Automatisierte Fahrzeuge: Vereinfachte Zulassungstests durch Simulation

Automatisierte Fahrzeuge, bei denen die Fahrenden über längere Streckenabschnitte die Kontrolle an das Fahrzeug abgeben, brauchen besondere Zulassungen für den Straßenverkehr. Während die Zulassungsmethoden bei konventionellen Fahrzeugen bereits seit Jahren etabliert und behördlich anerkannt sind, sind sie bei Fahrzeugen mit automatisierten Fahrfunktionen noch neu. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit 19 weiteren Projektteilnehmenden im Projekt SET Level (Simulationsbasiertes Entwickeln und Testen von automatisiertem Fahren) an Werkzeugketten für digitale Tests gearbeitet. Dabei werden die automatisierten Fahrfunktionen simuliert und überprüft, noch bevor sie auf die Straße kommen. Das Projekt wurde am 11. und 12. Oktober 2022 in Rahmen einer virtuellen Veranstaltung mit Gästen aus Wirtschaft und Wissenschaft abgeschlossen.

Modelle in der Simulation ermöglichen Tests von kritischen Szenarien

„Simulationsbasierte Werkzeuge sind im Kontext des Entwickelns und Testens automatisierter Fahrfunktionen unverzichtbar“, erklärt Prof. Frank Köster vom DLR-Institut für KI-Sicherheit als einer der beiden Koordinatoren des Projekts SET Level. „Umfangreiche Erprobungen können beispielsweise bereits Entwicklungsbegleitend durchgeführt werden, wobei dann auch seltene oder kritische Situationen ohne Risiko für Menschen und Technik betrachtet werden können. Auch im Zusammenwirken mit Hardware-, Software- oder Vehicle-in-the-Loop Tests sind Simulationen essenziell Bestandteile der Prüfmittel.“ Dafür haben die Forschenden Werkzeugketten entwickelt, die möglichst viele Verkehrssituationen zuverlässig und detailliert abbilden. Ein zentraler Teil dieser Ketten sind die so genannten Modelle für die Fahrzeugsimulation, wie beispielsweise Fahrdynamik-, Automations- und Sensormodelle. Mit ihnen bilden die Forschenden die Realität auf vereinfachte Weise ab. So ist es ihnen möglich, gezielt kritische Situationen herbeizuführen und zu analysieren, was passiert, wenn diese eintreten. Auch Prognosen können sie damit treffen. „Im Projekt haben wir beispielsweise geprüft, was die Sensoren erkennen und warum. Und was dann mit der Automation passiert“, sagt Dr. Hardi Hungar vom DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik. „Außerdem haben wir daran gearbeitet, wie wir einzelne Modelle in die Gesamtsimulation einbinden können und wie insgesamt die Simulation möglichst schnell und flexibel definiert und durchgeführt werden kann.“ Dabei helfen Standards für die Beschreibung der Simulation, die Einbindung von Modellen und die Kommunikationsstrukturen der Simulation, welche im Rahmen des Projektes aufgegriffen, erprobt und zum Teil weiterentwickelt wurden.

Ausgewählte Szenarien für die Sicherheitsbeurteilung demonstrieren entwickelte Werkzeugketten

Neben dem zu testenden Auto mit seiner Software und Sensorik haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Projekt auch ein digitales Abbild eines Verkehrsraums erstellt. Auch die anderen Verkehrsteilnehmenden, wie Radfahrer, Fußgänger oder weitere Fahrzeuge, die Straßen mit der Infrastruktur oder das Wetter müssen in der Simulation berücksichtig werden. Da die Forschenden auch hier nicht die Möglichkeit haben, alle denkbaren Szenarien abzudecken, mussten sie genau die Szenarien identifizieren, die für die Beurteilung der Sicherheit eines automatisierten Fahrzeugs repräsentativ sind. So wurden die Werkzeugketten anhand dreier spezifischer, repräsentativer Anwendungsfälle umgesetzt und erprobt. Dabei analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise, wie kritisch Kreuzungssituationen sind, führten Systemanalysen von automatisierten Fahrzeugen bei Abbiegemanövern durch und testeten einzelne Sensoren.

„Die Modelle und Methoden stehen anderen Unternehmen und Forschungseinrichtungen bereits Open Source zur Verfügung“, sagt Hungar. Köster ergänzt: „Sie können frei genutzt, weiterentwickelt und dem eigenen Bedarf angepasst werden.“ Außerdem nutzen die Forschenden die Ergebnisse schon jetzt in weiteren Projekten und Standardisierungsaktivitäten.

Zum Projekt SET Level

Für das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Projekt SET Level stand ein Gesamtbudget von mehr als 30 Millionen Euro zur Verfügung. Es baute auf dem im Mai 2019 abgeschlossenen Projekt PEGASUS auf. Im Zuge von PEGASUS hat das DLR mit Partnern Qualitätsstandards und Methoden entwickelt, um hochautomatisierte Fahrzeuge abzusichern. Der Schwerpunkt lag auf Autobahnfahrten. Das Projekt SET Level vertiefte die Simulationsansätze von PEGASUS auf breiter Basis und erweitert die Anwendung auf den gesamten Verkehrsraum.

Die Projektpartner des DLR-Instituts für Verkehrssystemtechnik sind: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH (ein Unternehmen der Continental AG), Audi AG, BMW AG, dSPACE GmbH, ETAS GmbH, Ford-Werke GmbH, Fraunhofer LBF, FZI Forschungszentrum Informatik ,IPG Automotive GmbH, MAN Truck & Bus AG, OFFIS - Institut für Informatik, Opel Automobile GmbH, PROSTEP AG, Robert Bosch GmbH, RWTH Aachen (Institut für Kraftfahrzeuge), TU Braunschweig (Institut für Regelungstechnik), TU Darmstadt (Fachgebiet Fahrzeugtechnik), Volkswagen AG, ZF Friedrichshafen AG