei PMD-Kameras ergänzt, jeweils eine nach vorne und eine nach hinten ausgerichtet. Optional kann ein 32-Zeilen-Laserscanner mit Rundumsicht (Velodyne) auf dem Dach verwendet werden.

Videokameras sind an verschiedenen Stellen im Fahrzeug fest montiert. Eine Kamera im Frontgrill zeichnet Bilder in Fahrtrichtung auf. Die Außenspiegel sind um Kameras ergänzt, die den Bereich der toten Winkel abdecken. Im Innenraum können zusätzlich flexibel Kameras montiert werden, die den Außen- und Innenbereich überwachen. Typischerweise wird hier eine Kamera zur Fahrerüberwachung verwendet und eine (bzw. zwei als Stereopaar) nach vorne ausgerichtete, die den Blick des Fahrers nach vorne widerspiegelt.

Die Position des Fahrzeugs wird durch einen Inertialsensor (OXTS RT3003) ermittelt. Er ist an zwei im Fahrzeugdach integrierte GPS-Antennen angeschlossen und erhält zusätzlich Bewegungsdaten des Fahrzeugs und erzielt so Genauigkeiten im Zentimeterbereich.

Anwendungsbeispiele

Automatisiertes Einparken

Im Hinblick auf zukünftige Parkszenarien werden technische Lösungen erforscht, die das weitgehend autonome Parken und automatisierte Batterie-Nachladen von Elektroautos in Kombination mit kompakten, verdichteten Parksystemen ermöglicht. Im Rahmen der Eröffnung des HOLL wurden Konzepte und Ansätze zum autonomen Parken gezeigt.

Der Fahrer stellt sein Fahrzeug an der Einfahrt zu einem Parkplatz ab. Das Fahrzeug plant einen Pfad zu einer freien Ladesäule und fährt diese nach Freigabe des Parkplatzes durch eine Ampel autonom an. Soll das Fahrzeug wieder genutzt werden, kann der Fahrer das Fahrzeug rufen. Das Fahrzeug fährt dann ebenfalls autonom zur Ausfahrt des Parkplatzes, wo der Fahrer in das Fahrzeug einsteigt und die Steuerung übernimmt.

Fahrerbeobachtung

Für die Entwicklung zukünftiger Fahrerassistenzsysteme muss der Fahrer sowie dessen Aufmerksamkeit stärker berücksichtigt werden. Diesbezüglich sind am FZI mehrere Systeme entstanden, welche die Kopfposition, Kopfrotation sowie die Blickrichtung des Fahrers bestimmen. Hierbei kommen sowohl 2D-Videokammeras wie auch 3D-Tiefenbildkameras zum Einsatz.

Energieeffizientes Fahren

Das FZI untersucht neuartige Assistenzsystemen, die den Fahrer bei der Wahl der richtigen Fahrstrategie unterstützen und ihm gezielte Hinweise zu energetisch optimalen Manövern geben. Diese Assistenzsysteme können prototypisch auf CoCar integriert und getestet werden. Hierbei kommen die genaue Lokalisierung sowie verschiedene Sensoren zum Erfassen der Umwelt zum Einsatz. Als Schnittstelle zum Menschen dienen Anzeigen im Amaturenbrett hinter dem Lenkrad, in der Mittelkonsole sowie ein Touchscreen. Um auch haptisches Feedback geben zu können, soll ein aktives Gaspedal integriert werden.

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