Konzeptionierung, Auslegung und Umsetzung von Assistenzfunktionen für die Übergabe der Fahraufgabe aus hochautomatisiertem Fahrbetrieb

Maas, Niko

Die fortschreitende Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen führt zu einer kontinuierlichen Steigerung des Automatisierungsgrads aktueller Fahrzeuge.Während zum jetzigen Zeitpunkt Systeme bereits entweder die Quer- oder Längsführung zu einem großen Teil selbstständig ausführen können, kann durch die Zusammenführung dieser Funktionen in Zukunft ein erstes automatisiertes Fahrzeug dargestellt werden. Dass diese Prognose keine Fiktion, sondern ein realer Entwicklungstrend ist, zeigte die Darpa Urban Challenge bereits im Jahr 2007. In diesem Rennen traten zum ersten Mal Roboterfahrzeuge in einem stadtähnlichen Parcours gegeneinander an. Bis diese Neuerungen aus Forschung und Entwicklung über das Prototypenstadium hinausgehen, sind allerdings noch einige Hürden zu nehmen. Neben den offenen Fragestellungen, aus zulassungs- und haftungsrechtlicher Sicht, ergeben sich auch technologische Herausforderungen. Die Einführung von automatisierten Fahrzeugen in den Straßenverkehr wird daher zunächst schrittweise erwartet. Während bereits heutzutage teilautomatisierte Fahrfunktionen in Serienfahrzeugen eingesetzt werden, stellt die nächste Entwicklungsstufe eine zeitweise vollständige Automatisierung der Fahraufgabe in Aussicht. In dieser Zwischenstufe auf dem Weg zum vollautomatisierten Fahren wird ein Fahrzeug in definierten Situationen und für begrenzte Zeit die Fahraufgabe vollständig selbst übernehmen. Sobald eine Systemgrenze erkannt wird, fungiert der Fahrer als Rückfallebene und wird durch das Fahrzeug aufgefordert erneut die Kontrolle zu übernehmen. Diese Übergabe der Fahraufgabe aus hochautomaisiertem Fahrbetrieb stellt Fahrer allerdings vor eine bisher nie dagewesene Herausforderung. Zunächst soll ein vollständig abgelenkter Fahrer aus seiner Nebentätigkeit gelöst werden. Weiterhin muss er sich möglichst schnell auf die aktuelle Verkehrssituation einlassen, woraufhin die Übernahme der Kontrolle über das Fahrzeug erfolgen soll. Die Zeit die für diesen Vorgang verfügbar ist, hängt dabei auf der einen Seite von der vorhandenen Sensorik, auf der anderen Seite vom Fahrer selbst ab. Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst auf der Basis von theoretischen Modellen der Fahraufgabe, sowie der menschlichen Fahrzeugführung, Problematiken herausgearbeitet, welchen ein Fahrer in dieser Situation gegenübersteht. Aufbauend darauf werden Unterstützungsmechanismen konzeptioniert, ausgelegt und umgesetzt, welche den Fahrer in dieser Situation unterstützen. Die Unterstützungsmechanismen beziehen sich entsprechend der zu durchlaufenden Phasen auf die Übergabeaufforderung, eine Wahrnehmungsunterstützung und eine Querführungsassistenz nach der Übergabe der Fahraufgabe. In drei Studien im Fahrsimulator werden die Unterstützungsfunktionen mit naiven Probanden getestet. Die Umsetzung im Fahrsimulator ermöglicht in diesem Fall eine frühe Testphase mit untrainierten Probanden unter realitätsnahen Bedingungen. Mit Hilfe der Übergabeaufforderung, welche eine definierte Nebenbeschäftigung deaktiviert, konnte eine geringe Übergabedauer erreicht werden. Durch die Darstellung von zusätzlichen Elementen im Bereich des Kombiinstruments sollte der Fahrer daraufhin gut auf die bevorstehende Situation vorbereitet werden. Die subjektiv positive Bewertung des gezeigten Systems steht dabei einer verlängerten Übergabedauer gegenüber, welche durch einen Blick auf das Kombiinstrument hervorgerufen wird. Nach erfolgreicher Übergabe der Fahrzeugkontrolle wird ein Fahrer durch die umgesetzte Querführungsassistenz unterstützt, wodurch insbesondere in den ersten Sekunden ein signifikanter Einfluss auf die Querführung erzielt wird.

The ongoing development of driver assistance systems leads to a continuous increase in the degree of automation of today’s vehicles. Whilst latest systems already carry out lateral or longitudinal guidance to a big amount, the combination of these functions will lead to the first automated car. The fact that this prediction is not fictive is known since at least the Darpa Urban Challenge in 2007. In this race robot cars competed against each other in an urban environment. However, until this point can be reached many challenges have to be faced. Next to unanswered questions dealing with responsibilities and licensing, even challenges in the field of technology have to be taken. Therefore the introduction of automated cars into the market, is expected to be carried out step by step. Whilst nowadays already partly automatic functions are being used in series cars, the next step will be automatic driving for specified time. In that intermediate step towards full automation, cars will handle the whole driving task for defined time and or situations. As soon as system boundaries are reached, the driver will be asked to take over control again. This handover of control from highly automated driving can be a hard challenge for the driver. First of all a totally distracted driver should be detached from his active task. After that he should recognize the traffic situation as fast as possible, followed by actions to take over control again. The available time for these actions depends on the one hand on the sensors of the car and on the other on the driver. This thesis starts with the basis of theoretical models of the driving task, as well as human driving behavior from which the challenges to face are being derived. On this basis strategies are designed and assembled which support the driver in these situations. The support strategies are designed according to the three phases that have to be carried out in these situations: take over signal, recognition of the traffic situation and lateral guidance assistance after the actual takeover. The support strategies are tested in three studies in a driving simulator with naive test subjects. By the use of a driving simulator the advantages of early and close to reality testing are taken. By using a takeover signal and thus deactivating the side task a low takeover time was reached. The support in the cognitive phase is carried out by the presentation of situation describing images. The subjective positive aspects of this cognitive support face the effect of longer takeover times, which are caused by the visual focusing of the images. After a successful takeover drivers are supported by the lateral guidance system, which especially for the first seconds leads to a significant influence on lateral guidance performance.

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Maas, Niko: Konzeptionierung, Auslegung und Umsetzung von Assistenzfunktionen für die Übergabe der Fahraufgabe aus hochautomatisiertem Fahrbetrieb. 2017.

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