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Grundlagen des Autonomen Fahrens – Teil 2

| Autor/ Redakteur: Mark Patrick / Benjamin Kirchbeck

Wie sollen wir uns angesichts wachsender Bevölkerungszahlen, überfüllter Städte und überlasteter Straßennetze auch künftig sicher fortbewegen? Ein Ansatz ist die Künstliche Intelligenz – nicht zuletzt deshalb, da Menschen bisher den Großteil aller Straßenunfälle verursachen. Nachdem im ersten Teil der sechsteiligen Reihe gezeigt wurde, wie Autonomes Fahren die Automobilbranche verändert, wird nun der technologische Fortschritt näher beleuchtet.

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(Bild: Mouser)

Stellen Sie sich vor, Sie können ein selbstfahrendes Auto einfach per Smartphone-App rufen, werden zuhause abgeholt, steigen ein und lassen sich bequem zum Zielort transportieren. Noch ist der Weg zu dieser Wunschvorstellung allerdings steinig: Die Sensormechanismen, Software und Verbindungstechnik, die ein vollständig autonomes Fahrzeug benötigt, sind hochkomplex, kostspielig und noch nicht einmal komplett definiert.

Auch wenn noch einige technische Herausforderungen bevorstehen, wurden die unterschiedlichen Automatisierungsgrade von Fahrzeugen bereits definiert. 2014 nahm der US-Verband für Automobilingenieure SAE eine Klassifizierung autonomer Fahrzeugtechnologie vor. Die Ergebnisse wurden in der Norm „Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems J0316“ festgehalten. Zu Beginn dieses Jahres wurde der Standard aktualisiert, um neueste Entwicklungen zu berücksichtigen.

Die Grenzen verschwimmen

Die ersten zwei Stufen autonomer Funktionalität sind bereits seit längerer Zeit marktgängig. Stufe 0 der SAE-Klassifizierung ist leicht erklärt: Hier beherrscht der Fahrer durchgehend sein Fahrzeug und wird in keiner Weise von Assistenzsystemen unterstützt. Er lenkt, beschleunigt und bremst selbst, behält den Verkehr ständig im Blick und bewältigt dynamische Verkehrssituationen (z. B. Spurwechsel oder Überholvorgang).

Stufe 1 ging mit der Einführung limitierter Fahrerassistenzsysteme einher. Die Verantwortung liegt weiterhin beim Fahrer. Der automatische Abstandsregeltempomat (ACC, Adaptive Cruise Control) und der Spurhalteassistent (LKAS, Lane Keeping Assistant System) sind zwar nützliche Hilfen, dennoch verbleibt das Steuer in der Hand des Fahrers – er muss den Verkehr jederzeit im Blick behalten und auf Änderungen der Verkehrslage (z. B. Tempolimits oder Straßenbedingungen) und auftretende Gefahren reagieren.

Im Anschluss an Stufe 1 weichen die Definitionen der Hersteller teils voneinander ab. Tesla, einer der am meisten gehypten Fahrzeugentwickler, behauptet, dass seine Autopilot-Technologie bereits in der Gegenwart Autonomes Fahren ermöglicht. Das Unternehmen führt zahlreiche Beispiele an, bei denen Fahrer während einer Fahrsituation weder zum Lenkrad greifen noch Gas- oder Bremspedal betätigen mussten. Ingenieure, die autonome Fahrttechnologien bei anderen Herstellern entwickeln, ordnen Teslas Technologie jedoch eher zwischen Stufe 2 und 3 ein.

In echten Stufe-2-Systemen wird sogenanntes teilautomatisiertes Fahren durch das Zusammenspiel verschiedener Einzelsysteme (darunter auch einige der oben genannten wie der Abstandsregeltempomat oder Spurhalteassistent) ermöglicht. Diese unterstützen den Fahrer beim Lenken, Beschleunigen und Bremsen. Der Fahrer muss aber stets wachsam bleiben und den Verkehr beobachten. Auch dynamische Verkehrssituationen muss er selbstständig bewältigen und deshalb seine Hand stets am Steuer lassen.

Erst mit Stufe 3, die mit konditionaler Automatisierung einhergeht, übernehmen Fahrzeuge die Überwachung des Verkehrs, und die Wageninsassen können sich ein wenig zurücklehnen. Bei dieser Stufe können Fahrzeugsysteme wie ein Stauassistent auf Kontextdaten zugreifen und den Wagen ohne Zutun des Fahrer steuern. Ein derart hochautomatisiertes Auto kann beispielsweise auf der Autobahn bestimmte Fahraufgaben ohne menschlichen Eingriff bewältigen. Der Fahrer muss jedoch jederzeit bereit sein, das Steuer wieder zu übernehmen, wenn das System ein Problem erkennt und mit der Verkehrssituation überfordert ist.

Die Autonomisierung schreitet voran

Richtig interessant wird es ab Stufe 4: Pedale und Lenkrad werden nur noch in Ausnahmefällen benötigt, und der Fahrer kann die Fahrzeugführung komplett abgeben. Der Wagen bewältigt Fahrten auf bestimmten Strecken völlig selbstständig, überwacht den Verkehr und erkennt seine Grenzen rechtzeitig genug, um regelkonform einen sicheren Zustand zu erreichen (etwa das Ansteuern eines Parkplatzes).

Das ultimative Ziel autonomer Fahrzeugtechnologie – Stufe 5 – ist ein Auto, das in der Lage ist, jede Verkehrssituation eigenständig zu bewältigen. Die beteiligten Bordsysteme übernehmen Lenk-, Beschleunigungs- und Bremsvorgänge, überwachen den Verkehr und meistern alle dynamischen Fahraufgaben ohne menschlichen Eingriff unter Berücksichtigung der Umgebungs- und Straßenverhältnisse.

Die finalen zwei Stufen autonomer Fahrzeugtechnologie lassen sich nur mithilfe einer umfangreichen Sensorausstattung realisieren. Allein auf diese Weise kann die gesamte Fahrzeugumgebung auch tatsächlich erfasst und ausgewertet werden. Der Wechsel von Stufe 4 auf Stufe 5 erfordert ein neues technologisches Gerüst mit ultraschneller Drahtloskommunikation. Dafür werden Netzwerke der nächsten Generation benötigt, die Daten von anderen Fahrzeugen, der Straßeninfrastruktur (smarte Ampeln, Kameratechnik usw.) sowie von hochauflösenden Karten mit extrem niedriger Latenz übermitteln.

Die Klassifizierung der Stufen auf dem Weg zum autonomen Fahrzeug zeigen, wo wir stehen und was uns in Zukunft noch erwartet. Die genaue Beschreibung der noch bevorstehenden Stufen wird sicherlich noch einmal überarbeitet und an neue Software-/Hardware-Entwicklungen angepasst. Gleichzeitig ist noch relativ unklar, an welchem Punkt in der Zukunft wahre Autonomie erreicht werden wird. Das Konzept des autonomen Fahrzeugs sollte als fließend wahrgenommen werden, es wächst und verändert sich – genau wie die Technologie, auf der es basiert.

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