Wie autonome Shuttles auch bei einer Fehlermeldung sicher weiterfahren

Projekt 3F: Das Fahrzeug kann die Fahrt trotz Abweichungen auf der vorgegebenen Strecke und technischen Ausfällen im System fortsetzen.

Mit zwei Shuttlebussen auf dem Bosch-Forschungscampus in Renningen wurde die Beförderung von Personen getestet. (Foto: Bosch Gruppe)
Mit zwei Shuttlebussen auf dem Bosch-Forschungscampus in Renningen wurde die Beförderung von Personen getestet. (Foto: Bosch Gruppe)
Claus Bünnagel

Ziel des Projekts 3F „Fahrerlose und fehlertolerante Fahrzeuge im Niedriggeschwindigkeitsbereich“ war es zu ergründen, wie das Steuerungssystem eines autonomen Shuttles auch im Falle eines Fehlers nicht komplett ausfällt, sondern das Fahrzeug weiterfahren kann. An dem vom Bundeswirtschaftsministerium mit 4,3 Mio. Euro geförderten Projekt waren neben Bosch als Konsortialführer drei weitere Unternehmen, eine Hochschule und eine Forschungseinrichtung beteiligt: die StreetScooter GmbH, die RA Consulting GmbH, das FZI Forschungszentrum Informatik, die Finepower GmbH und die RWTH Aachen. 

Redundante Energieversorgung und Sensorik 

Fahrerlose Shuttlebusse müssen andere Voraussetzungen erfüllen als beispielsweise hochautomatisierte Pkw. (Bosch-Projektkoordinator Thomas Schamm) 

Shuttlefahrzeuge können nur dann ohne (Sicherheits-)Fahrer zum Einsatz kommen, wenn sie selbstständig ihr System überwachen – also Diagnoseaufgaben durchführen – und erkannte technische Störungen bewältigen und weiterfahren können. Zugleich müssen sie bei kritischen Fehlern das System in einen sicheren Zustand überführen und beispielsweise stoppen. Wie die Anforderungen im Einzelnen aussehen, wie die Systeme davon ausgehend ausgelegt werden müssen und wie das Zusammenspiel der Einzelkomponenten optimiert werden kann, daran hat das Projekt 3F gearbeitet. 

Ein Lösungsansatz: Redundanz, also das Vorhandensein sicherheitsrelevanter Funktionen in doppelter Ausführung. So haben die Forscher beispielsweise redundante Systeme zur Stromversorgung entwickelt, damit Elektroantrieb und Bordnetz zuverlässig abgesichert sind, und die Sensorik auf die Bauform der Fahrzeuge abgestimmt und verfeinert. Um Hindernisse zuverlässig erkennen zu können, wurden mehrere Lidar- und Radarsensoren an unterschiedlichen Fahrzeugstellen positioniert. Das ermöglicht, das Umfeld aus verschiedenen Positionen zu beobachten, eine 360°-Rundumsicht zu erreichen, tote Winkel zu vermeiden und so gewissermaßen ein 3D-Schutzfeld zu erzeugen. Nicht nur Hindernisse auf der Straße wie Schranken werden so erkannt, sondern auch herabhängende Äste. 

Erkennen, einordnen, Fahrverhalten anpassen 

Ein weiterer Lösungsansatz: Fehlertoleranz, also die zumindest stückweise Kompensation eines Teilsystemausfalls durch andere Funktionen. Das funktioniert ähnlich wie bei Menschen: Wenn in einem geschlossenen Raum plötzlich das Licht ausgeht, tasten sie sich langsam weiter, statt in Starre zu verfallen. Vergleichbar verhält sich das Shuttlefahrzeug: Ist es in einem Teilbereich blind, weil Blätter vor dem Sensor kleben oder ein großes Objekt wie ein Müllcontainer die Sicht in eine Richtung komplett versperrt, verlangsamt es seine Fahrt oder spart die nicht mehr erkennbaren Bereiche auf der Route aus. 

Zudem hat das Projekt daran gearbeitet, dass Shuttlebusse im Rahmen ihrer festgelegten Strecke auch auf Abweichungen im Umfeld reagieren. Die Fahrzeuge sollen langsamer werden, wenn sich bewegliche Objekte nähern, oder unbekannte Gegenstände im Zweifel großzügig umfahren. Bei wiederkehrenden Wegmarken wie Laternen wiederum setzen sie die Fahrt in unverminderter Geschwindigkeit fort. Ist Gefahr im Verzug, verordnet sich das Shuttle sicherheitshalber einen Stopp. Das Ziel: Das Fahrzeug passt sein Fahrverhalten in Echtzeit den Gegebenheiten an, setzt aber seinen Weg nach Möglichkeit auch bei Störungen im System oder trotz Hindernissen auf der Strecke selbsttätig fort. 

Diagnose, Überwachung, Steuerung

Daten über die aktuelle Fahrt und den technischen Zustand können aus dem Fahrzeug heraus und an das Fahrzeug zurückübertragen werden. Dabei gehen Informationen hinsichtlich drei Funktionen hin und her: Diagnose, Überwachung, Steuerung. Auf der Basis kann künftig per Leitstelle ein ganzer Fuhrpark an automatisierten Shuttlebussen aus der Ferne kontrolliert, bei Bedarf repariert oder gesteuert werden, um beispielsweise Türen zu öffnen. So lassen sich die Fahrzeuge unterstützen, falls sie in Sachen Fehlererkennung und -kompensation doch einmal an ihre Grenzen kommen oder auch ganz planmäßig eine Wartung benötigen. 

Erprobt wurden die Entwicklungen auf mehreren Testrecken: Mit zwei Shuttlebussen auf dem Bosch-Forschungscampus in Renningen wurde die Beförderung von Personen auf einem Gelände getestet, auf dem auch Fußgänger unterwegs sind. Auf einem Innovationspark bei Aachen sowie im Umfeld eines Paketzentrums der Deutschen Post/DHL wurde mit einem Logistikfahrzeug das Zusammenspiel von Fahrer und automatisiertem Fahrzeug untersucht. 

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