AFFiAncE

Name: AFFiAncE
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Unsere Ziele

Vertrauen (engl. affiance) in die Zukunftstechnologie des autonomen Fahrens durch erhöhte Ausfallsicherheit und damit Verfügbarkeit,
Standardisierte und nachvollziehbare Prüfverfahren zur Bewertung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von autonomen Fahrzeugen,
Transformation wegweisender Vorentwicklungen hin zu seriennahen Produkten (PLC, Computerplattformen, Architektur),
Neue Produkte und Dienstleistungen im Zukunftsmarkt des (hoch-)automatisierten Fahrens.

WAS?

Der mit Blick auf die Automobilindustrie aktuell wichtigste technische Megatrend ist das autonome Fahren oder hochautomatisierte Fahren (HAF), der mit der Digitalisierung des Automobils einhergeht und den Megatrend elektrisches Fahren, der mittelfristig auch zu völlig neuen Fahrzeugkonzepten führen wird, hervorragend flankieren kann. Diese Megatrends bieten revolutionäre Chancen für die individuelle Mobilität, die Logistikbranche (Flexiblere Transportkonzepte, höhere Auslastung der Fahrzeuge usw.), und neuartige Geschäftsmodelle im Allgemeinen. Diese Trends erfordern vollkommen neue Fahrzeugkonzepte und Fahrzeugsysteme und müssen kurz- bis mittelfristig umgesetzt werden. Heruntergebrochen auf einzelne Fahrzeuge erfordert dies eine Vielzahl von neuen Funktionen und Systemen, woraus aber auch große technische Herausforderungen und Risiken resultieren.

Für den notwendigen sicheren und zuverlässigen Betrieb müssen die HAF-Systeme eigenständig Fehler entdecken, diese gegebenenfalls von den anderen Systemen isolieren und für eine Kompensation sorgen. Hierfür muss eine Redundanz auf Systemebene (Zusammenspiel einzelner Komponenten) sowie in den Komponenten selbst hergestellt werden. Teils gibt es bereits vielversprechende Ansätze (z.B. Power Line Communication (PLC) als redundantes Bussystem), die im Projekt AFFiAncE weiter ausgearbeitet werden sollen. Ohne entsprechende Prüfungen kann deren Wirksamkeit jedoch nicht nachgewiesen werden und die Nutzung der Fahrzeuge ist mit erheblichen Risiken behaftet. Heute durchgeführte Versuchsfahrten oder Simulationen liefern keine ausreichend belastbaren Aussagen zur Sicherheit und Zuverlässigkeit. Das AFFiAncE-Konsortium beabsichtigt deshalb, einen neuartigen Architekturprüfstand zu schaffen, der es erlaubt, die für das autonome Fahren benötigte Sicherheit zu entwickeln, zu prüfen und serientauglich zu machen. Dazu wird eine reale Fahrzeugarchitektur im Labor mit einer Kombination aus Sensordaten von Versuchsfahrten und von Simulationen versorgt, sodass deren Sicherheit bewertet werden kann.

Durch die Prüfung der realen Fahrzeughardware können auch erstmalig kritische Ausfälle durch beispielsweise elektromagnetische Störungen (EMV) betrachtet werden. AFFiAncE wird eine innovative Methodik liefern, um das hochautomatisierte Fahren letztlich mit der notwendigen Sicherheit und Vertrauen in den Markt bringen zu können. Durch die im Projekt geschaffenen Produkte, Dienstleistungen sowie die geleisteten Beiträge zur Standardisierung wird das Know-how schließlich der gesamten Automobilindustrie zur Verfügung stehen.

Was?

Projektdetails

Die mit Blick auf die Automobilindustrie aktuell wichtigsten technischen Megatrends sind

das autonomes Fahren,
die Elektromobilität und
und die Digitalisierung des Automobils.

Diese drei Megatrends müssen kurz- bis mittelfristig von der deutschen Automobilindustrie umgesetzt werden und bedeuten, heruntergebrochen auf einzelne Fahrzeuge, eine Vielzahl von neuen Funktionen und Möglichkeiten, aber auch große technische Herausforderungen und Risiken.

So birgt das autonome Fahren, zwar ein enormes wirtschaftliches Potential, das Umsetzen der Technologien aber Risiken im Bereich der Funktionalität und damit der Fahrsicherheit. Potenziert werden die Herausforderungen des autonomen Fahrens noch durch die zeitgleiche Umsetzung der anderen beiden Megatrends hin zur elektromobilen und digitalen Zukunft der Fahrzeuge.

Durch diese Entwicklung werden die auf engstem Raum verbauten Bordnetze um ein Vielfaches komplexer (12 /48 Volt und Hochvoltbordnetz). Zudem müssen diese immer größere Kommunikationsbandbreiten zur Verfügung stellen (Ethernet / Flexray) und dabei stets die Störsicherheit gegen fahrzeugeigene (WLAN, Bluetooth) oder externe Einflüsse gewährleisten. Kritische Situationen müssen unbedingt bereits in der Entwicklung identifiziert und durch redundante Systeme sowie entsprechende Fehlerbehandlung entschärft werden. Um diese Herausforderungen zu lösen, sind enorme Entwicklungs- und Prüfleistungen der Automobilhersteller (OEM) und ihrer Zulieferer (TIER 1, TIER 2) notwendig

Kernaspekte von AFFiAncE

Bewertung, Auswahl und Entwicklung von System-Architekturen für SAE-Level 4
Verifikation der Sicherheit und Zuverlässigkeit
Definition von Prüfstandards
kohärente Sensordatensimulation

Ziele und Benefits

Vertrauen (affiance) in die Zukunftstechnologie des autonomen Fahrens durch erhöhte Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit
Transformation bisheriger Entwicklung hin zu seriennahen Produkten (Powerline Communication, Computerplattform, Architektur)
Verankerung zukunftsweisender Technologien in der Wirtschaftsregion NRW

Um diese Punkte adäquat umzusetzen hat sich ein Konsortium aus Universitäten (TU Dortmund, Uni Wuppertal), KMUs (EMC Test NRW, IQZ) bis hin zum Tier 1 (Delphi) und OEM (VW) zusammengefunden.

Ein Übergang zu höheren Automatisierungsstufen, bei denen das Fahrzeug die Fahraufgabe übernimmt, bedeutet folglich, dass zwingend Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit gegeben sein müssen. Dies gilt auch für den Ausfall oder die funktionale Degradierung von z.B. Sensoren, der Bordnetzkommunikation oder der Energieversorgung. Besondere Umwelteinflüsse, wie sie durch Wetterbedingungen, Verschmutzungen oder elektromagnetische Beeinflussungen (EMV) potentiell auftreten, können die Umweltwahrnehmung eines Systems zum automatisierten Fahren ebenso einschränken.

Solch kritische Situationen müssen unbedingt bereits in der Entwicklung identifiziert und durch redundante Systeme sowie entsprechende Fehlerbehandlung entschärft werden. Hierbei wird die Identifikation sämtlicher Fehlerkonfigurationen beim automatisierten oder autonomen Fahren aufgrund der hohen Systemkomplexität nicht mehr durch Testfahrten mit Prototypen allein möglich sein.

In AFFiAncE sollen hierzu einmal PLC-Konzepte weiter entwickelt und zur Serienreife für Kfz-Anwendungen gebracht werden, zudem soll ein Prüfstand eingerichtet werden, der die Bewertung von Architekturen für das automatisierte und autonome Fahren ermöglicht. Hierbei soll seriennahe Hardware, im Gegensatz zu den bisherigen reinen Funktionsdemonstratoren zum Einsatz kommen. Dadurch kann auch die sehr wichtige EMV abgesichert werden.

Die für die Überprüfung und Bewertung der Sicherheit und Funktionalität notwendigen Umweltinformationen können dabei entweder aus real aufgezeichneten oder simulierten Sensordaten bestehen. Innerhalb von AFFiAncE soll zudem eine kombinierte und erweiterte Möglichkeit entwickelt werden, um extrem ungünstige Umweltbedingungen wie z.B. Unwetter oder starke elektromagnetische Störungen, die entweder vollständig künstlich erzeugt oder durch die gezielte Modifikation von gemessenen Daten gewonnen werden können, zu simulieren.

Daraus ergeben sich notwendige Aktivitäten zur Konzeption und zum Aufbau eines modularen Prüfstandes, der Realisierung einer kohärenten Sensordatensimulation sowie Bewertungsmechanismen für Degradierungen.

Durch AFFiAncE wird durch die neuartigen Absicherungskonzepte für (hoch-)automatisiertes ein maßgeblicher Beitrag zur Entwicklung der notwendigen Komponenten in NRW geschaffen und damit die industrielle und wissenschaftliche Innovationskraft erheblich gestärkt.

Wer?

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Aptiv Services Deutschland GmbH

Aptiv ist ein weltweit führender Autozulieferer und entwickelt Technologien im Bereich der aktiven Fahrzeugsicherheit, der Fahrzeugvernetzung, der E/E-Architekturen und Steckverbindungssysteme. Seine Technologiekompetenz konnte Aptiv in den vergangenen Jahren durch die Entwicklung und Realisierung autonom fahrender Fahrzeuge demonstrieren. Die Beherrschung der Komplexität über mehrere Domänen der E/E-Architektur, die Erfahrung bei der Entwicklung von adaptierbaren Rechnerplattformen für Fahrzeuginfotainment sowie die Mitarbeit an Forschungsprojekten wie SafeAdapt wird Aptiv umfassend in AFFiAncE einbringen.

Aptiv hat in Nordrhein-Westfalen sein weltweites Kompetenzzentrum für autonomes Fahren. Dort finden maßgebliche Entwicklungen für den Weltmarkt statt.

Aptiv erarbeitet in AFFiAncE vorrangig den Teilaspekt der Prüfstandsentwicklung und dessen Aufbau. Mit der Expertise im Bereich der Fahrzeugarchitekturen, Rechenplattformen und Fahrzeugsensorik können die Anforderungen an Komponenten und das Gesamtsystem auch mit dem Blick in die Zukunft definiert werden. Für das Kooperartionsvorhaben entwickelt Aptiv das notwendige Sensordateenspeisesystem und eine physikalisch modifizierbare und konfigurierbare Fahrzeugarchitektur. Für die Evaluierung von Fahrzeugarchitekturen spielt die Versorgung der Rechenplattform mit den notwendigen Sensorsignalen eine wesentliche Rolle. Die im Rahnen des Projektes zu betrachtenden Fahrszenarien werden ebenso definiert wie der notwendige Fehlerkatalog.

Bergische Universität Wuppertal

Der Bereich Automotive Engineering bildet einen wichtigen Kompetenzschwerpunkt (Profillinie) der Fakultät, in der Disziplinen der Kommunikationstechnik, der Elektronik, der Automatisierungstechnik und der Energietechnik für Forschung und Entwicklung im Verkehrsraum der Zukunft vereinigt werden. Der Lehrstuhl für Allgemeine Elektrotechnik und Theoretische Nachrichtentechnik ist eine der tragenden Säulen dieses Kompetenzschwerpunktes, wobei insbesondere die Theorie und Anwendung mehrdimensionaler Signale und Systeme zur Objekterkennung und Datenfusion in dedizierter Hardware erforscht und entwickelt werden. Kerngebiet sind Algorithmen und Verfahren zur Verarbeitung mehrdimensionaler Signale, wie sie z.B. bei der medizinischen Computertomographie oder der im Automotive-Bereich häufig erforderlichen räumlich / zeitlichen 3-D Szenenerfassung und multi-Sensor Datenfusion auftreten.

Hierbei ermöglicht die auch international anerkannte wissenschaftlich / mathematische Ausrichtung des Lehrstuhls den Transfer innovativer Algorithmen auf neue Anwendungsgebiete, wie z.B. der Nutzung tomographischer Algorithmen zur 3-D Verkehrsszenenerfassung im Rahmen des Active Safety Car-Projektes (MWEIMH Ziel-2, 2009-2011). Darüber hinaus bestehen weitere Industriekooperationen zu den Themengebieten Hardware-in-the-Loop (HIL) und Model-in-the-Loop (MIL), welche sich mit der Co-Simulation der Umgebungs-Stimuli zum Test simulierter und realisierter Steuergeräte beschäftigen. Dabei ermöglicht das breite Kompetenzspektrum, ausgehend von physikalisch-mathematischen Grundlagen über die Algorithmenentwicklung bis hin zur praktischen Realisierung mittels dedizierter Hardware eine ganzheitliche Herangehensweise, die regelmäßig auch zur praktischen Umsetzung führt.

Die Bergische Universität bringt ihre Kompetenzen aus den Bereichen Sensorsignalverarbeitung, System-Modellierung und Hardware-in-the-Loop- Architektur in das Projekt ein. Sie verfolgt das Ziel aufgenommene Datensignale konsistent so abzuwandeln, dass diese reale Fahrsituationen repräsentieren können ohne solche Daten tatsächlich aufnehmen zu müssen. Auf diese Weise kann die Reaktion der Systeme mittels „virtueller Fahrsituationen“ untersucht werden.

Technische Universität Dortmund

Die Technische Universität Dortmund hat seit ihrer Gründung vor 50 Jahren ein besonderes Profil gewonnen, mit 16 Fakultäten in Natur- und Ingenieurwissenschaften, Gesellschafts- und Kulturwissenschaften. Die Universität zählt rund 34.200 Studierende und 6.200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, darunter etwa 300 Professorinnen und Professoren. Das Lehrangebot umfasst rund 80 Studiengänge, darunter klassische ebenso wie innovative Fächer, einige einzigartige Angebote und eine breit aufgestellte Lehrerbildung für alle Schulformen.

Das Arbeitsgebiet Bordsysteme erforscht und entwickelt Methoden, um die zukünftig wachsenden Anforderungen im Bereich der Bordnetze erfüllen zu können. Der Schwerpunkt liegt auf Simulations- und Messmethoden zur Optimierung und Absicherung von einzelnen Kfz-Elektronikkomponenten sowie kompletten Bordnetzen. In Kooperation mit Partnern aus Industrie und Forschung werden besonders die folgenden Themen adressiert:

Optimierung von Energiebordnetzen
Signalintegrität von Kommunikationsbordnetzen
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Elektrofahrzeuge
Modellbildung und Simulation

Die TU Dortmund arbeitet im Projekt AFFiAncE speziell im Bereich der Sicherheit der Energieversorgung und Datenübertragung. Hierbei sollen Gesamtenergiebordnetzsimulationen unter Berücksichtigung relevanter Fehlermodelle realistische Fehlerszenarien liefern, welche auf einem zu entwickelnden Prüfstand umgesetzt und bewertet werden können. Hierbei sollen grundlegende Architektur- und Diagnosefragen mit Bezug auf das autonome Fahren beantwortet werden. Die energietechnische Betreuung des Prüfstands stellt zusätzlich eine wichtige Schnittstelle zum Kommunikationsbordnetz und dessen Bewertung dar. In diesem Bereich wird die TU Dortmund als mögliche Rückfall- bzw. Redundanzebene Powerline Communication Kommunikationskanäle bereitstellen.

Institut für Qualitäts- und Zuverlässigkeitsmanagement GmbH (IQZ)

Das IQZ ist eines der führenden, privatwirtschaftlichen Forschungs- und Beratungsinstitute im Bereich des Zuverlässigkeitsmanagements sowie der Funktionalen Sicherheit. Im industriellen Bereich betreuen die Mitarbeiter des IQZ zahlreiche Entwicklungsprojekte namhafter Tier-1 und Tier-2 Zulieferer zum Thema Funktionale Sicherheit. Weiterhin unterstützt das IQZ einen deutschen OEM im Rahmen des Zuverlässigkeitsentwicklungsprozesses bei Neufahrzeugentwicklungen über den gesamten Produktentstehungsprozess. Das IQZ stellt aktuell den Lehrbetrieb für den nicht besetzten Lehrstuhl „Sicherheitstheorie und Verkehrstechnik“ der Bergischen Universität Wuppertal sicher. Derzeit werden die Veranstaltungen „Flugsicherheit“, „Zuverlässigkeitsplanung“ sowie „Funktionale Sicherheit“ angeboten.

Das IQZ sieht seine Expertise im Rahmen des Projektes insbesondere in Bereich der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbewertung. Hierzu zählen Expertenkenntnisse im Bereich der gängigen Sicherheitsnormen, z.B. IEC 61508 und ISO 26262, im Bereich der Test- und Prüfplanung und dem quantitativen Zuverlässigkeitsnachweis von Systemen. Anwendung finden diese Themen besonders bei der Definition von Anforderungen an die einzelnen Komponenten und an die gesamte HAF-Architektur sowie die spätere Bewertung derselben.

EMC Test NRW

Die EMC Test NRW GmbH betreibt das Kompetenzzentrum für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Dortmund. Als herstellerunabhängiges Unternehmen steht die Firma den Kunden seit September 1995 in einem mehrschichtigen Betrieb zur Verfügung. Mit der vorhandenen technischen Ausstattung und dem Know-how der Mitarbeiter gehört die EMC Test NRW GmbH zu den leistungs-fähigsten EMV-Dienstleistern Europas.
Die Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit von Fahrzeugkomponenten und Fahrzeugen, bildet einen zentralen Bestandteil des Geschäftsbetriebs der EMC Test NRW GmbH. Die dynamische, technische Entwicklung der Mobilität, stellt die Hersteller und Zulieferer der Fahrzeugindustrie vor komplexe Herausforderungen. Insbesondere die stetig zunehmende (Teil-) Automatisierung einzelner Fahrfunktionen spielt eine zentrale Rolle im Zukunftskonzept der Mobilität.
Im Rahmen des Förderprojekts AFFiAncE soll die Zuverlässgikeit aktueller und zukünftiger Fahrzeugarchitekturen analysiert werden und im Rahmen grundlegender Untersuchungen einer EMV Validierung unterzogen werden. Insbesondere neuartige Sensorikkonzepte zur Umwelterkennung eines Fahrzeugs, sowie hochleistungsfähige Kommunikationsnetze sollen im Fokus eines ersten EMV Konzepts betrachtet werden. Resultierend aus den Grundlagenuntersuchungen sollen dann auf wissenschaftlicher Ebene reproduzierbare Aussagen zum aktuellen Stand der EMV autonomer Fahrfunktionen entstehen. Diese werden im Rahmen von wissenschaftlichen Veröffentlichungen, sowie durch Normungsarbeit in den entsprechenden Gremien exponiert.

Darüber hinaus soll mit Hilfe der im Förderprojekt gewonnenen Erkenntnisse ein Beitrag geliefert werden, mit dem die Basis für die technische Realisierung flächendeckender und standardisierter EMV Tests von hochautomatisierten Fahrfunktionen umgesetzt werden kann.