Zusammenfassung

Die Wahrnehmung der Umbgebung ist eine grundlegende Fähigkeit für autonome Fahrzeuge. Sicheres autonomes Fahren erfordert insbesondere eine hohe Sensorauflösung und ein großes Gesichtsfeld. Eine hohe Sensorauflösung wird für die frühzeitige Erkennung weit entfernter Objekte sowie für die Erfassung wichtiger Umgebungsmerkmale in ausreichender Detailgenauigkeit benötigt. Ein großes Gesichtsfeld ist für die Beobachtung der für die aktuelle Fahraufgabe relevanten Fahrzeugumgebung unerlässlich. Im Allgemeinen gibt es zwei Möglichkeiten, diese konkurrierenden Anforderungen zu erfüllen: Mehrere Sensoren am Fahrzeug anzubringen oder einen aktiven Sensor, das heisst einen Sensor dessen Orientierung aktiv verändert werden kann, zu verwenden. Die Verwendung eines aktiven Sensors setzt allerdings die Fähigkeit zur Auswahl geeigneter Sensororientierungen voraus. Dieser Mechanismus wird -- gemäß seiner Entsprechung in der menschlichen Wahrnehmung -- selektive Aufmerksamkeit genannt. Selektive Aufmerksamkeit in Kombination mit einem aktiven Sensor ermöglicht eine hohe Sensorauflösung und ein großes Gesichtsfeld. Darüber hinaus wird die Informationsdichte im eingehenden Sensordatenstrom erhöht. Im Gegensatz zur Verarbeitung von Daten, die von mehreren, fest mit dem Fahrzeug verbundenen Sensoren stammen, kann bei gleichem Detailierungsgrad ein sparsamerer Umgang mit der Rechenkapazität des autonomen Fahrzeugs erreicht werden. Echtzeitfähigkeit lässt sich dadurch leichter realisieren. Die Auswahl aussagekräftiger Sensororientierungen sowie die Regelung einer an-getriebenen Sensorplattform sind die zwei Hauptthemenfelder dieser Arbeit. Die Auswahl geeigneter Sensororientierungen hängt von der vorliegenden Fahraufgabe ab: Es ist offensichtlich, dass das Linksabbiegen an einer Kreuzung eine andere Abfolge von Sensorblickrichtungen benötigt als das Rechtsabbiegen, da die Bedeutung des Gegenverkehrs für beide Fahraufgaben stark variiert. Daher basiert die vorgestellte Methode zur Auswahl der nächsten Sensororientierung auf drei aufgabenabhängigen Kriterien: Die Bedeutung von Objekten im Hinblick auf die aktuelle Situation, die bezüglich dieser Objekte verfügbare Information sowie die Abdeckung der relevanten Fahrzeugumgebung durch das Blickfeld des Sensors. Die Anforderungen an einen aktiven Sensor umfassen eine hohe Positioniergeschwin-digkeit, ein gutes Folgeverhalten sowie die Kompensation störender Sensorbewegungen. Für jede dieser Anforderungen wird ein individueller Regelalgorithmus entworfen, welcher in der Lage ist, sich an veränderliche Betriebsbedingungen anzupassen. Aus der Kombination dieser Algorithmen resultiert eine leistungsfähige und flexible Reglerarchitektur für aktive Sensorplattformen. Die vorgestellte Methode zur Auswahl zukünftiger Sensororientierungen sowie die Regelung der Sensorplattform werden auf drei unterschiedliche Arten evaluiert: Mit Hilfe von Simulationen, während der Verarbeitung realer, von Kreuzungsszenarien stammender Sensordaten sowie bei umfangreichen Testfahrten. Die Testfahrten umfassen Fahren im Konvoi und vollautonomes Navigieren auf Straßennetzen.

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Die Wahrnehmung der Umbgebung ist eine grundlegende Fähigkeit für autonome Fahrzeuge. Sicheres autonomes Fahren erfordert insbesondere eine hohe Sensorauflösung und ein großes Gesichtsfeld. Eine hohe Sensorauflösung wird für die frühzeitige Erkennung weit entfernter Objekte sowie für die Erfassung wichtiger Umgebungsmerkmale in ausreichender Detailgenauigkeit benötigt. Ein großes Gesichtsfeld ist für die Beobachtung der für die aktuelle Fahraufgabe relevanten Fahrzeugumgebung unerlässlich.   


Im Allgemeinen gibt es zwei Möglichkeiten, diese konkurrierenden Anforderungen zu erfüllen: Mehrere Sensoren am Fahrzeug anzubringen oder einen aktiven Sensor, das heisst einen Sensor dessen Orientierung aktiv verändert werden kann, zu verwenden. Die Verwendung eines aktiven Sensors setzt allerdings die Fähigkeit zur Auswahl geeigneter Sensororientierungen voraus. Dieser Mechanismus wird -- gemäß seiner Entsprechung in der menschlichen Wahrnehmung -- selektive Aufmerksamkeit genannt. 

 
Selektive Aufmerksamkeit in Kombination mit einem aktiven Sensor ermöglicht eine hohe Sensorauflösung und ein großes Gesichtsfeld. Darüber hinaus wird die Informationsdichte im eingehenden Sensordatenstrom erhöht. Im Gegensatz zur Verarbeitung von Daten, die von mehreren, fest mit dem Fahrzeug verbundenen Sensoren stammen, kann bei gleichem Detailierungsgrad ein sparsamerer Umgang mit der Rechenkapazität des autonomen Fahrzeugs erreicht werden. Echtzeitfähigkeit lässt sich dadurch leichter realisieren.  


Die Auswahl aussagekräftiger Sensororientierungen sowie die Regelung einer an-getriebenen Sensorplattform sind die zwei Hauptthemenfelder dieser Arbeit. 


Die Auswahl geeigneter Sensororientierungen hängt von der vorliegenden Fahraufgabe ab: Es ist offensichtlich, dass das Linksabbiegen an einer Kreuzung eine andere Abfolge von Sensorblickrichtungen benötigt als das Rechtsabbiegen, da die Bedeutung des Gegenverkehrs für beide Fahraufgaben stark variiert. Daher basiert die vorgestellte Methode zur Auswahl der nächsten Sensororientierung auf drei aufgabenabhängigen Kriterien: Die Bedeutung von Objekten im Hinblick auf die aktuelle Situation, die bezüglich dieser Objekte verfügbare Information sowie die Abdeckung der relevanten Fahrzeugumgebung durch das Blickfeld des Sensors.  


Die Anforderungen an einen aktiven Sensor umfassen eine hohe Positioniergeschwin-digkeit, ein gutes Folgeverhalten sowie die Kompensation störender Sensorbewegungen. Für jede dieser Anforderungen wird ein individueller Regelalgorithmus entworfen, welcher in der Lage ist, sich an veränderliche Betriebsbedingungen anzupassen. Aus der Kombination dieser Algorithmen resultiert eine leistungsfähige und flexible Reglerarchitektur für aktive Sensorplattformen. 


Die vorgestellte Methode zur Auswahl zukünftiger Sensororientierungen sowie die Regelung der Sensorplattform werden auf drei unterschiedliche Arten evaluiert: Mit Hilfe von Simulationen, während der Verarbeitung realer, von Kreuzungsszenarien stammender Sensordaten sowie bei umfangreichen Testfahrten. Die Testfahrten umfassen Fahren im Konvoi und vollautonomes Navigieren auf Straßennetzen.