Entwicklung einer Methode zur Generierung und Durchführung von Testfällen für die Verhaltens- und Trajektorienplanung automatisierter Fahrzeuge

Die Entwicklung von hochautomatisierten Fahrzeugen liegt im Fokus der Forschung des Bereichs Fahrzeugtechnik. Solche Fahrzeuge versprechen unter anderem eine ökonomischere Flächennutzung in urbanen Gebieten, eine höhere Verkehrssicherheit und eine Verbesserung des Verkehrsflusses1. Auf dem Weg zu solch einem Fahrzeug bestehen jedoch Herausforderungen entlang des gesamten Entwicklungsprozesses. Darunter fallen Herausforderungen in der Ableitung von Anforderungen, der tatsächlichen Entwicklung von Funktionen für automatisierte Fahrzeuge und auch in der Validierung dieser Funktionen. Im Rahmen des Projekts UNICARagil wird die Neuentwicklung eines hochautomatisierten Fahrzeugs angestrebt. Diese beinhaltet einen modularisierten Funktionsaufbau und zielt darauf ab, den anschließenden Absicherungsaufwand zu reduzieren. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Methodik zur Generierung von Testfällen, um die in UNICARagil entwickelte Verhaltens- und Trajektorienplanung zu validieren. Die Methodik wird anschließend verwendet, um Testfälle in einer Simulationsumgebung zu erstellen und so den aktuellen Funktionalitätsgrad der Verhaltens- und Trajektorienplanung zu bewerten. Bei Fahrzeugtechnik Darmstadt (FZD) wird zurzeit ein Konzept mit dem Namen Behavior-Semantic Scenery Description (BSSD) entwickelt, das vollumfänglich Verhaltensanforderungen aus einer Szenerie im Straßenverkehr semantisch beschreibt2. Dabei wird die Szenerie in Räume mit konstanten Verhaltensanforderungen segmentiert, die als atomare Verhaltensräume bezeichnet werden. Dieses Konzept wird als Basis für die Generierung von Szenarien genutzt, da die Aufgaben der Verhaltens- und Trajektorienplanung eng mit diesen Anforderungen verknüpft sind. In einem ersten Schritt werden abstrakte Szenarien generiert, in der Szenerien nur durch Attribute des BSSD-Konzepts auf Anforderungsebene beschrieben werden. Ein Hauptaugenmerk der Methodikentwicklung liegt darauf, einzelne Verhaltensanforderungen in möglichst begrenzten Szenerien zu überprüfen. Dafür werden verschiedene Topologien von Verhaltensräumen zur Überprüfung von Verhaltensanforderungen entwickelt. Aus diesem begrenzten Umfang resultiert ein limitierter Parameterraum. Es werden zusätzlich Verkehrsteilnehmer hinzugefügt, um die Interaktion der Verhaltens- und Trajektorienplanung mit diesen zu überprüfen. Im Anschluss an den Aufbau funktionaler Szenarien werden diese in reale, konkrete Szenarien übersetzt. Hierfür werden den Verhaltensanforderungen entsprechende reale Szenerieelemente gegenübergestellt, die Geometrie von Verhaltensräumen und die Bewegung von Verkehrsteilnehmern parametrisiert. Jedem konkreten Szenario werden Testfallkriterien zugeordnet, um eine Bewertung der Verhaltens- und Trajektorienplanung durchzuführen. Diese Kriterien leiten sich aus den Anforderungen an das Modul ab. Anschließend wird die Methodik implementiert, um in einer Simulationsumgebung die Funktionalität des Moduls in ersten Testfällen zu überprüfen. Dabei ist es möglich gewesen, einen Teil der bisher vorhandenen Fähigkeiten zu validieren. Allerdings zeigen die Ergebnisse der Testfälle, dass in gewissen Bereichen wie beispielsweise der Planung der Geschwindigkeit sowie der Planung von Abbremsmanövern in gewissen Szenarien noch Entwicklungsbedarf herrscht. Die vorliegende Arbeit erzeugt eine Grundlage für die effiziente und effektive Validierung der Verhaltens- und Trajektorienplanung. Allerdings benötigt insbesondere die Übersetzung funktionaler Szenarien in konkrete Szenarien noch weitere Spezifikationen. Durch die Umsetzung der Methodik in einer Simulationsumgebung ist es möglich, eine erste Einschätzung über den Funktionalitätsgrad der Verhaltens- und Trajektorienplanung zu erlangen