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E-Book

Fahrerassistenzsysteme mit maschineller Wahrnehmung

AutorMarkus Maurer, Christoph Stiller
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl246 Seiten
ISBN9783540271376
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis124,99 EUR

Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer in seiner Fahraufgabe und entlasten ihn dadurch gezielt. Viele Experten erwarten, dass Fahrerassistenzsysteme zur Sicherheit des Straßenverkehrs wesentlich beitragen werden. Zentrale wissenschaftliche und industrielle Herausforderungen bestehen zur Zeit in der Erforschung und Entwicklung maschineller Wahrnehmungsfähigkeiten, die eine angemessene Erfassung der Umwelt und deren fahrergerechte Integration in geeignete Fahrfunktionen leisten. Dieser Band basiert auf ausgewählten Vorträgen eines Workshops in Walting (Altmühltal) und macht deren Inhalt in erweiterter Fassung zugänglich. In bislang nicht vorliegender Interdisziplinarität diskutieren Experten aus Wissenschaft und Praxis unterschiedlichste Ansätze aus vielfältigen Bereichen wie der maschinellen Wahrnehmung, Mensch-Maschine-Interaktion, Wissensrepräsentation, Funktionsentwicklung und Wirtschaftsethik. Über die fachlich-technische Auseinandersetzung mit Fahrerassistenzsystemen hinaus wird damit auch ein Beitrag zum notwendigen Diskurs über deren Auswirkung und gesellschaftliche Akzeptanz geleistet.

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Kapitelübersicht
  1. Vorwort, Inhaltsverzeichnis und Autorenverzeichnis
  2. Fahrerassistenzsysteme - Von realisierten Funktionen zum vernetzt wahrnehmenden, selbstorganisierenden Verkehr (Stiller)
  3. Visuelle mobile Wahrnehmung durch Fusion von Disparität und Verschiebung (Dang/Hoffmann/Stiller)
  4. Informationsfusion für Fahrerassistenzsysteme (Niehsen/Garnitz/Weilkes/Stämpfle)
  5. Fusionsarchitekturen zur Umfeldwahrnehmung für zukünftige Fahrerassistenzsysteme (Dietmayer/Kirchner/Kämpchen)
  6. "Innervation des Automobils" und Formale Logik (Nagel/Arens)
  7. Was nützt es dem Fahrer, wenn Fahrerinformations- und -assistenzsysteme etwas über ihn wissen? (Kopf)
  8. Erhöhter Fahrernutzen durch Integration von Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssystemen (Färber)
  9. Auswirkungen von Teilautomation auf das Fahren (Buld/Tietze/Krüger)
  10. Evaluierung eines Spurhalteassistenten für das "Honda Intelligent Driver Support System" (Gayko)
  11. Vision: Von Assistenz zum Autonomen Fahren (Dickmanns)
  12. Wirtschaft und gesellschaftliche Akzeptanz: Fahrerassistenzsysteme auf dem Prüfstand (Homann)
  13. Sachverzeichnis
Leseprobe

Evaluierung eines Spurhalteassistenten für das „Honda Intelligent Driver Support System" (S. 189-190)

Jens Gayko Honda, Offenbach

1 Einleitung

Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten im Bereich der autonomen und teilautonomen Fahrzeugführung begannen im großen Stil in den achtziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts in Europa, den USA und Japan. Zunächst war es das Ziel vieler Forschungsprojekte, ein vollautonomes Fahren zu realisieren (z.B. [11]). Aufgrund von technischen und juristischen Problemen sowie einer zu erwartenden fehlenden Akzeptanz durch die Kunden konzentriert sich die Entwicklung heute auf so genannte Fahrerassistenzsysteme (FAS). Ziel dieser Systeme ist es, den Fahrer bei der Bewältigung der Fahraufgabe zu entlasten und somit die Fahrsicherheit zu erhöhen. Zwei prominente Vertreter von FAS stellen die Abstandsregelung (ACC1) und die Spurhalteassistenz dar. Aus technischen Gründen sind heutige Systeme zumeist für den Einsatz auf autobahnähnlichen Straßen ausgelegt. Das nachfolgend beschriebene „Honda Intelligent Driver Support System" (HIDS System) vereint beide FAS in einem Fahrzeug. Das System wurde im Rahmen des „Advanced Safety Vehicle" Programms (ASV) entwickelt [17]. Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen, die im Rahmen der Auslegung des Spurhalteassistenten (Querführung) gemacht wurden. Zunächst erfolgt eine kurze technische Beschreibung des HIDS Systems. Danach werden die Untersuchungen des Spurhalteassistenten in Bezug auf die Fahrsicherheit beschrieben. Es wird in subjektive und objektive Untersuchungen untergliedert. Anschließend erfolgt eine Bewertung und Zusammenfassung.

2 Beschreibung des HIDS-Systems

Abb. 1 zeigt schematisch die Architektur des „Honda Intelligent Driver Support System". Das System besteht aus dem Abstandsregler, dem Spurhalteassistenten („Lane Keeping Assistance System", LKAS2) und der Schnittstelle zum Fahrer („Mensch Maschine Interaktion", MMI). Das HIDS System ist seit Ende 2002 in Japan für das aktuelle Modell des Honda Accord verfügbar.

Ziel bei der Entwicklung des HIDS System war es, den Fahrer auf längeren Fahrten bei den Routinetätigkeiten Abstandhalten und Spurhalten zu unterstützen. Dabei besteht jederzeit die Möglichkeit, das System zu übersteuern. Das System ist primär ein Komfortsystem, das dem Fahrer ein entspanntes Fahren – speziell bei längeren Fahrten auf autobahnähnlichen Straßen – ermöglicht. Trotz der primären Auslegung als Komfortsystem spielt der zu erwartende Sicherheitsgewinn eine entscheidende Rolle bei der Industrialisierung und Kundenakzeptanz. Bei der Entwicklung des Systems lag der Ansatz zu Grunde, dass der Fahrer durch die Entlastung bei Routinetätigkeiten einen Freiraum bekommt, den er nutzen kann, die Fahraufgabe sicherer zu bewältigen. Ob dieser Effekt tatsächlich eintritt, oder ob es aufgrund von sogenannten Kompensationseffekten zu einer Erhöhung des Unfallrisikos kommt, muss bei der Auslegung der Mensch-Maschine-Interaktion untersucht werden.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis10
Autorenverzeichnis12
Fahrerassistenzsysteme - Von realisierten Funktionen zum vernetzt wahrnehmenden, selbstorganisierenden Verkehr15
1 Motivation15
2 Anforderungen an den Funktionsentwurf19
3 Komponenten und Realisierungsaspekte22
4 Realisierte Fahrerassistenzsysteme28
5 Von vernetzterWahrnehmung zum selbstorganisierenden Verkehrsnetz30
6 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen32
Literaturverzeichnis32
Visuelle mobile Wahrnehmung durch Fusion von Disparität und Verschiebung35
1 Einleitung35
2 Sensierung durch einzelne Korrespondenzmerkmale36
3 Merkmalsfusion am Beispiel von Disparität und Verschiebung42
4 Zustandsraummodellierung44
4.1 Formulierung des erweiterten Kalman-Filters44
4.2 Statistischer Objektzuordnungstest durch Residuenanalyse47
5 Merkmalsextraktion48
6 Ergebnisse50
6.1 Synthetische Bildfolge50
6.2 Reale Stereo-Bildsequenz50
7 Schlussbemerkungen und Zusammenfassung51
Literaturverzeichnis55
Informationsfusion für Fahrerassistenzsysteme57
1 Informationsfusion57
1.1 IF/SDF-Prozessmodell57
1.2 IF/SDF-Verfahren58
1.3 Tracking-Verfahren62
2 Fahrerassistenzsysteme65
3 Informationsplattform für Fahrerassistenzsysteme67
Literaturverzeichnis70
Fusionsarchitekturen zur Umfeldwahrnehmung für zukünftige Fahrerassistenzsysteme73
1 Einführung73
2 Grundlagen der Sensordatenfusion und Umfeldmodellierung74
2.1 Fahrzeugumfeldmodell74
2.2 Sensoren zur Fahrzeugumfelderfassung75
2.3 Wirkungsweisen der Sensordatenfusion75
2.4 Multi-Sensor und Multi-Objekt-Tracking77
3 Fusionsstrategien und Fusionsarchitekturen79
3.1 Generelle Systemanforderungen79
3.2 Assoziationslevel80
3.3 Synchrone oder asynchrone Sensorsysteme81
3.3.1 Explizite Fusion im Assoziationsprozess mit synchronen Sensoren82
3.3.2 Implizite Fusion über das Objektmodell mit asynchronen Sensoren83
3.4 Bewertung der Ansätze84
4 Implementationen von Fusionsansätzen85
4.1 Hinderniserkennung85
4.2 Spurerkennung86
4.3 Automatic Cruise Control (ACC)87
4.4 Autonomes Fahren87
4.5 ARGO88
4.6 CHAMELEON88
4.7 CARSENSE89
5 Fusionsarchitektur der Volkswagen Forschung90
5.1 Vorbemerkung und Randbedingungen90
5.2 Sensorik und Vernetzung90
5.3 Kalman.lter zur Sensordatenfusion92
5.4 Sensordatenprädiktion am Beispiel des Fernradars94
5.5 Sensordatenbewertung und Assoziation beim Fernradarsensor96
5.6 Ergebnisse im Versuchsträger96
6 Zusammenfassung und Ausblick98
Literaturverzeichnis100
‘Innervation des Automobils’ und Formale Logik103
1 Einführung103
2 Fahrmanöver105
2.1 „Erkennende und „ausführbare Repräsentationen105
2.2 Erkennung fahrzeugeigener und fahrzeugfremder Fahrmanöver106
2.3 Erkennung und „begrif.iche Beschreibung“ von Fahrmanövern107
2.4 Verben zur Beschreibung von Fahrzeugbewegungen107
3 Hierarchische Situationsgraphen108
3.1 „Generisch beschreibbare Situationen109
3.2 Situationsknoten und Situationsgraphen110
3.3 Detaillierung eines Situationsknotens112
3.4 Weitere Detaillierungsmöglichkeit für einen Situationsknoten113
4 Die SGB-Repräsentationssprache SIT++117
5 Alternative (partielle) Verhaltensrepräsentationen120
6 Diskussion und Ausblick120
Danksagung126
A Glossar126
Detaillierung126
Detaillierungskante126
FAS127
F–Limette127
Prädiktionskante127
SGB ( SGT )127
SIT++127
Situationsgraphen127
Situationsgraphenbaum127
Situationsschema128
Spezialisierung128
UMTHL128
UMTL128
Verhaltensbeschreibung128
Zeitliche Zerlegung128
Literaturverzeichnis128
Was nützt es dem Fahrer, wenn Fahrerinformations- und -assistenzsysteme etwas über ihn wissen?131
1 Fahrerinformations- und -assistenzsysteme im Wirkungskreis Fahrer-Fahrzeug-Umwelt131
2 Definitionen und Modelle132
2.1 Fahrerzustand132
2.2 Fahrerabsicht133
2.3 Situationsbewusstsein133
2.4 Ermüdung/Aufmerksamkeit/Wachsamkeit134
2.5 Belastung/Beanspruchung135
2.6 Ablenkung/Abwendung136
3 Nutzen von Fahrerinformation136
3.1 Zusammenhang zwischen Ablenkung/Abwendung und Verkehrssicherheit136
3.2 IKS und Fahrerinformation137
3.3 FAS und Fahrerinformation137
4 Praktische Ansätze zur Fahrerzustandserfassung138
4.1 Erfassung von Müdigkeit und Vigilanz138
4.2 Erfassung der visuellen Aufmerksamkeitsrichtung142
4.3 Absichtserkennung143
4.4 Erfassung des Situationsbewusstseins144
5 Fahrerzustandsoptimierung147
6 Systemarchitektur149
7 Zusammenfassung und weiterer Forschungsbedarf150
Literaturverzeichnis152
Erhöhter Fahrernutzen durch Integration von Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssystemen155
1 Einleitung155
2 Gestaltung von FAS und FIS155
3 Lösungsansätze158
4 Informationsmanager159
5 Belastungsprädiktor159
6 Vorhersage von Fahrmanövern167
7 Anwendungsbeispiel: Auswirkungen des Einsatzes von Fahrmanövervorhersage und Informationsmanager169
8 Folgerungen und Ausblick173
Literaturverzeichnis174
Auswirkungen von Teilautomation auf das Fahren175
1 Auswirkung von Automation auf die Vigilanz177
2 Automation und Situationsbewusstsein178
3 Messung von Situationsbewusstsein im Fahrzeug180
3.1 Subjektive Maße180
3.2 Leistungsmaße181
3.3 Occlusion und Hands-Off-Methode182
3.4 Physiologische Maße182
4 Eigene Studien182
4.1 Studie I183
4.1.1 Untersuchungsanordnung184
4.1.2 Ergebnisse184
4.1.3 Zusammenfassung Studie I187
4.2 Studie II189
4.2.1 Untersuchungsanordnung190
4.2.2 Ergebnisse190
4.2.3 Zusammenfassung Studie II194
5 Diskussion196
5.1 Wirkung von ersetzender Assistenz196
5.2 Wirkung von warnender Assistenz196
6 Zusammenfassung197
Literaturverzeichnis199
Evaluierung eines Spurhalteassistenten für das „Honda Intelligent Driver Support System203
1 Einleitung203
2 Beschreibung des HIDS Systems203
2.1 Der Abstandsregler205
2.2 Der Spurhalteassistent206
3 Untersuchung des Ein.usses des HIDS Systems auf die Fahrsicherheit208
3.1 Testmethoden208
3.2 Subjektive Bewertung209
3.3 Objektive Bewertung211
4 Zusammenfassung214
Literaturverzeichnis215
Vision: Von Assistenz zum Autonomen Fahren217
1 Einleitung217
2 Orientierungsrahmen für ein leistungsfähiges Fahrzeug-Sehsystem220
2.1 Wahrnehmung der Umgebung220
2.2 Repräsentation der Wahrnehmung mit üblichen Begriffen222
2.3 Verwendung für Assistenz oder autonome Fähigkeiten223
3 Modulare Gliederung224
3.1 Hardware-Ausstattung der Fahrzeuge224
3.1.1 Fahrzeugauge224
3.1.2 Rechnersystem zur Bildfolgeninterpretation225
3.1.3 Andere Sensoren226
3.1.4 Gesamtes Rechnersystem227
3.1.5 Aktuatorik227
3.2 Missionsbereiche228
3.3 VisuelleWahrnehmung228
3.4 Repräsentation des aktuellen Wissens231
3.4.1 Szenenbaum231
3.4.2 Missionsplan232
3.4.3 Fähigkeitennetzwerk234
3.4.4 Situationserfassung und -darstellung234
3.5 Verhaltensentscheidung236
3.5.1 Blickrichtungsteuerung237
3.5.2 Assistenzfunktionen238
3.5.3 Autonome Fortbewegung239
3.6 Verhaltensrealisierung239
3.6.1 Vorsteuerverläufe für Manöver239
3.6.2 Rückkopplungsgesetze für Folgeregler241
3.6.3 Manöver mit Störkompensationen241
3.6.4 Autonome Missionsdurchführung242
4 Gesamtarchitektur242
5 Systemintegration244
6 Zusammenfassung246
Literaturverzeichnis248
Wirtschaft und gesellschaftliche Akzeptanz: Fahrerassistenzsysteme auf dem Prüfstand253
Einleitung253
1 Die Bedeutung gesellschaftlicher Akzeptanz für die Wirtschaft253
2 Vorbemerkungen zu Moral und Ethik253
3 Die „gesellschaftlichen Vorteile von FAS254
4 Das Problem der Hersteller256
5 Skizze zur Lösung des Problems256
6 Bewertung der Lösung257
7 Organisation der „gesellschaftlichen Akzeptanz258
Sachverzeichnis259

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