Autonomes Fahren unter widrigen Wetterbedingungen – warum es wichtig ist AD und ADAS-Sensoren in Regen zu testen.
Regen ist ein spannendes Naturphänomen. Er tritt in der Natur in unterschiedlichen Formen, vom Nieselregen bis zum Platz- und Starkregen auf und kann unterschiedliche Tropfenformen und Größen annehmen. Sitzt ein Mensch am Steuer eines Fahrzeuges, kann er bei eintretendem Niederschlag Entscheidungen aufgrund seiner Erfahrung treffen und demnach sein Verhalten den Straßen- und Wetterbedingungen anpassen.
Ein automatisiertes Fahrzeug muss erst lernen mit unterschiedlichen Wettersituationen umzugehen. Sensortechnologien in autonomen Fahrzeugen oder Sensoren für Objekt- und Umfelderkennung in fortgeschrittenen Assistenzsytemen (ADAS-Sensoren), wie zum Beispiel: LiDAR, Radar oder Kameras, haben bei steigender Regenintensität, ähnlich wie der Mensch, Schwierigkeiten Ihre Umgebung korrekt wahrzunehmen.
Deshalb sind das Testen und der Leistungsnachweis dieser Sensoren unter widrigen Wetterbedingungen, wie etwa Regen, ein wichtiges Sicherheitskriterium bei der Einführung automatisierter Fahrzeuge in Europa.
5 Gründe warum wir eine Outdoor-Beregnungsanlage zum Testen autonomer Fahrfunktionen gebaut haben:
- 1. Sicherheitsproblem bei Regen – Leistung von AD und ADAS-Sensoren sinkt bei zunehmender Regenintensität
- 2. Übertragung der Verantwortung vom Menschen zur Maschine und zu Systemen zur Umfelderkennung
- 3. Regentests von AD und ADAS-Sensoren in Innenräumen sind beschränkt
- 4. Natürlicher Regen eignet sich nicht für reproduzierbare AD und ADAS-Tests
- 5. Autonomes Fahren und Transportieren muss bei jedem Wetter effizent und sicher funktionieren
1. Sicherheitsproblem bei Regen – Leistung von AD und ADAS-Sensoren sinkt bei zunehmender Regenintensität
Systeme, die in autonomen Fahrzeugen für die Umfelderkennung zuständig sind, stehen bei schlechter Sicht vor ähnlichen Herausforderungen wie der Mensch. Bei Regen, Nebel, Schnee, Reflexionen und Gegenlicht werden die Sensoren (Lidar, Radar, Kamera) bei der Erkennung der Umgebung und von Objekten beeinträchtigt. Diese Witterungseinflüsse können die Leistung aller Sensoren in autonomen Fahrzeugen beeinträchtigen. Insbesondere Lidar wird anders beeinflusst als beispielsweise Kamerasysteme. Das System sendet Lichtstrahlen aus, die von den Oberflächen der Umgebung reflektiert und vom Lidar-System erfasst werden.
Das Ergebnis ist eine Lidar-Punktwolke, die die reflektierten Objekte in der Umgebung zeigt. Bei Regen können die Lichtstrahlen auf einen Regentropfen treffen, der dann reflektiert, gestreut oder gedämpft wird. Dies führt dazu, dass das System ein Objekt erkennt, wo in Wirklichkeit nur ein Regentropfen den Lichtstrahl reflektiert hat. Das Bild des Lidars wird mit zunehmendem Regen immer rauschiger und weiter entfernte Objekte können nicht mehr genau genug erkannt werden.
Es muss dafür gesorgt werden, dass dies verbessert wird, um sichere automatisierte Fahrzeuge auf die Straßen zu bekommen.
Beispiel für einen ADAS-Sensortest mit LiDAR-Sensoren unter trockenen Bedingungen und bei langsamer Geschwindigkeit auf der Teststrecke im Digitrans Testcenter. Stabile Groundtruth Referenzierung von Zielfahrzeug und Fahrbahnmarkierungen. © TU-Graz
ADAS-Sensortest mit LiDAR-Sensoren bei moderatem Regen und schneller Geschwindigkeit auf der Outdoor Beregnungsanlage im Digitrans Testcenter. Die Groundtruth Referenzierung des Zielfahrzeug blieb stabil während Fahrbahnmarkierungen in der Beregnungsanlage nicht mehr erkannt werden konnten. © TU-Graz
2. Übertragung der Verantwortung vom Menschen zur Maschine und zu Systemen zur Umfelderkennung
Mit zunehmender Autonomie wird immer mehr von der Umfeld- und Objekterkennung vom Fahrer auf das Fahrzeug übertragen. Es drängen vermehrt Sensoren und Systeme, die noch nicht unabhängig auf ihre Leistungsfähigkeit und Maschinensicherheit bei widrigen Wetterbedingungen geprüft wurden auf den Markt. All diese Sensoren und Systeme müssen unabhängig auf Ihre Leistungsfähigkeit bei widrigen Wetterbedingungen überprüft werden.
Skizze zur Verlagerung der Kompetenz vom Menschen zur Maschine © DigiTrans GmbH
3. Regentests von AD und ADAS-Sensoren in Innenräumen sind beschränkt
Die aktuell verwendeten Instrumente für Regentests bieten oft keine realistische Imitation von natürlichen Regen. Bis jetzt war es oftmals nur möglich solche Tests in Innenräumen mit begrenzter Distanz, Höhe und langsamer Geschwindigkeit durchzuführen. Platzbeschränkungen grenzen diese Tests und deren Ergebnisse stark ein.
Auf einer Regenanlage im Außenbereich können die Regentests von Sensoren in automatisierten Fahrzeugen unter realistischeren Bedingungen und bei höheren Geschwindigkeiten ausgeführt werden und so auch die Gischt von überholenden Fahrzeugen in die Messdaten miteinbezogen werden.
Beispielbild: Im Indoor-Bereich können reale Verkehrsszenarien wie im Bild kaum nachgestellt werden. Komplexe Verkehrsszenarien und Überholmanöver sind nur auf großen Anlagen im Outdoorbereich möglich. © DigiTrans GmbH
4. Natürlicher Regen eignet sich nicht für reproduzierbare AD und ADAS-Tests
Ein Großteil von natürlichem Regen eignet sich nicht für die systematische Qualifizierung und Validierung der Sensorleistung wegen der schnell wechselnden Intensität des Regens. Darum ist künstlich erzeugter Regen notwendig, um diese und die Tropfengrößenverteilung während des Testens einzustellen. Außerdem kann man natürlichen Regen nicht einfach ein- und ausschalten, wie man möchte und es kann sein, dass es zum Testzeitpunkt gar nicht regnet. Dies kann zu großem finanziellem und zeitlichem Aufwand führen. Mit der Outdoor-Beregnungsanlage im Digitrans Testcenter in St. Valentin werden solche Regentests planbarer und leichter durchführbar.
5. Autonomes Fahren und Transportieren muss bei jedem Wetter effizient und sicher funktioninieren
Eine der größten Schwierigkeiten und somit auch eines unserer Hauptinteressen bei Digitrans ist es, automatisiertes Fahren und Transportieren für den täglichen Gebrauch, bei jedem Wetter, nutzbar zu machen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, alle Systeme und Sensoren in automatisierten Fahrzeugen bei Regen zu testen und einen allgemein gültigen Sicherheitsstandard für diese Systeme zu schaffen. Nur so können wir automatisierte Systeme für den Transport und die Mobilität von Morgen effizient und sicher nutzen.
Mit der Outdoor-Regenanlage in St. Valentin bieten wir die erste Anlage, welche es erlaubt, die Leistungsfähigkeit, sowie die Grenzen von Sensoren und Algorithmen bei verschiedenen Regenintensitäten in einer realistischen Umgebung im Freien zu testen.
Und das alles geht einfach auf Knopfdruck!
Outdoor-Beregnungsanlage für AD und ADAS-Tests im Digitrans Testcenter für automatisiertes Fahren auf der Teststrecke in St. Valentin. © DigiTrans GmbH
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