Grundlagen Autonomer Fahrzeuge: Vorlesung 1 PDF

Autonomes Fahren: 2024 2023: Start-up ZOOX (USA) bietet erste Fahrten in eigens dafür gebauten AVs an! Speziell und neu entwickeltes Fahrzeugkonzept (People Mover) Kein Fahrer & Kein Lenkrad Fahrt auf öffentlichen Straßen...

Autonomes Fahren: 2024 2023: Start-up ZOOX (USA) bietet erste Fahrten in eigens dafür gebauten AVs an! Speziell und neu entwickeltes Fahrzeugkonzept (People Mover) Kein Fahrer & Kein Lenkrad Fahrt auf öffentlichen Straßen 01 – 2 Bildquelle: https://www.stern.de/auto/news/zoox---amazon-baut-extrem-wendiges-roboterauto-9546360.html Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Systemgrundlagen, Software, Entwicklung Vorlesung 1 Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 01 – 3  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Vorstellung – Prof. Dr. Johannes Betz B. Eng. – FH Coburg (2012) Automotive Technology/Mechatronics M. Sc. – University of Bayreuth (2013) Automotive Technology/Mechatronics Dr.-Ing. – TU Munich (2019) Electric Vehicles and Smart Grid M. A. – TU Munich (2020) Philosophy Postdoc – TU Munich (2018-2020) Autonomous Driving Postdoc – University of Pennsylvania (2020-2022) Autonomous Driving Starting January 2023: Professorship – TU Munich Autonomous Vehicle Systems (AVS) 01 – 6 Vorstellung – TUM AVS Lab Neue Professur: Autonomous Vehicle Systems (AVS) Lehre und Forschung: Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Software Entwicklung: Adaptive und dynamische Trajektorienplanung Verhaltensplanung unter Unsicherheit Adaptive Regelungsalgorithmen Ethik autonomer Systeme Angewandte Softwareentwicklung Anwendung auf verschiedene Fahrzeugsysteme Simulation und Testing autonomer Systeme Möglichkeiten für Studierende: www.mos.ed.tum.de/avs Bachelor-, Semester-, Masterarbeiten Praktika mit Industriepartner Hiwi Promotion 01 – 7 Informationen zur Vorlesung Vorlesungsunterlagen: Die Anmeldung auf www.moodle.tum.de erfolgt automatisch mit der Anmeldung zur Lehrveranstaltung in TUM-Online Ohne LRZ-Kennung kann Moodle nicht genutzt werden Prüfungsanmeldung erfolgt separat über TUM-Online Rechtshinweise: Bereitgestellte Materialien enthalten ggf. Auszüge aus urheberrechtlich geschützten Werken Dritter und sind nur zur persönlichen Nutzung im Rahmen des Studiums freigegeben Sie dürfen nicht an Dritte weitergegeben werden! Bei Fragen zur VL: Sprechstunde: Jeden Montag 16:00-16:30 virtuell (siehe Moodle) E-Mail an: [email protected] Gerne auch persönliche Termine nach vorheriger Absprache 01 – 8 Informationen zur Vorlesung Videoaufzeichnung: Diese Vorlesung wird auf Video aufgezeichnet → Upload nach jedem Termin Beim Vorbeigehen vor dem Pult kann man gefilmt werden Die Sitzreihen sind bei der aktuellen Kameraeinstellung nicht davon betroffen Prüfung: 5 ECTS Schriftliche Klausur (Hilfsmittel Taschenrechner, analoges Wörterbuch) Prüfung am Montag, 05.08.2024, 14:00 – 15:30 Uhr Dauer: 90 Minuten Lernaufwand: Regelmäßiger Besuch der Vorlesung + ca. 1 Woche lernen Skripte und Übungen sind ausreichend für sehr guten Erfolg Keine Mündlichen- / keine Auslandsprüfungen Altklausuren werden bereitgestellt 01 – 9 Informationen zur Vorlesung Vorlesungsübersicht 1. Schwerpunkt 2. Schwerpunkt 3. Schwerpunkt System Grundlagen Software Entwicklung 01 – 10 Informationen zur Vorlesung Vorlesungsübersicht Vorlesung 09:00 - 10:30 | Übung 10:45 - 11:30 1 Einführung: Autonome Fahrzeuge 15.04.2024 System 2 Hardware: Sensoren, Aktuatoren, Berechnungsplattformen 22.04.2024 Grundlagen 3 Koordinatensysteme und Koordinatentransformation 29.04.2024 4 Kinematik und Dynamik mobiler Fahrzeuge 06.05.2024 5 Softwarearchitekturen und Entwicklungsprozess 27.05.2024 6 Mapping und Lokalisierung 03.06.2024 Software 7 Objektdetektion und Objektprädiktion 10.06.2024 8 Verhaltens- und Bewegungsplanung 17.06.2024 9 Pfad- und Geschwindigkeitsregelung 24.06.2024 10 Sicherheit und Absicherung 01.07.2024 Entwicklung 11 Simulation: Tools, Szenarien & Testing 08.07.2024 12 Rechtliche Rahmenbedingungen und Ethik 15.07.2024 12 Termine: 12 x Vorlesung, 12 x Übung 13.05 - Keine Vorlesung (Prof. Betz nicht da) 20.05 - Keine Vorlesung (Pfingstmontag - Feiertag) 01 – 11  Ziele der Vorlesung Entwicklungsprozess erinnern Funktion der Hardware Messdaten autonomer erläutern Fahrzeuge analysieren Probleme & Herausforderungen Software für Autonome verstehen Fahrzeuge entwickeln Grundlagen der mobilen Robotik anwenden 01 – 12 Ziele der Vorlesung Nach der Vorlesung bist du in der Lage…. Erinnern Verstehen Anwenden Evaluieren Entwickeln … die Probleme und Herausforderungen autonomer Fahrzeuge zu verstehen. … die wichtigsten Hardwarebausteine (Sensoren, Aktuatoren, Rechenplattformen) autonomer Fahrzeuge und deren Funktionsweise und Zusammenspiel zu erläutern. … die Grundlagen der mobilen Robotik auf autonome Fahrzeuge anzuwenden. … Software für autonome Fahrzeuge zu entwickeln. … Messdaten autonomer Fahrzeuge zu analysieren. … dich an den Entwicklungsprozess für autonome Fahrzeuge und dessen Komponenten zu erinnern. 01 – 13 Ziele der Vorlesung Wichtige Informationen zum Lerninhalt: Wir behandeln die wichtigsten Themen Autonomer Fahrzeuge und deren Grundlagen Viele Themen können in weiteren, einzelnen Vorlesungen, vertieft werden → Master Viele Themen müssen mit Software vertieft werden → Master Wir zeigen euch, mit welchen weiteren Vorlesungen sich euer Wissen vertiefen lässt Wir zeigen euch weitere Literatur, mit welcher sich euer Wissen vertiefen lässt 01 – 14  Vorlesungsübersicht Vorlesung 09:00 - 10:30 | Übung 10:45 - 11:30 1 Einführung: Autonome Fahrzeuge 15.04.2024 System 2 Hardware: Sensoren, Aktuatoren, Berechnungsplattformen 22.04.2024 Grundlagen 3 Koordinatensysteme und Koordinatentransformation 29.04.2024 4 Kinematik und Dynamik mobiler Fahrzeuge 06.05.2024 5 Softwarearchitekturen und Entwicklungsprozess 27.05.2024 6 Mapping und Lokalisierung 03.06.2024 Software 7 Objektdetektion und Objektprädiktion 10.06.2024 8 Verhaltens- und Bewegungsplanung 17.06.2024 9 Pfad- und Geschwindigkeitsregelung 24.06.2024 10 Sicherheit und Absicherung 01.07.2024 Entwicklung 11 Simulation: Tools, Szenarien & Testing 08.07.2024 12 Rechtliche Rahmenbedingungen und Ethik 15.07.2024 01 – 15 Ziele der Vorlesung Nach der Vorlesung bist du in der Lage…. Erinnern Verstehen Anwenden Evaluieren Entwickeln … zu verstehen, was ein mobiler Roboter ist. … dich zu erinnern welche Typen und Anwendungen es für Roboter gibt. … zu verstehen, warum wir autonom auf der Straße fahren sollten. … dich zu erinnern, was die fünf Level für autonome Straßenfahrzeuge sind. … zu verstehen, welche Herausforderungen es bei der Entwicklung autonomer Straßenfahrzeuge gibt. 01 – 16  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 2.1 Was ist ein Roboter? 2.2 Varianten mobiler Roboter und deren Anwendungen 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 2.1 Was ist ein Roboter? 2.2 Varianten mobiler Roboter und deren Anwendungen 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung  Was ist ein Roboter? Kontext und Herkunft Chinesische Legende: Yanashi (ein Kunsthandwerker) präsentierte eine Kreatur, die wie ein Mensch aussah und sich auch so bewegte Griechische Mythologie: Hephaistos (Gott des Jüdische Legende: Golem künstliches Feuers, der Schmiede, der Bildhauer usw.) anthropomorphes Wesen, das lebendig war baute goldene Diener, die den Menschen halfen (Loew, ein Rabbiner, "gab ihm Leben") 01 – 19 Bildquelle: http://mythman.com/hephaestus.html https://forward.com/schmooze/175455/under-the-influence-of-golems/  Was ist ein Roboter? Kontext und Herkunft Karel Čapek (1920): Science-Fiction-Theaterstück R.U.R. " Rossum's Universal Robots" ("Rossumovi Univerzální Roboti") Zusammenfassung: Menschen erschaffen Roboter, dann zerstören Roboter die Menschen. Übersetzung des Wortes Robota (tschechisch) = Zwangsarbeiterin 01 – 20 Bildquelle: https://www.faz.net/aktuell/feuilleton/karel-apeks-kollektivdrama-r-u-r-16158982.htm; https://blog.hnf.de/die-geburt-des-roboters/  Was ist ein Roboter? Kontext und Herkunft Isaac Asimov (1920-1992) Er verwendete das Wort „Robotik“ (in Science-Fiction-Stücken) Einige seiner Bücher: I, Robot (1950), Roboter und Empire (1985) Asimov entwarf die „Robotikgesetze“ in seinem Science-Fiction Roman: 1. Ein Roboter darf einen Menschen nicht verletzen oder durch Untätigkeit zulassen, dass ein Mensch zu Schaden kommt. 2. Ein Roboter muss den Befehlen von Menschen gehorchen, es sei denn, diese Befehle stehen im Widerspruch zum ersten Gesetz. 3. Ein Roboter muss seine eigene Existenz schützen, solange dieser Schutz nicht im Widerspruch zum 1. oder 2. 01 – 21 Bildquelle: https://asimov.fandom.com/wiki/I,_Robot/  Was ist ein Roboter? Kontext und Herkunft Erster Industrieroboter: Entwickelt von George C. Devol und Joseph Engelberger Sie lernten sich 1956 bei einem Cocktail kennen und sprachen über Asimovs "Philosophien" Sie gründeten die Firma Unimation Sie bauten den ersten Industrieroboter: Unimate Joseph Engelberger (1925-2015) Er gilt als der: "Vater der Robotik" 01 – 22 Bildquelle: https://www.ke-next.de/kollegeroboter/grundlagen/die-geschichte-der-robotertechnik-begann-1954-108.html; https://robots.ieee.org/robots/unimate/; http://www.robotics.org/joseph-engelberger/about.cfm  Was ist ein Roboter? Definition Robot Institute of America (RIA), 1979 : Ein Roboter ist ein umprogrammierbarer und multifunktionaler Manipulator, der dazu bestimmt ist, Materialien, Teile, Werkzeuge oder spezielle Geräte durch verschiedene programmierte Bewegungen zu bewegen, um eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen. Japanischer Industrieroboterverband (JIRA) : Ein Roboter ist ein Gerät mit Freiheitsgraden, das gesteuert werden kann. 01 – 23 Quelle: https://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/book/lookupname?key=Robot%20Institute%20of%20America; https://en.wikipedia.org/wiki/Japan_Robot_Association  Was ist ein Roboter? Definition Internationaler Verband für Robotik (IFR): ISO 8373:2012 Ein Roboter ist ein in zwei oder mehr Achsen programmierbarer, angetriebener Mechanismus mit einem gewissen Grad an Autonomie, der sich mit seiner Umgebung bewegt, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Anmerkung 1: Zu einem Roboter gehören das Steuerungssystem und die Schnittstelle des Steuerungssystems. Anmerkung 2: Die Einteilung eines Roboters in Industrieroboter oder Serviceroboter erfolgt nach seinem Einsatzzweck. Eigenständigkeit: Fähigkeit, beabsichtigte Aufgaben auf der Grundlage des aktuellen Zustands und der Sensorik ohne menschliches Eingreifen durchzuführen. → Grad der Autonomie! 01 – 24 Quelle: https://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/book/lookupname?key=Robot%20Institute%20of%20America; https://en.wikipedia.org/wiki/Japan_Robot_Association  Was ist ein Roboter? Grad der Autonomie Menschlich Denken Rationales Denken Einen klaren und anschaulichen Logisches Denken Denkprozess haben Richtig argumentieren Über menschliche kognitive Richtig schlussfolgern Leistungen verfügen Verstehen und sprechen von Ziele verfolgen menschlicher Sprache Ständig anpassen Wissen speichern Dinge kreieren Die Umwelt wahrnehmen Versuchen, lange zu existieren Sich in der Umwelt bewegen Aus Erfahrungen lernen Menschlich handeln Rationales Handeln 01 – 25 Bildquelle: https://kartikkukreja.wordpress.com/2015/05/17/what-is-ai-and-what-can-we-do-with-it-today/ Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 26  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 2.1 Was ist ein Roboter? 2.2 Varianten mobiler Roboter und deren Anwendungen 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Varianten mobiler Roboter Von stationären zu mobilen Robotern Stationäre Roboter Mobile Roboter Hier werden die Funktionen der oberen Hier wird die Fortbewegung von Tieren oder Gliedmaßen des Menschen nachgeahmt und menschengesteuerten Maschinen nachgeahmt versucht, fortgeschrittene Manipulationsvorgänge und versucht, die Probleme, die sich aus den und Greifvorgänge zu ermöglichen. komplexen kinematischen Eigenschaften ergeben, zu lösen. Bildquelle: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/digitec/roboter-erobern-die-industrie-15648100.html; https://www.ground.ghostysky.com/en/product/agile%C2%B7x-scout-mini-rd-kit/ 01 – 28  Varianten mobiler Roboter Von stationären zu mobilen Robotern Definition mobiler Roboter: Ein mobiler Roboter ist eine automatisierte Maschine, die sich in einer Umgebung bewegen kann, entweder vollautonom oder von Menschen ferngesteuert. Bildquelle: https://www.ground.ghostysky.com/en/product/agile%C2%B7x-scout-mini-rd-kit/, https://store.dji.com/de/product/dji-mavic-3e-and-dji-care-enterprise-basic?vid=120111, 01 – 29 https://www.boboconnor.net/boston-dynamics  Varianten mobiler Roboter Klassifikation 1. Art des Einsatzes 3. Art des Antriebs Industrieroboter Service Roboter Beine Räder 2. Art der Umgebung Luftfahrzeug Andere Indoor Outdoor Bildquelle: https://www.istockphoto.com/de/foto/robotergest%C3%BCtzte-tentakel-arm-gm151559572-10596670 https://clearpathrobotics.com/husky-unmanned-ground-vehicle-outdoor-research/ 01 – 30 https://robohub.org/indoor-robots-gaining-momentum-and-notoriety/ https://www.therobotreport.com/mobile-industrial-robots-in-collaboration-with-faurecia-to-optimize-internal-logistics/ https://robots.ieee.org/robots/atlas2016/  Varianten mobiler Roboter 1. Art des Einsatzes - Industrieroboter Industrieroboter - Automatic Guided Vehicle (AGV) Einsatz in der industriellen Automatisierung: Fertigung Kontrolle Verpackung Montage Transport von Paletten Bauteile an die Produktionslinie bringen Fertige Endprodukte zum Lkw bringen Leere Paletten neu positionieren Bauteile anheben (autonome Gabelstapler) Bildquelle: https://www.ssi-schaefer.com/en-kr/products/conveying-transport/automated-guided-vehicles 01 – 31  Varianten mobiler Roboter 1. Art des Einsatzes – Service Roboter Service Roboter Sie führen Aufgaben für Menschen oder andere Geräte aus Staubsauger Rasenmäher Privat: Verwendung für nichtkommerzielle Aufgaben durch ungeschulte Menschen: Haushaltsroboter Roboter für Unterhaltungszwecke - usw. Professionell: Für kommerzielle Aufgaben von geschulten Personen eingesetzt Reinigung öffentlicher Orte Lieferroboter Informationen Lieferung von Gütern Bildquelle: https://www.amazon.de/Xiaomi-Mi-Robot-Vacuum-Cleaner/dp/B071RF3T7R https://www.amazon.de/Bosch-M%C3%A4hroboter-Indego-Schnittbreite- 01 – 32 Rasenfl%C3%A4che/dp/B01N4OJSPG https://www.aldebaran.com/de/pepper  Varianten mobiler Roboter 2. Art der Umgebung – Indoor Indoor Roboter Speziell für die Verwendung in Innenräumen konzipiert. Staubsauger Logistik Klein und leicht, da sie nicht für raue Umgebungen oder schwieriges Gelände gebaut werden müssen. Indoor-Roboter können mit Smart-Home- Systemen kommunizieren Schnelle Wiederaufladbarkeit Geräuscharm Informationen Bildquelle: https://www.generationrobots.com/de/193-mobile-roboter-indoor https://www.amazon.de/Xiaomi-Mi-Robot-Vacuum-Cleaner/dp/B071RF3T7R 01 – 33 https://www.aldebaran.com/de/pepper  Varianten mobiler Roboter 2. Art der Umgebung – Outdoor Outdoor Roboter Sind für die Verwendung im Freien konzipiert und müssen mit schwierigeren Umgebungen und Wetterbedingungen umgehen können. Such- und Rettungsdienst Landwirtschaft Hohe Robustheit Geländegängigkeit für unwegsames Gelände Zuverlässige Energieversorgung für längeren Betrieb Militär Lieferung von Gütern Bildquelle: https://www.forbes.com/sites/davidhambling/2021/03/09/are-us-special-forces-quietly-using-armed-robots/?sh=3bd524382c76, 01 – 34 https://www.wochenblatt.com/landwirtschaft/acker-pflanzenbau/fendt-feldroboter-xaver-kann-jetzt-saeen-12343366.html  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs – Beine Roboter mit Beinen Roboter haben mechatronische Beine Bipedal Robot: Zwei Beine Legged Robot: Mehrere Beine Hohe Bewegungsfreiheit z. B. Treppen steigen Gehen Menschliche Interaktion möglich Anpassungsfähigkeit an Umgebung Rennen Bildquelle: https://www.wired.com/2013/10/wildcat/ https://www.nationalgeographic.com/animals/article/Animal-speed-size-cheetahs 01 – 35  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs - Luftfahrzeug Roboter als Luftfahrzeug Unmanned Aerial Vehicle (UAV) nicht bodengebunden Roboter hat Propeller und kann schweben Privat Wartung und fliegen Kann sich in allen Dimensionen bewegen Können mit Sensoren ausgestattet werden Hohe Vielseitigkeit und Einsatzmöglichkeiten Militär Feuer löschen Bildquelle: https://www.dji.com/de/camera-drones https://de.wikipedia.org/wiki/Unbemanntes_Luftfahrzeug https://mainfreeov.com/product_details/70236869.html 01 – 36  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs - Andere Weitere Roboter Arten Überwasser Roboter (Autonome Boote) Unterwasser Roboter (Autonomous underwater vehicles (AUV)) Weltraum Roboter (z.B. Mars Rover) Micro Robots Soft Robots Bildquelle: https://www.hydro-international.com/content/news/underwater-robot-helps-complete-scientic-survey-of-maldives-waters https://www.lifeinnorway.net/unmanned-boats/ https://everyone.plos.org/2020/11/23/open- 01 – 37 soft-robotics-research-collection/ https://astronomy.com/news/2022/07/sojourner-the-microwave-sized-rover-that-showed-us-mars https://en.wikipedia.org/wiki/Sojourner_%28rover%29  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs – Räder Roboter mit Rädern Roboter haben mechanische Räder, die die Fortbewegung ermöglichen Transport von Gütern Transport von Gütern Hohe Robustheit der mechanischen Räder Hohe Traglasten durch Antrieb möglich Hohe Stabilität Hohe Geschwindigkeiten erreichbar Kostengünstig Bewegung auf unterschiedlichen Flächen Landwirtschaft Transport von Personen Bildquelle: https://www.stern.de/auto/google-tochter-waymo-testet-autonomes-fahren-in-san-francisco--video--31750526.html, https://insideevs.com/news/626202/einride- 01 – 38 raises-500-million-usd-finance-autonomous-truck-business/, https://www.caseih.com/anz/en-au/innovations/autonomous-farming  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs – Räder Vorteile Räder Das Rollen ist das effizientere Prinzip für die Fortbewegung auf ebenen Flächen Das Rad ist aus mechanischer Sicht für viele Anwendungen die am besten geeignete Lösung Drei Räder sind ausreichend, um die statische Stabilität des Fahrzeugs zu gewährleisten Bildquelle: Siegwart et al (2011), Autonomous Mobile Robots 01 – 39  Varianten mobiler Roboter 3. Art des Antriebs – Räder Fokus der Vorlesung Autonome, bodengebundene, mobile Roboter die durch Räder angetrieben werden Mobile Roboter mit Rädern, die sich in Innenräumen und im Freien bewegen können Mobile Roboter mit Rädern, die sich bevorzugt auf (halb)öffentlichen Straßen bewegen Autonome Autonome Autonome Straßenfahrzeuge Landmaschinen Transportfahrzeuge Bildquelle: https://www.stern.de/auto/google-tochter-waymo-testet-autonomes-fahren-in-san-francisco--video--31750526.html, https://insideevs.com/news/626202/einride-raises-500-million-usd- 01 – 40 finance-autonomous-truck-business/, https://www.caseih.com/anz/en-au/innovations/autonomous-farming Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 41 5 Minuten Pause 01 – 42  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 3.1 Warum sollten wir autonom fahren? 3.2 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 3.3 Die Stufen des autonomen Fahrens 3.4 Schwierigkeiten und Herausforderungen 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 3.1 Warum sollten wir autonom fahren? 3.2 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 3.3 Die Stufen des autonomen Fahrens 3.4 Schwierigkeiten und Herausforderungen 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung  Warum sollten wir autonom Fahren? Auswirkungen des autonomen Fahrens Sicherheit Effizienz Neue Komfort Mobilitätskonzepte Bildquelle: https://www.infranken.de/lk/bamberg/litzendorf-motorblock-aus-fahrzeug-gerissen-mehrere-verletzte-nach-frontal-crash-darunter-auch-ein-kleinkind-art-5653633, 01 – 45 https://www.meinbezirk.at/innere-stadt/c-motor/im-volvo-360c-konzept-arbeiten-und-schlafen_a3189630  Warum sollten wir autonom Fahren? Sicherheit Anzahl der Getöteten bei Straßenverkehrsunfällen in Deutschland von Problem: Verkehrsunfälle 1950 bis 2022* 25.000 Die Zahl der Verkehrstoten ist seit Jahren rückläufig, ebenso die Zahl der Schwerverletzten Anzahl der Verkehrstoten 20.000 Rechtlichen Regelungen (Höchstgeschwindigkeit auf Landstraßen, 15.000 Helm-, Gurt- sowie Kindersitzpflicht) Verbesserte Fahrzeugtechnik 10.000 Straßenbauliche Maßnahmen ABER: 90% alle Unfälle sind vom Menschen 5.000 verursacht1: Unaufmerksamkeit 0 Zu hohe Geschwindigkeit 1962 1998 1950 1954 1958 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 2002 2006 2010 2014 2018 2022* Alkohol Bildquelle: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/185/umfrage/todesfaelle-im-strassenverkehr/ 01 – 46 Datenquelle: 1 https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Verkehrsunfaelle/Tabellen/fehlverhalten-fahrzeugfuehrer.html,  Warum sollten wir autonom Fahren? Sicherheit Verbesserungen durch autonome Fahrzeuge Bessere Reaktionszeit: Prävention von Fehlern: Konstante Verkehrs- Durchführen komplexer überwachung Berechnungen Reaktion auf potenzielle Kritische Situationen Gefahren schneller als der voraussehen und vermeiden Mensch Sicherheitsmaßnahmen: Keine Ablenkungen: Einsatz aktiver Sicherheits- Keine Ablenkungen (z. B. systeme: Notbremse Smartphones, Müdigkeit) Spezieller Schutz für Konstante Überwachung des gefährdete Verkehrs- Systems teilnehmer (z.B. Fußgänger) Bildquelle: https://www.autobild.de/artikel/wildunfall-1265415.html https://www.stuttgarter-zeitung.de/inhalt.handy-am-steuer-smartphone-im-auto-was-ist-erlaubt-und-was-nicht.edea3a71-44a8- 01 – 47 4538-9c78-48c43ea08eaf.html https://www.fuhrpark.de/so-funktioniert-der-notbremsassistent  Warum sollten wir autonom Fahren? Effizienz Anzahl der gemeldeten Staustunden auf Problem: Verkehrsaufkommen Autobahnen in Deutschland von 2014 bis 2022 Status Quo Deutschland: 600.000 Staumeldung in einem Jahr: ~474.000 Gesamtlänge: ~733.000 km 500.000 Anzahl der Staustunden Gesamtdauer: ~330.000 Stunden → 900 400.000 Stunden jeden Tag Gründe: 300.000 Zu hohe Verkehrsdichte Unfälle und Baustellen 200.000 Fehlende Straßenkapazität 100.000 Verkehrsbehinderungen Folgen: 0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Erhöhte Luftverschmutzung Erhöhter Energieverbrauch 01 – 48 Daten- und Bildquelle: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/508860/umfrage/staustunden-auf-deutschen-autobahnen/  Warum sollten wir autonom Fahren? Effizienz Verbesserungen durch autonome Fahrzeuge Optimales Routing: Kommunikation: Selbstständige Routenoptimierung Kommunikation unter Berücksichtigung von untereinander (V2V) und Verkehrsbedingungen und mit Infrastruktur (V2I) anderen Faktoren Echtzeit-Reaktion auf Zeit- und Kraftstoffersparnis Verkehrsfluss und Gefahren Optimale Verkehrssteuerung: Energiemanagement: Autonome Fahrzeuge können Gemeinsame Optimierung zentral oder dezentral angesteuert von Fahrtroute und werden Energieverbrauch Ganzheitliche Routenoptimierung Bildquelle: https://www.manula.com/manuals/sygic/sygic-gps-navigation-for-android/5/de/topic/starting-the-route https://bmdv.bund.de/EN/Topics/Digital-Matters/Automated-Connected- 01 – 49 Driving/automated-and-connected-driving.html - https://www.plm.automation.siemens.com/global/de/industries/automotive-transportation/vehicle-energy-management.html  Warum sollten wir autonom Fahren? Komfort Umfrage in Deutschland zu Stressoren rund ums Autofahren 2018 Problem: Stress beim Fahren 80 Anteil der Befragten in % 70 Stunden im Stau 60 München: 79h Stau für Pendler pro Jahr 50 Mittlerer Ring: 6 Minuten tägliche Verspätung 40 Bogota: 191h Stau pro Fahrer pro Jahr 30 Paris: 165h Stau pro Fahrer pro Jahr 20 10 Reduzierung der Stressfaktoren 0 Kombination mit vorhandenen Fahrwerks- und Fahrdynamikregelsysteme Prädiktive Wartung (Predictive Maintenance) Bildquelle: https://de.statista.com/prognosen/856943/umfrage-in-deutschland-zu-stressoren-rund-ums- 01 – 50 autofahren#:~:text=Umfrage%20in%20Deutschland%20zu%20Stressoren%20rund%20ums%20Autofahren%202018&text=Diese%20Statistik%20zeigt%20das%20Ergebnis,Verkehr%2FStau%20gestresst%20zu%20f%C3%BChlen.  Warum sollten wir autonom Fahren? Komfort Verbesserungen durch autonome Fahrzeuge Mobiler Arbeitsplatz: Stressreduzierung: Können für Arbeit genutzt werden Entfall der Notwendigkeit, Notwendigkeit einer sich auf den Straßenverkehr entsprechenden zu konzentrieren Innenausstattung (Human Nutzung der Zeit für Machine Interface: HMI) Entspannung oder Schlaf Verbesserter Fahrkomfort: während der Fahrt Integration autonomer Fahrfunktionen mit aktiven Personalisierung: Fahrdynamiksystemen Personalisierung, um die Steigerung des Fahrkomforts Bedürfnisse der Passagiere durch Technologiekombination zu erfüllen. Bildquelle: https://www.autosieger.de/lexus-rx-fahrkomfort-auf-hoechstem-niveau-im-neuen-rx-article32985.html 01 – 51 Warum sollten wir autonom Fahren? Neue Mobilitätskonzepte 20 Anzahl der All crashes Unfälle per million miles traveled pro 1.000.000km 15 Unfälle pro 1 Problem: Mobilität ermöglichen Million km Fatal crashes Tödliche Unfälleper pro 100 million miles traveled 100.000.000km Minderjährige, ältere Menschen und Menschen 10 mit Behinderungen erhalten Zugang zur 5 individuellen Mobilität 0 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Transportwesen (Lkw): Alter Fahrermangel im Transportgewerbe Prognostizierte Paketsendungen von Amazon- Steigende Anzahl an Paketlieferungen Paketen nach Versandanbieter bis 2022 Sendungen in Millionen 400 Steigende Anzahl an Transportfahrten 200 Entlastung der Stadtzentren durch reduzierte Anzahl an Privatfahrzeugen 0 2017 2018* 2019* 2020* 2021* 2022* Über DHL In Eigenregie 01 – 52 Daten- und Bildquelle: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/893586/umfrage/prognostizierte-paketsendungen-von-amazon-paketen-nach-versandanbieter/ Warum sollten wir autonom Fahren? Neue Mobilitätskonzepte Verbesserungen durch autonome Fahrzeuge Shared Mobility: Mobilitätsangebot erhöhen: Integration autonomer Bedarfsorientierte Abholung Fahrzeuge in Sharing-Systeme und Ablieferung von Gemeinsame Nutzung durch Fahrgästen mehrere Personen Wegfall der Notwendigkeit von Bahnhöfen oder Depots Lieferdienste: Autonome Fahrzeuge für Waren- und Paketlieferungen Mobilität ermöglichen: Verringerung des Fahrerbedarfs Mobilität für Menschen mit und Steigerung von Einschränkungen und ältere Liefergeschwindigkeit und - Menschen durch autonome effizienz Fahrzeuge 01 – 53 Bildquelle: https://www.continental.com/de/produkte-und-innovationen/innovationen/unsere-vision-fuer-morgen/robo-taxi-214388 https://www.test.de/Carsharing-im-Test-So-kommen-Sie-guenstig-ans-Ziel-4446757-0/ https://www.focus.de/auto/news/amazon-scout-autonomer-lieferdienst-gestartet_id_10232766.html Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 54  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 3.1 Warum sollten wir autonom fahren? 3.2 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 3.3 Die Stufen des autonomen Fahrens 3.4 Schwierigkeiten und Herausforderungen 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Historie autonomer Straßenfahrzeuge Autonomes Fahren – Ein Menschheitstraum 01 – 56  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 1986: Navlab 1 Carnegie Mellon University (CMU) USA Navlab 1 wurde 1986 auf der Grundlage eines Chevrolet-Kastenwagens gebaut Fünf Racks mit Computerhardware, darunter drei Sun-Workstations, Videohardware und GPS-Empfänger, sowie einen Warp- Supercomputer Das Fahrzeug litt unter Software- beschränkungen und war erst Ende der 80er Jahre voll funktionsfähig, als es seine Höchstgeschwindigkeit von 32 km/h erreichte Bildquelle: https://www.rediscoverthe80s.com/2016/11/navlab-the-selfdriving-car-of-the-80s.html 01 – 57 01 – 58  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 1986: VaMoRs Universität der Bundeswehr München Fahrzeug VaMoRS: Versuchsfahrzeug für autonome Mobilität und RechnerSehen Teil des Eureka PROMETHEUS Projekts mit einer Förderung von 800 Millionen Euro Erreichte auf Straßen ohne Verkehr eine Geschwindigkeit von 95,9 km/h Bildquelle: https://www.welt.de/wissenschaft/article169604489/Das-erste-autonome-Auto-kostete-200-000-D-Mark.html 01 – 59 01 – 60  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 1994: VaMP Universität der Bundeswehr München Fahrzeug VaMP: Mercedes Benz S 500 Vollautonome Fahrt aber mit menschlichen Eingriffen Vollautonome Fahrt von über 1.000 km auf dreispurigen Pariser Autobahn bei normalem Schwerlastverkehr Geschwindigkeiten von bis 130 km/h Konvoifahrten und Spurwechsel mit autonomem Überholen anderer Autos Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/VaMP, https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=639472 01 – 61  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2004 & 2005: DARPA Grand Challenges Grand Challenge I (2004): Teilnahme von Universitäts-Teams mit eigens entwickeltem Fahrzeug (Hardware & Software) Ziel: 150 Meilen lange Strecke in der Mojave- Wüste vollautonom bewältigen konnte → Preisgeld: 1 Million Dollar an. Keinem Team ist es gelungen, die Strecke zu bewältigen. Grand Challenge II (2005): Vollautonome Fahrt durch die Wüste. Es wurden GPS-Punkte gesetzt und Hindernisse im Voraus lokalisiert. In diesem Jahr absolvierten fünf Fahrzeuge die Strecke. Bildquelle: https://www.wired.com/story/darpa-grand-challenge-2004-oral-history/ 01 – 62  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2007: DARPA Urban Challenge Darpa Urban Challenge: Teilnahme von Universitäts-Teams mit eigens entwickeltem Fahrzeug (Hardware & Software) Vollautonome Fahrt in städtischer Umgebung Die Teilnehmer mussten ihre Fahrzeuge durch eine vorgegebene Strecke navigieren, die aus städtischen Straßen und Verkehrsbedingungen bestand. Dabei mussten die Fahrzeuge Verkehrsregeln einhalten, andere Fahrzeuge erkennen und auf Verkehrssituationen reagieren können. Bildquelle: https://www.autoweek.com/news/a2059981/beginning-bots-traveling-back-time-witness-2007-darpa-urban-challenge/ https://www.volkswagen-newsroom.com/de/bilder/detail/darpa- 01 – 63 urban-challenge-2007-in-den-usa-passat-variant-4941  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2010: Google Self-Driving Car Google startet „Self-Driving Car“ Projekt 2012: erhielt Google die erste Zulassung eines autonomen Fahrzeugs in den USA. Die Zulassung war für den Test auf öffentlichen Straßen des US-Bundesstaates Nevada. 2014: stellte Google sein Roboterauto erstmals einer Gruppe von Journalisten 2014 begann Google, 100 eigene Elektro- Testfahrzeuge zu bauen und erste Prototypen dieses neuen Fahrzeugtyps ohne Lenkrad, Bremse und Gaspedal zu testen 2016: Die Entwicklung von selbstfahrenden Autos wird zur Tochterfirma Waymo ausgelagert Bildquelle: https://www.pcwelt.de/article/1153351/self-driving-car-neue-webseite-erklaert-alle-unfaelle-des-google-autos-google-auto.html 01 – 64 https://www.theguardian.com/technology/2014/may/28/google-self-driving-car-how-does-it-work  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2013: Bertha Benz Fahrt S500 Intelligent Drive Daimler F&E + Karlsruher Institute of Technologie Vollautonomes Fahrzeug der Mercedes-Benz S- Klasse mit seriennahen Stereokameras und Radar (S500 Intelligent Drive) High Definition (HD) Karte war nötig → Musste davor erstellt werden Vollautonome Straßenfahrt ca. 100 km von Mannheim nach Pforzheim fahren + Deutscher Alltagsverkehr Sicherheitsfahrer nötig, der das Fahrzeug überwacht Bildquelle: https://www.youtube.com/watch?v=0uSph0asNsk 01 – 65  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2018: UBER ATG – Tödlicher Unfall 2015-2021: Uber Advanced Technologies Group (ATG) kündigte eine Partnerschaft mit Carnegie Mellon an, um seine eigenen autonomen Autos zu entwickeln UBER ATG war führend in der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen, investierte viel Geld in Forschung und Entwicklung 2018: Im März 2018 war der Tod von Elaine Herzberg in Arizona der erste gemeldete tödliche Unfall in den Vereinigten Staaten, an dem ein selbstfahrendes Fahrzeug und ein Fußgänger beteiligt waren Bildquelle: https://www.nbcnews.com/video/self-driving-uber-crash-that-killed-pedestrian-in-tempe-arizona-caught-on-camera-1191726659979, https://medium.com/@UberATG 01 – 66  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2020: Waymo Flotte Waymo stellt Robotaxis zur Verfügung: On-demand Taxi Ca. 50-mi2-Gebiet in den Vororten von Phoenix, USA Die Fahrzeuge können vollautonom innerhalb des abgesteckten Gebietes Fahren Die Fahrzeuge brauchen keinen Sicherheitsfahrer Die Fahrzeuge stehen ausgewählten Nutzern zur Verfügung Ca. 20 Millionen Meilen in der Erprobung Bildquelle:https://thelastdriverlicenseholder.com/2018/04/15/waymo-applies-for-test-license-without-safety-driver-on-board/ 01 – 67 https://www.carsales.com.au/editorial/details/waymo-begins-autonomous-testing-without-safety-driver-109747/  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2020: Tesla Full Self Driving Beta Tesla stell Full Self-Driving (FSD) Beta Version für ausgewählte Nutzer zur Verfügung FSD-Beta ist eine Funktion, die es dem Tesla- Fahrzeug ermöglicht, auf bestimmten Straßen und unter bestimmten Bedingungen autonom zu fahren. Die FSD-Beta-Version ermöglicht das Fahren auf Autobahnen und Landstraßen, das Abbiegen an Kreuzungen und das Überholen von Fahrzeugen auf der Autobahn. FSD wird ständig weiterentwickelt → Kontinuierliche Software Updates Bildquelle: https://www.notateslaapp.com/news/1254/tesla-fsd-beta-11-3-1-new-features-and-visualizations https://gagadget.com/de/202659-kalifornien-verbot-tesla-sein-fahrerassistenzsystem- 01 – 68 full-self-driving-zu-nennen/#photo1  Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2021: Autonomous Racing 2018-2020: Roborace bietet spezielle Rennfahrzeuge an, um vollautonom auf der Rennstrecke zu fahren 2020-2022: Indy Autonomous Challenge (IAC) ist ein internationaler Wettbewerb mit über 30 Universitäten: Ziel: Vollautonomes Rennen auf dem Indianapolis Motor Speedway TUM Autonomous Motorsport gewinnt 1 Million $ 2024: Abu Dhabi Racing League (A2RL) Bildquelle: TUM Autonomous Motorsport 01 – 69 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2021: Autonomous Racing 01 – 70 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2023: Status Quo Keine Produktion SAE-Level 5 Rechtliche 4 Herausforderungen Waymo One 3 S- Klasse i5 2 Model A8 Lexus LS ID3 S 1 Jahr 2015 2020 2025 01 – 71 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 2023: Status Quo 01 – 72 Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 73  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 3.1 Warum sollten wir autonom fahren? 3.2 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 3.3 Die Stufen des autonomen Fahrens 3.4 Schwierigkeiten und Herausforderungen 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Die Stufen des Autonomen Fahrens Übersicht - Stufen nach SAE1/ BAST2 Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 “Mind-off” “Eyes-off” Kein Eingreifen erforderlich System Fahrer Eingreifen II jederzeit Fahrzeug möglich übernimmt Volle alles Autonomie Verkehrs- überwachung Anfrage Keine Anfrage Menschlicher Fahrzeug- Fahrzeug- Fahrer Quer- oder Quer- und führung zu führung zu Längsregelung Längsregelung übernehmen übernehmen Assistiertes Fahren Chauffeur Funktion Fahrer als Rückfallebene System ist Rückfallebene 1 SAE International (ehemals Society of Automotive Engineers) 2 Bundesanstalt für Straßenwesen 01 – 75  Additional Slides Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 BASt1 Driver only Assisted Partially Highly Fully automated Automated Automated SAE2 No Driver Partial Conditional High Full Automation Assistance Automation Automation Automation Automation 1 Report „Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung“, 2012, Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) 2 Norm SAE J3016, SAE International (ehemals Society of Automotive Engineers) Stufe 0 Keine Automatisierung: Der Fahrer führt alle Fahraufgaben aus, Beispiel: Toter-Winkel-Warner, LDW Stufe 1 Fahrerassistenz: Das Fahrzeug wird vom Fahrer geführt, aber einige Fahrassistenzfunktionen können im Fahrzeug vorhanden sein. Beispiel: LKA oder ACC Stufe 2 Teilautomatisierung: Das Fahrzeug verfügt über kombinierte automatisierte Funktionen wie Beschleunigung und Lenkung, aber der Fahrer muss die Kontrolle über alle Fahraufgaben behalten und die Umgebung jederzeit überwachen. Beispiel: LKA und ACC Stufe 3 Bedingte Automatisierung: Das Fahrzeug kann autonom fahren, aber der Fahrer muss jederzeit bereit sein, die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen. Beispiel: Stau-Pilot Stufe 4 Hohe Automatisierung: Das Fahrzeug ist in der Lage, alle Fahrfunktionen unter bestimmten Bedingungen auszuführen, aber der Fahrer hat die Möglichkeit, die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen. Beispiel: Lokales fahrerloses Taxi, autonomes Rennen Stufe 5 Vollständige Automatisierung: Das Fahrzeug ist in der Lage, alle Fahrfunktionen unter allen Bedingungen auszuführen, aber der Fahrer hat die Möglichkeit, das Fahrzeug zu steuern. Beispiel: Vollständig autonomes Auto 1- 76  Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 0 SAE: No Automation BAST: Driver only Der Fahrer hat die volle Kontrolle über das Fahrzeug und alle Fahrzeugfunktionen Es gibt keine Automatisierungsfunktionen Es kann grundlegenden Warnsysteme geben Beispiel: Warnton, wenn der Sicherheitsgurt nicht angelegt ist Bildquelle: https://www.nachhaltiger-warenkorb.de/autofahren-sollte-die-ausnahme-sein-nicht-die-regel/ 01 – 77  Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 1 SAE: Driver Assistance BAST: Assisted Driving Der Fahrer hat die volle Kontrolle über das Fahrzeug und alle Fahrzeugfunktionen Das Fahrzeug verfügt über einzelne Assistenzfunktionen Diese Funktionen erfüllen entweder eine Aufgabe in der Quer- oder Längsreglung: Gas geben, Bremsen oder Lenken Beispiel: Lane Keeping Assistant (LKA) + Adaptive Cruise Control (ACC), Tempomat, Einparkhilfen Bildquelle:https://www.presseportal.de/pm/126266/3900801 01 – 78 https://www.uk-car-discount.co.uk/jargon/what-is-adaptive-cruise-control-acc  Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 2 SAE: Partial Automation BAST: Partially Automated Der Fahrer hat die volle Kontrolle über das Fahrzeug und alle Fahrzeugfunktionen. Das Fahrzeug verfügt über erweiterte Assistenzfunktionen Diese Funktionen können in bestimmten Situationen die Quer- UND Längsregelung übernehen: Gas geben, Bremsen oder Lenken Beispiel: Lane Keeping Assistant (LKA) + Adaptive Cruise Control (ACC) 01 – 79 Bildquelle:https://www.maserati.com/de/de/eigentum/guides-und-dokumentation/sicherheit/adaptive-cruise-control https://www.continental-automotive.com/en-gl/Passenger-Cars/Safety/Functions/Active-Safety/Lane-Road-Departure-Protection/Active-Lane-Change-Assist Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 3 SAE: Conditional Automation BAST: Highly Automated Der Fahrer muss nicht mehr überwachen, aber weiterhin bereit sein, jederzeit die Kontrolle zu übernehmen. Das Fahrzeug kann unter bestimmten Bedingungen vollständig autonom fahren. Das Fahrzeug muss in der Lage sein, seine Umgebung zu erkennen und auf sich ändernde Verkehrsbedingungen zu reagieren. Beispiel: Staupilot (Daimler) Bildquelle: https://www.golem.de/news/automatisiertes-fahren-der-schwierige-weg-in-den-selbstfahrenden-stau-1807-135357.html 01 – 80 https://group.mercedes-benz.com/innovation/produktinnovation/autonomes-fahren/systemgenehmigung-fuer-hochautomatisiertes-fahren.html  Autonomous Street Vehicles – The What Level 3 Bildquelle:https://www.rediscoverthe80s.com/2016/11/navlab-the-selfdriving-car-of-the-80s.html 01 – 81  Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 4 SAE: High Automation BAST: Fully Automated Es muss kein Fahrer mehr anwesend sein Das Fahrzeug kann unter bestimmten Bedingungen und in bestimmten Gebieten vollständig autonom fahren Das Fahrzeug muss bei Problemen selbst in einen sicheren Zustand übergehen Beispiel: Robotaxi in einer Stadt (Waymo), Bildquelle:https://consent.yahoo.com/v2/collectConsent?sessionId=3_cc-session_f6f471fe-40dd-49e4-a60e-eca00008e951 01 – 82 https://www.sfchronicle.com/business/article/Exclusive-Waymo-appplies-for-no-driver-testing-12832425.php  Autonomous Street Vehicles – The What Level 4 Bildquelle:https://www.rediscoverthe80s.com/2016/11/navlab-the-selfdriving-car-of-the-80s.html 01 – 83  Die Stufen des Autonomen Fahrens Level 5 SAE: Full Automation BAST: - Das Fahrzeug kann vollständig autonom fahren, ohne dass ein menschlicher Fahrer anwesend sein muss. Das Fahrzeug kann überall, jederzeit und unter allen Bedingungen auf der Welt vollautonom Fahren Kein menschliches Eingreifen nötig Beispiel: Full Autonomous Car Bildquelle:https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/industries/automotive-transportation/autonomous-vehicles.html 01 – 84 Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 85  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 3.1 Warum sollten wir autonom fahren? 3.2 Historie autonomer Straßenfahrzeuge 3.3 Die Stufen des autonomen Fahrens 3.4 Schwierigkeiten und Herausforderungen 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Herausforderungen Codezeilen in 500+ Allgemein Millionen Wir wissen, wie man mobile, autonome Roboter entwickelt Wir wissen, wie man autonome Straßenfahrzeuge entwickelt Wir wissen, wie man autonome Straßenfahrzeuge erprobt 100 Wir wissen, welche Technologien und Schritte nötig sind 0.4 14 ABER: Es gibt noch zahlreiche Space Boeing 787 Level 1-2 Level 5 Herausforderungen für den sicheren Betrieb, Shuttle Dreamliner die Einsetzbarkeit und die Skalierbarkeit autonomer Fahrzeuge 01 – 87 Herausforderungen Sicherheit erhöhen - Ausfälle verbessern km pro Systemstörung km pro Systemstörung 2020 300.000 km pro Systemstörung 2019 300.000 Kalifornien 250.000 200.000 150.000 100.000 47.912 45.633 50.000 16.830 10.411 2.604 426 231 158 66 41 39 31 4 1 0 0 01 – 88  Herausforderungen Hardware 1 2 3 Berechnungsplattform Sensoren Fahrzeug Kosten Kosten Versch. Anwendungsfälle Platz und Gewicht und Anzahl Anzahl der Sensoren Platzierung der Sensoren Rechenleistung vs. Energieverbrauch Kombination versch. Sensortypen Redundate Hardware 01 – 89  Herausforderungen Software 1 2 3 Anpassungsfähigkeit Komplexität Generalisierung Ändern des Anwendungsfalls Unstrukturierte Umgebung Regelbasierte Systeme Ändern der Fahrzeugkonfiguration Hohe Vorhersageunsicherheit Expertenbasierte Abstimmung Ändern von Straßen und Bedingungen Interaktionen mit anderen Lernen von anderen Daten 01 – 90 Bildquelle: https://giphy.com/gifs/yevbel-rain-freeway-wet-road-nMjbeq7s7HflxvvE9O https://giphy.com/gifs/interesting-traffic-asia-ImxXWVDp8sfBe, https://giphy.com/gifs/robot-fail-3o85xwc5c8DCoAF440 Herausforderungen Gesamtsystem 1 2 3 Testing & Evaluation Absicherung Gesetze, Recht & Moral Virtuelles vs. reales Testen Sicherheits Metriken Welche Gesetze brauchen wir? Szenariobasiert vs. Statistisch Funktionale Sicherheit Brauchen wir Ethik? Homologation Cybersicherheit Wer ist schuld? 01 – 91 Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 92  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge 01 – 94 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 2 – Hardware: Sensoren, Aktuatoren, Berechnungsplattformen 01 – 95 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 3 – Koordinatensysteme und Koordinatentransformation 01 – 96 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 4 – Kinematik und Dynamik mobiler Fahrzeuge 01 – 97 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 5 – Softwarearchitekturen und Entwicklungsprozess 01 – 98 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 6 – Mapping und Lokalisierung 01 – 99 Inhalte der Vorlesung Übersicht Klasse: Auto Vorlesung 7 – Objektdetektion und Objektprädiktion 01 – 100 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 8 – Verhaltens- und Bewegungsplanung 01 – 101 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 9 – Pfad- und Geschwindigkeitsregelung 01 – 102 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 10 – Sicherheit und Absicherung 01 – 103 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 11 – Simulation: Tools, Szenarien & Testing 01 – 104 Inhalte der Vorlesung Übersicht Vorlesung 12: Rechtliche Rahmenbedingungen und Ethik 01 – 105  Grundlagen Autonomer Fahrzeuge Vorlesung 1 – Einführung: Autonome Fahrzeuge Prof. Dr.-Ing. Johannes Betz 1 Einführung Vorlesung 2 Mobile Roboter 3 Autonome Straßenfahrzeuge 4 Inhalte der Vorlesung 5 Zusammenfassung Zusammenfassung Was haben wir heute gelernt? Wir haben gelernt, was ein Roboter ist. Wir haben gelernt, was ein mobiler Roboter ist und welche Varianten und Anwendungsfälle es gibt. Wir haben gelernt, warum es Sinn ergibt und welche Gründe es gibt, autonom auf der Straße zu fahren. Wir haben die Historie autonomer Fahrzeuge kennengelernt. Wir wissen jetzt, dass wir schon seit über 30 Jahren wissen, wie man autonom auf der Straße fahren kann. Wir haben die 5 Stufen (SAE-Level) des autonomen Fahrens kennengelernt. Wir wissen, warum es schwierig ist, autonome Fahrzeuge auf die Straße zu bringen. 01 – 107 Fragen und Diskussion Falls ihr Fragen zu einzelnen Themen habt, dann könnt ihr diese jetzt gerne stellen. 01 – 108