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© 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


Autonomes Fahren

Vision, Science fiction oder zukünftige Realität?

Vorteile und Nutzen

Chancen für den öffentlichen Verkehr?

Zusammenfassung


Eine Vision ...

Aus der Schatzkiste: Mosaik Nr. 29, April 1959


... 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


Technische Voraussetzungen

Sensorsysteme

Rechenleistung

Konnektiv ität Datenmanagement

Software

Gereifte technologische Voraussetzungen!

http://www.yole.fr/iso_album/illus_autonomousvehicles_basicblocks_yole_oct2015.jpg


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?


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


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


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


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.


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


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


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)


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


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!


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/


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

http://www.logistra.de/sites/default/files/logistra/_bilder/News/mercedes-benz.jpg


Autonomes Fahren


Vorteile und Nutzen


Zusammenfassung


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)


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


Agenda


Vorteile und Nutzen


Zusammenfassung


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/)


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



„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



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


Autonomes Fahren


Vorteile und Nutzen


Zusammenfassung


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

zukunft des Öpnv- multimodal, elektrisch und …...marktstudien: roland berger, yole developpement...

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