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Safety Requirements and Distribution of Functions for Automated Valet Parking

Schönemann, Valerij (2019):
Safety Requirements and Distribution of Functions for Automated Valet Parking.
Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Safety Requirements and Distribution of Functions for Automated Valet Parking
Language: English
Abstract:

Automated valet parking (AVP) is a service which potentially releases the driver from the burden of parking the vehicle manually and saves his valuable time. However, the integration of AVP systems into today’s parking facilities may result in a mixed traffic of manually driven and automated vehicles. Thereby, function modules to execute the AVP Service can be placed inside the vehicle and/ or inside the infrastructure. The two yet unresolved research questions in such a scenario are the definition of necessary minimum criteria for a safe AVP service and the distribution of functions between the infrastructure and the automated vehicle. In particular, the definition of minimum criteria is required to ensure the necessary safety by design in the early system development phase. This thesis specifies such minimum criteria for AVP systems to minimize the risks of harm for future deployed AVP systems. The necessary safety design is derived for different topologies of parking garages by considering the needed cooperation between the infrastructure and the automated vehicle. In the first step, the lack of minimum criteria and the lack of possible AVP configurations is identified in the state-of-the-art. The methodology to identify minimum criteria is divided in three parts: minimum safety requirements, minimum required perception zone and minimum functional requirements. Minimum safety requirements define the parameters and corresponding thresholds that are required to be investigated. They prevent the AVP-system to cause potential hazards and critical situations. A minimum required perception and safety zone describe technology-independent, geometric-based and minimum safety-relevant areas around the ego-vehicle. The determination of necessary parameters for a collision-free stop is required in the minimum required perception zone. Additionally, minimum functional requirements are derived from defined scenarios. The functional requirements are assigned to function modules and form as system building blocks modular AVP system architecture. Minimum safety requirements, the minimum required perception zone and minimum functional requirements form the minimum criteria for the elaborated checklist. In the scope of this work, minimum criteria and impacts on costs, time efficiency, safety as well as availability serve as a justification to derive needed AVP configurations. Distributed functions range from the perception to the execution. A tradeoff exists between overall costs, time efficiency, safety and availability of AVP systems with today’s vehicles. AVP configurations and minimum criteria ease the migration of AVP systems in today’s existing and in newly constructed parking garages. Minimum criteria lay the foundation for the development of a necessary safety design.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Automatisiertes Valet-Parken (AVP) ist ein Dienst, welcher das Potential besitzt den Fahrer von der Last des manuellen Parkens zu befreien und ihm wertvolle Zeit zu ersparen. Die Einführung eines AVP-Systems in schon bestehende Parkhäuser kann zum Mischverkehr zwischen manuell geführten und automatisierten Fahrzeugen führen. Hierbei können Funktionsmodule zur Ausführung des AVP-Dienstes im Fahrzeug und/ oder in der Infrastruktur untergebracht werden. Zwei, in diesem Szenario bis dato ungelöste Forschungsfragen, sind die Definition von notwendigen Mindestkriterien an einen sicheren AVP-Dienst und die Verteilung von Funktionen zwischen der Infrastruktur und dem automatisierten Fahrzeug. Insbesondere die Definition von Mindestkriterien ist erforderlich, um die notwendige Sicherheitsauslegung in der frühen Systementwicklungsphase zu gewährleisten. Diese Arbeit spezifiziert solche Mindestkriterien für AVP-Systeme, um das Risiko von Gefährdungen zukünftig eingesetzter AVP-Systeme zu reduzieren. Die notwendige Sicherheitsauslegung wird für verschiedene Parkhaustopologien bei Berücksichtigung der benötigten Kooperation zwischen Infrastruktur und automatisiertem Fahrzeug hergeleitet. Im ersten Schritt wird das Fehlen von Mindestkriterien und möglicher AVP-Konfigurationen im Stand der Technik identifiziert. Die Methodik zur Identifikation der Mindestkriterien ist dabei in drei Teile gegliedert: Mindestsicherheitsanforderungen, eine mindestens erforderliche Wahrnehmungszone und funktionale Anforderungen. Mindestsicherheitsanforderungen definieren die notwendig zu bestimmenden Parameter und zugehörige Schwellenwerte. Sie verhindern, dass das AVP-System potenzielle Gefahren und kritische Situationen verursacht. Eine mindestens erforderliche Wahrnehmungs- und Sicherheitszone beschreibt technologieunabhängige, geometrisch basierte und minimal sicherheitsrelevante Bereiche um das Ego-Fahrzeug. Die Bestimmung notwendiger Parameter für das kollisionsfreie Anhalten wird in dieser mindestens erforderlichen Wahrnehmungszone gefordert. Zusätzlich wurden aus definierten Szenarien funktionale Anforderungen an das AVP System abgeleitet. Diese funktionalen Anforderungen werden Funktionsmodulen zugeordnet und bilden als Systembausteine eine modulare AVP-Systemarchitektur. Die Mindestsicherheitsanforderungen, die mindestens erforderliche Wahrnehmungszone und die funktionalen Anforderungen bilden die Mindestkriterien für die in dieser Arbeit erarbeitete Checkliste. Im Rahmen dieser Arbeit dienen Mindestkriterien und Einflussfaktoren auf Kosten, Zeiteffizienz, Sicherheit und Verfügbarkeit als Grundlage für die Ableitung benötigter AVP-Konfigurationen. Dabei besteht ein Zielkonflikt zwischen den Gesamtkosten, der Zeiteffizienz, der Sicherheit und Verfügbarkeit von AVP-Systemen mit heutigen Fahrzeugen. AVP Konfigurationen und Mindestkriterien erleichtern die Migration von AVP-Systemen in existierende und neu errichtete Parkhäuser. Mindestkriterien legen die Grundlage für die Entwicklung einer notwendigen Sicherheitsauslegung.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD)
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Automotive Engineering (FZD) > Safety
Date Deposited: 26 Nov 2019 10:14
Last Modified: 09 Jul 2020 02:48
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-92386
Referees: Winner, Prof. Dr. Hermann and Klingauf, Prof. Dr. Uwe
Refereed: 15 October 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/9238
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