DEKOR-X Dezentraler Kommunikationsraum Kreuzung

Ein Beitrag der VDA-Leitinitiative autonomes und vernetztes Fahren

Im Straßenverkehr gehören innerstädtische Kreuzungen zu den schwierigsten Herausforderungen. Kreuzungssituationen sind komplex, vielfältig und insbesondere bei höherem Verkehrsaufkommen nicht vollständig zu überblicken. Dies gilt bereits für menschliche Verkehrsteilnehmende. Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung des Verkehrs wird dies auch zu einer technischen Aufgabe.

DEKOR-X setzt genau hier an: an der Entschärfung der Gefahrenstelle Kreuzung, durch dezentrale Kommunikation. Intelligente, automatisierte Fahrzeuge tauschen die Informationen aus ihrer Sensorik untereinander aus und erhöhen dadurch die Sicherheit für alle. Einerseits für die Fahrzeuge und ihre Insassen selbst, andererseits für vulnerable und unvernetzte Verkehrsteilnehmende, die von unterschiedlichen Sensoren rechtzeitig erkannt werden. Übergeordnetes Ziel ist es, mittels eines umfassenden aktuellen Abbildes der Umgebung, selbst komplexe Situationen im innerstädtischen Kreuzungsumfeld für automatisierte und autonome Fahrzeuge beherrschbar zu machen.

Der bisher in der Forschung verfolgte, zentrale Ansatz besteht darin, „schlaue“ Straßen zu schaffen – durch Ampeln mit Radarsystemen, Kameras und weiteren Zusatzsensoren. Der Lösungsansatz von DEKOR-X lautet hingegen: intelligenten und dezentral vernetzten Fahrzeugen selbst den Echtzeitblick auf das gesamte Verkehrsgeschehen zu ermöglichen. Diese teilen ihr Wissen untereinander und werden zudem durch digitale Bewegungsmodelle und Erfahrungswissen aus dem Backend unterstützt. Bereits vorhandene Infrastruktursensorik kann unterstützend eingebunden werden. Im Vergleich zu anderen Forschungsansätzen stellt die Infrastruktursensorik allerdings nur eine optionale Komponente dar.

Wie will DEKOR-X das erreichen?

• DEKOR-X erweitert das Sichtfeld durch direkten und dezentralen Austausch von Sensor-und Modelldaten.

• DEKOR-X beherrscht komplexe Situationen durch gemeinsames Erfahrungswissen aus dem Backend.

• DEKOR-X verringert den Bedarf an zusätzlicher statischer Infrastruktur durch dezentrale und kooperative Intelligenz der Fahrzeuge.

Um das übergeordnete Ziel einer einfach skalierbaren und sicheren Automatisierung des Verkehrs durch dezentrale intelligente Fahrzeuge und geteiltes Erfahrungswissen zu erreichen, werden in DEKOR-X drei Innovationen entwickelt:

• Fahrzeugbasierte dezentrale Intelligenz

Im Projekt soll demonstriert werden, dass Daten direkt zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht werden. Intelligente Infrastruktur (bspw. Sensoren an einer Ampel) bleiben ausdrücklich optional. Eine Hypothese ist, dass durch den dezentralen Ansatz zwar die Anforderungen an die Algorithmen steigen, diese Lösung jedoch durch eine „natürliche“ Skalierbarkeit des Systems am Ende robuster, kostengünstiger und dennoch in Echtzeit umsetzbar ist. Da Daten in der dezentralen Architektur nur in der unmittelbaren räumlichen und zeitlichen Umgebung der Fahrzeuge erhoben, verarbeitet und gespeichert werden, können auch Empfehlungen der Ethik-Kommission Automatisiertes und Vernetztes Fahren zur bedarfsgerechten und datensparsamen Informationsauswertung umgesetzt werden.

• Backendmodelle für latenzunkritische Funktionen

Nicht alle Informationen im Straßenverkehr müssen bei intelligenten Fahrzeugen in Echtzeit vorliegen. Für bestimmte Funktionen ist eine gewisse Latenz (Verzögerung) nicht nachteilig, wie beispielsweise die optimale und sozial akzeptierte Fahrtrajektorie innerhalb einer Fahrspur oder die Form und Größe von Gefahrenstellen. Latenzunkritische Merkmale sollen in einem Backend mit Hilfe mathematischer Modelle abgebildet werden. Von dort können diese Modellinformationen den Fahrzeugen in kurzen Zeiträumen wieder zur Verfügung gestellt werden, um ein optimales Verkehrsverhalten im Sinne von Effizienz, Emissionsreduktion und Akzeptanz zu unterstützen.

• Praktische Erprobung verschiedener Kreuzungsszenarien

In DEKOR-X werden verschiedene Anwendungen real erprobt, deren Kombination erforscht und beispielhaft in Demonstratoren umgesetzt. Um die Interoperabilität sicherzustellen, wird eine geschlossene Testkreuzung genutzt, sodass alle Partner Ihre Entwicklungen mit ihren Fahrzeugen in jeder Projektphase gemeinsam testen können. Folgende Anwendungen sind geplant:

„Um die Ecke blicken“ für mehr Sicherheit

Jedes vernetzte Fahrzeug wird in Echtzeit seine Umfeldwahrnehmung über Standardprotokolle mit anderen Fahrzeugen in seinem Umfeld teilen. Alle Fahrzeuge erstellen selbständig deckungsgleiche Umfeldmodelle und reagieren auf die Verkehrssituation eigenverantwortlich. Dadurch ist es für jedes Fahrzeug möglich, sichtblockierende Elemente, wie z.B. Gebäude, zu umgehen und vorausschauend mit den Sensoren der anderen Fahrzeuge „um die Ecken“ zu sehen.

„Optimales Verkehrsverhalten“ für Effizienz, Emissionsreduktion und Akzeptanz

Die Mehrzahl der manuell gefahrenen Fahrzeuge bewegt sich auf optimalen und durch andere Verkehrsteilnehmende akzeptierten Fahrtrajektorien. Diese immer wieder genutzten Fahrrouten und -spuren sollen im Anwendungsfall durch den Fahrzeugschwarm erfasst und im Hintergrund ein latenzunkritisches räumlich-zeitliches Modell formen. Dieses Backend-Modell kann dann durch automatisierte Fahrzeuge genutzt werden, um eigenverantwortlich die optimale und allseits akzeptierte Fahrtrajektorie zu wählen.

„Fußgängerüberweg mit Erfahrung“ für mitlernende Sicherheit

Fußgängerüberwege oder andere Stellen, die besondere Aufmerksamkeit von Fahrzeugen erfordern, sind ebenfalls langzeitstabil. Ihre räumliche Ausdehnung kann ständig durch Fahrzeuge erfasst und im Backend zu einem Modell zusammengeführt werden. An automatisierte Fahrzeuge übermittelt, hilft dieses Modell, Gefahrensituationen vorherzusehen und entsprechende Fahrstrategien zu wählen.