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Das Ziel des Modules ist es, die instrumentellen Denkweisen über autonome Fahrzeuge in eine breitere Perspektive zu stellen und einen reflexiven und kritischen Blick auf die Beziehung zwischen Hardware, Software und die finale Applikation zu werfen. Nach der Teilnahme am Modul sind die Studierenden in der Lage: - zu erkennen, welche Technologien (Software, Hardware) bei der Entwicklung neuer, autonomer Fahrzeugsysteme eingesetzt werden können. - Die Ansätze für den Entwurf eines nützlichen autonomen Fahrzeugsystems anzuwenden - Eine operational Design Domain (ODD) für ein autonomes Fahrzeugsystem zu charakterisieren - Unterschiedliche Softwarearchitekturen autonomer Fahrzeugsysteme zu evaluieren - Konzepte autonomer Fahrzeugsysteme zu entwickeln - sich an die Merkmale eines nützlichen autonomen Fahrzeugsystems zu erinnern

Wir entwickeln aktuell autonome Systeme und Roboter mit dem Ziel, eine höheren Automatisierungsgrad zu erreichen und bestimmte Aufgaben ohne den Menschen durchführen zu können. Bei dieser Entwicklung entstehen zahlreiche Fragen: Welche (Teil-)Aufgaben muss mein System am Ende tatsächlich autonom lösen können? Welchen Herausforderungen stehen autonome Systeme in Ihrer Anwendung gegenüber? Welche Softwarebausteine sind nötig, um die gewünschten Funktionen zu erreichen? Welchen Grad der Absicherung benötigt mein System, um in der finalen Anwendung eingesetzt werden zu können? Dieses Vorlesung geht in die thematische Vertiefung von technischen Inhalten autonomer Fahrzeuge mit dem Ziel zu erkennen, welche Herausforderungen bei der Entwicklung neuer, autonomer Fahrzeuge entstehen können und welche Technologien einen entsprechenden Lösungsansätzen bieten können. Folgende Kursinhalte sind dabei geplant: I. Einführung - Überblick über den Kursinhalt - Überblick über autonome Fahrzeugsysteme - Definition und Beschreibung des Einsatzes des Autonome Systems in einer ODD (Operational Design Domain) II. Merkmale eines nützlichen autonomen Fahrzeugsystems - Relevanz für Probleme der realen Welt - Effiziente und effektive Lösung - Durchführbarkeit des Einsatzes und Skalierbarkeit - Einhaltung von ethischen und Sicherheitsstandards - Argumente für die Auswahl von Hardware (Sensorik, Aktuatorik, Rechenplattformen) III. Ansätze für den Entwurf nützlicher autonomer Fahrzeugsysteme - Benutzerzentrierter Entwurf - Problemorientierter Entwurf - Kontextbezogene Untersuchung - Softwareorientierter Entwurf 1: Auswahl einer geeigneten Softwarearchitektur: Von klassischer Perception-Planning-Control Architektur über End-to-End Ansätze hin zu Autonomy 2.0 - Softwareorientierter Entwurf 2: Auswahlkriterien für Autonome Fahrfunktionen IV. Fallstudien über nützliche autonome Fahrzeugsysteme - Anwendungsbereiche autonomer Fahrzeugsysteme und deren grundlegende Bedürfnisse und Herausforderungen - Personentransport: autonome Fahrzeuge auf unseren täglichen Straßen - Gesundheitswesen: autonome Fahrzeuge für den medizinischen Transport - Landwirtschaft: autonome Fahrzeuge für die Landwirtschaft und das Erntemanagement - Katastrophenschutz: autonome Fahrzeuge für Such- und Rettungseinsätze - Umwelt: autonome Fahrzeuge für die Überwachung und Beseitigung von Ölverschmutzungen V. Konstruktive Herausforderungen und Lösungen - Identifizierung und Bewältigung von Risiken autonomer Fahrzeugsysteme - Technische Herausforderungen (z. B. Sensorgenauigkeit, Robustheit von Algorithmen) - Gesellschaftliche Herausforderungen (z. B. öffentliches Vertrauen, ethische Überlegungen) - Wirtschaftliche Herausforderungen (z. B. Kosten für den Einsatz, Skalierbarkeit) VI. Künftige Entwicklungen bei der Entwicklung nützlicher autonomer Fahrzeuge - Integration neuer Technologien (z. B. 5G-Netze, Blockchain) - Interdisziplinäre Zusammenarbeit (z. B. Technik, Soziologie, Psychologie) - Entwicklung von Normen und Vorschriften für den Einsatz

Wir empfehlen den vorausgehenden Besuch eines Moduls, welches die Grundlagen der Software eines Autonomen Systems oder Roboters behandelt wie z. B. „Softwareentwicklung für Autonomes Fahren“ oder „Autonome Systeme“.

Die Lehrmethoden im Modul sind dabei zweigeteilt. Pro Vorlesung werden im ersten Teil zunächst die Lehrinhalte mittels Vortrags und Präsentation (Power Point) vermittelt. Dabei werden mittels Tablet-PC komplexere Sachverhalte hergeleitet und anschaulich illustriert. Innerhalb der Vorlesung werden bestimmte Themen durch live-demonstrationen von Simulationen vertieft. Pro Vorlesung werden 1-2 wissenschaftliche Paper (6-8 Seiten) in der Vorbereitung bereitgestellt. Dieses Paper gilt es vor der Vorlesung inhaltlich vorzubereiten, um, eine vertiefte Diskussion im zweiten Teil der Vorlesung zu ermöglichen. Im zweiten Teil werden gemeinsam vorbereitete Fragestellungen beantworten und deren Beantwortung diskutiert. Von den Studierenden wird erwartet, dass sie sich aktiv an den Diskussionen in der Klasse beteiligen, was voraussetzt, dass sie mit den bereitgestellten Papern vertraut sind. Das Format des Kurses ist im zweiten Teil überwiegend interaktiv.

Die Modulprüfung erfolgt in Form einer schriftlichen, wissenschaftlichen Ausarbeitung, in welcher eine wissenschaftlich-anwendungsorientierte Fragestellung zum Thema Autonome Fahrzeugsysteme mit den wissenschaftlichen Methoden der Ingenieurswissenschaften (qualitativ oder quantitativ) bearbeitet wird. Die Studierenden können hierbei eigene Fragestellungen vorschlagen oder aus einem weiten Angebot an vorgeschlagenen Themen wählen. Hierfür wird eine Forschungsfrage erstellt (z. B. „Was ist ein sinnvolles autonomes System“), eine Literaturrecherche durchgeführt, die Forschungsfrage methodisch beantwortet und eine abschließende Diskussion über die Qualität der Ergebnisse durchgeführt.

Pendleton et. al, Perception, Planning, Control, and Coordination for Autonomous Vehicles, Machines 2017, 5(1), 6; https://doi.org/10.3390/machines5010006 Ashesh Jain, Luca Del Pero, Hugo Grimmett, Peter Ondruska Autonomy 2.0: Why is self-driving always 5 years away? https://arxiv.org/abs/2107.08142 A. Faisal, T. Yigitcanlar, M. Kamruzzaman, and G. Currie, “Understanding autonomous vehicles: A systematic literature review on capability, impact, planning and policy,” JTLU, vol. 12, no. 1, 2019, doi: 10.5198/jtlu.2019.1405.