Werte- und fähigkeitsbasierte Bewegungsplanung für autonome Straßenfahrzeuge - Ein systemischer Ansatz

Die breite Markteinführung automatisierter Straßenfahrzeuge gestaltet sich an vielen Stellen deutlich langsamer als ursprünglich angenommen. Einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zu dieser Tatsache liefern die inhärenten Unsicherheiten des menschlichen Straßenverkehrs und die Komplexität der Systeme, die zur Erfüllung der menschlichen Fahraufgabe notwendig sind. Der Straßenverkehr ist ein nicht geschlossen beschreibbares System, das über die Zeit veränderlich ist und in dem nahezu jede Situation theoretisch möglich ist. Der menschliche Straßenverkehr ist somit zur Entwicklungszeit für Entwickler*innen niemals vollständig beschreibbar. Damit sind automatisierte Fahrzeuge vor dem Einsatz in umfangreichen Einsatzumgebungen in letzter Konsequenz niemals vollständig spezifizierbar oder validierbar, sondern es ist lediglich eine ausreichende Verifikation und Validierung in Bezug auf ein definiertes Kriterium möglich. Ausreichend insofern, als argumentiert werden können werden muss, dass das vom System für die Öffentlichkeit ausgehende Risiko tolerierbar ist. Unsicherheiten und unvermeidliches Unwissen sorgen dafür, dass während des Entwurfs, während der Entwicklung und für die Freigabe Annahmen getroffen werden müssen, die immer auch eine ethische Dimension in Form von Werteabwägungen besitzen.
Die Unsicherheiten der realen Betriebsumgebung, aus emergenten Systemeigenschaften und aus dem Entwurfs-, Entwicklungs- und Freigabeprozess in Kombination mit den nötigen Entwicklungsannahmen führen dazu, dass von automatisierten Fahrzeugen im gemischten Verkehr immer ein Restrisiko ausgehen wird. Dieses Restrisiko lässt sich durch eine gewissenhafte Entwicklung mindern, aber niemals vollständig eliminieren.

In diesem Kontext beschreibt die vorliegende Arbeit einen Ansatz zur werte- und fähigkeitsbasierten Bewegungsplanung für autonome Straßenfahrzeuge, der auf den Umgang mit den genannten Unsicherheiten abzielt. Die Arbeit analysiert relevante Sicherheits-Normen und in der Literatur beschriebene Ansätze zum Umgang mit Unsicherheiten, sowohl während des Entwurfs und der Systementwicklung als auch zur Systemlaufzeit.

Zum Umgang mit Unsicherheiten während Entwurf und Entwicklung wählt diese Arbeit einen Ansatz auf der Grundlage moderner Methoden des modellbasierten Systems Engineering (MBSE). Die Methoden werden zur Erstellung eines auf die Domäne des automatisierten Fahrens zugeschnittenen Architektur-Frameworks genutzt, das u. a. Metamodelle und Architekturgesichtspunkte zur Dokumentation von Wertekonflikten und ihrer Auflösung bietet. Die Metamodelle basieren auf umfangreichen Konzeptmodellen, die relevante Aspekte aus der Domäne des automatisierten Fahrens mit etablierten Begrifflichkeiten des modellbasierten Systems Engineering vereinen. Die Arbeit präsentiert Konzepte zur Nutzung von Methoden der Wissens- und Selbstrepräsentation zum Umgang mit Unsicherheiten im Rahmen der Entscheidungsfindung und Trajektoriengenerierung zur Systemlaufzeit. Ausgewählte Aspekte werden am Beispiel eines modellprädiktiven Ansatzes zur Trajektoriengenerierung demonstriert, der in der Laufzeitumgebung des Stadtpilotprojektes implementiert wird. Der Entwurf des Ansatzes erfolgt anhand explizit gemachter Wertekonflikte und Anforderungen an die Repräsentation von Einschränkungen der Aktuatorik. Die
Nachverfolgbarkeit von Entwurfsentscheidungen bis hin zu relevanten Laufzeitparametern wird im Beispiel anhand von generierten Trajektorien und generierten Geschwindigkeitsbeschränkungen diskutiert.