Nächste Ausfahrt: Zukunft
Automatisiertes Fahren
2© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
▪ Studium der Elektrotechnik an der Uni Ulm
▪ Direkteinstieg bei ITK Engineering
▪ Diverse Projekte im Bereich Fahrassistenzsysteme/autonomes Fahren
▪ Projektbeispiele:
▪ Notbremassistent für LKWs
▪ Prädiktiver Abstandsregeltempomat
Zur Person
Disclaimer:
Einige der in diesem Foliensatz verwendeten Grafiken und
Darstellungen sind urheberrechtlich geschützt. Sie wurden von mir
gemäß §51 UrhG im Rahmen des 90‐minütigen Vortrages zum Zweck
des Zitats verwendet und sind durch Quellenangaben
gekennzeichnet.
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Seit 1994
ITK Engineering GmbH
Michael Englert,
Gründer & Geschäftsführer
Weltweit
Deutschland
Graz (A) Detroit (USA)
Barcelona (ES) Tokio (JP)
Bernd Gohlicke
Geschäftsführer
67136
235
400
710
800
'05 '07 '09 '11 '13 '15 '17
Mita
rbeite
ran
zah
l
1050
Rülzheim
Berlin
Braunschweig
Frankfurt a.M.
Friedrichshafen
Ingolstadt
Köln
Lollar
München
Stuttgart
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Unsere Branchen
Wir machen Maschinen intelligent
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Wie bringt man das autonome Fahrzeug gemeinsam auf die Straße?
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Darüber wird gesprochen
Automatisiertes FahrenZwischen Fahrerakzeptanz, technischen
Herausforderungen und der nächsten Stufe der
Mobilität
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Stufen des automatisierten Fahrens
Level 1: Assistiert
Unterstützung in kritischen Situationen
Level 4: Vollautomatisiert
Im spezifischen Fall kein Fahrer erforderlich
Level 3: Hochautomatisiert
System erkennt Grenzen und fordert Fahrerübernahme an
Level 5: Autonom
Fahrerloser Betrieb möglich
Level 2: Teilautomatisiert
Ständige Überwachung durch Fahrer
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Fahrassistenzsysteme
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Herausforderungen im Überblick
Safety & Security
Cognitive Solutions
Computer Vision Infrastruktur
Rechtliches
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Computer Vision
Rundumblick für‘s Fahrzeug
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Wie bringt man Maschinen das Sehen bei?
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UltraschallLaserscanner
RadarKamera
Wie bringt man Maschinen das Sehen bei?
Sensordatenfusion
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Wie bringt man Maschinen das Sehen bei?
Aber: Wie positioniert man die Sensoren ohne es
vorher am realen Fahrzeug zu testen?
?
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RealitätSimulation
Beispiel: Der Ultraschallsensor zum Einparken
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Detaillierte 3D Geometrie
Was ist das Problem bei der Ultraschallsimulation?
Umweltsimulation
▪ 3D Umgebung
liegt vor
▪ Objekte sind mit
Dreiecksnetzen
angenähert
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Bounding Boxes
Was ist das Problem bei der Ultraschallsimulation?
Virtuelle Sensorik
betrachtet statt
Dreiecksnetzen die
Bounding Boxes
Problem:
Es wird nicht die
tatsächliche
Geometrie
betrachtet
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Distanzmessung StrahlenlängeDistanzmessung Kegelschnitt
Was ist das Problem bei der Ultraschallsimulation?
Berechnete Geometrie mit Bounding
BoxReale Geometrie
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Funktionsprinzip Ultraschallsensor: Piezoelement
Sensormodell
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Raytracing
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Die Idee
Absicherung der Sensorik in einem geometrisch
realitätsnahen Umfeld auf Basis etablierter Technologien
aus der Computergrafik
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▪ Strahlen vom Sensor radial in die
Szenerie
▪ Schnittpunkt in Szene bestimmt
Reflektionspunkt
▪ Strahlinformationen:
▪ Strahlursprung
▪ Strahlrichtung
▪ Länge des Strahls
▪ Objektzugehörigkeit des getroffenen Dreiecks
Beispiel
Grundsätzliches Verfahren bei Sensorsimulation
Sensor
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Physikalisches Modell
Atmosphärische DämpfungDiffuse Reflexion
Dämpfung über DistanzSensor-Charakteristik
▪ Einfluss von
Temperatur, Druck
und Luftfeuchtigkeit
▪ Streuungseffekte
durch Oberflächen
und Wellenlänge
▪ Ausstrahl- und
Empfangs-
eigenschaften der
Sensormembran
▪ Leistungsdämpfung
von radial
ausstrahlenden
Punktquellen
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▪ Strahlausbreitung an Sensor
▪ Reflektionen anhand Geometrie
▪ Detektion bei Reflektion an Sensor
▪ Modellbildung aufgrund von
Strahlinformationen
Ultraschall Raytracing
Ausbreitungsmodell
Multipath Raytracing
Direktes Echo/Kreuz Echo
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Absicherung von Fahrerassistenzsystemen
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Der Ansatz: Technologien auf neue Branchen übertragen
Gaming trifft Automotive
Umweltsimulation
Umgebungs-
simulation
Sensor-
simulation
Simulation der Ultraschallwellen
durch Raytracing und
Bereitstellung physikalischer
Modelle
3D Engine mit Straßen
und Objekten für
realitätsnahe
Umgebung
Leistungsfähige GPU als Basis
26© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
Fazit
Gamingtechnologien können auch zur Absicherung von Automatisierten
Fahren und Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden
Mit Verfahren wie Raytracing können unterschiedliche Sensortypen
abgesichert werden, sie sind jedoch rechenintensiv
Umweltsimulationen reduzieren den Entwicklungsaufwand und senken
Kosten
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Safety & Cyber-Security
Sicher muss es sein!
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Sicherheit = Sicherheit?
Maschinen werden gegen
Menschen gesichert
Security
Menschen werden vor
Maschinen geschützt
Safety
Warum das so wichtig ist?
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Medienaufmerksamkeit
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Der Cherokee-Hack im Video
https://www.wired.com/2015/07/hackers-remotely-kill-jeep-highway/
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… woher kommen diese Hacks?
IT Service
FO
TA
TPMSOBD
II
WiFi
OEM App Store
Steigende Connectivity = Mehr Angriffsfläche
…
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Von wo kann ein Fahrzeug angegriffen werden?
Angreifer Weltweit
Angriff von jedem beliebigen Ort(z.B. auch vom Sofa zu Hause aus)
Besonders gefährlich!
• Auf viele Fahrzeuge gleichzeitig anwendbar
• Angreifer muss nicht zum Fahrzeug
Angreifer im Fahrzeug
Angreifer befindet sich bereits im Fahrzeug(z.B. durch Einlegen einer „infizierten“ CD kann das Fahrzeugsystem
(bspw. Linux) angegriffen werden; Angriffe über OBD II)
Angreifer am Fahrzeug
Manipulation am Fahrzeug(z.B. Anbohren und Kabel herausziehen
oder Steuergeräte austauschen)
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Was gilt es bei der Entwicklung zu beachten?
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Cyber-Security Entwicklungsprozess
Beispiel:
Einwerfen zufälliger Nachrichten auf
das System bis:
▪ Ein Fehler gefunden wird
▪ Das Budget ausgeht
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Fazit
Safety und Security sind essenziell für die Entwicklung des
automatisierten Fahrens
Safety ohne Security geht nicht!
Bei der Entwicklung müssen viele Aspekte berücksichtigt werden, um es
den Angreifern so schwer wie möglich zu machen.
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Cognitive Solutions
Damit Fahrzeuge selbst
entscheiden
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Automatisierte Mobilität…
…verlangt
Entscheidungen vom
Fahrzeug!
ABER: Kann sich ein Fahrzeug
moralisch korrekt verhalten?!
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Beispielszenario aus der Moral Machine▪ Klassisches Weichen-
stellerproblem
▪ Moral Machine(http://moralmachine.mit.edu/)
Problemstellung
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Meinungen über Meinungen
„Komplexe ethische Maschinen lassen sich nicht
bauen, die in allen Situationen moralisch adäquat
entscheiden.“
„Ein Roboter agiert immer so, wie
er programmiert wurde.“
„Es ist ein Unterschied, ob
ein Mensch durch einen
Menschen getötet wird
oder durch eine Maschine.“
„Es ist fatal, Maschinen komplexe
moralische Entscheidungen zu
überlassen.“
40© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
Fragen über Fragen…
?▪ Ist der menschliche Fahrer ein „bug“, also ein Systemfehler?
▪ Wie entscheidet der Computer in Konfliktsituationen?
▪ Wer haftet, wenn der Fahrroboter einen Unfall verursacht
oder beteiligt ist?
▪ Wie ist die Mobilitäts-Infrastruktur zu verändern?
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▪ Kritische Situationen sollen gar nicht erst
entstehen.
▪ Eine Qualifizierung von Menschen nach
persönlichen Merkmalen ist unzulässig.
Dilemmas & Qualifizierung
▪ Zuständigkeit (Mensch oder Computer) muss
in jeder Fahrsituation klar geregelt und
erkennbar sein.
▪ Dokumentation zur Klärung möglicher
Haftungsfragen erforderlich.
Haftung
▪ In Gefahrensituationen hat der Schutz
menschlichen Lebens immer höchste Priorität.
Sachschaden vor Personenschaden
▪ Automatisierte Systeme sollen weniger
Unfälle verursachen als menschliche Fahrer.
Positive Risikobilanz
Bericht Ethik-Kommission
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Die Idee: Eine „moralische“ Maschine
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▪ Zunächst Training im Simulator
▪ 200 Unfallberichte als Trainingsset
▪ Ziel: Dilemmasituationen bestmöglich vermeiden und Personenschäden so
weit möglich vermindern
▪ System lernt später im realen Verkehr weiter
Simulationsumgebung
Die Umsetzung
Aufgaben Verwendete Methoden
Verdichtung von Sensordaten Complex Event Processing
Entscheidungsfindung Produktionsregelsysteme
Mustererkennung Neuronale Netze
Lernmechanismus Evolutionäre Algorithmen
Dilemma-Decision-System Cognitive Fuzzy Map
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▪ Der Bordcomputer entscheidet autonom,
wie das Fahrzeug in der jeweiligen Situation
reagiert.
MORGEN
▪ Autonome Fahrzeuge reifen technisch-
sensorisch immer weiter.
▪ Unter realen Bedingungen werden auch sie
in unvermeidbare Unfälle verwickelt.
▪ Die grundsätzlichen Richtlinien, nach denen
ein Wagen dabei reagieren soll, bestimmt
der Entwickler bzw. Programmierer.
HEUTE
Die „moralische“ Maschine
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▪ Das Fahrzeug lernt während seines
Lebenszyklus, welche Reaktionen sich in den
jeweiligen Situation bewährt
haben.
MORGEN
▪ Das Auto trifft selbst gar keine
Entscheidungen im eigentlichen Sinn.
▪ Es folgt seinen programmtechnischen
Rahmenbedingungen bzw.
Programmierung, die es nicht hinterfragen
kann.
HEUTE
Die „moralische“ Maschine
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▪ Ca. 75% sind für Option 2, auch wenn sie selbst oder Mitglieder ihrer
Familie im Fahrzeug säßen rationale Abwägung
▪ 23% davon würden das Leben des Fahrers auch für nur einen Passanten
opfern
Studie 2016 mit 2.000 Probanden*
Und die Akzeptanz?
*Studie der Universität Toulouse,
des Bostoner Massachusetts
Institute of Technology und der
Universität von Kalifornien, 2016
Ein autonomes Fahrzeug rast auf eine Menschenmenge zu.
Was soll das Fahrzeug tun?
Option 1: Es fährt mitten hinein und tötet die Passanten.
Option 2: Es weicht aus, prallt gegen eine Barriere & tötet seinen Insassen.
▪ Nur 19% für das „rational“ abwägende Auto
▪ 50% möchten ein Auto, das unter allen Umständen
ihr eigenes Leben schützen würde.
Welches Fahrzeug würden Sie kaufen?
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Thesenanschlag als Ausblick
▪ Autonome Fahrzeuge werden kognitive Systeme sein.
▪ Kognitive Fahrzeuge werden nicht nur situativ wahrnehmen, sondern
Situationen erkennen, empfinden und moralisch adäquat entscheiden.
▪ Kognitive Fahrzeuge überschreiten ihren programmiertechnischen
Rahmen und damit ihr Hard-, Soft- und Brainware-technologisches Korsett.
▪ Sie werden sich selbst (weiter) entwickeln, indem sie im Simulator die
weitesten Strecken zurücklegen und sich Dilemma-Situationen aussetzen.
▪ Sie werden „bewusst“ entscheiden.
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Gesetze und Infrastruktur
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▪ UN ECE 79:
▪ Automatisierte Eingriffe nur bis 10 km/h
(einparken)
▪ Spurhalteassistent nur mit Händen am
Lenkrad
EU
▪ Änderung StVG 2017:
▪ Ermöglicht Level 3
▪ Fahrer darf sich „vom Verkehrsgeschehen
und der Fahrzeugsteuerung abwenden“
(§1b StVG).
Deutschland
Rechtslage
▪ Audi darf Staupilot im A8 nicht
aktivieren
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▪ Hochgenaue Referenzkarte zur Positionierung
erforderlich
Kartenmaterial
▪ Neuer Funkstandard mit
▪ besonders hohen Datenraten
▪ geringen Latenzen
▪ Direktverbindungen möglich
▪ Austausch von Daten mit
▪ anderen Verkehrsteilnehmern (V2V)
▪ Ampeln oder Schilderbrücken (V2I)
Infrastruktur
Vehicle2X-Kommunikation
5G-Mobilfunknetze
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Herausforderungen im Überblick
Safety & Security
Cognitive Solutions
Computer Vision Infrastruktur
Rechtliches
52© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
Aus der Presse:
▪ BMW startet iNext und kooperiert mit
Intel > 2021 soll autonomes Fahren in
Serie gehen
▪ Daimler entwickelt den Future Truck
▪ VW sieht autonomes Fahren ab 2025
▪ AUDI arbeitet mit Nvidia zusammen
und plant 2020 das erste fahrerlose
Fahrzeug
Technologiekonzerne rücken zusammen
Wo soll es hingehen?
Der Durchbruch des Autonomen Fahrens steht unmittelbar bevor.
OEMs
Chip-
hersteller
Internet-
konzerne
Forschung
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Was fährt in Zukunft aus unseren Garagen?Ist es auch sicher?
54© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
▪ … gerne in einem dynamischen
Team arbeiten,
▪ … Verantwortung übernehmen
möchten,
▪ … eine Affinität für die Entwicklung
von Autos, Flugzeugen,
medizintechnischen Geräten & Co.
besitzen
▪ … und vor allem Spaß an
Innovationen haben!!!
Motivierte Ingenieure, Informatiker und E-Techniker, die
Wen wir suchen
55© ITK Engineering GmbH – öffentlich –22.03.2018
▪ Praktika/Praxissemester
▪ Abschlussarbeiten
(Bachelor, Master, Diplom)
▪ Promotion
▪ Direkteinstieg für Berufs-
einsteiger und Professionals
Einstiegsmöglichkeiten bei ITK
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▪ Folgt uns auf
▪ Abonniert unseren Newsletter für Studierende und Absolventen unter
https://www.itk-karriere.de/newsletter/
Mehr Einblicke gibt es…
57© ITK Engineering GmbH – public–22.03.2018
www.itk-engineering.com
www.itk-career.com
+49 (0)7272 7703-0
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▪ Übersicht Assistenzsysteme: VDA Magazin - Automatisierung, Verband der Automobilindustrie e. V., https://www.vda.de/dam/vda/publications/2015/automatisierung.pdf (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Sensoren Audi A8: Audi Mediacenter, https://www.audi-mediacenter.com/de/technik-lexikon-7180/fahrerassistenzsysteme-7184 (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Kamera: Autoliv, https://www.autoliv.com/sites/default/files/ALV_Stereo-vision-camera_2.jpg (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Radarsensor: Continental, https://www.continental-automotive.com/getattachment/bf6f5d9a-c4ed-441f-a184-a63f72c2bd3a/attachment.aspx?width=500 (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Laserscanner: Valeo, http://www.valeo.de/medias//images/journalists/IAA_2016/p11_SCALA_Laser_Scanner.jpg(Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Ultraschallsensoren: Bosch, https://www.bosch-mobility-solutions.com/media/global/products-and-services/passenger-cars-and-light-commercial-vehicles/driver-assistance-systems/construction-zone-assist/ultrasonic-sensor/thumbnail_ultraschallsensor.jpg (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Video Cherokee: „Hackers Remotely Kill a Jeep on the Highway—With Me in It”, Wired, Andy Greenberg, Online Artikel vom 21.07.2015, https://www.wired.com/2015/07/hackers-remotely-kill-jeep-highway/ (Abgerufen: 15. März 2018)
▪ Raytracing: Gille Tran, http://www.oyonale.com/images/3D/glasses.jpg (Abgerufen: 15. März 2018), gemeinfrei
▪ Trolley-Problem: Wikimedia, Zapyon, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/Trolley_Problem.svg(Abgerufen: 15. März 2018), CC BY-SA 4.0
Quellenangaben