Hardware-in-the-Loop-gestützte Entwicklungsplattform für Fahrerassistenzsysteme

Moderne Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Systemen zur Unterstützung des Fahrers ausgerüstet. Diese neuen Funktionen werden in Form von Elektronik bzw. Software auf verschiedenen Steuergeräten implementiert. Zum Test dieser neuartigen Fahrerassistenzsysteme sind immer aufwändigere Testszenarien notwendig, um die Funktionalität in allen Verkehrssituationen sicherzustellen. Aus diesem Grund ist im Rahmen des europäischen Projektes DECOS die Idee entstanden eine Simulationsumgebung für die gesamte Fahrzeugumgebung zu schaffen. Im Rahmen von drei Dissertationen entstanden Modelle einer virtuellen Umwelt, in der ein Testfahrzeug, ausgerüstet mit neuen Assistenzsystemen, zusammen mit anderen Fahrzeugen fahren kann. In dieser Arbeit werden Modelle zur Simulation der umfelderfassenden Sensorik des Testfahrzeuges und des Verhaltens von Fahrern im Straßenverkehr beschrieben.
Die erstellten Sensormodelle bilden zum Einen strahlenbasierte Systeme nach, wie Radar, Laser oder Ultraschall und zum Anderen bildauswertende Systeme zur Erfassung der Straße und von Verkehrsobjekten. Dazu werden die Sensoren auf einem simulierten Testfahrzeug durch eine virtuelle Umwelt bewegt. In der Umwelt befinden sich die Straße und weitere Fahrzeuge, die von den Sensoren erfasst werden. Die Sensordaten werden anschließend ausgewertet und in eine Form gebracht, die der Signalform realer Sensoren entspricht. Zur Anbindung eines Fahrerassistenzsystems werden die Daten der Sensoren mithilfe aktueller Verfahren wie dem Kalmanfilter und nichtlinearer Filter aufbereitet. Anschließend erfolgt eine Auswertung zur Ermittlung der relevanten Zieldaten, die über externe Schnittstellen dem zuprüfenden Echtteil, z.B. einem Steuergerät, zur Verfügung gestellt werden.
Die entwickelten Fahrermodelle sollen im Verkehr realistische Fahrmanöver durchführen und so das zu testende Fahrerassistenzsystem anregen. Das Ziel der Fahrer ist es, sich mit Wunschgeschwindigkeit fortzubewegen und sichere Abstände zu den übrigen Verkehrsteilnehmern zu halten. Dazu sind in den Modellen Regeln zum Folgeverhalten und für Überholvorgänge implementiert worden, so dass um das Testfahrzeug ein natürlicher Verkehrsfluss entsteht. Die Fahrer sind so in der Lage ein Fahrzeug, das durch ein Fahrdynamikmodell beschrieben wird, autonom durch den Verkehr zu steuern.
Zur Validierung der neuartigen Fahrerassistenzsysteme erfolgte eine Implementierung der Simulationsumgebung auf einem "Hardware in the Loop"-Simulator. Über physikalische Schnittstellen, wie dem CAN-Bus, wurde das Echtteil, in Form eines Prototypen, an das virtuelle Fahrzeug und die Sensormodelle angeschlossen.