Driverless Workshop 11.05.

by Leon Vieker

Bisher konnte ein Team beim Konstruktionswettbewerb der „Formula Student Germany“ einen Rennwagen in den drei verschiedenen Kategorien „Combustion Vehicle“, „Electric Vehicle“ und „Driverless Vehicle“ auf die Rennstrecke schicken und in verschiedenen Disziplinen ihr Können beweisen. Ein Fahrzeug der Kategorie Driverless war bisher für sich allein gestellt und zeichnet sich dadurch aus, dass die Fahrzeuge autonom, also ohne einen Fahrer am Lenkrad die Disziplinen absolvieren.Aufgrund der Tatsache, dass das autonome Fahren zurzeit und auch in der Zukunft eine große Rolle spielt und die Ingenieure von morgen auf diese Entwicklung vorbereitet werden sollen, wurde beschlossen, dass ab dem Jahr 2021 beim FSG an der Disziplin „Acceleration“ nur mit einem autonom fahrenden Rennwagen Punkte erreicht werden können.Das bedeutet, dass sich die Teams, die bis jetzt noch keinen solchen Wagen gebaut haben, sich dieser Herausforderung stellen müssen. Es gibt somit nur noch die Kategorien Electric und Combustion, wobei die Fahrzeuge jedoch in der Lage sein müssen eigenständig zu fahren um in allen Disziplinen Punkte zu erreichen.

Einen solchen Rennwagen zu bauen ist aber sicherlich keine leichte Aufgabe und viele Teams, die bis jetzt noch keinen gebaut haben – und das ist der Großteil der weltweit antretenden Teams – haben nun einen Haufen Arbeit vor sich. Um diesen Teams einen Einstieg in die Thematik und Problematik zu geben, hat FSG einen Workshop veranstaltet, bei dem es einen Tag rund ums Thema Driverless Vehicles ging. Auch aus unserem Team durften zwei Studenten teilnehmen um von dem Wissen zu profitieren.

Stattgefunden hat es bei der AID (Autonomous Intelligent Driving GmbH) in München. Die AID entwickelt zusammen mit vielen großen Autoherstellern wie z.B. Audi und Volkswagen neue Technologien für das autonome Fahren und freute sich sehr, Gastgeber für dieses Event zu sein. Sie stellten nicht nur ihre Räumlichkeiten für gut 200 Teilnehmer zur Verfügung, sie sorgten auch von morgens bis abends für eine ausreichende Versorgung von Frühstück über Mittagessen bis zu Kaffee und Kuchen.

[Bildquelle: © Formula Student Germany]

Die AID begann den Workshop mit einem sehr interessanten Vortrag über den aktuellen Stand der vorhandenen Technologien, mögliche Risiken und was in der Zukunft noch gemacht werden muss. Danach folgten mehrere Präsentationen einzelner Teams, die bereits an den Driverless Events teilgenommen haben. Sie erklärten welche Funktionalitäten für den Wagen zwingend erforderlich sind um ein sicheres Arbeiten und Fahren zu gewährleisten. Wichtigster Bestandteil ist hierbei die Sicherheitsbremse, die zuverlässig und bei Fehlerfällen sicher das Fahrzeug zum Stehen bringen muss. Dafür muss garantiert werden, dass die Bremse bei unterbrochener Spannungsversorgung bremst und es muss durchgehend überwacht werden, ob die Hydraulik intakt ist und ob sie genug Bremsdruck aufbringen kann. Sicherheit stand bei dem Workshop stets an oberster Stelle und es folgte im Laufe des Tages ein einstündiger Vortrag des Teams der Fachhochschule Augsburg, der davon handelte, wie man eine sichere Inbetriebnahme von fahrerlosen Fahrzeugen bewerkstelligen kann und wie man das Fahrzeug möglichst gefahrlos testen kann.

Andere Teams, wie z.B. das der KIT Karlsruhe stellten vor welche Sensoren benötigt werden um die Umgebung und die Hindernisse erkennen zu können. Sie zählten verschiedene mögliche Sensoren auf, wie z.B. normale Kameras oder LIDARs (Light Detection and Ranging), die die Umgebung mithilfe von Laserstrahlen abscannen und gut Entfernungen ermitteln können, und erläuterten ihre Vor- und Nachteile. Abschließend präsentierten sie ihr Sensorkonzept, das eine Kombination vieler verschiedener Sensoren an verschieden Stellen am Rennwagen ist. Die Teams der TU Dresden und der ETH Zürich erklärten im Anschluss welche Softwareprozesse nötig sind, um aus diesen Sensordaten eine Abschätzung der Umgebung zu berechnen. Schnell wurde klar, dass dies alles andere als eine triviale Aufgabe ist, sodass die ETH Zürich ein eigenes Softwareteam mit vielen Studenten nur für die Entwicklung der Software abgestellt hat. Sie berichteten mit welchen Programmen sie gute Erfahrung gemacht haben und zeigten wie man die Erkennung von Hindernissen mithilfe von künstlicher Intelligenz und „Deep Learning“ verbessern kann. Ihr Ratschlag war aber auch, dass Teams, die noch keine Erfahrung in dem Bereich haben, erstmal ganz klein anfangen sollen und es nicht nötig ist direkt mit übertrieben komplexen Ansätzen zu starten. Es reicht ein stabiles kleines Konzept zu haben, dass dann über die Jahre ausgebaut und verfeinert werden kann, denn wie anfangs schon erwähnt wird 2021 erstmal nur die Acceleration-Disziplin fahrerlos ausgetragen, bei der es „nur“ darum geht zu beschleunigen und geradeaus zu fahren.

Neben Software-Themen gab es aber auch Vorträge über mechanische Angelegenheiten. Zwei verschiedene Teams aus München teilten uns ihre Erfahrungen über ihr Lenk- und Bremssystem mit. Denn wenn kein Fahrer mehr mit Muskelkraft Pedale und Lenkrad betätigen kann, müssen dies Motoren und Aktoren machen. Vor Allem beim Lenksystem wurden sehr viele verschiedene Ansätze vorgestellt, die sich alle sehr voneinander unterschieden. Alle hatten ihre Vor- und Nachteile und letztendlich konnte das Münchner Team auch keine klare Empfehlung für eine Variante aussprechen. Ihr Tipp war sich als Team Gedanken darüber zu machen, welcher Mechanismus am besten für ihren individuellen Wagen passt, denn das größte Problem war meist der Platzmangel oder, dass da wo ein Aktor am optimalsten wirken könnte, keine Anbringungsmöglichkeit ist.Ein weiterer interessanter Vortrag war der der Fachholschule Weingarten, die ihr Driverless-Konzept für ein Combustion Vehicle, also einen Verbrenner vorstellte. Solche Rennwagen scheinen auch eher exotisch zu sein, denn fast alle Teams nutzen einen elektrischen Wagen für die Driverless-Events. Sie zeigten auf welchen zusätzlichen Schwierigkeiten auftreten. Z.B. muss bei Verbrennern, wenn es zum Fehlerfall kommt, der Neutralgang eingelegt werden, bevor das Gefährt zum Stehen kommt. Mit Fahrer war das kein Problem, denn dieser konnte den Gangbeim Bremsvorgang einfach rausnehmen. Bei Driverless soll aber im Fehlerfall der elektrische Sicherheitskreis unterbrochen werden. Ist dieser unterbrochen können die Aktoren aber nicht mehr die Gänge schalten. Das heißt der Abschaltvorgang muss künstlich verzögert werden, sodass geschaltet werden kann und darauf wird dann die Sicherheitsbremse beim Abfall der Versorgungsspannung betätigt. Problem ist, dass sich der Bremsweg dadurch deutlich verlängert. Solche und weitere Probleme haben wir zum Glück ja nicht weil wir einen Elektrowagen bauen.

Abschließend stellte die ETH Zürich, die mit ihrem Driverless-Fahrzeug schon sehrerfolgreich waren, ihr komplettes Fahrzeugkonzept vor. Man fand viel aus den vorherigen Beiträgen wieder und sah auf welche Art und Weise sie die Probleme angegangen sind.Alles in Allem kann man sagen, dass unsere Teammitglieder viel aus diesem Workshop mitnehmen konnten und nun einen Überblick über die ganze Thematik gewonnen haben. Auf der einen Seite hat man schon einmal viel Grundlegendes im Team selber vorhanden, auf dem wir aufbauen können. Dieses Wissen muss auch an die nächsten Jahrgänge im eigenen Team weitergegeben werden. Auf deranderen Seite hat unser Team aber auch verstanden, dass es eine riesige Aufgabe ist, einen solchen Wagen zu bauen und das man vor Teams, die dies bereits geschafft haben nur den Hut ziehen kann.