Dissertation

Architekturen und Algorithmen für kooperative Automobile

Autor*in:

Jens Dankert

Seitenzahl:

155

DOI:

10.18154/RWTH-2021-07491

Jahr:

2021

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Einhergehend mit dem Einsatz moderner Technologien und zunehmender Automatisierung in Richtung der SAE Stufen 4 & 5 erfolgen auch Bestrebungen im Bereich der Kommunikation zwischen Fahrzeugen untereinander sowie mit Infrastruktur, um sogenannte Intelligent Traffic Systems (ITS) zu bilden. Diese ermöglichen neuartige, kooperative Funktionen, die zumeist mit erheblichen Anforderungen an Rechenleistung und Kommunikationsparameter wie Reichweite, Latenz und Durchsatz verbunden sind. Die Anforderungen und die damit verbundene Komplexität schwanken dabei je nach Art und Anzahl der Verkehrsteilnehmer sowie Verkehrssituation teilweise erheblich. Im Rahmen dieser Arbeit werden Architekturen und Algorithmen für kooperative Fahrzeuge entwickelt, die eine ganzheitliche Betrachtung des Themenkomplex ermöglichen und flexibel anpassbar sein sollen. Es wird eine Architektur entworfen, die insbesondere das Konzept der Local Traffic Systems (LTS) als übergeordnete Gruppen zueinander relevanter Verkehrsteilnehmer vorschlägt. Hierbei wird zwischen der Verkehrsebene zur Verwaltung der LTS und der allgemeinen Missionsplanung, der Bahnführungsebene für taktische Manöverentscheidungen und der Stabilisierungsebene zur Trajektorienverfolgung unterschieden. Für jede Ebene werden entsprechende Algorithmen und Lösungsansätze entworfen. So wird auf Verkehrsebene neben einer Modellierung des Umfelds ein Suchalgorithmus zur Gruppenbildung sowie die notwendigen Verwaltungsmechanismen zur Bildung und Auflösung von LTS beschrieben. Auf Bahnführungsebene findet eine Fokussierung auf abstrakte, taktische Manöver statt. Diese werden beschrieben sowie zwei Ansätze zur Planung kooperativer Manöver entwickelt. Auf Stabilisierungsebene werden drei Verfahren zur Verfolgung von Trajektorien vorgestellt. Im Rahmen einer simulativen Validierung werden alle Verfahren gemäß der gewählten Forschungsmethodik auf verschiedenen Integrationsleveln untersucht. Es zeigt sich, dass bis auf die Echtzeitfähigkeit des umgesetzten modellprädiktiven Regelungsverfahrens alle Anforderungen erfüllt werden können. Somit ist das realisierte System prinzipiell auch in Feldversuchen einsetzbar, sofern eine ausreichend performante Kommunikationsschnittstelle gewährleistet werden kann. Insgesamt kann gezeigt werden, dass die entworfene Architektur und die zugehörigen Algorithmen geeignet sind, um zukünftige kooperative Fahrfunktionen und Fahrzeuge zu unterstützen.