Post on 23-May-2020
© Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Impulsvortrag zum Thema „Autonomes Fahren und Digitalisierung“
ZUKUNFT DES ÖPNV- MULTIMODAL, ELEKTRISCH UND DIGITAL?
Prof. Dr. Matthias Petzold Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS Halle Halle, 25. 08. 2016
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Autonomes Fahren
Vision, Science fiction oder zukünftige Realität?
Vorteile und Nutzen
Chancen für den öffentlichen Verkehr?
Zusammenfassung
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Eine Vision ...
Aus der Schatzkiste: Mosaik Nr. 29, April 1959
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... wird Wirklichkeit: Neue Chancen durch Digitalisierung im Verkehr
AUDI-Versuchsfahrzeug mit autonomer Parkassistenz vorgestellt in der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina in Halle, Nov. 2015
Eröffnung Fraunhofer IMWS Halle, VIP Tour, Jan 2016: Präsentation von Elektronik für autonomes Fahren
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Technische Voraussetzungen
Sensorsysteme
Rechenleistung
Konnektiv ität Datenmanagement
Software
Gereifte technologische Voraussetzungen!
http://www.yole.fr/iso_album/illus_autonomousvehicles_basicblocks_yole_oct2015.jpg
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Einige technische Fragestellungen
Positioniergenauigkeit (Sensorik, GPS, Karten, Objekte) im cm-Bereich
Car-to-X (X= „cloud“ oder „car“ oder „infrastructure“)-Strukturen
Daten-Echtzeitverarbeitung (z.B. von Kamerabildern)
Steuerung Übergabe Computer an Mensch (Mode confusion)
Technische Komplexität (Hard- und Software, Datenarchitekturen)
Konzepte zur Beherrschung der Situationskomplexität (Artificial intelligence, Machine learning know how- Übertrag auf alle Systeme)
...
Zuverlässigkeit und funktionale Sicherheit (z.B. ISO 26262)
Kosten
absehbar lösbar oder nicht?
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Innovation durch Radar und Kameratechnologien
Internal applications:
Drowsiness and Fatigue Detection — eyelid movement frequency
Distraction Detection — based on gaze direction
Health Tracking — based on eye color and skin tone
Personalization — automated settings based on facial recognition
Security —immobilization of vehicles when driver isn’t recognized
Driver —ADAS interaction management- gesture recognition)
Quellen: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1329238&page_number=1
http://www.electronics-eetimes.com/news/demand-radar-systems-boosts-infineon’s-chip-production
“...since radar-based driver assistance systems are available at affordable prices, the numbers are skyrocketing. Infineon now has produced the ten millionth radar chip...”
External applications:
Obstacle detection
Traffic sign recognition
Object identification
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vgl. Scaling im Mobiltelefon!
Infineon: 3. Platz Zukunftspreis 2015 bereits 10 Mio im Markt
Technik ist Standard (z.B. Bosch)
Kosten >100 € Scaling nötig (vgl.: automotive Sensoren < 1 €)
Sicherheit durch Sensor-Redundanz Kostenscaling bei Massenfertigung
http://www.yole.fr/iso_album/illus_autonomousvehicles_mainsensors_yole_oct2015.jpg
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Sensor fusion, neue und zentralis ierte Architekturen, schnellere Verbindungen Gigabit Ethernet zentr. Fahrerassistenzsystem zFAS (AUDI)
Quelle: http://semiengineering.com/the-wild-west-of-automotive/
Bildquelle: https://www.automobil-produktion.de/zulieferer/zuschlag-erteilt-delphi-fertigt-zfas-fuer-audi-124.html
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Reliability research on high performance electronics for autonomous driving at Fraunhofer IMWS Halle
Background:
Graphics applications for automotive image processing need memories with extremely high data rates
New high-speed interconnects based on Through Silicon Vias (TSV) used
Challenge:
Reliability-critical automotive applications require highly developed quality control ecosystem
Single-event defect detection and analysis for 3D integration needed
Result:
Failure analysis strategies for multi-stacked memory devices (HMC) with TSV interconnects developed 1)
Hybride Memory Cube (HMC) memory system with TSVs (Micron Techn., Inc.)
Fault isolation: Lock in-thermography
Phys ical failure analys is : Short in TSV isolation (TEM)
Cu-TSV
Si
TSV isolation
1) F. Altmann et al, presented at International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA), Portland 2015, in collaboration with
Micron Techn., Inc.
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Einige weitere Fragestellungen
Nutzerakzeptanz
Geschäftsmodelle
Verkehrsinfrastruktur
Gesellschaftliche Änderungen
Rechtliche Situation
Cyber-Kriminalität (Sicherheit)
...
Bildquelle: http://www.electronics-eetimes.com/news/autonomous-driving-creates-billion-dollar-market
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Kontinuierliche Entwicklung durch schrittweise Einführung unterschiedlicher Assistenzsysteme (ADAS)
Stufen und Begriffe der Automatisierung nach VDA (Quelle: Positionspapier Verband Deutscher
Verkehrsunternehmen e. V. (VDV) Nov. 2015)
Alternative aber ähnliche Definition: National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)
• Stadtverkehr • alle S icht- und Wetterlagen • ggf. manuelle Bedienung nicht mehr möglich
• Infrastruktur-unterstützt • Autobahn • außerorts • ...
kontinuierliches Lernen möglich
„schleichende“ Nutzerakzeptanz keine disruptive Einführung!
Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5
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Marktstudien: Roland Berger, Yole Developpement
Yole: We expect more than 22M units (18% of all vehicles sold) of level-2 vehicles and 10M units of level-3 vehicles by 2030... along with 1M units of Level-4 vehicles
Berger: Autonomous driving initially will be introduced gradually, but after 2030 it will cause a "real revolution“
ADAS are enabling highly automated driving on motorways by 2020, within cities by 2025.
By 2030, driverless vehicles will be commercially available that can be sent to a destination selected by the user. (Level 5. Eine optimistische Prognose)
Mobility on demand solutions will shake up the automobile market. For instance, automated taxis could pick up their passengers wherever they are; rental vehicles could autonomously drive up to the customers eliminating the necessity to pick them up at the branch office.
(Quelle Yole: http://www.i-micronews.com/report/product/sensors-and-data-management-for-autonomous-vehicles-report-2015.html
Quelle Berger: http://www.electronics-eetimes.com/news/autonomous-driving-creates-billion-dollar-market)
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Differierende Geschäftsmodelle und -interessen
Jede zusätzliche Minute im Auto, in der die Menschen ungestört mobil im Internet surfen, bietet weltweit ein Umsatzpotenzial von fünf Milliarden Euro jährlich ( Google) (Quelle: https://www.mckinsey.de/autonomes-fahren-veraendert-autoindustrie-und-staedte)
1. Fahrerass istenzsysteme machen Fahren „wertvoller“ ( Autoindustrie) 2. Autonomes Fahren und „Mobility on demand“ benötigen aber kein
Privateigentum an Autos geringerer Fahrzeugbedarf ( Mobilitätsanbieter)
Fahrerloses Roboter-Stadttaxi Quelle: https://www.google.com/selfdrivingcar/ images/car-side.png
Büro- und Entertainmentzentrale Quelle: http://myscienceacademy.org/2014/02/20/the-future-of-autonomous-driving
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Marktakteure und -treiber
Transport einer von vielen eingebetteten Diensten
Bestimmen Schnittstelle zu Kunden, ??Auto-Marke??
Autoind.= Hardware-Zulieferer (vgl. Foxconn)
Cloudbasierte Dienstanbieter (Google, Amazon, Apple)
Flottenanbieter, Verkehrsserv ice (Uber, Verkehrsbetr.)
Automobilindustrie Fahrzeughersteller (Daimler, BMW, GM, Volvo, Fiat...)
Car sharing, Mobility on demand statt Privatbesitz
Auto-OEM = Hardware-Zulieferer
Cloud = Dienstanbieter, eigene Serverstrukturen
Fahrerassistenzsysteme (ADAS) für hochwertige Fahrzeuge
Aufbau eigener Flotten (Car sharing, Flotten, mobility on demand)
Aufbau eigener digitalen Services (Karten, Hosts, digitale Dienste, ..)
Kampf um Dominanz oder win-win durch Kooperation?
Halbleiterindustrie (Samsung, Micron, Globalfoundries, Infineon, Bosch, ...)
neue Marktchance für Zulieferer
2030: 40 Mrd $ Umsatz allein durch Sensorsysteme für Fahrerassistenz
Entwicklung getrieben durch Wettbewerb der kapitalstärksten und innovativsten globalen Marktplayer- kein politisches Wunschdenken! kein Science fiction!
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Heute: 5-Jahrespläne
Ford Targets Fully Autonomous Vehicle for Ride Sharing in 2021; Invests in New Tech Companies , Doubles S ilicon Valley Team https://media.ford.com/content/fordmedia/fna/us/en/news/2016/08/16/ford-targets-fully-autonomous-vehicle-for-ride-sharing-in-2021.html
Bildquelle: http://www.auto-motor-und-sport.de/news/bmw-kooperation-intel-mobileye-autonomes-fahren-pressekonferenz-11475141.html
Bildquelle http://www.autonomes-fahren.de/audis-teilautonomie-ab-2017-tesla-news/
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Nutzfahrzeuge
Problem Investitionskosten: von 1800 US-Dollar je Lkw für Phase 1 bis hin zu 23.400 US-Dollar in letzten Phase 5 (Vollautomatisierung).
Amortisation muss durch Einsparungen bei den Kraftstoff-, Fahrer- und Versicherungs-kosten sowie durch effizientere Auslastung der Flotten erreicht werden
Quelle: http://www.ke-next.de/news/autonome-lkw-neuer-trend-in-der-autmobilindustrie-109.html
Lkw-Platooning auf Autobahnen (Test 2016)
Daimler investiert rund eine halbe Milliarde Euro in die Vernetzung seiner Lkw und die Schaffung zugehöriger Dienstleistungen und digitaler Lösungen Quelle: http://www.logistra.de/news-nachrichten/nfz-fuhrpark-lagerlogistik-intralogistik/7292/test-amp-technik/platooning-mercedes-benz-stellt-vernetzte-lkw-vo
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Autonomes Fahren
Vision, Science fiction oder zukünftige Realität?
Vorteile und Nutzen
Chancen für den öffentlichen Verkehr?
Zusammenfassung
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Vorteile und Nutzen
Quelle: http://www.greengear.de/autonomes-fahren-vorteile-nutzen-fazit/
Vermeidung von Verkehrsunfällen durch autonom fahrende Autos
2012 rund 2,4 Millionen Verkehrsunfälle in Deutschland
362.993 Unfälle mit Personenschaden durch Fehlverhalten der Fahrzeugführer (ca. 90%) (44.000 durch zu geringem Abstand)
Mikroprozessoren reagieren rund 1000 Mal schneller als der Mensch
prädiktive Vorausschau auf Verkehrssituation durch Car-to-X
Verbesserung der indiv iduellen Mobilität
Vermeidung stockenden Verkehrs und Staus durch geringere Anzahl an Verkehrsunfällen, Verkehrsmitteilungen in Echtzeit, fehlende Beteiligung des Menschen im Straßenverkehr.
Mobilität für ältere oder gesundheitlich fahruntüchtige Menschen
produktive Nutzung der Fahrzeit (Entertainment, Kommunikation)
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Quelle: http://www.greengear.de/autonomes-fahren-vorteile-nutzen-fazit/
Niedrigerer Energieverbrauch und Schadstoffausstoß
vorausschauende ökonomische Fahrweise
optimale Routenauswahl
geringere Sicherheitsstandards wie Airbags und Stahlkonstruktionen, dadurch geringeres Gewicht und erforderliche Motorleistung
Verändertes Mobilitätsverhaltens
vermehrtes Carsharing
Reduzierung der Fahrzeugzahlen
Reduzierung in Infrastrukturaufwendungen
Einsparung von Parkflächen
Einsparung an Unterhaltung von Verkehrsflächen (Straßen, ...)
v ielfacher gesellschaftlicher Nutzen
Vorteile und Nutzen
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Agenda
Vision, Science fiction oder zukünftige Realität?
Vorteile und Nutzen
Chancen für den öffentlichen Verkehr?
Zusammenfassung
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ÖPV 2016: Erste selbstfahrende Busse im Test in Japan, Amsterdam, Schweiz ...
TOKYO, 7.7. 2016 —Japanese mobile internet company DeNA Co. on Thursday said it would start a transportation service in Japan that uses self-driving buses, its latest push into autonomous driving
http://www.wsj.com/articles/japans-dena-says-get-on-the-self-driving-bus-1467884109
FAZ vom 18.07.2016: Daimler zeigt seinen selbstfahrenden Bus- Kurven, Tunnel, mehr als 20 Ampelkreuzungen und elf Haltestellen: In Amsterdam hat der Bus seine Jungfernfahrt absolviert, in dem Daimler die Zukunft sieht.
10.06.2016: Deutsche Bahn plant autonome Züge ab 2023 (http://www.pcgameshardware.de/Automotive-Thema-261936/News/Deutsche-Bahn-ab-2023-mit-autonomen-Zuegen-1198040/)
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Chancen für den ÖPNV? Positionspapier des Verbands deutscher Verkehrsunternehmen VdV
Ein selbstfahrende Fahrzeug kann im Prinzip alles sein: ein privates Auto, ein Taxi, ein Bus, ein CarSharing-Fahrzeug oder ein Sammeltaxi
Unterschied zwischen Ind.-Verkehr und ÖPNV kann sich verwischen
Teil des öffentlichen Verkehrssystems?
Flotte von „Roboter-Minibus-Taxis“als ideale Ergänzung zu einem Hochleistungs-ÖPNV („letzte Meile“)
Mini-Bus für Versorgung geringer besiedelter Bereiche
oder Bedrohung seiner Existenz?
Uber, Google, Daimler oder regionale/kommunale Betreiber?
Frage des privat/öffentlichen Betreibermodells, der verfügbaren Investitionen und der politischen Randbedingungen!
Quelle: VdV-Positionspapier https://www.vdv.de/position-autonome-fahrzeuge.pdfx?forced=true
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Chancen für den ÖPNV? Positionspapier des Verbands deutscher Verkehrsunternehmen VdV
„Mobility on demand“ begünstigt Flottenanbieter
mit ausreichender Menge an Fahrzeugen
mit bedarfsgerecht skalierbaren Fahrzeuggrößen, z.B. auch im mittleren und oberen Größensektor
mit Kundenservice und Flexibilität auf Kundenanforderungen
Vollautonom fahrende Fahrzeuge werden voraussichtlich über Flottenbetreiber und den Betrieb auf einem abgegrenzten Netz in den Markt vordringen. Öffentliche Verkehrsdienste, der Betrieb auf abgegrenzten Netzen und das Management von Flotten sind klassische Aufgabenbereiche von Verkehrsunternehmen.
Rolle der öffentlichen Hand zu klären: welche Entwicklungen sind gewollt? Abstimmung kundenfreundlicher Verkehrsangebote? Rahmenbedingungen (Ordnungspolitik, Finanzierung,…)?
https://www.vdv.de/position-autonome-fahrzeuge.pdfx?forced=true
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Chancen für den ÖPNV? Positionspapier des Verbands deutscher Verkehrsunternehmen VdV
Bis zur Markteinführung von vollautonomen Fahrzeugen im Stadtverkehr bleibt – sofern Zuversicht und Entwicklungserfolge auch weiterhin im Einklang bleiben – noch ein Zeitraum von ca. 10-20 Jahren. Dieser ist einerseits ausreichend lang, um Veränderungen anzugehen und den verkehrspolitischen Rahmen zu setzen. Andererseits ist es angesichts der absehbar fundamentalen Änderungen ein sehr kurzer Zeitraum, der dringend genutzt werden muss.
Aktiv mit den Möglichkeiten und Folgen, den Chancen und Ris iken autonomer Fahrzeuge auseinandersetzen, z.B.
angewandte Vorlaufforschung
Modellprojekte mit autonomen Shuttles – z.B. Zukunftsstadt Halle-Neustadt
Integration und Vernetzung von Mobilitätsangeboten
Verstärkung Kundenbindung und –service
Ziel: Digitalisierung nutzen für Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Decarbonisierung, Verkehrssicherheit und Lebensqualität
https://www.vdv.de/position-autonome-fahrzeuge.pdfx?forced=true
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Autonomes Fahren
Vision, Science fiction oder zukünftige Realität?
Vorteile und Nutzen
Chancen für den öffentlichen Verkehr?
Zusammenfassung
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Zusammenfassung
Technische Herausforderungen des autonomen Fahrens erscheinen als zukünftig lösbar
Stufenweise Entwicklung von Assistenzsystemen unterstützt kontinuierlichen technischen Erfahrungsgewinn und Nutzerakzeptanz
Perspektivische Massenfertigung sorgt für Kosteneffizienz
Wettbewerb bestens kapitalisierter, innovativer Marktakteure um neue Geschäftsmodelle treibt das Entwicklungstempo eigenständig
Vielfältige gesellschaftliche Vorteile zu erwarten
„Mobility on demand“ und Flottenbetrieb statt Individualbesitz verwischt Trennung zwischen öffentlichem und Individualverkehr
Flottenbetrieb kann Chance für Verkehrsbetriebe darstellen (aber Kosten)
offene Entwicklung nach 2021
vielfältige Konsequenzen und Handlungsbedarf für das gesellschaftliche Umfeld sowie den Standort D