Gruppe Cyber-Physical Mobility

Mitarbeiter

Mitarbeiter Funktion/Projekt
Dr.-Ing. Bassam Alrifaee Gruppenleiter
Dzenan Dzafic, M.Sc. RWTH eNav
Alexandru Kampmann, M.Sc. RWTH UNICARagil
Maximilian Kloock, M.Sc. RWTH RapidCoop, Labor
Janis Maczijewski, B.Sc. (WiHi) Labor
Armin Mokhtarian, M.Sc. RWTH UNICARagil
Patrick Scheffe, M. Sc. RWTH GROKO-Plan, Labor


Forschung

Unsere Forschung im Bereich Cyber-Physical Mobility befindet sich in der interdisziplinären Schnittmenge von Software-Engineering, Regelungstechnik, mathematischer Optimierung und Kommunikationstechnik. In unseren Anwendungen beschäftigen wir uns mit der autonomen und vernetzten Mobilität.

Mit unserer Forschung tragen wir zum Future Mobility Center bei. Außerdem sind wir als Mitglied im Profilbereich Mobility & Transport Engineering aktiv.

Projekte

Cyber-Physical Mobility Lab

Wir arbeiten am Aufbau eines Modelllabors zur Erforschung des autonomen und vernetzten Fahrens. Modellfahrzeuge werden für die automatische Ansteuerung umgebaut und mit Sensoren und einer Funkverbindung ausgestattet. Im Labor werden unterschiedliche Verkehrsszenarien aufgestellt, in denen die Fahrzeuge autonom navigieren. Dazu werden die Positionen der Fahrzeuge mit Hilfe eines kamerabasierten Indoor Positioning System (IPS) erkannt. Die Fahrzeuge sowie das IPS kommunizieren mit einem Rechner, der Algorithmen zum autonomen und vernetzten Fahren ausführt.

Ansprechpartner: Maximilian Kloock, M.Sc. RWTH

UNICARagil

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts UNICARagil haben sich die führenden deutschen Hochschulen im Automobilbereich mit ausgewählten Forschern aus der Industrie zusammengeschlossen, um das Fahrzeug und seine Entwicklungsprozesse revolutionär neu zu denken.
Im Vorhaben UNICARagil werden neueste Ergebnisse der Forschung zur Elektromobilität sowie zum automatisierten und vernetzten Fahren genutzt, um autonome elektrische Fahrzeuge für vielfältige zukünftige Anwendungsszenarien zu entwickeln.
Die RWTH Aachen ist neben dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika) mit dem Lehrstuhl für Informatik 11 – Embedded Software (i11) und dem Institut und Lehrstuhl für Flugsystemdynamik (FSD) am Projekt beteiligt. Der i11 verantwortet maßgeblich die Konzeption und Umsetzung der digitalen Architektur sowie einer Cloud.
Das Projekt ist bei uns in der Gruppe Cyber-Physical Mobility angesiedelt, in der Herr Dr.-Ing. Bassam Alrifaee die Domänenkoordination der informationstechnischen Gestaltung übernimmt. Herr Alexandru Kampmann, M.Sc. RWTH ist für die Konzeption und Umsetzung der neuartigen digitalen Architektur maßgeblich verantwortlich.

Zur offiziellen Projektseite gelangen Sie hier.

Ansprechpartner: Alexandru Kampmann, M.Sc. RWTH, Armin Mokhtarian, M.Sc. RWTH

RapidCoop

Im DFG Schwerpunktprogramm CoInCar (Cooperatively Interacting Automobiles) wird in einem interdisziplinären Zusammenschluss von Wissenschaftlern eine ganzheitliche systemtheoretische Sicht auf kooperativen Verkehr unter Einbeziehung automatischer Automobile erschlossen. Das darin eingebettete Projekt RapidCoop (Robuste Architektur durch geeignete Paradigmen für Kooperativ Interagierende Automobile) befasst sich mit der Entwicklung einer Methodik, mit der Fahrzeuge innerhalb eines gemeinsamen Interaktionsgebiets zu einem informatorischen Verbund zusammengeschlossen werden können. Innerhalb dieses Verbunds kann jeder Teilnehmer auf global verfügbare Informationen zurückgreifen oder diese zur Verfügung stellen. Weiterhin werden Mechanismen bereitgestellt, mit denen das Verhalten mehrerer Verkehrsteilnehmer im Gesamtkontext optimiert und anschließend funktional abgesichert werden kann. Die Methodik basiert auf dem Konzept des Local Traffic Systems (LTS) - einem Verbund, der sich zur Laufzeit aus mehreren Verkehrsteilnehmern bilden und wieder auflösen kann.
In dem Projekt sind von der RWTH Aachen das Institut für Kraftfahrzeuge (ika), der Lehrstuhl für Informatik 11 - Embedded Software (i11), sowie der Lehrstuhl für Software Engineering (SE) beteiligt. Der i11 is maßgeblich an der Entwicklung einer kooperativen Funktionsarchitektur beteiligt. Weiterhin liegt der Fokus auf der Entwicklung von Methoden zur funktionalen Absicherung des Verhaltens zur Laufzeit.

Ansprechpartner: Maximilian Kloock, M.Sc. RWTH

Bildquelle: https://blog.degruyter.com/automated-vehicles-towards-zero-accident-future/

Publikationen zu diesem Projekt sind unten aufgelistet. Videos können hier gefunden werden:
https://youtu.be/XGql8FrjW6I
https://youtu.be/7sq3N8vwusA
https://youtu.be/kbooJFK52Fg

eNav

Das eNav Projekt nutzt unterschiedliche Methoden und Ideen von Embedded Software, um die Akkukapazität von Elektrorollstühlen sowohl besser festzustellen, als auch effektiver zu nutzen. Des Weiteren werden Barrieren aufgedeckt und können daher umfahren werden. Die hierbei resultierenden Ergebnisse sind oftmals leicht auf weitere Elektrofahrzeuge im allgemeinen Sinne übertragbar.

Zur Projektseite gelangen Sie hier.

Ansprechpartner: Dzenan Dzafic, M.Sc. RWTH

Statistische Straßenoberflächenmodellierung zur Positionsverbesserung

Ein weiteres Projekt, das am Lehrstuhl seit Ende 2013 bearbeitet wird, befasst sich mit der Möglichkeit ein Fahrzeug durch das Erkennen bzw. Wiedererkennen von Fahrbahnzuständen global und absolut zu verorten.

Im Kern der Arbeit steht dabei die Entwicklung eines state-of-the-art GNSS/INS, das in einem weiteren Updateschritt zusätzlich durch Ortsbestimmungen eines Statistical Absolute Position Estimator (SAPE) gestützt wird. Im SAPE werden signifikante Zustände der Straßenoberfläche, auch Aid to Navigation oder kurz AtoN genannt, durch statistische Modelle abgebildet und zusammen mit ihren globalen Koordinaten in einer Datenbank abgelegt. Beim Überfahren eines bekannten AtoN, wird dessen Modell wiedererkannt und die zuvor gespeicherten Koordinaten zur Ortsbestimmung genutzt. Technisch wird das ganze durch Beschleunigungssensoren realisiert, die den Input zur Erstellung von Hidden Markov Modellen (HMM) liefern.

Der theoretische Hintergrund zur Nutzung von HMMs ist dabei auf Methoden aus der Spracherkennung zurückzuführen, da es viele Parallelen in den Problemstellungen gibt und HMMs in der Spracherkennung schon lange erfolgreich zur statistischen Modellierung herangezogen werden.

Die praktische Umsetzung des gesamten Systems geschieht prototypisch in MATLAB und als Anwendung auf einem Android Smartphone, was auch gleichzeitig die Beschleunigungssensoren bereitstellt. Als Fahrzeug wird ein Pedelec (Pedal Electric Cycle) verwendet. Dies bietet eine praktische Möglichkeit das System in der Praxis zu testen und zu validieren. Eine Erweiterung des Systems auf Zweispurfahrzeuge ist jedoch ohne weiteres möglich.

Ansprechpartner: Martin Schweigler, M.Sc. RWTH


Bildquelle: Verwendetes CAD-Modell von https://grabcad.com/library/freeride-mtb-1

Ausschreibungen

Aktuelle Stellenausschreibungen können hier gefunden werden.

Aktuelle Abschlussarbeiten können hier gefunden werden.

Initiativbewerbungen für Promotionsstellen, Abschlussarbeiten oder Hiwi/Wihi-Stellen sind willkommen.

Bewerbungen sollen folgende Unterlagen beinhalten: Notenspiegel (Bachelor und eventuell Master), kurzer Lebenslauf und Zeugnisse.

Initiativbewerbungen für Promotionsstellen sollen an Dr.-Ing. Bassam Alrifaee gerichtet werden.

Initiativbewerbungen für Abschlussarbeiten oder Hiwi/Wihi-Stellen sollen an cpm-info[at]embedded[dot]rwth-aachen[dot]de gerichtet werden.

Publikationen



Publikations-Export
[KKM+19]
PDFBIB
Kloock, M., Kragl, L., Maczijewski, J., Alrifaee, B., and Kowalewski, S., "Distributed Model Predictive Pose Control of Multiple Nonholonomic Vehicles", in Proc. 2019 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) : [Proceedings] - IEEE, 2019. - ISBN 978-1-7281-0560-4 - doi:10.1109/IVS.2019.8813980, 2019, IEEE, pp. 1620-1625.

Distributed Model Predictive Pose Control of Multiple Nonholonomic Vehicles

Bibtex entry :

@inproceedings {  KKM+19,
	author = { Kloock, Maximilian and Kragl, Ludwig and Maczijewski, Janis
		and Alrifaee, Bassam and Kowalewski, Stefan },
	title = { Distributed Model Predictive Pose Control of Multiple
		Nonholonomic Vehicles },
	booktitle = { 2019 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) :
		[Proceedings] - IEEE, 2019. - ISBN 978-1-7281-0560-4 -
		doi:10.1109/IVS.2019.8813980 },
	publisher = { IEEE },
	pages = { 1620-1625 },
	year = { 2019 },
	organization = { 2019 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), Paris
		(France), 2019-06-09 - 2019-06-12 },
	doi = { 10.1109/IVS.2019.8813980 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)8 },
	reportid = { RWTH-2019-08197 },
	cin = { 122810 / 120000 },
}
[VKR+19]
PDFBIB
Völker, M., Kloock, M., Rabanus, L., Alrifaee, B., and Kowalewski, S., "Verification of Cooperative Vehicle Behavior using Temporal Logic", in Proc. IFAC-PapersOnLine, Laxenburg, 2019, vol. 52, IFAC, pp. 99-104.

Verification of Cooperative Vehicle Behavior using Temporal Logic

Bibtex entry :

@inproceedings {  VKR+19,
	author = { V{\"o}lker, Marcus and Kloock, Maximilian and Rabanus, Leon
		and Alrifaee, Bassam and Kowalewski, Stefan },
	title = { Verification of Cooperative Vehicle Behavior using Temporal
		Logic },
	booktitle = { IFAC-PapersOnLine },
	publisher = { IFAC },
	pages = { 99 - 104 },
	volume = { 52 },
	number = { 8 },
	year = { 2019 },
	address = { Laxenburg },
	issn = { 2405-8963 },
	organization = { 10th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles },
	doi = { 10.1016/j.ifacol.2019.08.055 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)16 },
	reportid = { RWTH-2019-08318 },
	cin = { 122810 / 120000 },
}
[AM18]
Alrifaee, B. and Maczijewski, J., "Real-time Trajectory optimization for Autonomous Vehicle Racing using Sequential Linearization", in Proc. 2018 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) : 26-30 June 2018 / [sponsored by the IEEE Intelligent Transportation Systems Society (ITSS)], Piscataway, NJ, 2018, IEEE.

Real-time Trajectory optimization for Autonomous Vehicle Racing using Sequential Linearization

Bibtex entry :

@inproceedings {  AM18,
	author = { Alrifaee, Bassam and Maczijewski, Janis },
	title = { Real-time Trajectory optimization for Autonomous Vehicle
		Racing using Sequential Linearization },
	booktitle = { 2018 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV) : 26-30 June
		2018 / [sponsored by the IEEE Intelligent Transportation
		Systems Society (ITSS)] },
	publisher = { IEEE },
	year = { 2018 },
	address = { Piscataway, NJ },
	organization = { 2018 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, Changshu (Peoples
		R China), 2018-06-26 - 2018-06-30 },
	doi = { 10.1109/IVS.2018.8500634 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)7 },
	reportid = { RWTH-2018-229489 },
	cin = { 122810 / 120000 },
	url = { http://publications.rwth-aachen.de/record/748563 },
}
[GSA+18]
Grochowski, M., Schweigler, M., Alrifaee, B., and Kowalewski, S., "A GPS-aided Inertial Navigation System for Vehicular Navigation using a Smartphone", IFAC-PapersOnLine, vol. 51, iss. 10, pp. 121-126, 2018

A GPS-aided Inertial Navigation System for Vehicular Navigation using a Smartphone

Bibtex entry :

@article {  GSA+18,
	author = { Grochowski, Marco and Schweigler, Martin and Alrifaee,
		Bassam and Kowalewski, Stefan },
	title = { A GPS-aided Inertial Navigation System for Vehicular
		Navigation using a Smartphone },
	journal = { IFAC-PapersOnLine },
	pages = { 121-126 },
	volume = { 51 },
	number = { 10 },
	year = { 2018 },
	address = { Laxenburg },
	issn = { 2405-8963 },
	organization = { 3rd IFAC Conference on Embedded Systems, Computational
		Intelligence and Telematics in Control, Farod (Portugal),
		2018-06-06 - 2018-06-08 },
	doi = { 10.1016/j.ifacol.2018.06.247 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)16 },
	reportid = { RWTH-2018-227583 },
	cin = { 122810 / 120000 },
	url = { http://publications.rwth-aachen.de/record/731577 },
}
[WLB+18]
Woopen, T., Lampe, B., Böddeker, T., Eckstein, L., Kampmann, A., Alrifaee, B., Kowalewski, S., Moormann, D., Stolte, T., Jatzkowski, I., Maurer, M., Möstl, M., Ernst, R., Ackermann, S., Amersbach, C., Winner, H., Püllen, D., Katzenbeisser, S., Leinen, S., Becker, M., Stiller, C., Furmans, K., Bengler, K., Diermeyer, F., Lienkamp, M., Keilhoff, D., Reuss, H., Buchholz, M., Dietmayer, K., Lategahn, H., Siepenkötter, N., Elbs, M., v. Hinüber, E., Dupuis, M., and Hecker, C., "UNICARagil - Disruptive Modular Architectures for Agile, Automated Vehicle Concepts", in Proc. { 27. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik : October 8th - 10th, 2018 - Eurogress Aachen, Aachen, 2018, Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik GbR, pp. 663-694.

UNICARagil - Disruptive Modular Architectures for Agile, Automated Vehicle Concepts

Bibtex entry :

@inproceedings {  WLB+18,
	author = { Woopen, Timo and Lampe, Bastian and B{\"o}ddeker, Torben and
		Eckstein, Lutz and Kampmann, Alexandru and Alrifaee, Bassam
		and Kowalewski, Stefan and Moormann, Dieter and Stolte,
		Torben and Jatzkowski, Inga and Maurer, Markus and
		M{\"o}stl, Mischa and Ernst, Rolf and Ackermann, Stefan and
		Amersbach, Christian and Winner, Hermann and P{\"u}llen,
		Dominik and Katzenbeisser, Stefan and Leinen, Stefan and
		Becker, Matthias and Stiller, Christoph and Furmans, Kai and
		Bengler, Klaus and Diermeyer, Frank and Lienkamp, Markus and
		Keilhoff, Dan and Reuss, Hans-Christian and Buchholz,
		Michael and Dietmayer, Klaus and Lategahn, Henning and
		Siepenk{\"o}tter, Norbert and Elbs, Martin and v.
		Hin{\"u}ber, Edgar and Dupuis, Marius and Hecker, Christian },
	title = { UNICARagil - Disruptive Modular Architectures for Agile,
		Automated Vehicle Concepts },
	booktitle = { { 27. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik :
		October 8th - 10th, 2018 - Eurogress Aachen },
	germany = { 27. Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology. - 1
		} },
	publisher = { Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik GbR },
	pages = { 663-694 },
	year = { 2018 },
	address = { Aachen },
	organization = { 27th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology
		2018, Aachen (Germany), 2018-10-08 - 2018-10-10 },
	doi = { 10.18154/RWTH-2018-229909 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)7 },
	reportid = { RWTH-2018-229909 },
	cin = { 414110 / 122810 / 415410 / 120000 },
	url = { http://publications.rwth-aachen.de/record/749158/files/749158_Liste%20der%20Partner%20.pdf },
}
[AMA17]
Alrifaee, B., Maczijewski, J., and Abel, D., "Sequential Convex Programming MPC for Dynamic Vehicle Collision Avoidance", in Proc. First Annual IEEE Conference on Control Technology and Applications : Kohala Coast, Hawai’i, August 27-30, 2017 : CCTA 2017 / IEEE, CSS, IEEE Robotics & Automation Society, SICE, Piscataway, NJ, 2017, IEEE, pp. 2202-2207.

Sequential Convex Programming MPC for Dynamic Vehicle Collision Avoidance

Bibtex entry :

@inproceedings {  AMA17,
	author = { Alrifaee, Bassam and Maczijewski, Janis and Abel, Dirk },
	title = { Sequential Convex Programming MPC for Dynamic Vehicle
		Collision Avoidance },
	booktitle = { First Annual IEEE Conference on Control Technology and
		Applications : Kohala Coast, Hawai’i, August 27-30, 2017 :
		CCTA 2017 / IEEE, CSS, IEEE Robotics & Automation Society,
		SICE },
	publisher = { IEEE },
	pages = { 2202-2207 },
	year = { 2017 },
	address = { Piscataway, NJ },
	organization = { 2017 IEEE Conference on Control Technology and Applications,
		Mauna Lani, HI (USA), 2017-08-27 - 2017-08-30 },
	doi = { 10.1109/CCTA.2017.8062778 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)7 },
	reportid = { RWTH-2017-09124 },
	cin = { 122810 / 416610 / 120000 },
	url = { http://publications.rwth-aachen.de/record/707229 },
}
[AA16]
Alrifaee, B. and Abel, D., "Non-convex MPC for Vehicle Collision Avoidance", in Proc. European Conference on Computational Optimization (EUCCO), 2016.

Non-convex MPC for Vehicle Collision Avoidance

Bibtex entry :

@inproceedings {  AA16,
	author = { Alrifaee, Bassam and Abel, Dirk },
	title = { Non-convex MPC for Vehicle Collision Avoidance },
	booktitle = { European Conference on Computational Optimization (EUCCO) },
	year = { 2016 },
	organization = { European Conference on Computational Optimization, Leuven
		(Belgium), 2016-09-12 - 2016-09-14 },
	typ = { PUB:(DE-HGF)8 },
	reportid = { RWTH-CONV-213287 },
	cin = { 416610 / 122810 / 120000 },
	url = { http://publications.rwth-aachen.de/record/689048 },
}

RWTH Aachen - Lehrstuhl Informatik 11 - Ahornstr. 55 - 52074 Aachen - Deutschland