29062019_Praesentation_CAS-Arbeit_V6_5
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Vernetzung autonomer Fahrzeuge mit der Infrastruktur<br />
Notwendigkeit und Bedeutung für das Mobilitätssystem<br />
Q1<br />
Präsentation der Abschlussarbeit<br />
Donnerstag 04. Juli 2019 / 14:00 – 14:30<br />
Von: Batt Till, Maissen Thomas, Zloebl Christian<br />
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Vorstellung des Teams<br />
Christian Zloebl<br />
Program Business Manager<br />
Transportation Europe<br />
Nokia Solutions and Networks<br />
Thomas Maissen<br />
Divison Manager<br />
Steel Tues, Jansen AG<br />
Dr. Till Batt<br />
Development Engineer<br />
MANN+HUMMEL Gruppe<br />
Ludwigsburg, DE<br />
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Automatisiertes und autonomes Fahren<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Q3<br />
Q2<br />
| | 3
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
System des Fahrens: Vom Fahrer zum autonomen Fahrzeug<br />
Level 1-2 Level 3<br />
Level 4-5<br />
Fahrer<br />
Fahrzeug<br />
Umwelt-<br />
Sensorik<br />
Umwelt<br />
Umwelt<br />
Fahrzeug<br />
Steuergerät<br />
Kommunikation<br />
Kartenmaterial<br />
Infrastruktur<br />
| | 4
Forschungsfrage, Methodik<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Ist die Vernetzung zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur relevant für eine erste Diffusionswelle<br />
autonomer Fahrzeuge und wenn ja, was bedeutet das für das Mobilitätssystem?<br />
Methodik:<br />
Technische Sichtweise:<br />
• Wie erkennen autonome Fahrzeuge die Umwelt?<br />
• Brauchen selbstfahrende Fahrzeuge digitale und<br />
hoch aufgelöste Karten?<br />
• Welche Kommunikationstechnologie braucht es?<br />
Praktische Sichtweise:<br />
• Welche technischen Lücken bestehen und was<br />
bedeutet das für die Diffusionspfade autonomer<br />
Fahrzeuge.<br />
• Die Technologieanforderungen werden an<br />
einem Use Case abgeschätzt.<br />
Führt dies zum Durchbruch autonomer<br />
Fahrzeuge?<br />
Umwelterkennung<br />
Fahrzeug<br />
Vernetzung<br />
Fahrzug-Umwelt<br />
Modellierung<br />
Umwelt<br />
Bewertung<br />
Use Case Strecke<br />
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Methodische Vorgehensweise<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Ultraschallsensoren<br />
Radar, Lidar<br />
Kamerasysteme<br />
Bildsensoren/-datenbanken<br />
Digital elektronische<br />
Steuergeräte<br />
Neuronale Netze (KI)<br />
Insassen-Erkennung<br />
Sensor-Fusion<br />
Kartenmaterial HD-Maps<br />
dGPS, OEM Cloud<br />
•Technische und<br />
Wirtschaftliche<br />
Aspekte<br />
Autonome /<br />
Automatisierte<br />
Fahrzeuge<br />
Infrastruktur /<br />
Vernetzung<br />
•Technische und<br />
Wirtschaftliche<br />
Aspekte<br />
Fahrzeugvernetzung<br />
C2C, C2I, C2X<br />
Übertragungskanäle<br />
DSRC, WLAN, WLAN-P<br />
Mobiles Internet<br />
4G - LTE+ - 5G<br />
URLLC<br />
Internet of Things (IoT)<br />
Antennenstandorte<br />
Smartphonevernetzung<br />
IT-Security<br />
Verkehrs-, zulassungs- und<br />
haftungsrechtliche<br />
Gesetzgebung, StVG § 1a-c<br />
Datenschutzgesetz<br />
Positions-, Bewegungs-,<br />
Verhaltens- und<br />
personenbezogene Daten<br />
•Juristische und<br />
Politische<br />
Aspekte<br />
•Datenschutz<br />
Gesetzlicher<br />
Rahmen<br />
Sicherheit und<br />
Akzeptanz<br />
•Soziologische<br />
Aspekte<br />
•Gesellschaftliche<br />
Fragestellungen<br />
Akzeptanz, Vertrauen<br />
(“pavecampaign”)<br />
Regionale Diffusion<br />
Kosten/Nutzen<br />
Nachhaltigkeit / CO2<br />
Datensouveränität<br />
Nutzerverhalten<br />
Privatbesitz vs. Sharing<br />
Mobility-as-a-Service<br />
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Vernetzung autonomer Fahrzeuge mit der Infrastruktur<br />
Notwendigkeit und Bedeutung für das Mobilitätssystem<br />
Sensorik im Fahrzeug<br />
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Wie erkennen Autonome Fahrzeuge derzeit die Umwelt?<br />
Sensorik im Fahrzeug<br />
• Ultraschall-Sensoren im Fahrzeug (IPC)<br />
Q8<br />
• Weitbereichs-Radarsensoren (ACC)<br />
• Nahbereichsradar (PrecrashSensoren)<br />
Q4<br />
• Lidarsensoren<br />
• Bildsensoren (3D-Vision)<br />
• IR-empfindliche Bildsensoren (NightVision)<br />
• Insassenüberwachung<br />
• GNSS (dGPS), Odometrie etc.<br />
• Sensoren und Aktoren für:<br />
Antriebs-, Brems-, Fahrwerk-, Karosseriesowie<br />
Leit- und Navigationsfunktionen<br />
Q5<br />
Q6<br />
Q7<br />
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Wie erkennen Autonome Fahrzeuge derzeit die Umwelt?<br />
Sensor-Signalverarbeitung und Handlungsüberführung<br />
Q2<br />
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Welche Lücken bestehen?<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
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“Technology developers are coming to appreciate that the last 1 percent<br />
is harder than the first 99 percent,”<br />
Karl Iagnemma, CEO of Nutonomy<br />
• Herausforderungen<br />
• Komplexität und Kosten der Systeme<br />
• Größe der Datenvolumen<br />
• Standardisierung der Datenübertragung<br />
• Geschwindigkeitsanforderung (Echtzeit)<br />
• Training der AI (selbstlernenden Systeme)<br />
• Vielzahl an Fahrzeugtypen<br />
• Energieverbrauch – BEV Reichweite<br />
• Fahrzeug, Insassen- und Datensicherheit<br />
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Vernetzung autonomer Fahrzeuge mit der Infrastruktur<br />
Notwendigkeit und Bedeutung für das Mobilitätssystem<br />
HD-Live-Maps<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Brauchen voll autonome Fahrzeuge hochaufgelöste digitale<br />
Karten (HD live Maps)?<br />
3 Key Fragen:<br />
• Where am I?<br />
• Where am I going?<br />
• How do I get there?<br />
Lokalisierung bedeutet: wo befindet sich mein<br />
Fahrzeug innerhalb einer Karte und in einer<br />
Genauigkeit von 10cm.<br />
Quelle Bild: 08.06.2019, https://towardsdatascience.com/helping-a-self-driving-car-localize-itself-88705f419e4a<br />
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MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Was charakterisiert HD live Maps gegenüber heutigen<br />
Navigationskarten?<br />
Navigationsdaten müssen passend für den User Daten liefert. Im Gegensatz zu heute werden Fahrzeuge<br />
morgen durch Computer gesteuert. Das führt zu maschinenlesbaren Navigationskarten mit erweitertem<br />
Informationsumfang und einer höheren Genauigkeit in der Kartographierung der Umwelt.<br />
(a) Herkömmliche Navigation<br />
(b) Navigation ergänzt durch Umfelddaten<br />
Quelle: links: here we go; rechts: here live maps<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Welche zusätzlichen Informationen gewinnen autonome<br />
Fahrzeuge durch HD live Maps?<br />
Modell vom Umfeld<br />
• Die geometrische Karte besteht aus Rohdaten<br />
von LIDAR, Kameras, GNSS, IMUs,<br />
Satelitenbilder und weiteren Daten.<br />
• Die Ausgabe ist eine bearbeitete und<br />
layerorientierte 3D-Punktwolke (Detailtiefe,<br />
Vereinfachung).<br />
• Kleinere Abweichungen der Erfassungsmuster<br />
durch Wettereinflüsse oder Jahreszeiten spielen<br />
im Anschluss Rolle.<br />
• Die Karte wird robuster, skalierbarer ohne<br />
datenintensive Komplexität. Die Datenspeicherung<br />
und -verarbeitung ist für die Navigation<br />
selbstfahrender Fahrzeuge optimiert.<br />
GNSS > high precision Global Navigation Satellite System; IMU > Inertial Measurement Units<br />
Quelle: www.atz-worldwide.com, Sicheres autonomes Fahren mit hochauflösenden Karten, Willem Strijbosch<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Wie werden die Karten-Informationen mit dem Erkennungssystem<br />
vom autonomen Fahrzeug kombiniert?<br />
Software vereint Karten, Sensoren und<br />
Service, bspw.<br />
• Karten fusionieren mit Sensoren für<br />
On-the-Fly-Computing (Spurhaltung,<br />
Verkehrszeichenerkennung, etc.)<br />
• Karten werden automatisch mit KI- und<br />
Tiefenlerntechniken aktualisiert, um<br />
Änderungen zu identifizieren.<br />
• Geschlossene Kartengenerierungs- und<br />
Aktualisierungsprozesse via Cloud-<br />
Systeme werden damit möglich.<br />
• Technische Standards in diesem<br />
Daten-Ökosystem werden relevant<br />
Quelle: TomTom, HD MAP WITH ROADDNA<br />
OADF Open Autodrive Forum (Dachorganisation) mit Spezialisierung durch Sensoris ><br />
Datensätze; NDS > Kartenstandards; ADASIS > Informationsaustausch; TPEG > Verkehrsinformationen<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Vernetzung autonomer Fahrzeuge mit der Infrastruktur<br />
Notwendigkeit und Bedeutung für das Mobilitätssystem<br />
Kommunikation und Vernetzung<br />
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Infrastruktur / Vernetzung (C2X: C2C, C2I)<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Notrufzentrale<br />
Versicherungen<br />
Behörden…<br />
Navigationsdienste<br />
Verkehrsleitzentrale<br />
OEM Cloud<br />
Satelliten<br />
C2C<br />
Tankstellen<br />
Ladesäulen<br />
Basisstationen<br />
(Sendestandorte)<br />
Parkplätze<br />
Parkhäuser<br />
Wohnhäuser<br />
Werkstätten<br />
Straße, Brücken, Tunnels,<br />
Ampeln, Verkehrsschilder,<br />
Baustellen, Fußgängerüberwege,<br />
Straßenbahnen etc.<br />
Fußgänger,<br />
Smartphones,<br />
Radfahrer,<br />
Motorrad...<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Accepted Promises & Anforderungen an C2X Kommunikation<br />
Promise-Requirement Cycle für 5G<br />
Visionäre und Early Adopters<br />
Unterstützen die Idee aktiv<br />
Ultra-Reliable and Low Latency<br />
Communication (URLLC) und<br />
Echtzeitvernetzung<br />
Geschäftsmodelle für Industrie,<br />
Gesundheitswesen, Mobilitätssystem<br />
Sendefrequenzen wurden versteigert,<br />
Betreiber bestellen Hardware zur<br />
Implementierung<br />
IoT; Industrie 4.0, M2M & C2X Kommunikation, …<br />
Anforderungen an Latenzzeit,<br />
Datenübertragungsrate, Anzahl Gegenstände,<br />
Standards,… werden festgelegt<br />
Erste Rolloutphase<br />
geplant<br />
Fine Tuning und Optimierung durch «mini-Zyklen<br />
Feldversuche sind<br />
implementiert<br />
Anforderungen<br />
• Latenzzeit (Reaktionszeit)<br />
• Datenübertragungsrate<br />
• Anzahl vernetzter Gegenstände<br />
• Zuverlässigkeit<br />
• Flächendeckend verfügbar<br />
• Kompatibilität (Auf- / Abwärts)<br />
Gesellschaft formt eine Erwartungshaltung<br />
Eine neue Generation an<br />
Mobilfunkstandard zur Ablösung von LTE<br />
(4G) muss her.<br />
Scheitern<br />
Quelle: BAKOM<br />
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Vergleich der Mobilfunkstandards (Auswahl)<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Wann<br />
(CH)<br />
Generation Standard Reaktionszeit<br />
(Latenz)<br />
Datenübertragungsrate<br />
Vernetzung<br />
(Gegenstände/km2)<br />
Mobilität & Transport<br />
~ 2022 5G ~1ms bis zu 10 Gbit/s ~1 Million Autonome Steuerung<br />
Heute 4G+ LTE Adv.+ 3ms – 25ms 500Mbit/s - 4 Gbit/s ~10’000 Echtzeit-Information,<br />
Vernetzung der Fahrzeuge<br />
Heute 4G LTE 16ms – 80ms bis zu 500 Mbit/s 1000+ Information auf Anfrage<br />
Heute 3G HSPA+ ~100ms bis zu 42 Mbit/s ~1000 Information auf Anfrage<br />
802.11p WLAN-p ~4ms bis zu 600 Mbit/s C2C Autonome Steuerung<br />
Fahrgeschw. bis zu 200km/h<br />
(bis zu 1km Entfernung)<br />
Quellen: diverse<br />
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3G Standorte 4G Standorte 5G Standorte<br />
Bestehende Sendeinfrastruktur Schweiz<br />
Bundesamt für Kommunikation BAKOM<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
20000<br />
20000<br />
Anzahl Sendestandorte Chart Title Schweiz<br />
6<br />
18000<br />
18000<br />
16000<br />
16000<br />
14000<br />
12000<br />
10000<br />
8000<br />
6000<br />
4000<br />
2000<br />
0<br />
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018<br />
*Enthält Anlagen mit einer abgestrahlten Leistung >=50mW<br />
LTE GSM Total UMTS Standorte LTE Download (3MB Total in Standorte Sek.)<br />
**Stichtag ist der 31. Dezember des angegebenen Jahres.<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Link zur Geomap des Bundesamt für Kommunikation<br />
Quellen: BAKOM; www.connect.de<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Netzabdeckung Schweiz<br />
Das beste Netz kann bald noch mehr.<br />
Wir bauen 5G.<br />
Die ersten mit 5G-<br />
248 Orte mit 5G<br />
(Anfang Juli 2019)<br />
Unser Mobilfunknetz deckt über<br />
99% der Schweiz ab. Und wir<br />
erreichen jetzt 97% der<br />
Bevölkerung mit unserem<br />
superschnellen 4G-Netz..<br />
Ausbaustand am Beispiel von Swisscom<br />
Generation Standard Datenübertragungsrate<br />
Erreichbarkeit der<br />
Bevölkerung in %<br />
5G bis zu 10 Gbit/s 0<br />
4G LTE Adv.+ bis zu 700Mbit/s 27%<br />
4G LTE Adv. bis zu 450 Mbit/s 72%<br />
4G LTE bis zu 300 Mbit/s 95%<br />
4G LTE bis zu 150 Mbit/s 99%<br />
3G HSPA+ bis zu 42 Mbit/s 99%<br />
Quelle: Swisscom<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Vernetzung autonomer Fahrzeuge mit der Infrastruktur<br />
Notwendigkeit und Bedeutung für das Mobilitätssystem<br />
USE-<strong>CAS</strong>E<br />
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Use Case: AMAG Winterthur – Glatt Wallisellen<br />
Navigationsaufgaben (strategische Ebene)<br />
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Sunrise Netzabdeckung<br />
• Vermeidlich „einfacher“ Use<br />
Case für autonomes Fahren<br />
• Industriegebiet - Landstraße -<br />
Autobahn - Industriegebiet<br />
• Kein Wohngebiet oder Zentrum<br />
• ~20 Min., ~18 km<br />
• 7x Abbiegevorgänge<br />
• 1x Fußgängerüberweg<br />
• 1x Tunnel (Unterführung)<br />
• 1x Ampelanlage<br />
• 1x Kreisverkehr<br />
• 1x Parkhaus<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Überblick ausgewählter Situation auf Use-Case Strecke<br />
Überlandstrasse<br />
Dorf Durchfahrt<br />
Auffahrt Autobahn<br />
Autobahn<br />
1. Personen<br />
2. Auffahrt<br />
Autobahnkreuz<br />
3. Baustelle<br />
4. Tunnel<br />
5. Kreuzung<br />
7 Szenerien / 9 Situationen:<br />
1. Personen auf Fahrbahn / Lichtverhältnisse<br />
2. Auffahrt – Einfahrt in Vorrangstrasse<br />
3. 1. Baustelle mit <strong>Arbeit</strong>er auf Standstreifen<br />
3. 2. Fahrende Baustelle<br />
4. Tunnel – Unterführung<br />
5. Komplexe Kreuzung – Ampelanlage<br />
6. Fehlerhaftes Verhalten anderer<br />
Verkehrsteilnehmer<br />
7. 1. Parkhaus – Einfahrt<br />
7. 2. Parkhaus – Route<br />
Autobahn<br />
Ausfahrt<br />
Stadtverkehr<br />
6. Fahrfehler<br />
7. Parkhaus<br />
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Anforderungen an die Sensoren, digitale Karten und<br />
Kommunikationskanäle mit der Infrastruktur<br />
• A) Verkehrssituation und Fahrsituation?<br />
• B) Reaktive / Geleitete oder Globale Navigation nötig?<br />
• C) Primäre und sekundäre Fahraufgabe?<br />
• D) Regelbasierte oder Wissensbasierte Handlung nötig?<br />
• E) Car2X notwendig? Auswirkung?<br />
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• Unkritisches Objekt<br />
• Kritisches Objekt<br />
• Auflösung kritisch zu unkritisch<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Szenerie 1: Personen auf Fahrbahn, diffuse Lichtverhältnisse<br />
• A) Fahrsituation, Sensorik überwacht das<br />
Umfeld, muss erkennen, dass kein Platz<br />
zum Ausweichen besteht, Aufgrund der<br />
Lichtverhältnisse LIDAR im Vorteil.<br />
• B) Geleitete Navigation, Einordnen auf<br />
Fahrbahn, Fahrunterstützung durch<br />
eindeutige Objektmodellierung der<br />
Umgebungsbauten.<br />
• C) Primäre Fahraufgabe + sekundäre,<br />
Bremsen, Anhalten, ggf. Warnblinker.<br />
• D) Regelbasierte Situation, Anhalten,<br />
warten bis spur frei ist.<br />
• E) C2X, Kommunikation zu Personen, ggf.<br />
Gestenerkennung zur Abstimmung nötig,<br />
sinngemäss zum heutigen „Hupen“.<br />
| | 26
Szenerie 2: Einfahrt in Vorrangstrasse<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Autobahnauffahrt („Einfädelsituation“)<br />
• A) Fahrsituation, Sensorik überwacht das Umfeld,<br />
den Verkehrsfluss mit Beschilderung, muss<br />
erkennen, dass es sich um eine Einfahrt mit<br />
Vorfahrt handelt. Redundante Absicherung über<br />
gespeicherte Karte.<br />
• B) Geleitete Navigation, Einordnen auf Fahrbahn,<br />
Zuweisung der Beschilderung, Ausschau auf die<br />
Strassenführung.<br />
• C) Primäre + sekundäre Fahraufgaben, Blinken,<br />
Beschleunigen, Bremsen, ggf. Anhalten.<br />
• D) Regelbasierte Situation, Anhalten,<br />
Vorfahrtsregelung, Verkehrsfluss bewerten,<br />
Einfädeln.<br />
• E) C2X, Kommunikation zu Vor- und<br />
Nachgelagerten Fahrzeugen, um den<br />
Einfahrtspunkt unterstützend berechnen zu können<br />
| | 27<br />
für einen optimalen Verkehrsfluss ohne Stillstand.
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Szenerie 3.1: Autobahn - Straßenarbeiter auf Standstreifen<br />
• <strong>Arbeit</strong>er und Baustellenfahrzeug bewegen<br />
sich frei auf Standstreifen der Autobahn<br />
• A) Fahrsituation: Geradeausfahrt auf Autobahn,<br />
geringe Verkehrsdichte.<br />
Sensoren müssen Position/Geschwindigkeit<br />
des überholenden Fahrzeugs und der<br />
Person/Fahrzeug auf Standstreifen erkennen.<br />
• B) Geleitete ggf. Globale Navigation (wenn<br />
Bauarbeiter auf digitaler Karte eingetragen?!).<br />
• C) Primäre Fahraufgabe.<br />
• D) Wissensbasierte Situation – für<br />
Regelbasierte Situation Redundanz/Info nötig.<br />
• E) C2X sinnvoll: Kommunikation mit <strong>Arbeit</strong>er<br />
aus Sicherheitsgründen – ggf. (RFID,GPS?)<br />
Chip in Kleidung oder Smart Device am Körper<br />
sinnvoll, damit sicher erkannt wird, dass es<br />
bspw. kein unberechenbares kleines Kind oder<br />
Wild-Tier ist, das spontan in die Fahrbahn läuft.<br />
| | 28
Szenerie 3.2: Autobahn - Fahrende Baustelle<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
• Baustellenfahrzeug bewegt sich frei auf der<br />
Autobahn!<br />
• A) Fahrsituation: Geradeausfahrt auf Autobahn,<br />
geringe Verkehrsdichte.<br />
Sensoren müssen Position/Geschwindigkeit<br />
des zu überholenden Baustellenfahrzeugs<br />
erkennen.<br />
• B) Geleitete ggf. Globale Navigation (wenn<br />
Fahrzeug auf digitaler Karte eingetragen?!).<br />
• C) Primäre+sekundäre Fahraufgabe.<br />
• D) Wissensbasierte Situation – für<br />
Regelbasierte Situation Redundanz/Info nötig.<br />
• E) C2X sinnvoll:<br />
Information über inaktiven Zustand der<br />
„Baustelle“ nötig, damit sicher erkannt wird,<br />
dass keine Gefahr besteht und sicher überholt<br />
werden kann.<br />
| | 29
Szenerie 4: Autobahn - Tunnel (Unterführung)<br />
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
• A) Fahrsituation: Durchfahren der Unterführung<br />
auf Mittelspur der dreispurigen Autobahn;<br />
Überholvorgang eines Gefahrengut LKW.<br />
• B) Geleitete Navigation: Auf Spur bleiben;<br />
Gefahrengut zuordnen.<br />
• C) Primäre Fahraufgabe: Fahrspur und<br />
Abstand zum vorderen KFZ halten; durch die<br />
Unterführung fahren; überholen.<br />
Sekundäre Fahraufgabe: Tunnelzustand sowie<br />
Gefahrengut des LKW berücksichtigen.<br />
• D) Regelbasierte Navigation und Führung unter<br />
fertigkeitsbasierter Stabilisierung.<br />
• E) C2X Kommunikation: Um die Zustandsdaten<br />
des Tunnels zu erhalten (Verkehrsaufkommen,<br />
Behinderungen; Luftqualität; Temperatur;<br />
Sonstige Beeinflussungen) und ggf. das<br />
Gefahrengut mit DB abgleichen.<br />
| | 30
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Szenerie 5: Komplexe Ampel-Kreuzung<br />
• Mehrspurige Ampelanlage mit<br />
Fußgängerüberweg<br />
• A) Fahrsituation, Kameras müssen die<br />
zugehörige Ampel erkennen und an roter<br />
Ampel anhalten. Fahrzeug kann sich bei<br />
Grün-Signal in Bewegung setzen, Sensorik<br />
überwacht das Umfeld.<br />
• B) Geleitete Navigation, Einordnen auf<br />
Geradeaus-Spur, Zuordnung Ampel.<br />
• C) Primäre Fahraufgabe + sekundäre bei<br />
Spurwechsel (Blinken).<br />
• D) Regelbasierte Situation.<br />
• E) C2X sinnvoll: Kommunikation mit Ampel<br />
und/oder anderen Fahrzeugen in der<br />
Umgebung, damit Geschwindigkeit im Vorfeld<br />
reduziert wird, damit Verkehr fließen kann<br />
ohne Stillstand – Echtzeitkommunikation.<br />
| | 31
MAS | <strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Szenerie 6: Fehlerhaftes Verhalten von Verkehrsteilnehmern<br />
• Vorausfahrendes Fahrzeug wechselt<br />
spontan die Spur über Sperrfläche<br />
• A) Fahrsituation: Sensorik überwacht das<br />
Umfeld; muss erkennen, dass<br />
vorausfahrende Fahrzeug die Sperrfläche<br />
überfährt.<br />
• B) Geleitete Navigation.<br />
• C) Primäre Fahraufgabe: Reduzieren der<br />
Geschwindigkeit; Strassenführung halten.<br />
Sekundäre Fahraufgabe: Das<br />
vorausfahrende Fahrzeug in der<br />
Entscheidungskette berücksichtigen.<br />
• D) Wissensbasierte Situation: Langsam<br />
überholen; fahren auf Sicht; Ggf. stehen<br />
bleiben + Warnung an hintere Fahrzeuge.<br />
• E) C2C Kommunikation: Automatisierte<br />
Abstimmung mit vorfahrendem Fahrzeug<br />
aufnehmen und Situation klären, bevor sie<br />
entsteht.<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Szenerie 7.1: Einfahrt in das Parkhaus<br />
• Baustelle an der Einfahrt des Parkhauses<br />
• Maximale Höhe 2m<br />
• A) Fahrsituation: Sensorik überwacht das<br />
Umfeld; muss die Beschilderung der<br />
Baustelle erkennen.<br />
• B) Navigation: Regelbasiert da die Baustelle<br />
die Komplexität erhöht.<br />
• C) Primäre + Sekundäre Fahraufgabe:<br />
Reduzieren der Geschwindigkeit;<br />
Strassenführung gemäss Ausschilderung<br />
befolgen.<br />
• D) Regelbasierte Situation: Fahren auf Sicht.<br />
• E) C2X Kommunikation: Informationen von<br />
Beschilderung (IoT) erhalten und in<br />
Entscheidungskette berücksichtigen (z.B.<br />
max. Höhe des Fahrzeuges 2m.<br />
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Szenerie 7.2: Route im Parkhaus<br />
• Starkes Gefälle auf Parkhaus-<br />
Rampen – schwierig für Sensorik<br />
• A) Fahrsituation: Sensorik überwacht das<br />
Umfeld; muss die Beschilderung der<br />
Baustelle erkennen.<br />
• B) Globale Navigation: Wissensbasierte<br />
Navigation mit Hilfe einer vordefinierten<br />
Strassenführung sofern Übergabe des<br />
Fahrzeugs vor Einfahrt an ein Park-<br />
Leitsystem erfolgt (HD Maps).<br />
• C) Primäre + Sekundäre Fahraufgabe:<br />
Strassenführung bis zum entsprechenden<br />
Parkdeck folgen.<br />
• D) Regelbasierte Situation: Fahren auf Sicht<br />
• E) C2X Kommunikation: Anmelden und<br />
abholen des Fahrzeugs beim Park-LS.<br />
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Fazit: Bewältigung der Szenerien durch autonome Fahrzeuge<br />
Überlandstrasse<br />
Dorf Durchfahrt<br />
Auffahrt Autobahn<br />
Autobahn<br />
1. Personen<br />
2. Auffahrt<br />
Autobahnkreuz<br />
3. Baustelle<br />
4. Tunnel<br />
Autobahn<br />
Ausfahrt<br />
Stadtverkehr<br />
5. Kreuzung<br />
6. Fehler<br />
7. PH<br />
Grundvoraussetzungen für ein Level 5 Fahrzeug<br />
auf der gewählten Strecke:<br />
• Digitale Karten für alle Streckenabschnitte<br />
• Konnektivität zur Cloud für den Informationsaustausch<br />
zu Karten-Position, Verkehrsdaten,<br />
Strassenzustand etc.<br />
• Echtzeit Konnektivität zur Infrastruktur:<br />
Baustellen, Ampeln, Fahrzeugen, Personen etc.<br />
• Übergeordnetes Mobilitätssystem zur<br />
Überwachung, Leitung und Support bei<br />
Fahrzeugproblemen / Unfällen<br />
• Klare Regeln für Mix von unterschiedlichen<br />
Fahrzeugtechnologien auf der Strasse<br />
• Parkplatzleitsystem für effizienten Verkehrsfluss<br />
• Abgestimmte Prozesse seitens Strassenbetreiber<br />
(Bsp. Behörden, ASTRA, Dritte, etc.)<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Fazit: Abhängigkeit Diffusion von der Einführung neuer Prozesse<br />
im Mobilitätssystem<br />
Beispiel der Vernetzung Fahrzeug mit Infrastruktur und Mobilitätssystem (Here)<br />
Übersicht Teststrecken in Deutschland<br />
• Technologie von Fahrzeug, Karten, Kommunikation, etc. muss in<br />
neue Prozesse vom Mobilitätssystem integriert werden<br />
• Teststrecken sind wichtige Lernfelder für Aufbau der Infrastruktur<br />
und Prozesse zwischen Lieferanten, Fahrzeugen, Kunden,<br />
Strassenunterhalt, -Sicherheit, etc.<br />
• Die Ergebnisse weltweiter Teststrecken könnte ein wichtiger<br />
Indikator sein, wo und wie schnell die Diffusion ablaufen wird.<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Fazit des Teams: Voraussetzungen für eine Diffusion in das<br />
heutige Mobilitätssystem der Schweiz<br />
• Es stehen bereits heute hoch entwickelte Technologien (Sensoren, Karten, Kommunikation) für<br />
automatisiertes Fahren zur Verfügung<br />
• "Momentaufnahme des Use Case" zeigt jedoch die Komplexität der Fahraufgaben<br />
• Es müssen mehrfach abgesicherte Technologien und Prozesse definiert, implementiert und<br />
überwacht werden, damit autonomes Fahren möglich wird<br />
• Level 5 ist nur durch erfolgreiche Erprobung auf Teststrecken (kontrollierte Räume) und ein<br />
anschliessendes, sukzessives Ausrollen auf weitere Räume möglich<br />
• Regulierung, Infrastrukturanpassungen, Aktivität seitens der Strassenbetreiber und weiterer<br />
Dienstleister sind notwendig<br />
• Standards müssen länderübergreifend definiert und kontrolliert werden<br />
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Fazit: Diffusionsszenarien<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
MIV -> BEV<br />
„Level 5 ab 2035“<br />
„15 Jahres Zyklus“<br />
Volle AV Diffusion nicht vor 2050<br />
(ARE Variante 1-schnell)<br />
QY<br />
QZ<br />
QX<br />
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Fazit<br />
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«In fields of software development and artificial intelligence, we have<br />
an ongoing race between Traditional manufacturers and new actors.<br />
But autonomous driving is not only about technology – it also requires<br />
an effective regulatory framework to ensure safety and sustainability.”<br />
(Werner Girth; Partner Advisory, KPMG in Austria)<br />
«There is a recognition that states have to start laying the groundwork for<br />
Connected vehicles and the infrastructure that underlines them, and<br />
Understands where AV’s are going to be deployed, wherever it’s urban<br />
Environments or more in freight and logistics.”<br />
(Ted Hamer; Managing Director and Head of Mobility, KPMG U.S.)<br />
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<strong>CAS</strong> <strong>Arbeit</strong> Systemaspekte – MAS|<strong>CAS</strong> ETH in Mobilität der Zukunft<br />
Backup<br />
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Netzabdeckung auf der Use Case Strecke<br />
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Sunrise Netzabdeckung<br />
Sendestandorte und Stationen<br />
(Grün = 5G / Blau = 4G / Pink =3G)<br />
Netzabdeckung Plz.<br />
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Literatur- und Abbildungsverzeichnis (1/2)<br />
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• Q1: Quelle acatech_Zwischenbericht_Neue_Automobilitaet_II<br />
• Q2: https://www.renesas.com/eu/en/solutions/automotive/adas.html<br />
• Q3: 2014 SAE International, 5 Level Model for autonomous driving<br />
• Q4: https://www.vau-max.de/magazin/vau-max-inside<br />
• Q5: https://navya.tech/en/intelligence-en/sensors-architecture/<br />
• Q6: https://www.continental-automotive.com/de-de/Passenger-Cars/Interior/Comfort-Security/Access-Control-Systems/Biometric-Access<br />
• Q7: http://millionstartups.com/index.php/2015/06/26<br />
• Q8: https://www.bosch-mobility-solutions.de/de/produkte-und-services/pkw-und-leichte-nutzfahrzeuge/automatisiertes-fahren/lokalisierung-für-dasautomatisierte-fahren/<br />
• Q9: https://monarch.qucosa.de/api/qucosa%3A19384/attachment/ATT-0/<br />
• https://www.here.com/sites/g/files/odxslz166/files/2019-01/THE%20FUTURE%20OF%20MAPS.pdf<br />
• Q10: ITARDEUM (IT Architecture, Design & Management)<br />
• Q11: https://s.geo.admin.ch/82cf741e5f<br />
• Q12: https://www.bakom.admin.ch/bakom/de/home.html<br />
• Q13: www.Swisscom.ch<br />
• Q14: www.sunrise:ch<br />
• Q15: www.salt.ch<br />
• Q16: https://www.google.com/maps/@47.4071125,8.3945073,15z<br />
• Q17: https://www.autonomes-fahren.de/5gaa-demonstrationen-mit-bmw-ford-psa/<br />
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Literatur- und Abbildungsverzeichnis (2/2)<br />
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• Q18: https://video.golem.de/auto/15954/digitales-testfeld-autobahn.html<br />
• Q19: http://www.informationszentrum-mobilfunk.de/<br />
• Q20: https://www.itwissen.info/IEEE-802DOT-11-802DOT-11.html<br />
• Q21: www.nokia.com<br />
• Q22: https://www.asut.ch/asut/de/page/standardisierung.xhtml<br />
• Q23: http://www.auto-elektrosmog.com/news/eu-fordert/<br />
• Q24: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/1_en_act_part1_v5.pdf<br />
• Q25…<br />
• QX Landesagentur für E-mobilität und Brennstoffzellentechnologie Baden-Württemberg, „Automatisiertes Fahren im Personen- und Güterverkehr“, Aug. 2017<br />
• QY L. Künget et al., Abschlussbericht BFE Projekt“ESMOBIL-RED<br />
• QZ Nicole A. Mathys, <strong>CAS</strong>-Systemaspekte 2019, Sektion Grundlagen, ARE<br />
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Welche Fahrentscheidungen durch HD live maps können im<br />
autonomen Betrieb getroffen werden?<br />
Merkmale<br />
Spur Geometrie<br />
Spur Geschwindigkeits-Limiten<br />
Spur Markierungen, Kennzeichnung<br />
Verkehrsbeschilderungen<br />
Strassengeometrie<br />
Spur Konnektivität<br />
Genauigkeit<br />
Auswirkung im selbstfahrenden Betrieb<br />
Stellt die lateral, longitudinal Ausrichtung vom Fahrzeug auf der Spur<br />
sicher (ADAS)<br />
Basis für die Geschwindigkeits-Kontrollfunktionen (ADAS)<br />
Relevant für die Positionierung und Navigation<br />
Relevant zur Einhaltung der Verkehrsregeln<br />
Relevant zur Berechnung von Fahrszenarien<br />
Relevant für Datenaustausch mit Cloudsysteme und anderen<br />
Fahrzeugen<br />
Relevant für exaktes Fahren mit einer Genauigkeit von bis 20cm<br />
Quelle: TomTom, HD MAP WITH ROADDNA<br />
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Welche zusätzlichen Informationen gewinnen autonome<br />
Fahrzeuge durch HD Maps?<br />
Jede Schicht einer HD live map stellt eine zusätzliche<br />
Detail- und Funktionsebene dar.<br />
• Semantische Ebene -> 2D/ 3D-Objekte:<br />
Fahrspurgrenzen, Kreuzungen, Parklücken, Stoppschilder,<br />
Ampeln und Angaben zu Geschwindigkeiten, Spurwechselbeschränkungen<br />
usw.<br />
• Kartenprior-Ebene -> dynamische Informationen<br />
zu Objekten:<br />
Reihenfolge Änderung Ampeln, durchschnittliche Wartezeit,<br />
Wahrscheinlichkeit Parkplatz Besetzung, etc.<br />
• Echtzeit--Layer -> Echtzeit Aktualisierung:<br />
Verkehrsinformationen, Daten zwischen Fahrzeuge,<br />
Verkehrsmgmt-Systemen, etc.<br />
Quelle: 09.06.2019, https://www.geospatialworld.net/article/hd-maps-autonomous-vehicles/<br />
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