Mechlab

Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe wurde ein erster Entwurf eines Erweiterten Kalman Filters (EKF) implementiert. Dabei werden Positionsinformationen von einem GPS-Receiver (ublox 6T) und Fahrdynamikdaten (Abgriff Fzg. CAN Bus) im Livebetrieb fusioniert. Als Systemmodell wird dabei ein Constant Turn Rate and Velocity (CTRV) -Modell nach folgendem Vorbild verwendet: http://www.cbcity.de/das-extended-kalman-filter-einfach-erklaert. Die Messdaten stammen aus einer Messung mit dem laboreigenen BMW i3 und wurden im Robot Operating System (ROS) -Framework prozessiert und fusioniert. Um die Performance des Filters (im Video violett) zu testen, wurden die bereits qualitativ guten GPS-Messungen (grün) mit einem Rauschen versehen (orange Punktwolke). Bedeutsamer Mehrwert kommt dem Filter in dichtbebautem Stadtgebiet sowie bei GPS-Abschottung bspw. durch Tunnel zu (siehe GPS-Signalabriss im Tunnel). In diesem Fall erfolgt die Positionierung verstärkt bzw. hauptsächlich aus den Fahrdynamikinformationen des Fahrzeugs. In den Filteralgorithmus fließt dazu die Standardabweichung der Positionslösung sowie die  Anzahl der observierten Satelliten ein, sodass die im Filter verwendeten Kovarianzmatrizen adaptiv angepasst werden können. Nach längerem Signalabriss kommt es zu einem Einschwingverhalten, sobald wieder ein vertrauenswürdiger GPS-Messwert vorliegt.
Die Arbeitsweise des Filters ist in nachfolgendem Video mit dem ROS-Visualisierungstool mapviz dargestellt:

Allgemein:

„Nutzfahrzeug-Platooning“ ist eine der nachhaltigsten und erfolgversprechendsten Zukunftstechnologien in der Logistikbranche. Dabei werden mehrere Lkw in einem Verband zusammengefasst und der Sicherheitsabstand zwischen den einzelnen Fahrzeugen wird reduziert.

Diese Reduzierung ist nur möglich, wenn die Fahrzeuge untereinander kommunizieren und ein vom ersten Lkw eingeleitetes Bremsmanöver direkt an alle folgenden Fahrzeuge weitergeleitet wird, so dass diese ebenfalls unverzüglich ein Bremsmanöver mit der entsprechenden Verzögerung einleiten können. Der Sicherheitsabstand und die Reaktionszeit wird dadurch minimiert.

Der entscheidende Vorteil ist aber nicht der geringere Platzbedarf des „Platoon“ im Verkehr, sondern seine verbesserte Aerodynamik im Vergleich zu den einzelnen Lkw. Durch den reduzierten Luftwiderstand lassen sich bei einem Abstand von ca. 10m etwa 10% Kraftstoff für den gesamten „Platoon“ einsparen. Damit verbunden ist auch die Reduzierung der CO2 Emission.

Simulation:

Mit „IPG-Truckmaker“ und „MATLAB-Simulink“ wird die Geradeausfahrt eines „Platoon“, bestehend aus mindestens drei Lkw simuliert. Parallel dazu erfolgt die Auslegung eines Reglers für die Längsführung des Ego-Fahrzeuges.

Die Reglerauslegung als PID erfolgte in MatLab-Simulink. Dieser ersetzt die Signale „VC Brake“ und „VC Throttle“ des IPG Modells. Die Eingangswerte (Abstand, Geschwindigkeit, Beschleunigung) für den Regler werden durch einen „long range“ Radarsensor am Ego-Fahrzeug bereitgestellt. Gleichzeitig wird eine generische Funkverbindung simuliert, die über ein zeitliches Offset die fahrdynamischen Parameter des Führungsfahrzeuges übermittelt. In Ergänzung werden über die Parameter „desired time gap“ und „desired speed“ die Zeitlücke und die Zielgeschwindigkeit vorgegeben.

Für eine Erweiterung der Simulation werden die Fahrzeugpositionen aller im „Platoon“ befindlicher Fahrzeuge ausgelesen, welche später auch in GPS Koordinaten umgerechnet werden können.

Die Ergebnisse der Arbeit sind Bestandteil theoretischer Vorbetrachtungen des Platooning Projektes. Daraus sollen Grenzwerte der Funkstrecke sowie des Sicherheitsabstandes abgeleitet werden.

Der starke Regen am 29.06.2017 war nicht für jedermann eine Freude. Das Mechlab-Team hatte diesen dagegen mit Spannung erwartet, war so doch der Test der ABS-Fläche möglich. Die vorgesehene Bewässerung wird erst später in Betrieb gehen und dann wetterunabhängige Tests ermöglichen. Im nachfolgenden Bild zu sehen sind die Ergebnisse einer Messung. Die ABS-Regelung setzt kurz nach Bremsbeginn ein und ist auf Grund der geringen Reibwertverhältnisse auch bis zum Stillstand aktiv. Im Praktikumsversuch werden die Studenten diese Daten genauer auswerten und die Stabilisierungseigenschaften systematisch untersuchen können.

Am 28.06.2017 erhielt das Mechlab-Team Besuch von der Dresdener Morgenpost. Der Reporter wollte Details über das neue Prüffeld für  vernetzte und automatisierte Fahrfunktionen erfahren. Im Rahmen einer Demonstration zeigte das Team den aktuellen Stand sowie die geplanten Weiterentwicklungen. Unterstützt wurde Mechlab dabei von der Casonex GmbH, mit deren Augmented-Reality-Lösungen wichtige Informationen direkt in das Sichtfeld des Fahrers übertragen werden. Zum Artikel bitte auf das Bild klicken.

Heute fand im Rahmen der Vorlesung „Fahrzeugkommunikationssysteme“ der erste Versuch auf dem neu eröffneten Prüffeld für vernetzte und automatisierte Fahrzeuge statt. Den Studierenden des 6. Semesters „Fahrzeugtechnik“ wurden die Möglichkeiten und Grenzen von Fahrzeug Ad-Hoc-Netzwerken im Fahrversuch demonstriert (Für Video bitte auf das Bild klicken).

Insgesamt 4 verschiedene Situationen wurden vorgeführt.

• knapper Einscheerer
• Gefahrenstelle
• Entgegenkommendes Fahrzeug
• Parklückenvermessung

Die Situationserkennung erfolgt über die ausgetauschten GPS-Positionen. Um das Potential neuer Nutzerschnittstellen zu demonstrieren, wurden die relevanten Informationen auch als Symbole in einer Augmented-Reality-Brille dargestellt. Zur Evaluation dieser Technik im Fahreinsatz erfolgt gemeinsam mit der Dresdner Firma Casonex GmbH (Ausgründung von 2 HTW-Absolventen) die Beantragung eines Forschungsprojektes.

Der im Rahmen der EFS-Nachwuchsforschergruppe „Neue Methoden der Informationsfusion (NIVES)“ betriebene Versuchsträger vom Typ BMW i3 hat für 3 Jahre eine Ausnahmegenehmigung nach § 70 StVZO erhalten. Damit ist es ab sofort möglich, hochautomatisierte Fahrfunktionen im öffentlichen Straßenverkehr zu testen. Der erste Praxiseinsatz erfolgt ist eine automatisierte Längsführung, die mittels zahlreicher Sensoren (z.B. Laserscanner)  auch in komplexen Innenstadtsituationen erfolgen kann. In der zweiten Ausbaustufe wird dann auch die Querführung übernommen. Der Versuchsträger ist zur Langen Nacht der Wissenschaften am Technikum Fahrzeugtechnik im Einsatz zu erleben. Für weitere Informationen zur eingesetzten Sensorik bitte auf das Bild klicken.

Die Studenten Lisa-Marie Schaefer und Till Becker der TU Dresden präsentierten dem Auditorium, bestehend aus Mitarbeitern der FSD Fahrzeugsystemdaten GmbH und dem Mechlabteam, die Ergebnisse ihrer Arbeit zum Thema Platooning HMI.

Die beiden erstellten in Kooperation mit Peter Gabriel (Student HTW DD, Programmierung des Interface) den Prototypen für die grafische Oberfläche einer Anzeigeeinheit im unmittelbaren Sichtbereich des Fahrers.

Das Display vermittelt dem Fahrer alle relanvanten Informationen über den aktuellen Fahrzustand des Platoons.

Die Teilnehmer konnten zudem im Simulator erste eigene Erfahrungen mit der Handhabung eines Platoons gewinnen.

 
Im Anschluss präsentierten die Mitarbeiter des Mechlabs ihren aktuellen Arbeitsstand zu den Themen:

• Einparkassitent zur Systemvalidierung der Umfeldsensorik, des Lenkroboters, der Raddrehzahlerfassung und des autonomen Bremseingriffes
• kamerabasierter Spurhalteassistent (LKA)
• Objekterkennung via LiDAR und Tiefenkamera

Mit unserem Projekt „openHADMaps – freie Karten für das automatisierte Fahren“ haben wir am ersten BMVI Pitch für StartUps teilgenommen. Zusammen mit 32 größtenteils schon gegründeten Unternehmen haben wir unser Projekt einer hochkarätigen Jury in 3 min vorgestellt.  Diese bestand aus dem Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur Alexander Dobrindt, Martina Koederitz (Vorsitzende der Geschäftsführung der IBM Deutschland), Ronald Pofalla (Vorstand Infrastruktur der Deutschen Bahn AG), Georg F. W. Schaeffler (Aufsichtsratsvorsitzender der Schaeffler AG), Thomas Wolf (CEO und Vorstandsvorsitzender der RIB Software AG) und Frank Thelen (Technologie-Experte und Frühphasen Investor sowie Investoren der VOX-Fernsehsendung „Die Höhle der Löwen“). Für uns der erste Auftritt aber nicht der Letzte….

Weitere Bilder findet Ihr auch unter https://www.flickr.com/photos/bmvi_de/albums/72157678680978983
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