Modellbasierter Regelungsentwurf für einen Highway Pilot sowie dessen Sicherheitsanalyse und Validierung in einer Gesamtfahrzeugsimulation

Umfeld

Die Gewährleistung der Sicherheit automatisierter Kraftfahrzeuge, welche u.a. auf Deep Learning unter Anwendung mehrschichtiger künstlicher neuronaler Netze zurückgreifen, kann als einer der Schlüsselfaktoren bei deren Markteinführung angesehen werden. Hierbei ergibt sich die Herausforderung des systematischen und methodischen Entwurfs sowie der sicherheitstechnischen Analyse und Validierung von Regelungssystemen für die automatisierte Longitudinal- und Lateralführung dieser Kraftfahrzeuge. Bei der Entwicklung solcher Systeme spielt der Betriebsbereich (engl. Operational Design Domain) und insbesondere dessen physikalische Beschaffenheit wie Verkehrs-, Straßenzustand oder Wetterbedingungen eine zunehmend wichtige Rolle. Hierbei ist das dynamische Verhalten der Regelkreise über die Längs- und Querachse des Kraftfahrzeugs stark vom vorgegebenen Betriebsbereich abhängig. Diese physikalischen Effekte müssen beim Entwurf der fahrzeuginternen Regelungssysteme identifiziert und in einem Top-Down Ansatz entsprechend berücksichtigt werden.

Die Zielsetzung dieser Abschlussarbeit ist zum einen der modellbasierte und methodische Entwurf einer kaskadierten Regelkreisarchitektur für die Longitudinal- und Lateralführung eines automatisierten Kraftfahrzeugs am Beispiel Highway Pilot. Der Entwurf der Regelkreisarchitektur soll dabei unter Anwendung einer hierarchischen Dekomposition der Fahrzeugarchitektur erfolgen. Im Anschluss geht es darum, die aus der Dekomposition abgeleiteten Subsysteme jeweils einer regelungstechnischen Verhaltensanalyse in Abhängigkeit zum festgelegten Betriebsbereich (Autobahnabschnitt) zu unterziehen. Zum anderen soll daraufhin die entworfene Regelkreisarchitektur in ein Gesamtfahrzeugmodell mit simulierter 3D Umgebung, welche entsprechend den Betriebsbereich Autobahnabschnitt repräsentiert, integriert und mittels definierter Testszenarien sicherheitstechnisch analysiert und validiert werden. Abschließend soll die angewandte Modellentwicklungsmethodik für den Regelkreisentwurf evaluiert werden.

Die Abschlussarbeit kann wahlweise bei der Robert Bosch GmbH in Ludwigsburg oder direkt am ITIV durchgeführt werden.

Aufgabenstellung

• Literaturrecherche zum Stand von Wissenschaft und Technik bzgl. der Regelung von automatisierten Kraftfahrzeugen
• Modellbasierter und methodischer Entwurf der Longitudinal- und Lateralregelkreisarchitektur eines vollautomatisierten Kraftfahrzeugs am Beispiel Highway Pilot unter expliziter Berücksichtigung des definierten Betriebsbereichs (Matlab/Simulink)
• Inbetriebnahme und Integration der Longitudinal- und Lateralregelkreisarchitektur in die Gesamtfahrzeugsimulationsumgebung (IPG CarMaker)
• Sicherheitsanalyse und Validierung der Longitudinal- und Lateralregelkreisarchitektur in der Gesamtfahrzeugsimulationsumgebung (IPG CarMaker)
• Evaluierung der Modellentwicklungsmethodik für den Entwurf der Longitudinal- und Lateralregelkreisarchitektur
• Der Fokus der Arbeit kann nach Absprache und je nach Interessen des Studierenden angepasst werden

Voraussetzungen

• Eigenständige und strukturierte Arbeitsweise
• Kenntnisse in der Regelung von Mehrgrößensystemen und Fahrdynamik wünschenswert
• Kenntnisse in Matlab/Simulink bevorzugt und IPG CarMaker wünschenswert
• Studiengänge: Elektrotechnik, Mechatronik, Maschinenbau, Informatik o.Ä.