Sicher automatisiert auf der Autobahn fahren

Das Erkennen kritischer Verkehrssituationen ist bei der Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen von herausragender Bedeutung. Für eine szenenbasierte Bewertung verschiedener Verkehrsabläufe bedarf es jedoch der genauen Beschreibung einer Autobahnfahrt, die sicherheitsrelevante Szenarien berücksichtigt. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde ein Konzept entwickelt, das die gesamte Fahraufgabe abdeckt und die Extraktion der Grundszenarien aus Felddaten beschreibt. Für die weitere Entwicklung zum sicheren automatisierten Fahren wurde so wesentliche Entwicklungsarbeit geleistet.

Szenario „Überholmanöver” - aus mehreren Grundszenarien kombiniert (Bild: nosorogua/stock.adobe.com)

Aufgabenstellung

Die Bewertung, ob die Fahrfunktion sicher genug für den öffentlichen Straßenverkehr ist, stellt eine wesentliche Herausforderung auf dem Weg zum automatisierten Fahren dar. Ein Sicherheitsnachweis durch Testfahrten im Feld hat sich aufgrund der dazu erforderlichen Fahrdistanzen als unökonomisch erwiesen. Als Alternative bietet sich die szenarienbasierte Bewertung an: Durch eine Fokussierung auf relevante und gegebenenfalls besonders kritische Verkehrsabläufe kann eine Raffung erreicht werden. Im Auftrag der BASt sollte das Institut für Kraftfahrwesen Aachen an der RWTH Aachen ein entsprechendes Konzept entwickeln. Ermöglicht werden sollte damit eine möglichst vollständige Beschreibung einer Autobahnfahrt unter Berücksichtigung sicherheitsrelevanter Szenarien.

Untersuchungsmethode

Zur Umsetzung wurden Grundszenarien definiert, die die elementaren Bestandteile der Beschreibung darstellten. Als Ordnungskriterium für die Szenarien diente eine Gliederung in die drei Oberklassen Fahrzustand, Transition und überlagerte Interaktion. Damit wurde zudem die gezielte Suche nach Lücken in der Abdeckung der Fahraufgabe erleichtert. Da die Komplexität des Verkehrsgeschehens nicht allein durch die Grundszenarien abbildbar war, dienten aus ihnen zusammengesetzte Kompositionsszenarien als Erweiterungsmöglichkeit für den Szenarienkatalog. Der erstellte Katalog an Grundszenarien sollte einerseits die gesamte Fahraufgabe abdecken, andererseits sollten die einzelnen Klassenelemente vollständig überschneidungsfrei sein. Damit wurde eine Berücksichtigung aller relevanten Elemente für die Bewertung automatisierter Fahrzeuge ermöglicht.

Ergebnisse

Unter Berücksichtigung existierender Ansätze wurde eine auf 3 Säulen basierende Struktur von Szenarien erarbeitet. Die erste Säule bilden stationäre Fahrzustände, Transitionen für zeitlich ausgedehnte Übergänge zwischen diesen Zuständen bilden den zweiten Pfeiler. Als drittes Grundelement dienen überlagerte Interaktionen zur weiteren Erhöhung der Beschreibungsfähigkeit. Mit diesen Grundbausteinen ist es möglich, komplexere Verkehrsszenarien als Kompositionen zusammenzusetzen. Ebenfalls aus den Grundbausteinen definiert wurden sicherheitsrelevante Szenarien mit besonders hoher Relevanz, welche zur detaillierten Betrachtung herangezogen werden konnten.

Anforderungsverstärkende Faktoren ergänzten die Szenarienbeschreibung um besondere Umstände – etwa durch andere Verkehrsteilnehmer, die Straßenführung oder durch Umgebungsbedingungen. Die Validierung anhand von Realdaten wurde durch die Entwicklung und Implementierung einer automatisierten Extraktion der definierten Szenarien aus
Realfahrdaten umgesetzt. Als zentrales Ergebnis wurde ein Codebook erstellt, in dem eine allgemeine Herangehensweise bei der Extraktion der Grundszenarien aus Felddaten definiert wird. Neben der Beschreibung der einzelnen Szenarien wurden auch die jeweils relevanten Beschreibungsgrößen aufgeführt, die auf Basis des zugrundeliegenden Datensatzes zu bestimmen sind.

Folgerungen

Auf dem Weg zum automatisierten Fahren dient das vorliegende Konzept als grundlegender Baustein für die weitere Arbeit. Von maßgeblicher Bedeutung sind die Ergebnisse beim Aufbau einer Szenariendatenbank zur wissenschaftlichen Untersuchung der Steuerungseignung automatisierter Fahrfunktionen. Langfristig können damit die Voraussetzungen für statistisch unverzerrte Analysen geschaffen werden.