DE102020210964A1 - Computer-implemented method for verifying an error rate of autonomously driving vehicles, computer systems and data carriers - Google Patents

Computer-implemented method for verifying an error rate of autonomously driving vehicles, computer systems and data carriers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Verifikation einer FehlerrateP(crashh)von autonom fahrenden Fahrzeugen, mit den Schritten:- Bereitstellen von funktionalen Umfeldszenarien anhand einer Mikrosimulation oder realen Testfahrten,- Mikroskopische Quantifizierung der funktionalen Umfeldszenarien anhand der Kritikalität zum Identifizieren kritischer funktionaler Umfeldszenarien,- Umwandeln der kritischen funktionalen Umfeldszenarien in zumindest kritische logische Umfeldszenarien unter Verwendung einer statistischen Versuchsplanung, wobei mittels der statistischen Versuchsplanung initiale Parameter definiert werden, von dem ein logisches Umfeldszenario abhängig ist,- Generieren anhand einer Nanosimulation, unter Heranziehung der initialen Parameter, kritischer konkreter Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien,- Nanoskopische Verifizierung der Kritikalität der kritischen funktionalen Umfeldszenarien anhand der Bestimmung der Kritikalität der kritischen konkreten Umfeldszenarien.Ferner betrifft die Erfindung ein Computersystem und einen Datenträger.The invention relates to a computer-implemented method for verifying an error rate P(crashh) of autonomously driving vehicles, with the steps: - providing functional environment scenarios using a microsimulation or real test drives, - microscopic quantification of the functional environment scenarios using the criticality to identify critical functional environment scenarios, - Converting the critical functional environmental scenarios into at least critical logical environmental scenarios using a statistical experimental design, whereby initial parameters are defined by means of the statistical experimental design, on which a logical environmental scenario depends, - generating critical specific environmental scenarios using a nano-simulation, using the initial parameters the critical logical environment scenarios, - nanoscopic verification of the criticality of the critical functional environment scenarios based on the determination of the criticality of critical specific environmental scenarios. The invention also relates to a computer system and a data carrier.

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Verifikation einer Fehlerrate von autonom fahrenden Fahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Computersystem und einen Datenträger.The invention relates to a computer-implemented method for verifying an error rate of autonomously driving vehicles. Furthermore, the invention relates to a computer system and a data carrier.

Vollautonome Fahrzeuge (auch als AD-System bezeichnet) weisen eine Reihe von deutlichen Vorteilen gegenüber Fahrzeugen mit manueller Betriebsweise auf. So kann durch schnelle Reaktionszeit und dem Vermeiden menschlicher Fehler eine Verbesserung der Verkehrssicherheit erzielt werden. Auch lässt sich durch eine optimale Fahrweise der Kraftstoffverbrauch reduzieren. Ebenfalls können ältere Verkehrsteilnehmer durch autonom fahrende Fahrzeuge weiterhin mobil bleiben. Auch kann eine Reduzierung von Unfällen durch die Vernetzung stattfinden.Fully autonomous vehicles (also known as AD systems) have a number of clear advantages over vehicles with manual operation. In this way, road safety can be improved through fast reaction times and the avoidance of human error. An optimal driving style can also reduce fuel consumption. Elderly road users can also remain mobile thanks to autonomously driving vehicles. Networking can also reduce accidents.

Die Entwicklungskosten von AD-Systemen sind jedoch enorm. Daher spielen wirtschaftliche Gesichtspunkte wie Kosteneffizienz, Erfolgsdruck und „Time-to-Market-Überlegungen“ eine zunehmend wichtigere Rolle.However, the development costs of AD systems are enormous. Economic aspects such as cost efficiency, pressure to succeed and time-to-market considerations are therefore playing an increasingly important role.

Allerdings müssen die legitimen Einflüsse bezüglich der Wirtschaftlichkeit aktiv gemanagt werden, um gleichzeitig eine sichere Entwicklung und letztendlich auch ein sicheres Produkt zu garantieren.However, the legitimate influences on economic efficiency must be actively managed in order to guarantee a safe development and ultimately a safe product at the same time.

Die Sicherheitsregeln werden beispielsweise durch SOTIF (Safety of the Intended Functionality) festgelegt, welche Richtlinien für autonom fahrende Fahrzeuge gemäß Level 0, 1 und 2 (und höher) enthält.The safety rules are defined, for example, by SOTIF (Safety of the Intended Functionality), which contains guidelines for autonomously driving vehicles according to levels 0, 1 and 2 (and higher).

All diese Faktoren wirken sich im verstärkten Maße auf die Entwicklungsphase des AD-Systems aus. Die Frage nach dem sicheren Betrieb eines sich noch in einer frühen Entwicklungsphase befindlichen AD-Prototypen im Mischverkehrsbetrieb stellt daher eine sehr komplexe Aufgabe dar. Der sichere Betrieb wird unter anderem durch eine Fehlerrate festgelegt.All these factors have an increased impact on the development phase of the AD system. The question of the safe operation of an AD prototype, which is still in an early development phase, in mixed traffic operation is therefore a very complex task. Safe operation is determined, among other things, by an error rate.

Eine Fehlerrate oder Ausfallsrate wird in der Ereigniszeitanalyse in der Statistik auch als Hazardrate (englisch hazard: Gefahr, Zufall, Risiko) bezeichnet. Daraus lässt sich die Wahrscheinlichkeit dafür ermitteln, dass zu einem festen Zeitpunkt ein bestimmtes Ereignis (beispielsweise Tod einer Person, Verkauf einer Ware, Zerfall eines radioaktiven Elements) eintritt.An error rate or failure rate is also referred to as a hazard rate in the event time analysis in statistics. From this, the probability can be determined that a certain event (e.g. death of a person, sale of goods, decay of a radioactive element) will occur at a fixed point in time.

Um ein autonomes Fahrzeug für den Serieneinsatz tauglich zu machen, wird dieses für gewöhnlich im realen Verkehrsgeschehen oder in der Simulation getestet. Dies führt dazu, dass eine Vielzahl von Testkilometern mit realen Versuchsfahrzeugen oder in der Simulation gefahren wird. Dies führt zu einem hohen Testaufwand hinsichtlich des Zeitaufwandes und der Kosten. Dies stellt jedoch die Weiterentwicklung vor eine Vielzahl von Problemen.In order to make an autonomous vehicle suitable for series use, it is usually tested in real traffic or in a simulation. This means that a large number of test kilometers are driven with real test vehicles or in the simulation. This leads to a high test effort in terms of time and costs. However, this poses a number of problems for further development.

Die DE 10 2016 109 651 A1 offenbart ein Verfahren für die Validierung von wenigstens einer Fahrzeugfunktion eines virtuellen autonomen Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: Starten eines rechnergestützten Simulationsprogramms zur Simulation des virtuellen autonomen Fahrzeugs und seiner autonomen Bewegung in einer virtuellen Umgebung durch Vorgabe eines virtuellen Fahrziels, Erzeugen von simulierten Eingangsparametern für wenigstens eine Systemkomponente eines Steuersystems des autonomen Fahrzeugs auf Basis der Simulation, welche realen Eingangsparametern der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems entsprechen, Erzeugen von Ausgangsparametern der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems mittels der wenigstens einen Systemkomponente des Steuersystems auf Basis der simulierten Eingangsparameter und Protokollieren des Verhaltens des virtuellen autonomen Fahrzeugs.the DE 10 2016 109 651 A1 discloses a method for validating at least one vehicle function of a virtual autonomous vehicle, comprising the following steps: starting a computer-aided simulation program for simulating the virtual autonomous vehicle and its autonomous movement in a virtual environment by specifying a virtual destination, generating simulated input parameters for at least a system component of a control system of the autonomous vehicle based on the simulation, which correspond to real input parameters of the at least one system component of the control system, generating output parameters of the at least one system component of the control system using the at least one system component of the control system based on the simulated input parameters and logging the behavior of the virtual autonomous vehicle.

Die DE 10 2006 044 086 B4 offenbart ein System zur virtuellen Simulation von Verkehrssituationen, mit einer Anzeigeeinheit zur bildhaften Anzeige der virtuellen Verkehrssituationen und einer Eingabeeinheit, und mit zumindest einem modellierten Referenzfahrzeug und zumindest einem weiteren modellierten Verkehrsteilnehmer. Dabei weist das Referenzfahrzeug eine modellierte Detektionseinrichtung zur Erfassung der virtuellen Umgebung des Referenzfahrzeugs auf, wobei das Verhalten des Referenzfahrzeugs während einer simulierten Verkehrssituation zumindest zeitweise unter Berücksichtigung der durch die Detektionseinrichtung erfassten Informationen erfolgt, und dem Referenzfahrzeug ein Basismodell zugrunde gelegt ist, welches während eines Simulationslaufs mit Verhaltensmustern gekoppelt ist, die nach einem stochastischen Modell ausgewählt werden.the DE 10 2006 044 086 B4 discloses a system for virtual simulation of traffic situations, with a display unit for pictorial display of the virtual traffic situations and an input unit, and with at least one modeled reference vehicle and at least one other modeled road user. The reference vehicle has a modeled detection device for detecting the virtual environment of the reference vehicle, the behavior of the reference vehicle during a simulated traffic situation taking into account the information detected by the detection device at least at times, and the reference vehicle is based on a base model which is used during a simulation run coupled with behavioral patterns selected according to a stochastic model.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Computersystem zur Weiterentwicklung eines autonom fahrenden Fahrzeugs anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe ein Datenträger anzugeben.It is therefore an object of the invention to specify an improved method and an improved computer system for the further development of an autonomously driving vehicle. It is also an object to specify a data carrier.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Datenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 14.The object is achieved by a method having the features of claim 1, a computer system having the features of claim 13 and a data carrier having the features of claim 14.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und Vorzüge verschiedener Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.Further details of the invention and advantages of various embodiments emerge from the features of the dependent claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Verifikation einer Fehlerrate von autonom fahrenden Fahrzeugen umfassend der Schritte:

  • - Bereitstellen von funktionalen Umfeldszenarien anhand einer Mikrosimulation oder realen Testfahrten,
  • - Mikroskopische Quantifizierung der funktionalen Umfeldszenarien anhand einer Kritikalität, zum Identifizieren kritischer funktionaler Umfeldszenarien,
  • - Umwandeln der kritischen funktionalen Umfeldszenarien in zumindest kritische logische Umfeldszenarien unter Verwendung einer statistischen Versuchsplanung, wobei mittels der statistischen Versuchsplanung initiale Parameter definiert werden, von dem ein logisches Umfeldszenario abhängig ist,
  • - Generieren anhand einer Nanosimulation, unter Heranziehung der initialen Parameter, kritischer konkreter Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien,
  • - Nanoskopische Verifizierung der Kritikalität der kritischen funktionalen Umfeldszenarien anhand der Bestimmung der Kritikalität der kritischen konkreten Umfeldszenarien.
The object is achieved by a computer-implemented method for verifying an error rate of autonomously driving vehicles, comprising the steps:
  • - Provision of functional environment scenarios based on a micro-simulation or real test drives,
  • - Microscopic quantification of the functional environment scenarios based on a criticality to identify critical functional environment scenarios,
  • - Conversion of the critical functional environment scenarios into at least critical logical environment scenarios using a statistical experimental design, with the statistical experimental design being used to define initial parameters on which a logical environmental scenario is dependent,
  • - Generate based on a nano-simulation, using the initial parameters, critical concrete environmental scenarios from the critical logical environmental scenarios,
  • - Nanoscopic verification of the criticality of the critical functional environment scenarios based on the determination of the criticality of the critical concrete environment scenarios.

Eine Szene beschreibt eine statische Umgebung, die durch eine sich nicht verändernde Struktur gegeben ist. Szenen sind Straßeninformationen wie Kreuzungen, Kreisverkehre, Bushaltestellen, Autobahnausfahrten sowie zusätzlich statische Umgebungen wie Gebäude.A scene describes a static environment given by an unchanging structure. Scenes are street information such as intersections, roundabouts, bus stops, motorway exits and additional static environments such as buildings.

Eine Situation ist die Beschreibung der Absicht des Fahrzeugs für eine bestimmte Szene.A situation is the description of the vehicle's intent for a particular scene.

Unter Szenarien, die hier zur besseren Abgrenzung als Umfeldszenarien bezeichnet wird, ist die Beschreibung aller dynamischen Objekte in der statischen Umgebung zu verstehen. Dynamische Objekte sind beispielsweise Fußgänger, Verkehrsfahrzeuge und die jeweilige Umweltbedingungen, die zu unterschiedlichen Reaktionsbedürfnissen/-möglichkeiten der dynamischen Objekte führen können. Solche Umfeldszenarien hängen von vielen verschiedenen Parametern ab, die in Zeit, Häufigkeit, Geschwindigkeit, Entfernung usw. variieren.Scenarios, which are referred to here as environment scenarios for better differentiation, mean the description of all dynamic objects in the static environment. Dynamic objects are, for example, pedestrians, traffic vehicles and the respective environmental conditions, which can lead to different reaction needs/possibilities of the dynamic objects. Such environmental scenarios depend on many different parameters that vary in time, frequency, speed, distance, etc.

Funktionale Umfeldszenarien können beispielsweise durch reale Testfahrten mit einem in einem autonomem (oder nicht autonomen und mit entsprechenden ausgestalteten Sensorsystem im Fahrzeug) Fahrzeug oder durch entsprechende Mikrosimulation erzeugt werden.Functional environment scenarios can be generated, for example, by real test drives with a vehicle in an autonomous (or non-autonomous and with a correspondingly designed sensor system in the vehicle) or by appropriate microsimulation.

Umfeldszenarien können in bekannte sichere und unsichere Umfeldzenarien und unbekannte sichere und unsichere Umfeldszenarien eingeteilt werden. Unbekannte Umfeldszenarien sind Umfeldszenarien die bislang noch nicht bekannt waren, beispielsweise die Existenz von Objekten, die bislang noch nicht vorgekommen sind. Ferner kann auch eine unbekannte Parametrisierung, beispielsweise die Geschwindigkeit eines Verkehrsteilnehmers zu unbekannten Umfeldszenarien führen. Die Umfeldszenarien hängen von vielen verschiedenen Parametern ab, die in Zeit, Häufigkeit, Geschwindigkeit, Entfernung usw. variieren.Environmental scenarios can be divided into known secure and insecure environmental scenarios and unknown secure and insecure environmental scenarios. Unknown environmental scenarios are environmental scenarios that were not previously known, for example the existence of objects that have not yet occurred. Furthermore, an unknown parameterization, for example the speed of a road user, can lead to unknown environmental scenarios. The environmental scenarios depend on many different parameters that vary in time, frequency, speed, distance, etc.

Als kritische Umfeldszenarien sind hier vorzugsweise kritische bekannte unsichere Umfeldszenarien zu verstehen; das Verfahren ist jedoch generell auf alle anwendbar. Critical environmental scenarios are to be understood here as preferably critical, known, insecure environmental scenarios; however, the procedure is generally applicable to all.

Neben der Einteilung in Szene, Situation, Umfeldszenariol Umfeldszenarien kann ferner eine Einteilung in logische, konkrete und funktionale Szene, Situation, Umfeldszenario/ Umfeldszenarien vorgenommen werden. Ein funktionales Umfeldszenario ist hierbei eine Beschreibung mit Worten (Prosa) ohne Deklaration oder Definition von Parametern, die zu dem Umfeldszenario gehören. Dies sind beispielsweise die Beschreibung 3-streifige Autobahn, Begrenzung auf 100 km/h durch Verkehrszeichen, Stau etc..In addition to the division into scene, situation, environment scenario, environment scenarios, a division into logical, concrete and functional scene, situation, environment scenario/environment scenarios can also be made. A functional environment scenario is a description in words (prose) without a declaration or definition of parameters that belong to the environment scenario. These are, for example, the description of a 3-lane motorway, a speed limit of 100 km/h due to traffic signs, traffic jams, etc.

Ein logisches Umfeldszenario ist die funktionale Beschreibung, mit der Deklaration von Parametern in einem Parameterbereich, um das Umfeldszenario in einer mathematischen / physikalischen Weise zu beschreiben, beispielsweise Breite der Fahrstreifen zwischen 2,3 und 3,5 m, Position der Verkehrszeichen zwischen 0 und 200m etc.A logical environment scenario is the functional description, with the declaration of parameters in a parameter area, to describe the environment scenario in a mathematical/physical way, for example lane width between 2.3 and 3.5 m, position of traffic signs between 0 and 200 m Etc.

Ein konkretes Umfeldszenario ist ein logisches, aber parametrisiertes Umfeldszenario. So kann beispielsweise die Breite der Fahrstreifen mit 3,2 m und die Position der Verkehrszeichen gleich 150m sein.A concrete environmental scenario is a logical but parameterized environmental scenario. For example, the width of the lanes can be 3.2 m and the position of the traffic signs can be 150 m.

Für die Unterscheidung von sicheren und unsicheren (kritischen) Umfeldszenarien wird ein Maß benötigt, mit dem sich die Gefährlichkeit eines Umfeldszenario bewerten lässt.To differentiate between safe and unsafe (critical) environmental scenarios, a measure is required with which the dangerousness of an environmental scenario can be assessed.

Hierzu wird die schon erwähnte Kritikalität herangezogen. Kritikalität beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass es im weiteren Verlauf eines Umfeldszenarios zu einem Unfall kommt. Wenn diese Wahrscheinlichkeit 100% beträgt, entspricht das einem Kontakt des Fahrzeuges und einem anderen Objekt / Gegenstand / Fahrzeug. Die Kritikalität lässt sich multidirektional beschreiben, so dass sowohl das longitudinale, als auch laterale Kritikalität berücksichtigt werden kann.For this purpose, the already mentioned criticality is used. Criticality describes the probability that an accident will occur in the further course of an environmental scenario. If this probability is 100%, this corresponds to a contact between the vehicle and another object/item/vehicle. The criticality can be described multidirectionally, so that both the longitudinal and lateral criticality can be taken into account.

Es gibt verschiedene Verfahren um ein Maß der Kritikalität zu erhalten. Diese sind in regelbasierte, potentialbasierte und trajektoriebasierte Verfahren unterteilt.There are several methods to obtain a measure of criticality. These are divided into rule-based, potential-based and trajectory-based methods.

Solche Maße sind beispielsweise Time to Collision (TTC, Zeit bis zur Kollision), Deceleration to avoid the Crash (DRAC, Verzögerungsrate zur Vermeidung des Crashes), Distance to Collision (DTC), Kollisionsabstand), Deceleration to avoid the Crash on Brake (DRAC2, Abbremsen zur Vermeidung des Crashes).Such measures are, for example, Time to Collision (TTC), Deceleration to avoid the Crash (DRAC, deceleration rate to avoid the crash), Distance to Collision (DTC), Deceleration to avoid the Crash on Brake (DRAC2 , braking to avoid the crash).

Bevorzugt wird als ein Maß für die Kritikalität ein potentialbasiertes Maß, beispielsweise die Zeit bis zur Kollision (Time to Collision (TTC)) und/oder die Distance to Collision (DTC; Kollisionsabstand) verwendet. Dieses wird vorzugsweise anhand eines potentialbasierten Verfahrens bestimmt. Die Zeit bis zur Kollision (Time to Collision (TTC)) ist ein wichtiger zeitbasierter Sicherheitsindikator für die Erkennung von Auffahrkonflikten bei Verkehrssicherheitsbewertungen. Dies entspricht einem einfachem Maß für die Kritikalität, wodurch der Datenumfang reduziert wird.A potential-based measure, for example the time to collision (Time to Collision (TTC)) and/or the Distance to Collision (DTC; collision distance) is preferably used as a measure for the criticality. This is preferably determined using a potential-based method. Time to Collision (TTC) is an important time-based safety indicator for detecting rear-end collisions in road safety assessments. This corresponds to a simple measure of criticality, which reduces the amount of data.

Unter einer Makrosimulation wird hier die Modellierung des Verkehrsflusses verstanden. Der Verkehrsfluss wird mit Hilfe der Verkehrsflusstheorie modelliert, die das Verhalten von Verkehrsaufkommen, Verkehrsgeschwindigkeit und Verkehrsdichte über Zeit und Raum beschreibt. Unter Verkehrsfluss versteht man den Fluss oder Flex, d. h. die Anzahl der Verkehrselemente (z. B. Fahrzeuge), die eine bestimmte Verkehrsfläche oder -linie (als Grenzfall der Fläche) pro Zeiteinheit durchqueren. Makrosimulationen können zur Generierung/Bestimmung der Anzahl der Fahrzeuge zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort verwendet werden, um sie als Input für die Mikrosimulation zu verwenden.A macro simulation is understood here as the modeling of the traffic flow. Traffic flow is modeled using traffic flow theory, which describes the behavior of traffic volume, traffic speed and traffic density over time and space. Traffic flow means the flow or flex, i. H. the number of traffic elements (e.g. vehicles) that cross a certain traffic area or line (as the limiting case of the area) per unit of time. Macro simulations can be used to generate/determine the number of vehicles at a given time in a given place to use as input for the micro simulation.

Unter einer Mikrosimulation kann die Modellierung von Verkehrsströmen basierend auf der Beschreibung der Bewegung jedes einzelnen Fahrzeugs, aus dem der Verkehrsstrom zusammengesetzt ist, verstanden werden. Dies impliziert die Modellierung der Aktionen, wie beispielsweise Beschleunigung, Verlangsamung und Spurwechsel, jedes Fahrers als Reaktion auf den Umgebungsverkehr mit der Angabe von Parameterbereichen.A microsimulation can be understood as the modeling of traffic flows based on the description of the movement of each individual vehicle that makes up the traffic flow. This implies modeling the actions, such as acceleration, deceleration and lane changing, of each driver in response to the surrounding traffic with the specification of parameter ranges.

In Bezug auf die Makrosimulation, welche einem hydrodynamischen Modell ähnelt, ähnelt die Mikrosimulation einem Mehrkörpermodell, bei dem jeder eine Wirkung auf seine Nachbarkörper hat. Die Mikrosimulation erhält die Makrosimulation als Eingangsdaten.In terms of the macro simulation, which is similar to a hydrodynamic model, the micro simulation is similar to a multi-body model, where each has an effect on its neighboring bodies. The micro simulation receives the macro simulation as input data.

Unter Nanosimulation ist die Simulation des Fahrzeugverhaltens selbst zu verstehen. Während die Mikrosimulation den Weg des Körpers beschreibt, beschreibt die Nanosimulation das Verhalten des Körpers auf diesem Weg und die Möglichkeiten, auf die Umgebung zu reagieren und mit ihr zu interagieren.Nano simulation is the simulation of the vehicle behavior itself. While microsimulation describes the body's path, nanosimulation describes the body's behavior along this path and the possibilities of reacting and interacting with the environment.

Hier werden anhand einer Nanosimulation kritische konkrete Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien generiert, für das die initialen Parameter jedes logischen kritischen Umfeldszenario herangezogen werden. Dies bedeutet, dass die verschiedenen konkreten Umfeldszenarien aus dem Verhalten der beteiligten Verkehrsteilnehmer und den darauf bezogenen Reaktionen des autonomen Fahrzeugs erzeugt werden.Here, using a nano-simulation, critical concrete environmental scenarios are generated from the critical logical environmental scenarios, for which the initial parameters of each logical critical environmental scenario are used. This means that the various concrete environmental scenarios are generated from the behavior of the road users involved and the related reactions of the autonomous vehicle.

Unter Ausfallrate /Fehlerrate ist die Häufigkeit, mit der ein technisches System oder eine Komponente ausfällt, ausgedrückt in Ausfällen pro Zeiteinheit, zu verstehen. Zur Verifikation der Betriebsweise eines autonom fahrenden Fahrzeugs muss das Fahrzeug während seiner Betriebszeit eine Vielzahl verschiedener konkreter Umfeldszenarien bewältigen. Mit dem hier vorgestellten Verfahren können insbesondere kritische Umfeldszenarien im konkreten, anhand einer mikroskopischen und nanoskopischen Simulation/Umwelt, verifiziert werden.Failure rate / error rate is the frequency with which a technical system or component fails, expressed in failures per unit of time. In order to verify the mode of operation of an autonomously driving vehicle, the vehicle has to cope with a large number of different specific environmental scenarios during its operating time. With the method presented here, critical environmental scenarios in particular can be verified in concrete terms using a microscopic and nanoscopic simulation/environment.

Hierdurch wird eine Fokussierung auf die relevantesten Umfeldszenarien und damit die Möglichkeit zur erheblichen Reduzierung wichtiger Teststrecken erreicht. Ferner können anhand des Verfahrens die unbekannten Umfeldszenarien in einer Simulation erkannt werden.This achieves a focus on the most relevant environmental scenarios and thus the possibility of significantly reducing important test routes. Furthermore, the unknown environment scenarios can be recognized in a simulation using the method.

Bevorzugt wird die Fehlerrate (bezogen auf die Zeit, vorzugsweise die Stunde) aus der Summe der Fehlerwahrscheinlichkeiten aller funktionalen Umfeldszenarien gebildet: P ( crash h ) = P ( Scenario ) P ( C a s h )

Figure DE102020210964A1_0002
wobei P(Scenario) die Auftretenswahrscheinlichkeit des kritischen Umfeldszenarios und P(Crash) die Wahrscheinlichkeit ist, in diesem einen Fehler (Crash) zu erfahren und wobei P ( crash h )
Figure DE102020210964A1_0003
die Fehlerrate ist. Dies entspricht dem Gesetz der totalen Wahrscheinlichkeit zum Nachweis der gesamten Fehlerrate.The error rate (related to time, preferably an hour) is preferably formed from the sum of the error probabilities of all functional environment scenarios: P ( crash H ) = P ( scenario ) P ( C a s H )
Figure DE102020210964A1_0002
where P(scenario) is the probability of occurrence of the critical environment scenario and P(crash) is the probability of experiencing an error (crash) in this and where P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0003
is the error rate. This corresponds to the law of total probability for proving the total error rate.

Vorzugsweise umfasst die Mikrosimulation als Parameter zumindest die Verkehrsdichte der Klassen von Verkehrsteilnehmern wie Fußgänger, Radfahrer, PKW, LKW etc. und/oder die Geschwindigkeit der jeweiligen Verkehrsteilnehmer und/oder das Verhalten der Verkehrsteilnehmer in Bezug auf laterale Änderungen und/oder longitudinalen Änderungen, so dass mittels der Mikrosimulation entweder Zeitlinien oder vollständige Trajektorien aller relevanten Fahrzeuge oder die Aufzeichnung der relevanten Umfeldszenarien bestimmt werden kann. D.h. es wird die Verkehrsdichte und Geschwindigkeit aller möglichen Arten von Verkehrsteilnehmern und die Verhaltensmodelle, wie Reaktions-, Wahrnehmungs- und Erkennungszeit erzeugt.The microsimulation preferably includes at least the traffic density as a parameter Classes of road users such as pedestrians, cyclists, cars, trucks, etc. and/or the speed of the respective road users and/or the behavior of the road users in relation to lateral changes and/or longitudinal changes, so that either time lines or complete trajectories of all relevant vehicles or the recording of the relevant environmental scenarios can be determined. This means that the traffic density and speed of all possible types of road users and behavior models such as reaction, perception and recognition times are generated.

Für eine Mikrosimulation werden statistische Daten benötigt, die auf verschiedene Weise gewonnen werden können. Ausgehend von einer makroskopischen Ebene wird ein Verkehrsplanungsmodell erstellt. Mit Hilfe dieses Verkehrsplanungsmodells kann der Verkehrsfluss für beispielsweise Knotenpunkte eines grobmaschigen Straßennetzes über die Stadt angenommen werden. Ferner können weitere Daten für die Mikrosimulation herangezogen werden.Statistical data is required for a micro-simulation, which can be obtained in various ways. Starting from a macroscopic level, a traffic planning model is created. With the help of this traffic planning model, the traffic flow can be assumed for, for example, nodes in a coarse-meshed road network across the city. Further data can also be used for the microsimulation.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die mikroskopische Quantifizierung durch folgende Schritte:

  • - Identifizieren funktionaler kritischer Umfeldszenarien mit einem Schwellenwert der Kritikalität,
  • - clustern / klassifizieren der identifizierten kritischen funktionalen Umfeldszenarien durch zuordnen zu einem bekannten kritischen funktionalen Umfeldszenario oder zuordnen zu einem neuen kritischen funktionalen Umfeldszenario,
  • - Zählen der identifizierten kritischen funktionalen Umfeldszenarien.
In a further preferred embodiment, the microscopic quantification is carried out by the following steps:
  • - Identify functional critical environment scenarios with a criticality threshold,
  • - cluster / classify the identified critical functional environment scenarios by assigning them to a known critical functional environment scenario or assigning them to a new critical functional environment scenario,
  • - Counting of the identified critical functional environment scenarios.

Für die Identifizierung kritischer funktionaler Umfeldszenarien werden die Trajektorien in jedem Zeitschritt nach der Funktion der Kritikalität ausgewertet. Die resultierende Kritikalität wird jedem Zeitschritt zugeordnet und kann entsprechend über der Zeit aufgetragen werden. Ein kritisches Umfeldszenario beginnt mit dem Überschreiten eines vorab definierten Schwellenwertes und endet nach dem Unterschreiten dessen oder nach dem zeitlichen Passieren eines lokalen Maximums. Dazu wird vorab ein Schwellenwert festgesetzt, mit dem ein kritisches Umfeldszenario erkannt werden kann.To identify critical functional environment scenarios, the trajectories are evaluated in each time step according to the criticality function. The resulting criticality is assigned to each time step and can be plotted accordingly over time. A critical environmental scenario begins when a previously defined threshold value is exceeded and ends when it falls below it or after a local maximum has been passed. For this purpose, a threshold value is set in advance, with which a critical environmental scenario can be identified.

Dies bedeutet, dass die Kritikalität für jedes Zeitinkrement bestimmt wird, so dass es möglich ist, eine Zeitreihe der Kritikalität zwischen dem Fahrzeug und jedem anderen Verkehrsteilnehmer zu erzeugen oder eine Überlagerung zwischen dem Fahrzeug und dem Umfeld zu erhalten. So wird jedes Mal, wenn diese Zeitreihe einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, die Konstellation des Fahrzeugs und der umgebenden Objekte als kritisches funktionales Umfeldszenario interpretiert.This means that the criticality is determined for each time increment, so it is possible to generate a time series of criticality between the vehicle and each other road user or to get an overlay between the vehicle and the environment. Every time this time series exceeds a certain threshold, the constellation of the vehicle and the surrounding objects is interpreted as a critical functional environment scenario.

Jedes identifizierte kritische funktionale Umfeldszenario muss anschließend klassifiziert werden, um es einem der bereits bekannten funktionalen Umfeldszenario zuzuordnen oder ein neues funktionales Umfeldszenario zu definieren. Wenn alle identifiziert sind, können diese gezählt werden.Each identified critical functional environment scenario must then be classified in order to assign it to one of the already known functional environment scenarios or to define a new functional environment scenario. When all are identified, they can be counted.

Da alle identifizierten, funktionalen Umfeldszenarien ihren entsprechenden Klassifikationen zugeordnet sind, kann deren Häufigkeit ermittelt werden (wie stark ist eine Szenarienklasse / ein funktionales Umfeldszenario gefüllt?). Aus dem Quotienten der Häufigkeit und der simulierten Zeit ergibt sich die quantifizierte Auftretenswahrscheinlichkeit der kritischen funktionalen Umfeldszenarien.Since all identified, functional environment scenarios are assigned to their corresponding classifications, their frequency can be determined (how much is a scenario class / functional environment scenario filled?). The quantified probability of occurrence of the critical functional environment scenarios results from the quotient of the frequency and the simulated time.

Vorzugsweise wird die Auftretenswahrscheinlichkeit P(Scenario) von kritischen funktionalen Umfeldszenarien anhand des Quotienten der Häufigkeit n (Szenario) und der simulierten Zeit t(sim) bestimmt: P ( Scenario ) = n ( S z e n a r i o ) t ( s i m )

Figure DE102020210964A1_0004
The probability of occurrence P(scenario) of critical functional environment scenarios is preferably determined using the quotient of the frequency n (scenario) and the simulated time t(sim): P ( scenario ) = n ( S e.g e n a right i O ) t ( s i m )
Figure DE102020210964A1_0004

Bevorzugt wird jedes kritische funktionale Umfeldszenario zu einem kritischen logischen Umfeldszenario unter Verwendung möglicher beeinflussender Parameter und Randbedingungen des kritischen funktionalen Umfeldszenario umgewandelt.Each critical functional environment scenario is preferably converted into a critical logical environment scenario using possible influencing parameters and boundary conditions of the critical functional environment scenario.

Vorzugsweise wird als statische Versuchsplanung eine Design-of-Experiments -Methode verwendet, um die kritischen funktionalen Umfeldszenarien in kritische konkrete Umfeldszenarien umzuwandeln. Hierzu ist es notwendig, dass man eine initiale Liste von Parametern erstellt, von welchen ein funktionales Umfeldszenario abhängig ist.A design-of-experiments method is preferably used as static test planning in order to convert the critical functional environment scenarios into critical concrete environment scenarios. For this it is necessary to create an initial list of parameters on which a functional environment scenario depends.

Durch die Verwendung einer Design-of-Experiments -Methode können die initialen Parameter einfacher bestimmt werden. Das Ziel einer Design-of-Experiments -Methode ist es, die Zahl der Experimente, die zur Bestimmung des Einflusses von Parametern auf ein untersuchtes Qualitätsmerkmal erforderlich sind, auf ein Minimum zu begrenzen.By using a design-of-experiments method, the initial parameters can be determined more easily. The aim of a design-of-experiments method is to limit the number of experiments required to determine the influence of parameters on a quality characteristic under investigation to a minimum.

Bei einer sogenannten voll faktoriellen Analyse müssen theoretisch alle untersuchten Parameter vollständig durchprobiert werden um auch nicht-lineare Effekte zu erfassen. Da bei dieser sogenannten voll faktoriellen Analyse die Versuche mit der Zahl der Parameter exponentiell ansteigt, wird mittels vereinfachter Annahmen und durch Einsatz statistischer Auswertungsverfahren die Anzahl der Versuche erheblich reduziert. Mit einer Design-of-Experiments-Methode kann der Einfluss der Parameter bzw. die zu verwendenden Parameter einfacher bestimmt werden.In a so-called fully factorial analysis, all parameters examined must theoretically be tried out completely in order to also include non-linear effects. Since in this so-called full factorial analysis the number of parameters increases exponentially, simplified assumptions and the use of sta tistic evaluation method significantly reduces the number of tests. The influence of the parameters or the parameters to be used can be determined more easily with a design-of-experiments method.

Anschließend wird eine Nanosimulation zur Erzeugung konkreter Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien durchgeführt, indem die initialen Parameter jedes logischen kritischen Umfeldszenario herangezogen werden und die verschiedenen konkreten Umfeldszenarien aus dem Verhalten der beteiligten Verkehrsteilnehmer und den darauf bezogenen Reaktionen des autonomen Fahrzeugs erzeugt werden. Die Nanosimulation wird in diesem Zusammenhang als Stimulation des Device unter Test (DuT) genutzt.A nano-simulation is then carried out to generate concrete environmental scenarios from the critical logical environmental scenarios by using the initial parameters of each logical critical environmental scenario and generating the various concrete environmental scenarios from the behavior of the road users involved and the reactions of the autonomous vehicle related to this. In this context, the nano simulation is used to stimulate the device under test (DuT).

Entsprechend den Vorgaben aus der Design-of-Experiments- Methode wird in der Nanosimulation zunächst ein erstes, initiales Set konkreter Umfeldszenarien beziehungsweise initialisierter Vektoren der Szenarioparameter simuliert. Für eine Closed-Loop-Simulation werden die Umfeldszenarien dabei immer nur für ihre Startparameter initialisiert.According to the requirements of the design-of-experiments method, a first, initial set of concrete environmental scenarios or initialized vectors of the scenario parameters is simulated in the nano-simulation. For a closed-loop simulation, the environment scenarios are always only initialized for their start parameters.

Jede, sich ergebende Trajektorie ergibt sich anschließend aus dem Verhalten der beteiligten Verkehrsteilnehmer und den darauf bezogenen Reaktionen des autonomen Fahrzeugs. Für die Nanosimulation werden die Trajektorien aller beteiligten dynamischen Objekte benötigt, mit denen, wie schon im Anschluss an die Mikrosimulation, die Kritikalität der erzeugten konkreten Umfeldszenarien bestimmt werden kann.Each resulting trajectory then results from the behavior of the road users involved and the related reactions of the autonomous vehicle. The trajectories of all dynamic objects involved are required for the nano-simulation, with which the criticality of the specific environmental scenarios generated can be determined, as was the case after the micro-simulation.

Weiterhin bevorzugt wird anhand der identifizierten kritischen Umfeldszenarien und der zugewiesenen Kritikalität eine initiale Response Surface bestimmt.Furthermore, an initial response surface is preferably determined on the basis of the identified critical environment scenarios and the assigned criticality.

In der Statistik untersucht die Response Surface (Methode) die Beziehungen zwischen mehreren erklärenden Variablen und einer oder mehreren Antwortvariablen. Das Design-of-Experiments dient hier dazu, die Versuchspunkte zu definieren, um effizient und schnell eine geeignete Response Surface zu erhalten, die den Zusammenhang zwischen den Parametern des logischen Umfeldszenarios und der Kritikalität mathematisch beschreibt.In statistics, the response surface (method) examines the relationships between multiple explanatory variables and one or more response variables. The design of experiments is used here to define the test points in order to obtain a suitable response surface efficiently and quickly, which mathematically describes the connection between the parameters of the logical environment scenario and the criticality.

Vorzugsweise wird die Response Surface mittels einer Matrix enk dargestellt, wobei k: Anzahl relevanter Parameter und n: Anzahl der kritischen konkreten Umfeldszenarien (c1,..,cn) ist: e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )

Figure DE102020210964A1_0005
The response surface is preferably represented by a matrix enk, where k: number of relevant parameters and n: number of critical specific environmental scenarios (c1,..,cn): e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )
Figure DE102020210964A1_0005

Somit wird mit der Kritikalität, die jedem konkreten Umfeldszenario zugewiesen werden kann, ein Lösungsvektor erhalten, mit dem ein Gleichungssystem so gelöst werden kann, dass für spätere konkrete Umfeldszenarien die Kritikalität mit diesem Gleichungssystem gelöst werden kann.Thus, with the criticality that can be assigned to each specific environmental scenario, a solution vector is obtained with which a system of equations can be solved in such a way that the criticality can be solved with this system of equations for later specific environmental scenarios.

Weiterhin vorzugsweise ist die Response Surface dazu ausgebildet, die Kritikalität jedes konkreten Umfeldszenarios bereits vorab, also A-Priori abzuschätzen.Furthermore, the response surface is preferably designed to estimate the criticality of each specific environmental scenario in advance, that is to say a priori.

Die Güte des Ersatzmodells hängt dabei zum einen von der Anzahl aller bereits getesteten konkreten Umfeldszenarien, zum anderen aber auch von der Güte der mathematischen Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge und der Qualität der Kritikalitätsberechnung ab.The quality of the replacement model depends on the number of all concrete environmental scenarios that have already been tested, but also on the quality of the mathematical description of the physical relationships and the quality of the criticality calculation.

Vorzugsweise wird, unter Berücksichtigung der Anzahl bereits getesteter Umfeldszenarien, ein Vertrauensintervall um die Response Surface herum bestimmt. Dabei befindet sich die A-priori Kritikalität im Median des Vertrauensintervalls des Ersatzmodells.A confidence interval around the response surface is preferably determined, taking into account the number of environmental scenarios that have already been tested. The a priori criticality is in the median of the confidence interval of the replacement model.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Computersystem mit Speicher und Prozessor zur Verifikation einer Fehlerrate von autonom fahrenden Fahrzeugen wobei der Prozessor und der Speicher derart ausgebildet sind, die Schritte des wie oben beschriebenen Verfahrens auszuführen.Furthermore, the object is achieved by a computer system with memory and processor for verifying an error rate of autonomously driving vehicles, the processor and the memory being designed in such a way that the steps of the method as described above are executed.

Weiter wird die Aufgabe gelöst durch einen Datenträger, umfassend eine digitale Datenstruktur, die nach dem Laden in einen Computerspeicher ein wie oben beschriebenes Verfahren ausführt.The object is also achieved by a data carrier comprising a digital data structure which, after being loaded into a computer memory, executes a method as described above.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen.Further features, properties and advantages of the present invention result from the following description with reference to the enclosed figures. Variations may be devised by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the following claims.

Die Figuren zeigen schematisch:

  • 1: das erfindungsgemäße Verfahren im Überblick,
  • 2: eine Szene, Situation, Szenario (Umfeldszenario) schematisch,
  • 3: eine Unterteilung der Umfeldszenarien funktional, logisch und konkret,
  • 4: eine hierarchische Beschreibung von Szenen, Situationen und Umfeldszenarien,
  • 5: eine Unterteilung in bekannte und unbekannte Umfeldszenarien,
  • 6: eine Makrosimulation, Mikrosimulation und Nanosimulation schematisch,
  • 7: die Zusammenhänge zwischen Makrosimulation, Mikrosimulation und Nanosimulation im Detail,
  • 8: den Verlauf von Trajektorien jeweils zweier dynamischer Objekte, und den Verlauf der daraus resultierenden Kritikalität über der Zeit,
  • 9: ein Design-of-Experiments schematisch,
  • 10: das erfindungsgemäße Verfahren bildlich,
  • 11: eine Response Surface schematisch.
The figures show schematically:
  • 1 : the method according to the invention at a glance,
  • 2 : a scene, situation, scenario (environmental scenario) schematically,
  • 3 : a subdivision of the environmental scenarios functional, logical and concrete,
  • 4 : a hierarchical description of scenes, situations and environmental scenarios,
  • 5 : a subdivision into known and unknown environmental scenarios,
  • 6 : a macrosimulation, microsimulation and nanosimulation schematic,
  • 7 : the relationships between macrosimulation, microsimulation and nanosimulation in detail,
  • 8th : the course of trajectories of two dynamic objects, and the course of the resulting criticality over time,
  • 9 : a design-of-experiments schematic,
  • 10 : the method according to the invention illustrated,
  • 11 : a Response Surface schematic.

In einem ersten Schritt S1 in 1 werden anhand einer Mikrosimulation funktionale Umfeldszenarien generiert.In a first step S1 in 1 functional environment scenarios are generated using a micro-simulation.

Dabei wird zwischen einer Szene, einer Situation und einem Szenario unterschieden, wobei die Szenario / Szenarien zur besseren Unterscheidung hier als Umfeldszenario / Umfeldszenarien bezeichnet sind.A distinction is made between a scene, a situation and a scenario, with the scenario/scenarios being referred to here as environment scenario/environment scenarios for better differentiation.

2 zeigt eine Szene, Situation, Szenario (Umfeldszenario) schematisch Eine Szene beschreibt eine statische Umgebung, die durch eine sich nicht verändernde Struktur gegeben ist. Szenen sind Straßeninformationen wie Kreuzungen, Kreisverkehre, Bushaltestellen, Autobahnausfahrten sowie zusätzlich die statischen Umgebungen wie Gebäude. 2 shows a scene, situation, scenario (environment scenario) schematically A scene describes a static environment that is given by an unchanging structure. Scenes are street information such as intersections, roundabouts, bus stops, freeway exits, as well as static surroundings such as buildings.

Eine Situation ist die Beschreibung der Absicht des Fahrzeugs für eine bestimmte Szene.A situation is the description of the vehicle's intent for a particular scene.

Unter Umfeldszenario ist die Beschreibung aller dynamischen Objekte in der statischen Umgebung zu verstehen. Dynamische Objekte sind beispielsweise Fußgänger, Verkehrsfahrzeuge und die jeweiligen Umweltbedingungen, die zu unterschiedlichen Reaktionsbedürfnissen/-möglichkeiten der dynamischen Objekte führen können. Solche Umfeldszenarien hängen von vielen verschiedenen Parametern ab, die in Zeit, Häufigkeit, Geschwindigkeit, Entfernung usw. variieren.Environment scenario means the description of all dynamic objects in the static environment. Dynamic objects are, for example, pedestrians, traffic vehicles and the respective environmental conditions, which can lead to different reaction needs/possibilities of the dynamic objects. Such environmental scenarios depend on many different parameters that vary in time, frequency, speed, distance, etc.

Funktionale Umfeldszenarien können beispielsweise durch reale Testfahrten mit einem in einem autonomem Fahrzeug (oder nicht autonomen und mit entsprechenden ausgestalteten Sensorsystem im Fahrzeug) oder beispielsweise durch entsprechende Simulation erzeugt werden.Functional environment scenarios can be generated, for example, by real test drives with a sensor system in an autonomous vehicle (or non-autonomous and appropriately configured sensor system in the vehicle) or, for example, by appropriate simulation.

Ferner können die Szenen, Situationen und Umfeldszenarien noch in funktionale, logische und konkrete Szenen, Situationen und Umfeldszenarien eingeteilt werden. Diese Unterteilung ist in 3 schematisch gezeigt. Ein funktionales Umfeldszenario ist hierbei eine Beschreibung mit Worten (prosa) ohne Deklaration oder Definition von Parametern, die zu dem Umfeldszenario gehören. Dies sind beispielsweise die Beschreibung 3-streifige Autobahn, Begrenzung auf 100 km/h durch Verkehrszeichen, Stau, oder Umwelt wie Regen, Sommer etc.Furthermore, the scenes, situations and environmental scenarios can also be divided into functional, logical and concrete scenes, situations and environmental scenarios. This subdivision is in 3 shown schematically. A functional environment scenario is a description in words (prose) without a declaration or definition of parameters that belong to the environment scenario. These are, for example, the description of a 3-lane motorway, a speed limit of 100 km/h due to traffic signs, traffic jams, or the environment such as rain, summer, etc.

Ein logisches Umfeldszenario ist die funktionale Beschreibung, mit der Deklaration von Parametern in einem Parameterbereich, um den Parameter in einer mathematischen / physikalischen Weise zu beschreiben, beispielsweise Breite der Fahrstreifen zwischen 2,3 und 3,5 m, Position der Verkehrszeichen zwischen 0 und 200m oder Umwelt wie Temperatur zwischen 10 und 40°C.A logical environment scenario is the functional description, with the declaration of parameters in a parameter area to describe the parameter in a mathematical/physical way, e.g. lane width between 2.3 and 3.5 m, position of traffic signs between 0 and 200 m or environment such as temperature between 10 and 40°C.

Ein konkretes Umfeldszenario entspricht als Beschreibung der einer logischen, aber einer mit genauer Parametrisierung. So kann beispielsweise die Breite der Fahrstreifen mit 3,2 m und die Position der Verkehrszeichen gleich 150m sein, und die Temperatur 20°C.As a description, a concrete environment scenario corresponds to a logical one, but one with precise parameterization. For example, the lane width may be 3.2 m, the position of traffic signs 150 m, and the temperature 20 °C.

Eine hierarchische Beschreibung von Szenen, Situationen und Umfeldszenarien wird in der 4 gegeben.A hierarchical description of scenes, situations and environmental scenarios is given in the 4 given.

Entsprechend dieser Gegenüberstellung werden die Einteilungen in diesem hierarchischen Ansatz wie folgt verwendet: Die konkrete Abstraktion beschreibt immer spezifizierte Testfälle und reale Beobachtungen aus Simulation, Testfeld, Feldtest. Die logischen / funktionalen Beschreibungen werden zum Sammeln und Klassifizieren der Szene/Situation/Umfeldszenarien verwendet.According to this comparison, the classifications in this hierarchical approach are used as follows: The concrete abstraction always describes specified test cases and real observations from simulation, test field, field test. The logical/functional descriptions are used to collect and classify the scene/situation/environmental scenarios.

Ferner können die Umfeldszenarien bzw. Szenen und Situationen noch in bekannte sichere und unsichere (kritische) Umfeldszenarien und in unbekannte sichere und unsichere Umfeldszenarien bzw. Szenen und Situationen eingeteilt werden.Furthermore, the environmental scenarios or scenes and situations can also be divided into known safe and unsafe (critical) environmental scenarios and unknown safe and unsafe environmental scenarios or scenes and situations.

5 zeigt eine solche Einteilung schematisch. Die Unterteilung in bekannte und unbekannte Umfeldszenarien ist äquivalent mit der Unterscheidung zwischen Verifikation und Validierung. Hierbei stellen die Nummer 1 die bekannten sicheren Umfeldszenarien, die Nummer 2 die unsicheren bekannten Umfeldszenarien, die Nummer 3 die bekannten unsicheren und die Nummer 4 die unbekannten sicheren Umfeldszenarien dar. Zudem sind folgende Unterscheidungen in Bezug auf unbekannte Umfeldszenarien möglich: Bei einem unbekannten funktionalen Umfeldszenario ist die Art des Umfeldszenarios bisher noch nicht bekannt, beispielsweise die Existenz von Objekten, die in der Entwicklung nicht bedacht wurden, wie beispielsweise ein E-Roller. 5 shows such a classification schematically. The division into known and unknown environmental scenarios is equivalent to the distinction between verification and validation. Number 1 represents the known safe environment scenarios, number 2 the unsafe known environment scenarios, number 3 the known unsafe and number 4 the unknown safe environment scenarios. In addition, the following distinctions are possible with regard to unknown environment scenarios: In an unknown functional environment scenario the type of environmental scenario is not yet known, for example the existence of objects that were not considered during development, such as an e-scooter.

Bei unbekannten logischen Umfeldszenarien ist die Existenz des funktionalen Umfeldszenarios zwar bekannt, jedoch nicht die Parametrisierung dessen, beispielsweise die Größe des E-Roller-Fahrers oder dessen Geschwindigkeit. Unbekannte konkrete Umfeldszenarien stellen die konkrete Instanz eines Umfeldszenarios dar, die bisher nicht spezifiziert war. Somit ist das Verfahren auch in der Lage, vor allem die unbekannten konkreten Umfeldszenarien durch geschickte Variation der Parameter bereits in der Simulation zu entdecken.In the case of unknown logical environmental scenarios, the existence of the functional environmental scenario is known, but not the parameterization of it, for example the size of the e-scooter driver or his speed. Unknown concrete environmental scenarios represent the concrete instance of an environmental scenario that was not previously specified. This means that the method is also able to discover the unknown concrete environmental scenarios in particular by skillfully varying the parameters in the simulation.

Für die Unterscheidung von sicheren und unsicheren Umfeldszenarien wird ein Maß benötigt, mit dem sich die Gefährlichkeit eines Umfeldszenarios bewerten lässt.To differentiate between safe and unsafe environmental scenarios, a measure is required with which the dangerousness of an environmental scenario can be assessed.

Die Unterscheidung zwischen sicheren und kritischen unsicheren Umfeldszenarien wird mit Hilfe der Kritikalität getroffen. Kritikalität beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass es im weiteren Verlauf eines Umfeldszenarios zu einem Unfall kommt. Wenn diese Wahrscheinlichkeit 100% beträgt, entspricht das einem Kontakt des Fahrzeuges mit einem anderen Objekt / Gegenstand / Fahrzeug. Die Kritikalität lässt sich multidirektional beschreiben, so dass sowohl longitudinale, als auch laterale Kritikalität berücksichtigt werden können.The distinction between safe and critical unsafe environment scenarios is made with the help of criticality. Criticality describes the probability that an accident will occur in the further course of an environmental scenario. If this probability is 100%, this corresponds to the vehicle coming into contact with another object/item/vehicle. The criticality can be described multidirectionally, so that both longitudinal and lateral criticality can be taken into account.

Es gibt verschiedene Verfahren um ein Maß der der Kritikalität zu erhalten. Diese sind in regelbasierte, potentialbasierte und trajektoriebasierte Verfahren unterteilt.There are several methods to obtain a measure of criticality. These are divided into rule-based, potential-based and trajectory-based methods.

Bevorzugt wird als ein Maß für die Kritikalität ein potentialbasiertes Maß, beispielsweise die Zeit bis zur Kollision (Time to Collision (TTC)) und/oder die Distance to Collision (DTC; Kollisionsabstand) verwendet. Dies entspricht einem einfachem Maß für die Kritikalität, wodurch der Datenumfang reduziert wird.A potential-based measure, for example the time to collision (Time to Collision (TTC)) and/or the Distance to Collision (DTC; collision distance) is preferably used as a measure for the criticality. This corresponds to a simple measure of criticality, which reduces the amount of data.

Die Kritikalität wird in der Mikrosimulation und in der Nanosimulation (Verifizierung ) bestimmt.The criticality is determined in the microsimulation and in the nanosimulation (verification).

Eine Mikrosimulation und eine Nanosimulation ist in der 6 dargestellt. Hier wird zunächst die Makrosimulation beschrieben. Die Makrosimulation ist die Modellierung des Verkehrsflusses. Der Verkehrsfluss wird mit Hilfe der Verkehrsflusstheorie modelliert, die das Verhalten von Verkehrsaufkommen, Verkehrsgeschwindigkeit und Verkehrsdichte über Zeit und Raum beschreibt.A microsimulation and a nanosimulation is in the 6 shown. First, the macro simulation is described here. The macro simulation is the modeling of the traffic flow. Traffic flow is modeled using traffic flow theory, which describes the behavior of traffic volume, traffic speed and traffic density over time and space.

Makroskopische Modelle können zur Generierung/Bestimmung der Anzahl der Fahrzeuge zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort verwendet werden, um diese als Input für das mikroskopische Modell zu verwenden. Unter Verkehrsfluss kann der Fluss oder Flux, d. h. die Anzahl der Verkehrselemente (z. B. Fahrzeuge), die eine bestimmte Verkehrsfläche oder Verkehrslinie pro Zeiteinheit durchqueren, verstanden werden.Macroscopic models can be used to generate/determine the number of vehicles at a given time in a given place to use as input for the microscopic model. Under traffic flow, the river or flux, i. H. the number of traffic elements (e.g. vehicles) crossing a certain traffic area or traffic line per unit of time.

Hierzu wird eine Kontinuumstheorie, welche den Verkehrsfluss auf Straßen in Analogie zur Hydrodynamik beschreibt, herangezogen. Die Modellvorstellung basiert auf der Annahme eines stationären Verkehrsflusses, bei dem Änderungen zwischen verschiedenen, in sich stationären, Verkehrszuständen abrupt auftreten.For this purpose, a continuum theory, which describes the flow of traffic on roads in analogy to hydrodynamics, is used. The model presentation is based on the assumption of a stationary traffic flow, in which changes between different traffic states that are stationary in themselves occur abruptly.

Bei der Mikrosimulation wird die Bewegung jedes einzelnen Fahrzeugs entlang eines Verkehrsweges analysiert und z.B. als Trajektorie im Weg-Zeit-Diagramm dargestellt.In the micro-simulation, the movement of each individual vehicle along a traffic route is analyzed and represented, for example, as a trajectory in a distance-time diagram.

Unter der Mikrosimulation kann die Modellierung von Verkehrsströmen basierend auf der Beschreibung der Bewegung jedes einzelnen Fahrzeugs, aus dem der Verkehrsstrom zusammengesetzt ist, verstanden werden. Dies impliziert die Modellierung der Aktionen wie beispielsweise Beschleunigung, Verlangsamung und Spurwechsel jedes Fahrers als Reaktion auf den Umgebungsverkehr mit der Angabe von Parameterbereichen.Microsimulation can be understood as the modeling of traffic flows based on the description of the movement of each individual vehicle that makes up the traffic flow. This implies modeling the actions such as acceleration, deceleration and lane changing of each driver in response to the surrounding traffic with the specification of parameter ranges.

In Bezug auf die Makrosimulation, welches einem hydrodynamischen Modell ähnelt, ähnelt die Mikrosimulation einem Mehrkörpermodell, bei dem jeder eine Wirkung auf seine Nachbarkörper hat. Die Mikrosimulation erhält die Makrosimulation als Eingangsdaten.In terms of the macro simulation, which is similar to a hydrodynamic model, the micro simulation is similar to a multi-body model, where each has an effect on its neighboring bodies. The micro simulation receives the macro simulation as input data.

Unter Nanosimulation ist die Simulation des Fahrzeugverhaltens selbst zu verstehen. Während die Mikrosimulation den Weg des Körpers beschreibt, beschreibt die Nanosimulation das Verhalten des Körpers auf diesem Weg und die Möglichkeiten, auf die Umgebung zu reagieren und mit ihr zu interagieren. In nanoskopischen Modellen wird eine detaillierte Modellierung sowohl des Fahrzeugverhaltens als auch des Fahrerverhaltens vorgenommen.Nano simulation is the simulation of the vehicle behavior itself. While microsimulation describes the body's path, nanosimulation describes the body's behavior along this path and the possibilities of reacting and interacting with the environment. Detailed modeling of both vehicle behavior and driver behavior is carried out in nanoscopic models.

7 zeigt die Zusammenhänge detaillierter. So beziehen sich die Makrosimulation und die Mikrosimulation auf das Umfeld des Fahrzeugs und die Nanosimulation zudem auf dem Fahrer bzw. dessen Verhalten. 7 shows the relationships in more detail. The macro-simulation and the micro-simulation refer to the environment of the vehicle and the nano-simulation also to the driver and his behavior.

Die Mikrosimulation umfasst als Parameter zumindest die Verkehrsdichte der Klassen von Verkehrsteilnehmern und/oder die Geschwindigkeit der jeweiligen Verkehrsteilnehmer und/oder das Verhalten der Verkehrsteilnehmer in Bezug auf laterale Änderungen und/oder longitudinalen Änderungen, so dass mittels der Mikrosimulation entweder Zeitlinien oder vollständige Trajektorien aller relevanten Fahrzeuge oder die Aufzeichnung der relevanten Umfeldszenarien bestimmt werden kann.The micro-simulation includes at least the traffic density of the classes of road users and/or the speed of the respective road users and/or the behavior of the road users in relation to lateral changes and/or longitudinal changes as parameters, so that either time lines or complete trajectories of all relevant Vehicles or the recording of the relevant environmental scenarios can be determined.

Das Ergebnis der Mikrosimulation sind somit entweder Zeitlinien oder vollständige Trajektorien aller relevanten Fahrzeuge oder die Aufzeichnung der relevanten Umfeldszenarien.The result of the micro-simulation is either time lines or complete trajectories of all relevant vehicles or the recording of the relevant environmental scenarios.

In dem ersten Schritt S1 (1) werden - wie bereits erwähnt- funktionale Umfeldszenarien anhand der Mikrosimulation generiert.In the first step S1 ( 1 ) - as already mentioned - functional environment scenarios are generated using the micro-simulation.

In einem zweiten Schritt S2 (1) wird eine mikroskopische Quantifizierung von funktionalen Umfeldszenarien anhand der Kritikalität vorgenommen, zum Identifizieren kritischer funktionaler Umfeldszenarien.In a second step S2 ( 1 ) a microscopic quantification of functional environment scenarios based on criticality is carried out to identify critical functional environment scenarios.

Hierzu werden funktionale kritische Umfeldszenarien mit einem Schwellenwert in Bezug auf die Kritikalität identifiziert. Für die Identifizierung kritischer Umfeldszenarien werden die Trajektorien, wie sie aus der Mikrosimulation übergeben werden, in jedem Zeitschritt nach den Funktionen der Kritikalität ausgewertet. Die resultierende Kritikalität wird jedem Zeitschritt zugeordnet und kann entsprechend über der Zeit aufgetragen werden. Ein kritisches Umfeldszenario beginnt mit dem Überschreiten eines definierten Schwellenwertes und endet nach dem Unterschreiten dessen oder nach dem zeitlichen Passieren eines lokalen Maximums.For this purpose, functional critical environmental scenarios are identified with a threshold value in relation to the criticality. For the identification of critical environmental scenarios, the trajectories, as transferred from the microsimulation, are evaluated in each time step according to the criticality functions. The resulting criticality is assigned to each time step and can be plotted accordingly over time. A critical environmental scenario starts when a defined threshold value is exceeded and ends when it falls below it or after a local maximum has been passed.

8 zeigt den Verlauf von Trajektorien jeweils zweier dynamischer Objekte, und den Verlauf der daraus resultierenden Kritikalität über der Zeit am Beispiel von vier ausgewählten Umfeldszenarien. Dabei zeigt das Diagramm oben links das Umfeldszenario: Gegenverkehr beim Linksabbiegen, anhand einer ersten und einer zweiten Trajektorie, wobei die Sternmarkierung denjenigen Punkt angibt, bei dem die Kritikalität einen definierten Schwellenwert anzeigt. Das Diagramm darunter zeigt diese Kritikalität. Das Diagramm oben rechts zeigt das Umfeldszenario: Vorfahrt missachtet an Einmündung anhand einer ersten und einer zweiten Trajektorie, wobei die Sternmarkierung denjenigen Punkt angibt, bei dem die Kritikalität einen definierten Schwellenwert anzeigt. Das Diagramm darunter zeigt diese Kritikalität. Das Diagramm unten links zeigt das Umfeldszenario: gemeinsame Auffahrt auf die gleiche Spur, anhand einer ersten und einer zweiten Trajektorie, wobei die Sternmarkierung denjenigen Punkt angibt, bei dem die Kritikalität einen definierten Schwellenwert anzeigt. Das Diagramm darunter zeigt diese Kritikalität. Das Diagramm unten rechts zeigt das Umfeldszenario: querender Fußgänger anhand einer ersten und einer zweiten Trajektorie, wobei die Sternmarkierung denjenigen Punkt angibt, bei dem die Kritikalität einen definierten Schwellenwert anzeigt. 8th shows the course of trajectories of two dynamic objects each, and the course of the resulting criticality over time using the example of four selected environmental scenarios. The diagram at the top left shows the environment scenario: oncoming traffic when turning left, based on a first and a second trajectory, with the star marking indicating the point at which the criticality indicates a defined threshold value. The chart below shows this criticality. The diagram on the top right shows the environment scenario: the right of way at a T-junction is ignored based on a first and a second trajectory, with the star marking indicating the point at which the criticality indicates a defined threshold value. The chart below shows this criticality. The diagram below left shows the environment scenario: entering the same lane together, using a first and a second trajectory, with the star marking indicating the point at which the criticality indicates a defined threshold value. The chart below shows this criticality. The diagram below right shows the environment scenario: crossing pedestrian based on a first and a second trajectory, with the star marking indicating the point at which the criticality indicates a defined threshold.

Weiterhin werden die identifizierten kritischen funktionalen Umfeldszenarien geclustert / klassifiziert und bekannten kritischen funktionalen Umfeldszenarien zugeordnet oder einem neuen kritischen funktionalen Umfeldszenario zugeordnet. Dies bedeutet, dass jedes identifizierte Umfeldszenario anschließend klassifiziert wird, um es einem der bekannten funktionalen Umfeldszenario zuzuordnen oder ein neues funktionales Umfeldszenario zu definieren.Furthermore, the identified critical functional environment scenarios are clustered/classified and assigned to known critical functional environment scenarios or assigned to a new critical functional environment scenario. This means that each identified environment scenario is then classified in order to assign it to one of the known functional environment scenarios or to define a new functional environment scenario.

Anschließend werden die identifizierten kritischen funktionale Umfeldszenarien gezählt.The identified critical functional environment scenarios are then counted.

In einem dritten Schritt S3 (1) werden die kritischen funktionalen Umfeldszenarien in logische Umfeldszenarien unter Verwendung einer statistischen Versuchsplanung umgewandelt, wobei mittels der statistischen Versuchsplanung initiale Parameter definiert werden, von dem ein logisches Umfeldszenario abhängig ist.In a third step S3 ( 1 ) the critical functional environment scenarios are converted into logical environment scenarios using a statistical design of experiments, whereby initial parameters are defined by means of the statistical design of experiments, on which a logical environment scenario is dependent.

Dabei ist eine statistische Versuchsplanung vor allem ein Design-of-Experiments (DoE).A statistical design of experiments is primarily a design of experiments (DoE).

9 zeigt ein Design-of-Experiments schematisch. 9 shows a design of experiments schematically.

Eine solche Versuchsplanung (Design-of-Experiments, DoE) ist ein praktischer und überall einsetzbarer Ansatz für die Erforschung von Möglichkeiten, die von mehreren Faktoren abhängen. Das Design-of-Experiments zielt darauf ab, das Ergebnis vorherzusagen, indem eine Änderung der Vorbedingungen eingeführt wird, die durch eine oder mehrere unabhängige Variablen, auch als „Eingangsvariablen“ bezeichnet, repräsentiert wird. Von der Änderung einer oder mehrerer unabhängiger Variablen wird im Allgemeinen angenommen, dass sie zu einer Änderung einer oder mehrerer abhängiger Variablen führt, die auch als „Ausgangsvariablen“ oder „Antwortvariablen“ bezeichnet werden. Die Versuchspläne („Designs“) werden hierbei so gewählt, dass mit einer minimalen Anzahl an Versuchen maximale Information erhalten werden kann. Ziel von DoE ist es, mit einem möglichst geringen Versuchsaufwand möglichst viel über die Zusammenhänge von Einflussparametern und Ergebnissen zu erfahren.Such design-of-experiments (DoE) is a practical and ubiquitous approach to exploring multifactorial possibilities. The design-of-experiment aims to predict the outcome by introducing a change in the preconditions represented by one or more independent variables, also known as “input variables”. A change in one or more independent variables is generally assumed to result in a change in one or more dependent variables, also known as "output" or "response" variables. The test plans (“designs”) are chosen in such a way that maximum information can be obtained with a minimum number of tests. The aim of DoE is to learn as much as possible about the relationships between influencing parameters and results with as little effort as possible.

Die Versuchsplanung umfasst nicht nur die Auswahl geeigneter unabhängiger, sowie abhängiger Kontrollvariablen, sondern auch die Planung der Durchführung des Experiments unter statistisch optimalen Bedingungen.The experimental design includes not only the selection of suitable independent and dependent control variables, but also the planning of the execution of the experiment under statistically optimal conditions.

Aus einem funktionalen Umfeldszenario muss zunächst ein logisches Umfeldszenario abgeleitet werden. Hierzu ist es notwendig, dass man eine initiale Liste von Parametern erstellt, von welchen ein funktionales Umfeldszenario abhängig ist. Hierzu ist dabei nur die Deklaration der Parameter, also die Benennung und die Zuweisung eines Typs im Sinne einer Einheit notwendig. Für den, ebenfalls geforderten Parameterbereich eines logischen Umfeldszenarios reichen bevorzugt grobe Grenzen. Das DoE dient hier dazu, die Versuchspunkte zu definieren.A logical environment scenario must first be derived from a functional environment scenario. For this it is necessary to create an initial list of parameters on which a functional environment scenario depends. All that is meant for this is the declaration of the parameters, i.e. the naming and assignment of a type one unit necessary. Rough limits are preferably sufficient for the parameter range of a logical environment scenario, which is also required. The DoE is used here to define the test points.

In einem vierten Schritt S4 (1) werden anhand der Nanosimulation kritische konkrete Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien aeneriert. indem die initialen Parameter jedes logischen kritischen Umfeldszenarios herangezogen werden. Das heißt, es werden die verschiedenen konkreten Umfeldszenarien unter Berücksichtigung des Verhaltens der beteiligten Verkehrsteilnehmer und den darauf bezogenen Reaktionen des autonomen Fahrzeugs erzeugt.In a fourth step S4 ( 1 ) critical concrete environmental scenarios are aerated from the critical logical environmental scenarios using the nanosimulation. by using the initial parameters of each logical critical environment scenario. This means that the various concrete environmental scenarios are generated taking into account the behavior of the road users involved and the related reactions of the autonomous vehicle.

Stellt man sich alle Parameter im logischen Umfeldszenario als multidimensionalen Raum vor, kann jedes daraus abgeleitete konkrete Umfeldszenario mit einem instanziierten Vektor in diesem multidimensionalen Raum beschrieben werden. Mit der Annahme, ein logisches Umfeldszenario würde durch 10 Parameter beschrieben werden, welche jeweils durch 10 Punkte zwischen den Grenzen untersucht werden sollten und jeder Versuchspunkt würde wegen der statistischen Sicherheit dreimal gefahren, so wären 30 Milliarden (30 * 10) Szenarien / Test- / Simulationsläufe notwendig, um in einem voll faktoriellen Versuchsplan alle Punkte zur Bestimmung beispielsweise einer Response Surface einzufahren. Durch Anwendung des DoE Verfahrens kann diese Anzahl um ein Vielfaches (mit einem Faktor 1e3 bis 1e4) reduziert werden.If you imagine all parameters in the logical environment scenario as a multidimensional space, each concrete environment scenario derived from them can be described with an instantiated vector in this multidimensional space. With the assumption that a logical environment scenario would be described by 10 parameters, each of which should be examined by 10 points between the limits and each test point would be run three times for statistical certainty, then 30 billion (30 * 10) scenarios / test / Simulation runs are necessary in order to run in all points for determining a response surface in a fully factorial test plan. By using the DoE method, this number can be reduced many times over (by a factor of 1e3 to 1e4).

Entsprechend den Vorgaben aus der DoE wird in der Nanosimulation zunächst ein erstes, initiales Set konkreter Umfeldszenarien simuliert. Für eine Closed-Loop-Simulation werden die Umfeldszenarien dabei immer nur für ihre Startparameter initialisiert. Jede Trajektorie ergibt sich anschließend aus dem Verhalten der beteiligten Verkehrsteilnehmer und den darauf bezogenen Reaktionen des autonomen Fahrzeugs.According to the specifications from the DoE, a first, initial set of concrete environmental scenarios is simulated in the nano simulation. For a closed-loop simulation, the environment scenarios are always only initialized for their start parameters. Each trajectory then results from the behavior of the road users involved and the related reactions of the autonomous vehicle.

Ferner muss das autonome Fahrzeug während seiner Betriebszeit eine Vielzahl verschiedener funktionaler Umfeldszenarien bewältigen. Zur Verifikation wird eine Fehlerrate P ( crash h )

Figure DE102020210964A1_0006
ermittelt, welche sich zumindest auf die gesamte Betriebszeit des autonomen Einzelfahrzeugs, vorzugsweise sogar auf die Betriebszeit einer ganzen Flotte, bezieht.Furthermore, the autonomous vehicle has to cope with a large number of different functional environment scenarios during its operating time. An error rate is used for verification P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0006
determined, which relates at least to the entire operating time of the autonomous individual vehicle, preferably even to the operating time of an entire fleet.

Die Fehlerrate P ( crash h )

Figure DE102020210964A1_0007
wird aus der Summe der Fehlerwahrscheinlichkeiten aller funktionalen Umfeldszenarien gebildet: P ( crash h ) = P ( Scenario ) P ( C a s h )
Figure DE102020210964A1_0008
wobei P(Scenario) die Auftretenswahrscheinlichkeit des Umfeldszenarios ist und P(Crash) die Wahrscheinlichkeit ist, in diesem einen Fehler (Crash) zu erfahren.The error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0007
is formed from the sum of the error probabilities of all functional environment scenarios: P ( crash H ) = P ( scenario ) P ( C a s H )
Figure DE102020210964A1_0008
where P(scenario) is the probability of occurrence of the environmental scenario and P(crash) is the probability of experiencing an error (crash) in this.

Der Nachweis der gesamten Fehlerrate P ( crash h )

Figure DE102020210964A1_0009
entspricht daher dem Gesetz der totalen Wahrscheinlichkeit.Evidence of the total error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0009
therefore corresponds to the law of total probability.

Entsprechend setzt sich eine tatsächliche Fehlerrate P ( crash h )

Figure DE102020210964A1_0010
zusammen aus der Summe der Fehlerwahrscheinlichkeiten aller funktionalen Umfeldszenarien.An actual error rate sets accordingly P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0010
together from the sum of the error probabilities of all functional environment scenarios.

Daraus ergibt sich ein zweigeteilter Ansatz zur Verifizierung der Fehlerrate P ( crash h ) .

Figure DE102020210964A1_0011
This results in a two-pronged approach to error rate verification P ( crash H ) .
Figure DE102020210964A1_0011

10 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren schematisch. 10 shows the method according to the invention schematically.

Wird für jedes funktionale Umfeldszenario iterativ nach der verbleibenden, zu beweisenden, Fehlerrate P ( crash h )

Figure DE102020210964A1_0012
aufgelöst, so ergibt sich beispielsweise ausgehend von einer gesamt Fehlerrate P ( crash h )
Figure DE102020210964A1_0013
von 10-6, und der Annahme, dass ein Anwendungsfall aus 10 funktionalen Umfeldszenarien besteht (z.B. kreuzender Fußgänger; entgegenkommender Überholer, mitfahrender Überholer; etc.) und einer Auftretenswahrscheinlichkeit von 0.1% = 10, würde eine sich, nachzuweisende Fehlerrate von 10-6 ergeben, wie nachfolgende Gleichung belegt: P ( crash h ) P ( Scenario ) 10 = P ( C r a s h , i )
Figure DE102020210964A1_0014
Is iterative for each functional environment scenario according to the remaining error rate to be proven P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0012
resolved, this results, for example, from a total error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0013
of 10 -6 , and the assumption that an application consists of 10 functional environment scenarios (e.g. crossing pedestrians; oncoming overtakers, overtakers traveling along; etc.) and a probability of occurrence of 0.1% = 10, an error rate of 10 -6 result, as shown by the following equation: P ( crash H ) P ( scenario ) 10 = P ( C right a s H , i )
Figure DE102020210964A1_0014

In einem sechsten Schritt S6 (1) wird eine Response Surface erstellt. Die Response Surface Methode erforscht die Beziehungen zwischen mehreren erklärenden Variablen und einer oder mehreren Antwortvariablen.In a sixth step S6 ( 1 ) a response surface is created. The response surface method explores the relationships between multiple explanatory variables and one or more response variables.

Für alle initial getesteten konkreten Umfeldszenarien, die sich jeweils als Vektor darstellen lassen, ergibt sich eine Response Surface Matrix enk mit den Dimensionen k:Anzahl relevanter Parameter und n: Anzahl der kritischen konkreten Umfeldszenarien (c1,..,cn) durch: e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )

Figure DE102020210964A1_0015
For all initially tested concrete environmental scenarios, which can each be represented as a vector, a response surface matrix enk with the dimensions k: number of relevant parameters and n: number of critical concrete environmental scenarios (c1,..,cn) results from: e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )
Figure DE102020210964A1_0015

Mit der Kritikalität, die jedem konkreten Umfeldszenario zugewiesen werden kann, erhält man einen Lösungsvektor mit dem ein Gleichungssystem so gelöst werden kann, dass für spätere konkrete Umfeldszenarien die Kritikalität mit diesem Gleichungssystem gelöst werden kann.With the criticality that can be assigned to each specific environmental scenario, one obtains a solution vector with which a system of equations can be solved in such a way that the criticality can be solved with this system of equations for later specific environmental scenarios.

11 zeigt eine solche Response Surface schematisch. Mit einer initialen Response Surface, welche als mathematisches Ersatzmodell dient, kann im weiteren Testfortschritt die Kritikalität jedes konkreten Umfeldszenarios bereits vorab, also A-Priori, abgeschätzt werden. Die Güte des Ersatzmodells hängt dabei zum einen von der Anzahl aller bereits getesteten Umfeldszenarien, zum anderen aber auch von der Güte der mathematischen Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge und der Qualität der Kritikalitätsberechnung ab. Aus der, im vorherigen Abschnitt genannten, nachzuweisenden Fehlerrate von FR = 10-6 1/h ergibt sich eine Nachweiszeit von t = 3,000,000h. Bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von v = 30 und einer Szenarienlänge von s = 100m ergibt sich eine notwendige Anzahl der zu testenden Umfeldszenarien n = t * = 900 Millionen, welche mit Hilfe der Mikrosimulation ermittelt werden. 11 shows such a response surface schematically. With an initial response surface, which serves as a mathematical substitute model, the criticality of each specific environmental scenario can be estimated in advance, i.e. a priori, as the test progresses. The quality of the replacement model depends on the number of all environmental scenarios that have already been tested, but also on the quality of the mathematical description of the physical relationships and the quality of the criticality calculation. From the error rate of FR = 10 -6 1/h to be verified mentioned in the previous section, a verification time of t = 3,000,000h results. With an average speed of v = 30 and a scenario length of s = 100m, the necessary number of environmental scenarios to be tested is n = t * = 900 million, which are determined with the help of microsimulation.

Jedem konkreten Umfeldszenario kann man mit Hilfe des mathematischen Ersatzmodells durch das erfindungsgemäße Verfahren eine A-priori Kritikalität zuweisen. So ergibt sich der Vorteil, nicht alle 900 Millionen Umfeldszenarien in der Nanosimulation testen zu müssen, sondern nur solche, denen bereits eine gewisse Kritikalität zugewiesen wurde.An a priori criticality can be assigned to each specific environment scenario with the aid of the mathematical substitute model using the method according to the invention. This results in the advantage of not having to test all 900 million environmental scenarios in the nano simulation, but only those that have already been assigned a certain criticality.

Bezugszeichenlistereference list

S1,..,S6S1,..,S6
Verfahrensschritteprocess steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • DE 102006044086 B4 [0010]DE 102006044086 B4 [0010]

Claims (14)

Computerimplementiertes Verfahren zur Verifikation einer Fehlerrate P ( crash h )
Figure DE102020210964A1_0016
von autonom fahrenden Fahrzeugen, gekennzeichnet durch die Schritte: - Bereitstellen von funktionalen Umfeldszenarien anhand einer Mikrosimulation oder realen Testfahrten, - Mikroskopische Quantifizierung der funktionalen Umfeldszenarien anhand der Kritikalität zum Identifizieren kritischer funktionaler Umfeldszenarien, - Umwandeln der kritischen funktionalen Umfeldszenarien in zumindest kritische logische Umfeldszenarien unter Verwendung einer statistischen Versuchsplanung, wobei mittels der statistischen Versuchsplanung initiale Parameter definiert werden, von dem ein logisches Umfeldszenario abhängig ist, - Generieren anhand einer Nanosimulation, unter Heranziehung der initialen Parameter, kritischer konkreter Umfeldszenarien aus den kritischen logischen Umfeldszenarien, - Nanoskopische Verifizierung der Kritikalität der kritischen funktionalen Umfeldszenarien anhand der Bestimmung der Kritikalität der kritischen konkreten Umfeldszenarien.
Computer-implemented method for verifying an error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0016
of autonomously driving vehicles, characterized by the steps: - providing functional environment scenarios using a micro-simulation or real test drives, - microscopic quantification of the functional environment scenarios using the criticality to identify critical functional environment scenarios, - converting the critical functional environment scenarios into at least critical logical environment scenarios using a statistical design of experiments, whereby initial parameters are defined by means of the statistical design of experiments, on which a logical environment scenario depends, - generation based on a nano-simulation, using the initial parameters, critical concrete environment scenarios from the critical logical environment scenarios, - nanoscopic verification of the criticality of the critical functional environment scenarios based on the determination of the criticality of the critical concrete environment scenarios.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerrate P ( crash h )
Figure DE102020210964A1_0017
aus der Summe der Fehlerwahrscheinlichkeiten aller funktionalen Umfeldszenarien gebildet wird: P ( crash h ) = P ( Scenario ) P ( C a s h )
Figure DE102020210964A1_0018
wobei P(Scenario) die Auftretenswahrscheinlichkeit des Umfeldszenarios ist und P(Crash) die Wahrscheinlichkeit ist, in diesem einen Fehler (Crash) zu erfahren.
Computer-implemented method claim 1 , characterized in that the error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0017
is formed from the sum of the error probabilities of all functional environment scenarios: P ( crash H ) = P ( scenario ) P ( C a s H )
Figure DE102020210964A1_0018
where P(scenario) is the probability of occurrence of the environmental scenario and P(crash) is the probability of experiencing an error (crash) in this.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kritikalität anhand eines potentialbasierten Verfahrens bestimmt wird.Computer-implemented method according to one of the preceding claims, characterized in that the criticality is determined using a potential-based method. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Maß für die Kritikalität die Zeit bis zur Kollision (Time to Collision (TTC)) und/oder die Distance to Collision (DTC; Kollisionsabstand) herangezogen wird.Computer-implemented method claim 3 , characterized in that the time to collision (Time to Collision (TTC)) and/or the Distance to Collision (DTC; collision distance) is used as a measure of the criticality. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosimulation als Parameter zumindest die Verkehrsdichte der Klassen von Verkehrsteilnehmern und/oder die Geschwindigkeit der jeweiligen Verkehrsteilnehmer und/oder das Verhalten der Verkehrsteilnehmer in Bezug auf laterale Änderungen und/oder longitudinalen Änderungen umfasst, so dass mittels der Mikrosimulation entweder Zeitlinien oder vollständige Trajektorien aller relevanten Fahrzeuge oder die Aufzeichnung der relevanten Umfeldszenarien bestimmt werden können.Computer-implemented method according to one of the preceding claims, characterized in that the micro-simulation comprises at least the traffic density of the classes of road users and/or the speed of the respective road users and/or the behavior of the road users with regard to lateral changes and/or longitudinal changes as parameters, so that either time lines or complete trajectories of all relevant vehicles or the recording of the relevant environmental scenarios can be determined by means of the micro-simulation. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroskopische Quantifizierung durch folgende Schritte erfolgt: - Identifizieren funktionaler kritischer Umfeldszenarien mit einem Schwellenwert der Kritikalität, - clustern / klassifizieren der identifizierten kritischen funktionalen Umfeldszenarien durch zuordnen zu einem bekannten kritischen funktionalen Umfeldszenario oder zuordnen zu einem neuen kritischen funktionalen Umfeldszenario, - Zählen der identifizierten kritischen funktionalen Umfeldszenarien.Computer-implemented method according to one of the preceding claims, characterized in that the microscopic quantification is carried out by the following steps: - Identify functional critical environment scenarios with a threshold value of criticality, - Cluster / classify the identified critical functional environment scenarios by assigning to a known critical functional environment scenario or assign to a new critical functional environment scenario, - counting of the identified critical functional environment scenarios. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftretenswahrscheinlichkeit P(Scenario)von kritischen funktionalen Umfeldszenarien anhand des Quotienten der Häufigkeit n (Szenario) und der simulierten Zeit t(sim) bestimmt wird: P ( Scenario ) = n ( S z e n a r i o ) t ( s i m )
Figure DE102020210964A1_0019
Computer-implemented method claim 6 , characterized in that the probability of occurrence P(scenario) of critical functional environment scenarios is determined using the quotient of the frequency n (scenario) and the simulated time t(sim): P ( scenario ) = n ( S e.g e n a right i O ) t ( s i m )
Figure DE102020210964A1_0019
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes kritische funktionale Umfeldszenario zu einem kritischen logischen Umfeldszenario unter Verwendung möglicher beeinflussender Parameter und Randbedingungen des kritischen funktionalen Umfeldszenario umgewandelt wird.Computer-implemented method claim 7 , characterized in that each critical functional environment scenario is converted into a critical logical environment scenario using possible influencing parameters and boundary conditions of the critical functional environment scenario. Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als statische Versuchsplanung eine Design-of-Experiments -Methode verwendet wird.Computer-implemented method according to one of the preceding claims, characterized in that a design-of-experiments method is used as static test planning. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der identifizierten kritischen Umfeldszenarien und der zugewiesenen Kritikalität eine initiale Response Surface bestimmt wird.Computer-implemented method claim 9 , characterized in that an initial response surface is determined on the basis of the identified critical environment scenarios and the assigned criticality. Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Response Surface mittels einer Matrix (enk) dargestellt wird, wobei k: Anzahl der relevanten Parameter und n: Anzahl der kritischen konkreten Umfeldszenarien (c1 ,..,cn) ist: e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )
Figure DE102020210964A1_0020
Computer-implemented method claim 10 , characterized in that the response surface is represented by a matrix (enk), where k: number of relevant parameters and n: number of critical specific environmental scenarios (c1,..,cn): e n k = ( e 11 e 1 k e n 1 e n k ) , n = ( c 1 c n )
Figure DE102020210964A1_0020
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Response Surface dazu ausgebildet ist, die Kritikalität jedes konkreten Umfeldszenarios bereits vorab abzuschätzen.Computer-implemented method claim 10 or 11 , characterized in that the response surface is designed to estimate the criticality of each specific environmental scenario in advance. Computersystem mit Speicher und Prozessor zur Verifikation einer Fehlerrate P ( crash h )
Figure DE102020210964A1_0021
von autonom fahrenden Fahrzeugen, wobei der Prozessor und der Speicher derart ausgebildet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Computer system with memory and processor for verification of an error rate P ( crash H )
Figure DE102020210964A1_0021
of autonomously driving vehicles, wherein the processor and the memory are designed in such a way to carry out the steps of the method according to any one of the preceding claims.
Datenträger, umfassend eine digitale Datenstruktur, die nach dem Laden in einen Computerspeicher ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensansprüche ausführt.A data carrier comprising a digital data structure which, after being loaded into a computer memory, executes a method according to one or more of the preceding method claims.
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