Praxis
Autonomes Parken
Der chinesische Technologiekonzern Baidu nutzt KI-Steuerbox von ZF
von Thomas Wenzel
Baidu nutzt ZF-Technik, um seine Autos autonom einparken zu lassen.
ZF ProAI dient als automobiler Supercomputer für das neue Valet-Parksystem von Baidu. Damit ausgestattete Pkw können für Nutzer die Fahrt zu einem Parkplatz und zurück übernehmen. Die Einsatzpremiere feierte diese AI-Lösung in Carsharing-
Fahrzeugen des großen chinesischen Mobilitätsanbieters Pand Auto. Außerdem stellte ZF auf der CES 2018 sein „Dream Car“ vor.
Der deutsche Automobilzulieferer ZF und das chinesische Technologieunternehmen Baidu präsentierten im Vorfeld der CES 2018 ein neues System, das Pkw zum selbstständigen, fahrerlosen Valet-Parken befähigt; Valet-Parken, Parkservice oder seltener Parkdienst bezeichnet das Parken eines Fahrzeuges als Dienstleistung. Diese Anwendung ist das erste Produkt aus der strategischen Kooperation beider Unternehmen. Es beruht auf ZF ProAI, einem von ZF und Nvidia entwickelten AI-System.
Elektrofahrzeuge des Carsharing-Unternehmens Pand Auto sind damit bereits im Testbetrieb unterwegs. Außerdem haben Ingenieure der ZF-Vorentwicklung in einem Versuchsfahrzeug zahlreiche Fahrfunktionen realisiert, die vollautomatisiertes Fahren
gemäß Level 4 möglich machen.
Autonomes Fahren in China
Im Herbst 2017 hatten ZF und Baidu eine strategische Kooperation vereinbart, um Technologien für das autonome Fahren in China voranzutreiben. Bereits jetzt, nur vier Monate danach, ist eine erste Anwendung realisiert, die auf dem Supercomputer ZF ProAI für autonomes Fahren basiert: Das System unterstützt eine Fahrfunktion, mit der Fahrzeuge eigenständig einen Parkplatz suchen, einparken, später wieder verlassen und vorfahren können. Rufen oder wegschicken lässt sich der Pkw per App auf dem Smartphone.
Die intelligente Steuerbox von ZF übernimmt dabei einen Teil der „Denkleistung“: Sie kann alle Daten verarbeiten, die aus der Umfeld-Sensorik des Fahrzeugs und der Car-to-X-Kommunikation auf sie einströmen. Und sie kann die Informationen in
Handlungsbefehle für den Antrieb sowie die Aktuatorik wie Lenkung und Bremsen verwandeln. Einsatzpremiere feiert diese Valet- Parking-Technologie nun in einer Testflotte von Pand Auto, einem der größten chinesischen Carsharing-Anbieter.
Modulare Hard- und Software für autonomes Fahren bis Level 4
Serienreif: Die KI-Steuerbox ZF ProAI
„Die serienreife ZF ProAI geht aus unserer Zusammenarbeit mit Nvidia hervor, die wir vor genau einem Jahr auf der CES 2017 verkündet haben. Im aktuellen Projekt mit Baidu erfüllt der Hochleistungsrechner ein weiteres Mal den Anspruch, die
Automatisierung des Fahrens zu beschleunigen und auch neuen Playern in der Branche den Weg zu Mobilitätsinnovationen zu vereinfachen“, sagte Torsten Gollewski, Leiter Vorentwicklung bei ZF, anlässlich der Messe.
„Der Supercomputer von ZF ist für uns ideal, da er enorme Datenmengen wie beispielsweise unsere hochaufgelösten digitalen Karten in Echtzeit verarbeiten kann. Außerdem bringt er künstliche Intelligenz samt Deep-Learning-Fähigkeit sowie sämtliche aktuelle Automotive-Standards mit“, betonte Zhenyu Li, General Manager der „Intelligent Driving Group“ bei Baidu.
Das neue Valet-Parksystem adressiert neben Mobilitätsdienstleistern auch die Fahrzeughersteller direkt. Primär zielt es darauf ab, die Betriebskosten von Car-Sharing-Anbietern signifikant zu senken und zugleich die Abläufe und den Komfort für deren Kunden, die Fahrzeugnutzer, stark zu erhöhen. Erstmals öffentlich unterwegs sind die mit dem automatischen Parksystem ausgestatteten Elektro-Pkw von Pand Auto nicht etwa in China, sondern im Herzen des Silicon Valley: In Sunnyvale, dem US-Standort von Baidu,
stellten die Autos ihr Können bei einem Fahrevent im Vorfeld der CES unter Beweis.
Im September 2017 vereinbarten ZF und Baidu, Anbieter hochauflösender Karten in China, eine Kooperation. Die Zusammenarbeit geht weit über das Thema „HD-Karten“ hinaus. Beide Partner wollen bei AI, Big Data sowie bei Cloud-basierten Lösungen
gemeinsam agieren, um das autonome Fahren in China entscheidend voranzubringen. ZF bringt dazu seine mit Nvidia entwickelte Fahrzeugsteuerung ZF ProAI in die Verbindung ein. Grundlage ist das im April 2017 von Baidu gestartete „Project Apollo“, eine offene Entwicklungsplattform, auf der sich sehr schnell Systeme zum autonomen Fahren aufbauen lassen.
KI-Steuerbox nur ein Jahr nach Vorstellung serienfähig
Das „Dream Car“ hält autonom, wenn ein Fussgänger den Zebrastreifen überquert oder die Ampel auf rot steht.
Und nur ein Jahr nach Beginn der Kooperation mit Nvidia hat ZF die KI-fähige Steuerbox ZF ProAI zur Serienreife entwickelt. Die Supercomputing-Einheit genügt nun sämtlichen Automotive-Standards. Mit einem Versuchsfahrzeug mit umfangreichem Sensor- Set und der ZF ProAI stellte der Konzern auf der CES 2018 zugleich eine modulare und skalierbare Hard- und Softwarearchitektur für das hoch- und vollautomatisierte Fahren vor.
„ZF hält Kurs in Richtung Zukunftstechnologien“, sagte Michael Hankel, Mitglied des Vorstands der ZF Friedrichshafen AG. „Wir freuen uns sehr über diesen ersten Serienauftrag. Er bedeutet, dass wir bei der Demokratisierung des autonomen Fahrens in einem Massenmarkt der Mobilität ganz vorne mit dabei sind.“
System-Architekt für bedarfsgerechte Automatisierung
Das „Dream Car“ von ZF bündelt serienfähige Technologien für autonomes Fahren.
Für Ingenieure der Automobilindustrie gibt es dabei keine Blaupause, nach der sie Entwicklungen für die jeweiligen Automatisierungsstufen realisieren können: „Das weite Feld des automatisierten Fahrens ist die Summe vieler einzelner Fahrfunktionen, die ein Auto ohne menschlichen Eingriff abrufen können muss – und zwar ausfallsicher und auch unter verschiedensten Wetter-, Verkehrs- und Sichtverhältnissen“, weiß Gollewski.
Im Rahmen des eingangs erwähnten Versuchsfahrzeugs für Autonomes Fahren („Dream Car“) baute ZF eine komplette, modulare Entwicklungsumgebung inklusive Funktionsarchitektur mit künstlicher Intelligenz auf. „Beispielhaft realisiert haben wir hier eine Konfiguration für vollautomatisierte, also Level-4-Fahrfunktionen. Diese Konfiguration lässt sich modularisiert über die ZF- Domänen ‚see-think-act‘ auf den jeweiligen Anwendungsfall applizieren. Sie verhilft den Fahrzeugen zur notwendigen Seh- und Denkfähigkeit, etwa für innerstädtischen Verkehr“, so Gollewski. Doch auch andere Automatisierungsstufen lassen sich dank dieser flexiblen ZF-Architektur in unterschiedlichsten Fahrzeugen umsetzen. Gleichzeitig gibt sie Aufschluss darüber, welche Hardware-Minimalkonfiguration für welchen Level unabdingbar ist.
In den vergangenen Monaten „trainierten“ die ZF-Ingenieure dem Fahrzeug unterschiedliche Fahrfunktionen an. Dabei standen besonders urbane Situationen im Mittelpunkt wie etwa die Interaktion mit Fußgängern und Fußgängergruppen vor Zebrastreifen, Kollisions-Abschätzung, das Verhalten vor Ampeln und in Kreisverkehren. „Im Gegensatz zu einer Autobahn- oder
Landstraßenfahrt ist es in städtischen Szenarien deutlich aufwendiger, ein gesichertes Verständnis der aktuellen
Verkehrssituation herzustellen, das die Basis für angemessene Aktionen eines computergesteuerten Fahrzeugs bietet“, so Gollewski.
Denkleistung nach Wunsch
Am CES-Messestand „fütterte“ ZF das Fahrzeug mit Sensordaten einer Strecke in Friedrichshafen. Obwohl 9.200 Kilometer entfernt, interpretierte die KI-Steuerbox in Las Vegas diese Daten live und sendete entsprechende Fahrkommandos an Antrieb, Lenkung und Bremse.
Die ZF ProAI mit ihrer offenen Gesamtarchitektur ist skalierbar – sowohl die Hardware-Komponenten, die angeschlossenen Sensor- Sets als auch die Auswertungs-Software und Funktionsmodule lassen sich an den gewünschten Zweck und den Grad der
Automatisierung anpassen. So ist die Box beispielsweise in puncto Rechnerleistung für nahezu jedes konkrete Anforderungsprofil konfigurierbar.
In der auf der CES gezeigten Anwendung nutzt die Steuerungseinheit den sogenannten Xavier-Chip mit 8-Kern-CPU-Architektur, 7 Milliarden Transistoren und entsprechend eindrucksvollen Leistungsdaten: Er bewältigt bis zu 30 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde (TOPS, Trillion Operations per Second) bei einem Stromverbrauch von nur 30 Watt. Der Chip erfüllt wie die ZF ProAI insgesamt die strengen Standards für automobile Anwendungen – und schafft dort die Voraussetzung für AI und Deep Learning.
Zusammenspiel der Daten
Sensoren haben sowohl die Umgebung als auch den Innenraum des Autos „im Blick“.
Um die Umgebung im Blick zu haben, spielt vor allem das umfassende Sensor-Set von ZF sowie dessen Partner-Netzwerks eine wichtige Rolle. Im aktuellen Fahrzeug sind Kamera-, LiDAR- und Radar-Sensoren verbaut. Sie ermöglichen eine 360-Grad- Umfeldanalyse des Entwicklungsträgers, die alle 40 Millisekunden aktualisiert wird.
Die enorme Datenflut – allein eine Kamera generiert 1 Gigabit pro Sekunde – wird von der Recheneinheit ZF ProAI in Echtzeit analysiert. „AI und Deep-Learning-Algorithmen dienen vor allem dazu, die Analyse zu beschleunigen und die Erkennung zu präzisieren. Es geht darum, aus der Flut der Daten wiederkehrende Muster in den Verkehrssituationen zu erkennen, etwa einen Fußgänger, der die Fahrbahn überqueren will“, so Gollewski. Die dann abgerufenen Reaktionsweisen des Fahrzeugs, die für die Berechnung der Längsbeschleunigung oder Verzögerung sowie der weiteren Fahrtrichtung ausschlaggebend sind, sind nach wie vor fest in der Software hinterlegt.
Erfolgreiche Kooperationen
„Mit unserem Netzwerk von Kooperationen erhöhen wir die eigene Innovationsgeschwindigkeit und schaffen zudem Schnittstellen für die Innovationen unserer Partner“, erläutert Hankel. „Dadurch sind wir sehr früh in einem hochdynamischen Markt präsent – was heute die Voraussetzung ist, um als innovativer Anbieter berücksichtigt zu werden und Aufträge zu erhalten.“ Diese Position habe ZF in den vergangenen Monaten konsequent untermauert.
So hat der Technologiekonzern zum Beispiel auch das Bezahlsystem Car eWallet weiterentwickelt. Es unterstützt die
flächendeckende Einführung der Elektromobilität, da der Fahrzeugnutzer die digitale Geldbörse für die Ladeinfrastruktur nutzen kann. Car eWallet ist nicht minder sinnvoll für autonom fahrende Fahrzeuge, die auf diese Weise zum Beispiel eigenständig gebührenpflichtige Parkplätze bezahlen könnten. Das auf der Blockchain-Technologie beruhende System integriert cloud-basierte Dienste ins Fahrzeug und stellt eine attraktive Lösung sowohl für Finanz- wie auch für Mobilitätsdienstleister dar.
Mehr als nur intelligente Mechanik
Automatisiertes Fahren setzt aber nicht nur intelligente Mechanik voraus. Die Fahrzeugsysteme müssen möglichst umfassend, präzise und redundant über den Zustand des Fahrers im Bilde sein. Denn beim nächsten Entwicklungsschritt, dem
hochautomatisierten Fahren, muss der Fahrer das System zwar nicht mehr überwachen, bleibt aber in der Pflicht, nach
entsprechender Vorwarnung jederzeit eingreifen zu können. Das Fahrer-Monitoring ist daher von zentraler Bedeutung. ZF versteht auch dieses wesentliche Element und zeigte auf der CES, wie vielfältig die Interaktion zwischen Mensch und Maschine sein kann:
mit innovativen Ansätzen für eine vollumfängliche Mensch-Maschine-Schnittstelle.
Den Weg zum autonomen Fahren ebnen unter anderem Kameras, Radar, Laser und Kommunikationssysteme, die Fahrzeugen innen und außen einen 720-Grad-Überblick verschaffen. Hochentwickelte Steuerungen wandeln die von Fahrzeugsensoren und Infrastruktur gelieferte Datenflut in Handlungsbefehle für die intelligente Mechanik um: etwa für Antriebssysteme, Lenkungen und Bremsen.
Ausgefeilte Mensch-Maschine-Schnittstellen sind Voraussetzung für eine intuitive und eindeutige Kommunikation zwischen Fahrzeug und Fahrer. All dies sorgt nicht nur für mehr Komfort, sondern ist auch die Bedingung, dass die Vision von null Unfällen wahr werden kann.
Thomas Wenzel
ist Director Global Corporate Communications bei der ZF Friedrichshafen AG.
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