Zusammenfassung_FAS_Prof.Dr.Ing.M.Maurer_SS2010_v1.0

Inhaltsverzeichnis 

1                    Einleitung und Motivation  6

1.1     Begriffsklärung  6

1.1.1                 Klassifizierung von Fahrzeugen  6

1.1.2                 Kompensation des Autonomieverlust 6

1.1.3                 Fahrer, Assistenz, System  6

1.1.4                 Formen der Arbeitsteilung zwischen Mensch und Maschine  6

1.1.5                 Mensch-Maschine-System / -Schnittstelle  7

1.1.6                 Konventionelle FAS  7

1.1.7                 FAS mit maschineller Wahrnehmung  7

1.1.8                 Aktive und passive Sicherheit 7

1.1.9                 FAS in dieser Vorlesung  7

1.2     Kategorien für FAS  7

1.2.1                 Juristische Kategorisierung…nach GdA  7

1.2.2                 Kategorisierung…nach Kundenbedürfnissen  8

1.3     Motivation für FAS  8

1.3.1                 Motivation für Copilot (Folie 25) 8

1.3.2                 Motivation für Autopilot (Folie 39) 9

1.3.3                 Motivation für Valet Parking  9

1.3.4                 Motivation für Verbesserte Sicht 9

2                    Stand der Technik  11

2.1     Roadmap Autopilot – Erhöhter Komfort 11

2.1.1                 Derivate von ACC  11

2.1.2                 ACC -  Funktionsdefinition  11

2.1.3                 Spurhalteuntertützung (Heading Control – HC)– Funktionsdefinition  11

2.1.4                 Stauunterstützung – ACC Stop and Go – Funktionsdefinition  12

2.2     Roadmap Copilot – Erhöhter Komfort 13

2.2.1                 Spurhalteunterstützung  13

2.2.2                 Spurwechselassistent 14

2.2.3                 Collision Mitigation (CM) & Collision Avoidance (CA) 14

2.2.4                 Automatische Notbremsung (ANB) 14

2.3     Roadmap Einparken – Erhöhter Komfort 15

2.4     Roadmap Verbesserte Sicht 16

2.4.1                 Advanced Frontlighting System  16

2.4.2                 Night Vision  16

2.4.3                 Automatisches Fernlicht 17

2.4.4                 Verkehrszeichenerkennung  18

3                    Wissensrepräsentation  19

3.1     Begriffsklärungen  19

3.2     Räumlich-zeitliche Modlle  19

3.2.1                 Lineare kontinuierliche Systeme  20

3.2.1.1       Zustandsgleichung um Frequenzbereich (Laplace Transformiert): 20

3.2.1.2       Übertragungsmatrix G(s) 20

3.2.1.3       Charakteristisches Polynom  20

3.2.1.4       Stabilität 21

3.2.2                 Lineares Einspurmodell 22

3.2.2.1       Annahmen  22

3.2.2.2       Querführungsmodell 5.Ordnung  23

3.2.2.3       Querführungsmodell 3.Ordnung  24

3.2.3                 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 24

3.2.3.1       Motivation Steuerbarkeit 24

3.2.3.2       Definition Steuerbarkeit 25

3.2.3.3       Steuerbarkeit – notwendige und hinreichende Bedingung  25

3.2.3.4       Motivation Beobachtbarkeit 25

3.2.3.5       Definition Beobachtbarkeit 25

3.2.3.6       Beobachtbarkeit – notwendige und hinreichende Bedingung  25

3.2.4                 Beobachter 26

3.2.4.1       Definition Beobachter 26

3.2.4.2       Luenberger  Beobachter 26

3.2.4.3       Beobachter – Pole der G(s) 26

3.2.4.4       ESP Beispiel Auslegung für den  Beobachter 27

3.2.5                 Lineare zeitdiskrete ereignisorientierte Modelle  30

3.2.5.1       Warum diskrete ereignisorientierte Modelle?  30

3.2.6                 Methodisches Vorgehen auf der 4D-Ebene  30

3.3     Diskrete ereignisorientierte Modelle  31

3.3.1                 Automaten  31

3.3.2                 Zustandskarten  31

3.4     Repräsentation physikalischer Objekte  31

3.4.1                 Klothoidenmodell 32

3.4.2                 Repräsentation des Ego-Subjekts  32

4                    Maschinelle Wahrnehmung  33

4.1     Umfelderfassung mit elektromagnetischen Wellen  33

4.1.1                 Erkennbarkeit 33

4.2     Wahrnehmung mit Radar 34

4.2.1                 Grundprinzip Radar 34

4.2.2                 Reflexion an ideal leitenden Körpern  34

4.2.3                 Reflexion an dielektrischen Körpern  35

4.2.4                 Frequenzen und Bandbreite  35

4.2.5                 Informationsgehalt des Radar Signals  35

4.2.6                 Abstandsmessung  36

4.2.7                 Geschwindigkeitsmessung  36

4.2.8                 Winkelmessung (Richtungsmessung) 36

4.2.9                 Radar Antennen  37

4.2.9.1       Strahlbreite  37

4.2.9.2       Monostatic  37

4.2.9.3       Bistatic  37

4.2.10               Nebenkeulen  37

4.2.11               Effekte / Probleme durch Nebenkeulen  38

4.2.12               Objekt Separierung  38

4.2.13               Modulation und Demodulation  38

4.2.14               Modulationsschemas und Auswirkungen der Schemas  39

4.2.15               Frequency Shift Keying  39

4.2.16               FMCW - Dauerstrich-Frequenzmdulation (Frequency Modulated Continuous Wave) 39

4.2.17               Beat Frequenz 42

4.2.18               Fast Chirps (pulse compression) 42

4.2.19               Pulse Doppler 43

4.2.20               Generelle Daten interpretierbar aus einem Radarsensor 43

4.3     Fahrspurprädiktion  44

4.3.1                 Vor- und Nachteile der verschiedenen Krümmungsberechnungserfahren  44

4.3.2                 Funktionsgrenzen  45

4.4     Maschinele Visuelle Wahrnehmung  45

4.4.1                 Rechnersehen  45

4.4.2                 Architektur 45

4.4.3                 Sensoren – physikalische Prinzipien  45

4.4.3.1       Fotodiode  45

4.4.3.2       Videokamera  46

4.4.3.3       Kennlinien Charakteristik  46

4.4.4                 Signalverarbeitung  46

4.4.4.1       Verfahren zur Fahrspurerkennung (3 Verfahren) 47

4.4.4.2       Kantenbasierte Bildfolgenverarbeitung  47

4.4.4.3       Stereobasiertes Verfahren  47

4.4.4.4       Optischer Fluß  48

4.4.5                 Generierung von Objekthypothesen  48

4.4.6                 Kalman-Filter (Rekursives Schätzverfahren) 48

4.4.6.1       Vollständige Rekursion beim Kalmanfilter 50

4.4.6.2       VORTEILE Kalmanfilter 50

4.4.6.3       NACHTEILE Kalmanfilter 50

4.4.6.4       VORAUSSETZUNG: 50

4.4.6.5       Beispielrechnung – Fusion von Radar- und Videodaten mit Hilfe des Kalmanfilters ohne Dynamikmodell 51

4.4.7                 Zusammenfassung Visuelle Wahrnehmung  52

4.5     Sensordatenfusion  52

4.5.1                 WH: Funktionsgrenzen ACC und Fusion mit Video - Vorteile  52

4.5.2                 Sensordatenfusion – Modifikationen  53

5                    Maschinelle Verhaltensgenerierung und Verhaltensentscheidung  54

6                    Mensch-Maschine-Interaktion  55

6.1     Konzepte  55

6.1.1                 Drei-Ebenen-Modell nach Rasmussen: 56

6.1.1.1       Skill based / Fertigkeitsbasiertes Verhalten  56

6.1.1.2       Rule based / Regelbasiertes Verhalten  56

6.1.1.3       Knowledge based / Wissensbasiertes Verhalten  56

6.1.1.4       Signale  57

6.1.1.5       Zeichen  57

6.1.1.6       Symbole  57

6.1.2                 Ebene der Unterstützung  57

6.1.2.1       Ebenen Modell von Donges & Naab (derived from Rasmussen) 57

6.1.2.2       Einteilung der FAS nach Ebene der Fahraufgabe und Grad der Fahrunterstützung  58

6.1.3                 Ironie der Automatisierung  58

6.1.4                 Aufmerksamkeit, Wahrnehmung, Workload  58

6.1.4.1       Aufmerksamkeit 58

6.1.4.2       Suchscheinwerfer Metapher 59

6.1.4.3       Ressourcen Metapher 59

6.1.4.4       Time-Sharing  59

6.1.4.5       Wickens „Multiple Resource Theory“ 59

6.1.4.6       Workload und Workload-Inices  59

6.1.4.7       Methoden zur Messung der Workload  60

6.1.5                 Vigilanz 60

6.1.6                 Situationsbewusstsein  60

6.1.7                 Nutzertransparenz 60

6.2     Auswirkung der Teilautomation  61

6.2.1                 am Bsp. ACC  61

6.2.2                 Wirkung von ersetzender und warnender Assistenz 61

6.3     Mensch-Maschine-Schnittstelle  62

7                    Systematischer Entwurf von FAS  64

7.1     Systematische Konzeptentwicklung  64

8                    Risiko Management 68

9                    Glossar 69