11.04.2017 | Magazin:

How am I? On the road to a “self-aware” car Focus on research: "Self-Aware vehicles"

(See german Version below)

Even if Marcus Nolte is not particularly interested in psychology, self-awareness is a part of his research, albeit in a more technical sense. Working with three engineers and a robotics expert from the Institute of Control Engineering, he is developing systems for self-aware cars. Self-awareness in this context means that a vehicle “knows” about the status of its capabilities.

Monitors instead of a dashboard – the MOBILE vehicle is also transparent inside. Behind the "steering wheel": Torben Stolte. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Monitors instead of a dashboard – the MOBILE vehicle is also transparent inside. Behind the „steering wheel“: Torben Stolte. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

“Self-awareness is one of the basic requirements for autonomous driving”, says Nolte. To ensure that passengers reach their destinations safe and sound, the car must, at any given point in time, be able to determine whether it is fully functional on every level. If not, it must be able to look for alternative solutions. “If, for example, the car is unable to make a left turn due to a damaged steering system, it could try to find an alternative route”, the engineer explains. If there is no viable alternative, the car needs to be able to come to a stop in a safe place.

A „beach buggy“ with 600 PS

The electronic car that the researchers use to test their systems resembles a beach buggy and is named MOBILE. It is made of black steel tubes and weighs around two tonnes, mainly due to its large battery pack. With its 600 PS, it can attain a maximum speed of 160 kph.

But what is really special about MOBILE is that each wheel has its own power unit and drives solely “by wire” – meaning electronically, without a steering rod or brake hydraulics. “We want to have a car where we know the systems inside out. For MOBILE, we programmed each control unit ourselves and know which data are transiting where”, says Nolte.

Torben Stolte, research and teaching assistant at the Institute of Control Engineering, behind the wheel of the MOBILE research vehicle. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Torben Stolte, research and teaching assistant at the Institute of Control Engineering, behind the wheel of the MOBILE research vehicle. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

It took five years to build the car, and it will probably never be “finished” in the normal sense of the term. “MOBILE is a concept vehicle. It lets us try things out that can later be transferred to other vehicles”, Nolte explains. There are very few vehicles of a similar kind in the world. One of them is at Stanford University in Silicon Valley, and the researchers from Braunschweig work in close cooperation with the team there.

So far, MOBILE drives only now and then, on a test track specially made for that purpose on the university’s grounds. The researchers spend most of their time at their desks. “We do a lot of our work on computers, programming and simulating. We then test our algorithms with MAX, a remote-controlled car only one-fifth the size of MOBILE. We drive MAX through the hallways, through the foyer, wherever there’s space”, says Nolte. Only after that do they take MOBILE out for a spin – provided the weather is right, because heavy rain and summer heat can become quite uncomfortable without a roof.

A trip to the Motorsport Arena

A definite highlight was a trip to the Motorsport Arena Oschersleben racecourse. The vehicle attracted a lot of attention there, even without roaring loudly or driving at high speeds. “We limited our speed to 55 kph for safety reasons”, says Nolte. But apparently, the design alone is an eye-catcher, even if it is not a model for future autonomous cars. “The various conceptual studies developed by car manufacturers are much better suited to that”, says the engineer with a smile.

Bashar Ibrahim, student and scholarship holder at the Institute of Control Engineering, compares the size of the MOBILE car to MAX, the practice model at a scale of 1:5. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Bashar Ibrahim, student and scholarship holder at the Institute of Control Engineering, compares the size of the MOBILE car to MAX, the practice model at a scale of 1:5. Credit: Kristina Rottig/TU Braunschweig

Self-awareness in an autonomous car includes not only checks of the internal system, but also of the vehicle’s surroundings. “With the help of its technical equipment, the car must be able to map its surroundings, namely mobile and immobile objects, very precisely. And the system needs to have something akin to intuition”, Nolte explains. It must be able to predict the likely behaviour of other road users, recognising, for example, if a person is about to step out onto the road. For this, the scientists need to collect a great deal of empirical data, for example by driving other TU Braunschweig test vehicles such as Leonie, which has been approved for road testing.

“Our next goal is for MOBILE to drive reliably, stay on track and not skid in turns; in other words, to get past its growing pains”, says the researcher. “Also, it is currently learning to see. Equipped with cameras and sensors, we want the car to be able to drive autonomously.” Nolte is certain that many of the systems they are testing will go into serial production sometime in the future. “Autonomous driving is the future. And here at TU Braunschweig, we are helping to contribute our part.”

Text: Andrea Hoferichter


Wie bin ich? Auf dem Weg zum „selbstbewussten“ Auto

Mit Psychologie hat Marcus Nolte eigentlich nichts am Hut. Dabei ist „Selbstbewusstsein“ Teil seines Forschungsthemas, wenngleich eher im technischen Sinn. Gemeinsam mit drei Ingenieuren und einer Roboterexpertin des Instituts für Regelungstechnik entwickelt er Systeme für selbstbewusste Autos. „Self-Awareness“ ist der englische und offizielle Ausdruck dafür und gemeint ist, dass ein Fahrzeug weiß, wie es um seine Fähigkeiten bestellt ist.

„Self-Awareness ist eine der Grundvoraussetzungen für autonomes Fahren“, sagt Nolte. Damit Passagiere sicher ankommen, müsse ein autonomes Auto zu jedem Zeitpunkt erkennen können, ob es auf allen Ebenen noch funktionstauglich ist. Und falls das nicht der Fall ist, muss es nach Alternativlösungen suchen. „Kann das Auto zum Beispiel wegen einer defekten Lenkung nicht links abbiegen, könnte es versuchen, auf eine andere Route auszuweichen“, erklärt der Ingenieur. Und gibt es keine taugliche Alternative, muss das Fahrzeug an sicherer Stelle anhalten können.

„Strandbuggy“ mit 600 Pferdestärken

Das Elektroauto, mit dem die Forscherinnen und Forscher ihre Systeme testen, erinnert an einen Strandbuggy und heißt MOBILE. Das Gefährt aus schwarzen Stahlröhren hat 600 PS, wiegt rund zwei Tonnen, vor allem wegen des großen Batteriepakets, und ist für eine Spitzengeschwindigkeit von 160 Stundenkilometern ausgelegt.

Das Besondere an MOBILE: Jedes Rad hat einen eigenen Antrieb, und es fährt ausschließlich „by-wire“, also elektronisch, ohne Lenkstange oder Bremshydraulik. „Wir wollten einfach ein Auto haben, dessen Systeme wir in- und auswendig kennen. Für Mobile haben wir alle Steuergeräte selber programmiert und wissen daher, welche Daten wo unterwegs sind“, sagt Nolte.

Fünf Jahre hat es gedauert, das Auto zu bauen. Im eigentlichen Sinne „fertig“ wird es vermutlich nie werden. „MOBILE ist ein Konzeptfahrzeug. Das heißt, wir können daran Dinge ausprobieren, und die Konzepte können dann auf andere Fahrzeuge übertragen werden“, erklärt Nolte. Weltweit gebe es nur wenige Fahrzeuge ähnlicher Art, zum Beispiel an der Standford University im Silicon Valley. Mit dem Team dort arbeiten die Braunschweiger Forscherinnen und Forscher eng zusammen.

Bisher geht’s mit MOBILE nur ab und zu auf die Piste, auf eine eigens dafür eingerichtete Teststrecke auf dem Unigelände. Die meiste Zeit verbringt das Forscherteam am Schreibtisch. „Wir arbeiten viel am Computer, programmieren und simulieren viel. Dann testen wir unsere Algorithmen mit MAX, einem ferngesteuerten Auto, etwa fünf Mal kleiner als MOBILE. Mit dem fahren wir hier durch die Flure oder durchs Foyer. Wo gerade Platz ist“, erzählt Nolte. Erst dann setzten sie sich ins große Auto. Vorausgesetzt das Wetter passt, denn bei starkem Regen oder Mittagssommerhitze ist mangels Dach von einer Spritztour abzuraten.

Ein Ausflug auf die Rennstrecke

Das Highlight unter den Testfahrten: ein Ausflug auf die Rennstrecke in der Motorsport Arena Oschersleben. Hier sorgte das Gefährt für Aufsehen, obwohl es weder laut röhrte, noch besonders schnell unterwegs war. „Wir haben die Geschwindigkeit aus Sicherheitsgründen auf 55 Stundenkilometer begrenzt“, berichtet Nolte. Doch allein das Design ist offenbar ein Hingucker, wenngleich kein Modell für die autonomen Autos der Zukunft. „Dafür haben Automobilkonzerne schon diverse geeignetere Konzeptstudien entwickelt“, so der Ingenieur.

Zum „Selbstbewusstsein“ eines autonomen Autos gehört natürlich nicht nur der Blick nach innen, sondern auch nach außen. „Das Auto muss seine Umgebung, also bewegliche und unbewegliche Objekte mit entsprechender Technik hoch genau abbilden können, und das System muss eine Art Intuition haben“, erklärt Nolte. Es müsse wahrscheinliches Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer vorhersagen können, zum Beispiel ob ein Mensch gleich auf die Straße laufen wird. Dafür müssen allerdings noch eine Menge Erfahrungsdaten eingefahren werden. Das geschieht unter anderem mit TU-eigenen autonomen Testautos wie „Leonie“, die eine Straßenzulassung haben.

„Unser nächstes Ziel ist, dass MOBILE stabil fährt, die Spur hält und nicht aus der Kurve fliegt, dass also die Kinderkrankheiten geheilt sind“, berichtet der Forscher. „Außerdem lernt es gerade sehen. Mit Kameras und Sensoren soll unser Fahrzeug auch autonom fahren können.“ Gleichwohl steht für Nolte außer Frage, dass viele der getesteten Systeme in der Zukunft auch in Serienmodellen unterwegs sein werden. Da gibt er sich ganz selbstbewusst: „Autonomes Fahren ist die Zukunft. Und wir können an der TU Braunschweig unseren Teil dazu beitragen.“

Text: Andrea Hoferichter