Das Kompetenzzentrum Autonomes Fahren – mehr Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer

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Die Verbesserung der Umgebungserkennung, die Gewährleistung einer sicheren und verlässlichen Funktionsweise der Bordsysteme und ihr Schutz vor externen Angriffen sind zentrale Herausforderungen auf dem Weg zum Autonomen Fahren. Gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie forscht das DFKI an KI-Lösungen für den Einsatz selbstfahrender Fahrzeuge im Straßenverkehr. Konkrete Themenfelder aktueller Forschung sind Probleme der Umgebungswahrnehmung (environment perception), des Szenenverstehens (scene understanding), der Trajektorienplanung (trajectory planning) und der Verhaltensanalyse (behavior analysis) anderer Verkehrsteilnehmer. Das Kompetenzzentrum für Autonomes Fahren (CCAD) bündelt diese Forschungsaktivitäten standort- und bereichsübergreifend. Es versteht sich als Ansprechpartner und zentrale Anlaufstelle für Industrie, Forschung und Politik. Auf der CEBIT 2018, Halle 27, F62 stellt das CCAD seine Arbeit erstmals einer breiteren Öffentlichkeit vor.

 

Robuste Erfassung der Fahrzeugumgebung
Der Forschungsbereich Augmented Vision des DFKI Kaiserslautern fokussiert auf Arbeiten zur intelligenten kamera-basierten Wahrnehmung im Fahrzeugumfeld, d. h. auf Algorithmen zur Erkennung von Bewegungen, Geometrie und Semantik. Eine robuste Erfassung der Fahrzeugumgebung ist die Grundlage für zahlreiche Funktionen des Autonomen Fahrens. Entscheidend ist dabei beispielsweise die Bestimmung von Abständen zu anderen Verkehrsteilnehmern wie Fahrzeugen, Fahrradfahrern, Fußgängern, die Erkennung von Fahrspuren und Verkehrsschildern oder die präzise Lokalisation des eigenen Fahrzeugs. Bewegungen in der Umgebung müssen genau registriert werden, um Vorhersagen über die nahe Zukunft machen zu können. Die Forschungsarbeiten entstanden in zahlreichen Kooperationen mit namhaften nationalen und internationalen Automobilherstellern und -zulieferern.

 

Safety und Security
Spricht man von Sicherheit beim Autonomen Fahren, meint man damit sowohl den Schutz der Umgebung vor Fehlverhalten des Fahrzeugs (Safety) als auch den Schutz des Fahrzeugs vor unbefugten Manipulationen von außen (Security). Beide Aspekte sind häufig eng miteinander verzahnt: Manipulationen können zum Ausfall einzelner Komponenten und damit zum Fehlverhalten des Fahrzeugs führen; umgekehrt eröffnen auftretende Fehler in Programmkomponenten dem Angreifer erst die Möglichkeit, Manipulationen im Fahrzeug vorzunehmen.

Der DFKI-Forschungsbereich Cyber-Physical Systems am Standort Bremen arbeitet im Verbundprojekt SATiSFy des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) an Methoden und Techniken, welche die Safety- und Security-Anforderungen der Gesamtfunktionen in autonomen Fahrzeugen schon während der Entwicklung gewährleisten. Bereits vor der finalen Systemintegration soll eine verlässliche Sicherheitsaussage für die gesamte Entwicklung getroffen werden können. Hierbei wird ein Framework für sicherheitsrelevante IT-Architekturen entwickelt, um diese sowohl frühzeitig beim Entwurfsprozess als auch dynamisch zur Systemlaufzeit überprüfen zu können. Existierende Sicherheitsarchitekturen werden so modifiziert und integriert, dass sie im Gesamtkontext des Frameworks durch formale Argumente und Komposition eine hinreichende Aussage über die erreichte Sicherheit, Resilienz bzw. das Restrisiko gegenüber absichtlichen Angriffen und unabsichtlichen Einwirkungen treffen können.

 

Offene Plattform für die Software
In Kooperation mit dem TÜV Süd entwickelt der Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität (ASR) in Saarbrücken im Projekt Genesis eine offene, nicht proprietäre Plattform zur kontinuierlichen Validierung von KI-Modulen in autonomen Fahrzeugen. Genau wie der “Körper” der Fahrzeuge (Karosserie, Motor und alle weiteren physischen Bestandteile) wird zukünftig also auch das “Gehirn” (die KI-Module) einer Prüfung unterzogen, so dass die Verbraucher davon ausgehen können, dass die von der Industrie gelieferten Produkte für den Straßenverkehr tauglich und sicher sind. Das Genesis-Konsortium engagiert sich darüber hinaus in den neu gegründeten KI-Normungsgremien der DIN und der ISO.

Genesis bietet neben der Bereitstellung von Validierungsszenen insbesondere auch Trainingsmaterial, das eine hohe Abdeckung an kritischen Verkehrssituationen beinhaltet. Dies ist zentral für den Schutz leichtverletzlicher Verkehrsteilnehmer (VRUs) wie Fußgänger oder Radfahrer.

Weil kritische Verkehrsszenarien zu selten und zu unterschiedlich sind, um mit Realdaten abgedeckt zu werden, beruht das Trainingsmaterial auf synthetischen Daten. Erzeugt werden diese mit Deep Learning-Verfahren, indem Neuronale Netze mit sehr vielen Ebenen mit einer großen Anzahl fiktiver Beispiele trainiert werden. Dieser Forschungsaspekt ist Teil des BMBF-Projektes REACT, das innerhalb der nächsten drei Jahre das Grundgerüst für Genesis errichtet. Gesamtziel ist eine systematische, sichere und validierbare Herangehensweise zur Entwicklung, zum Training und dem Einsatz Digitaler Realität, um ein sicheres und zuverlässiges Handeln von Autonomen Systemen insbesondere in kritischen Situationen zu erreichen.

 

Kontakt
Dr. Christian Müller
Leiter Kompetenzzentrum Autonomes Fahren
E-mail: Christian.Mueller@dfki.de
Tel.: +49 681 85775 4823