Eine Referenzarchitektur für die assistierte und automatisierte Fahrzeugführung mit Fahrereinbindung

Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung einer funktionalen Systemarchitektur, die den Anforderungen des assistierten, teilautomatisierten bis hin zum vollautomatisierten Fahrens gerecht werden soll. Dabei steht insbesondere die Architektur als wissenschaftliche Disziplin im Vordergrund, in der Entscheidungsalternativen erarbeitet und durch Abwägung der sich daraus ergebenden Konsequenzen bewertet und dokumentiert werden. Im ersten Schritt erfolgt eine Anforderungsanalyse, in der die funktionalen Systemanforderungen in Form notwendiger Fahrmanöver hergeleitet sowie relevante nichtfunktionale Anforderungen (insbes. Test- und Erweiterbarkeit) an die Architektur identifiziert werden. Darauf aufbauend erfolgt die Entwicklung der Referenzarchitektur auf Basis hybrider Robotik-Basisarchitekturen, beginnend mit einer Festlegung des 3-Ebenen Fahrzeugführungsmodelles nach Donges als zugrunde liegendes hierarchisches Abstraktionsmodell. Von besonderer Bedeutung dabei ist das Zusammenspiel zwischen deliberativen Systemelementen zur Zielerreichung einerseits und reaktiven Systemelementen zur schnellen Reaktion auf sich ändernde Situationsparameter andererseits. Als Ergebnis liegt ein hierarchisches Mehrebenensystem mit vier Systemebenen vor. Neben der Festlegung der Kontrollhierarchie wird zusätzlich der Informationsbedarf der Planungsmodule in Richtung des Umfeldmodells skizziert sowie die notwendigen Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Fahrereinbindung.

Subject of the thesis is the development of a functional system-architecture which satisfies the requirements from assisted up to fully automated driving. Focus is set on the architecture as a scientific discipline in which different decision alternatives are developed in the first place which then are evaluated based on the consequences for the fulfilment of non-functional system requirements. Therefore, a requirements analysis for functional and non-functional requirements (especially regarding testability and modifyability) in the context of automated driving is conducted. Subsequently the reference architecture is designed based on a hybrid robotics-domain base architecture which uses a layered model for vehicle guidance as a paradigm for its hierarchy. Of particular importance is the combination of deliberate, goal-oriented system aspects on the one hand and reactive system components to allow quick reactions on sudden environment changes on the other. The result of the dissertation is a multi-layered system architecture with four hierarchically ordered layers. Besides the development of the hierarchy of the decision- and planning modules also their information demand regarding the envioronment model is described as well as a discussion of appropriate human-machine interfaces.