Entwicklung einer Methode zur Extraktion von Szenarienkatalogen für Niedriggeschwindigkeits-Use-Cases des automatisierten Fahrens

Mit dem Ziel der Entwicklung von modularen und dienstorientierten automatisierten Fahrzeugen wird am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der TU Darmstadt (FZD) im Rahmen des Projekts autotech.agil geforscht. Ein Schwerpunkt stellt hierbei die Entwicklung von Fahrfunktionen für Niedriggeschwindigkeits-Use-Cases des automatisierten Fahrens dar. Die in den Use-Cases auftretenden Szenarien sind hierbei von entscheidender Bedeutung, da diese die in der Entwicklung zu treffenden Entscheidungen bezüglich der Auslegung von Fahrfunktionen stark unterstützen und den Entwicklungsprozess der Funktionen weitestgehend in jedem Schritt begleiten. Die Anzahl und Komplexität von Szenarien in Abhängigkeit der Operational Design Domain (ODD) und den Eigenschaften einer Fahrfunktion ist hierbei von Interesse. Eine Methode, die sowohl auf Use-Cases innerhalb als auch außerhalb des öffentlichen Straßenverkehrs angewandt werden kann, um die Abhängigkeit der Eigenschaften einer Fahrfunktion sowie der ODD bezüglich der Szenarien zu untersuchen existiert in der gewünschten Auslegung aktuell noch nicht. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine Methode zur systematischen Ableitung von funktionalen Szenarien entwickelt. Die resultierenden Szenarienkataloge ermöglichen die Ableitung von Anforderungen an die zu entwickelnden Fahrfunktionen. Zusätzlich ist es mit der Methode möglich, die Auswirkungen der einzelnen ODD-Elemente auf die Komplexität des Szenarienkatalogs zu untersuchen. Zu Beginn erfolgt eine Auseinandersetzung mit der Terminologie bezüglich Szenarien und den damit verknüpften Konzepten der Ableitung und Verwendung dieser. Zusätzlich wird sich mit relevanten Niedriggeschwindigkeits-Anwendungsfällen beschäftigt. Die betrachteten Anwendungsfälle werden daraufhin systematisch kategorisiert, um im späteren Verlauf geeignete Use-Cases für die Verifikation und Validierung auszuwählen und eine kategorisierte Sammlung an Use-Cases des automatisierten Fahrens bei niedrigen Geschwindigkeiten zu bilden. Durch das aufgebaute Verständnis bezüglich verschiedener Ableitungstechniken werden Anforderungen mit Blick auf den Einsatzzweck der Methode gestellt. In diesem Schritt wird ebenfalls ein Verifikations- und Validierungskonzept für diese entworfen, mit welchem abschließend die Methode geprüft wird. Anhand der definierten Anforderungen werden die betrachteten Ableitungstechniken bewertet. Aufbauend auf diese Bewertung wird mit einer Nutzwertanalyse eine Methode ausgewählt, welche den höchsten Nutzwert aufweist und demzufolge die Anforderungen bereits in Teilen erfüllt. Auf die Auswahl der Methode folgt die Weiterentwicklung dieser. In diesem Schritt wird analysiert, welche Schritte der Methode geändert und weiterentwickelt werden müssen, um die Anforderungen zu erfüllen. Nachdem die ausgewählte Methode grundlegend im Blick auf die Anforderungen und dem Anwendungszweck weiterentwickelt wurde, folgt die Anwendung auf verschiedene Use-Cases, welche der Kategorisierung der Anwendungsfälle entnommen werden. In diesem Schritt wird anhand von Falsifizierungsversuchen überprüft, ob die Methode den definierten Anforderungen gerecht wird und das Verifikations- und Validierungskonzept besteht. Zusammenfassend erfüllt die weiterentwickelte Methode die gestellten Anforderungen zu großen Teilen. Einschränkungen konnten hierbei in der Vollständigkeit der Szenarienkataloge und der Robustheit der Methode gefunden werden. Somit existiert eine Methode, welche sich auf einen großen Bereich an Niedriggeschwindigkeits-Use-Cases des automatisierten Fahrens anwenden lässt und für diese systematisch relevante Szenarien extrahiert. Die Methode erlaubt die Untersuchung des Einflusses von ODD-Elementen auf die daraus resultierenden Szenarienkataloge. Eine Weiterentwicklung der Methode ist möglich, um weitere ODD-Elemente, die aktuell noch nicht betrachtet werden in den Ableitungsprozess mit einzubinden.