TechnikAutonomes Fahren

Der Chauffeur aus Silizium und Software

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Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

In Amerika lässt Google Roboterautos selbstgesteuert herumfahren – eine schlagzeilenträchtige Angelegenheit. Nur Google, nur in Amerika? Auch in Europa sind Roboterhände dabei, nach Lenkrad und Gaspedal zu greifen. Die Technik dazu ist schon überraschend weit gediehen.

15. August 2013

Auf schwäbischen Autobahnen können Autofahrer in diesen Tagen Zeugen eines gespenstisch anmutenden Szenarios werden: Sie beobachten möglicherweise Fahrzeuge, die völlig autonom durch das Verkehrsgeschehen lenken. Leicht zu identifizieren sind sie freilich nicht, denn auf dem vorderen linken Sitz hat ein Mensch Platz genommen, der zudem wahrscheinlich seine Hände meist am Lenkrad hat. Dennoch: Diese Fahrzeuge fahren selbsttätig – und das auf öffentlichen Schnellstraßen im üblichen Verkehr und mit Autobahn adäquaten Geschwindigkeiten. Der Fahrer überwacht lediglich das System, muss allerdings in der Lage sein, jederzeit selbst wieder das Kommando zu übernehmen.

Wer ein solches Auto im Autopilot-Modus erblickt, sieht wahrscheinlich ein Testfahrzeug der Firma Bosch. Das Technologieunternehmen aus Reutlingen erprobt derzeit selbsttätig lenkende und fahrende Autos gezielt in alltäglichen Fahrsituationen, um Erfahrungen zu sammeln und die Technik weiter zu verfeinern. Zuvor hat der TÜV das Sicherheitskonzept der Schwaben sorgfältig unter die Lupe genommen und für gut befunden.

Keine Fußgänger – Gott sei Dank

Für seine ersten Gehversuche mit Automatikfahrzeugen hat Bosch Autobahnen und Schnellstraßen ausgewählt. Hier, so Bosch, sei die Fahrsituation am einfachsten zu beherrschen, weil es kaum Quer- noch Gegenverkehr gibt. Auch Fußgänger seien in dieser Umgebung in aller Regel nicht unterwegs. Allesamt Faktoren, welche die Automatik zurzeit möglicherweise noch aus der Fassung bringen könnten.

Der schwedische Fahrzeughersteller Volvo hat bereits vor einem Jahr im Rahmen des Projekts „Sartre“ das automatische Fahren auf Autobahnen getestet. Allerdings ging es dabei um das Fahren im Verbund mit einem „Führungsfahrzeug“. Die TU Braunschweig ließ bereits vor nunmehr fast drei Jahren ein Versuchsfahrzeug mit Roboter-Chauffeur seine Runden ziehen – und zwar im dichten Braunschweiger Stadtverkehr.

Das alles zeigt: Die Technik für das automatisierte Fahren ist weitgehend vorhanden. Gefeilt wird noch an den Feinheiten. Zudem müssen die Juristen erst noch mit der neuen Situation klarkommen, denn noch verlangt das geltende Recht, dass der Fahrer jederzeit eingreifen kann. Bis es so weit ist, wird die Autoindustrie in den kommenden Jahren nicht den großen Durchbruch wagen – aber immer raffiniertere Fahrerassistenzsysteme auf den Markt bringen, die das autofahrerische Publikum peu á peu mit dem Chauffeur aus Silizium und Software vertraut machen.

Ja, wo fahren Sie denn?

Eine wichtige theoretische Voraussetzung für die dosierte Einführung des automatischen Fahrens schuf ausgerechnet eine Behörde, nämlich die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt). Es veröffentlichte Anfang vergangenen Jahres eine Studie, die die Stufen automatisierten Fahrens auf technischer Ebene charakterisiert und die jeweiligen Anforderungen an die Wachsamkeit des Fahrers beschreibt. Diese Studie hat in den Entwicklungsabteilungen der Autoindustrie große Akzeptanz gefunden, denn sie gibt der Autoindustrie eine begriffliche Grundlage an die Hand, mit deren Hilfe sich eine Roadmap aufbauen lässt.

Die vier Stufen des automatisierten Fahrens gemäß BASt-Definition sind: assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes und vollautomatisiertes Fahren.

Assistiertes Fahren findet sich beispielsweise in der Erscheinungsform des Adaptive Cruise Control – einer Regelung, die heute schon verfügbar ist, sich allerdings nur auf die Längsachse des Fahrzeugs bezieht. Teilautomatisiertes Fahren ist mit dem Stau-Assistenten verbunden, der sowohl die Geschwindigkeit als auch die Lenkung übernimmt. Von hochautomatisiertem Fahren sprechen die Experten dann, wenn das Auto bei „normalen“ Geschwindigkeiten die Längs- und Quersteuerung übernimmt, der Fahrer aber nicht – wie bei den beiden vorherigen Stufen – jederzeit sofort bereit sein muss, das Steuer wieder in die eigene Hand zu nehmen. Die Betonung liegt auf „sofort“, denn auch hier darf der Fahrer nicht etwa ein Nickerchen machen, sondern muss innerhalb einer gewissen Zeitreserve auf eine entsprechende Anforderung des Systems reagieren.

Elektronischer Chauffeur, bitte übernehmen Sie!

Die höchste Stufe wird als „hochautomatisiert“ bezeichnet. Hier muss der Fahrer nicht ständig auf der Lauer liegen, sondern kann sich getrost auch ganz anderen Dingen widmen. Reagiert der Fahrer nicht auf eine Übernahmeanforderung, so fährt der elektronische Chauffeur rechts ran und hält an. Das alles setzt voraus, dass die Automatik ihre eigenen Systemgrenzen erkennt und adäquat reagiert. Stößt das System an seine Grenzen, etwa weil die Sensoren widersprüchliche Informationen liefern, so muss der Mensch wieder ran.

In der Sensorik und der Auswertung der Sensordaten liegen denn auch zum gegenwärtigen Zeitpunkt die größten Herausforderungen. Grundsätzlich besteht ein automatischer Chauffeur aus drei Funktionsblöcken: der Sensorik, der Algorithmik und der Aktorik. Die letztere ist heute bereits vollständig implementiert: Schon seit Langem haben die Konstrukteure den Bowden-Zug des Gaspedals durch einen elektronischen Geber ersetzt. Die Bremse wird nicht nur per Tritt auf das Pedal und den damit verbundenen Druckaufbau im Hydrauliksystem betätigt, sondern elektrisch: Systeme wie ABS und ESP üben ihren Einfluss mittels elektrisch gesteuerter Ventile aus. Und seit elektrische Servolenkungen statt hydraulischer en vogue sind, besitzt die Elektronik auch einen direkten Zugang zur Querlenkung.

Autonomes Fahren in Salamitaktik

Die Sensorik besteht aus einem umfangreichen Instrumentarium. Da werden Raddrehzahlen und -differenzen gemessen, Gyros ermitteln Längs- und Querbeschleunigungen sowie Rotationsbewegungen des Autos um seine eigene Achse. Für das automatische Fahren ist es zudem essentiell, dass den Steuercomputern ein Rundum-Abbild des Umfelds vorliegt. Dieses 360°-Lagebild liefern Radarsensoren und Kameras. In der Regel peilt mindestens je ein Radarsensor nach vorne und nach hinten die Lage, oft sind es auch mehr. Dazu kommen weitere Radars für die Überwachung der Seiten und des toten Winkels. Zusammen mit Stereo-Kameras liefern sie die Daten, aus denen der Computer ein 3D-Modell der Umgebung erzeugt. Mustererkennungs-Algorithmen identifizieren die Objekte innerhalb dieses 3D-Modells und erkennen Verkehrsschilder, Fahrbahnmarkierungen und Fahrzeuge im toten Winkel.

Scheibchenweise führt die Autoindustrie Features ein, die die Technik immer ein Stückchen weiter in Richtung automatisches Fahren bringen. Den aktuellen Stand der Entwicklung markiert der Stauassistent, der beispielsweise für die neue S-Klasse von Mercedes erhältlich ist. Er bewegt das Auto nicht nur automatisch weiter, wenn sich die Kolonne ein Stück vorwärtsschiebt, sondern lenkt auch mit, wenn die Straße eine Biegung macht.

Der nächste Schritt auf der Straße in Richtung automatisches Fahren könnte etwa in einem Baustellenassistenten bestehen, der bei mittleren Geschwindigkeiten nicht nur den Abstand zum Vordermann ausregelt, sondern auch den zum Nebenmann, und das auch dann, wenn die Fahrspuren gelegentlich verschwenkt sind und die Fahrbahnmarkierungen eine gewisse Interpretationskunst voraussetzen. Voraussichtliches Einführungsdatum: spätestens 2016.

Keiner lehnt sich weit aus dem Fenster

Mit einem Einführungsszenario für die Vollautomatik mag sich momentan aber niemand aus dem Fenster lehnen. Zu viele Detailprobleme gibt es noch zu lösen. Und auch die Juristen müssen sich des Themas annehmen und klären, unter welchen Bedingungen welche Stufe des automatisierten Fahrens zulässig ist. Immerhin hat der Zulieferer Continental schon mal das Jahr 2025 in die Diskussion geworfen: Bis dahin, glaubt das Unternehmen, wird es technisch möglich sein, in Serienfahrzeugen dem elektronischen Chauffeur das Führen des Autos in den meisten Umgebungen anzuvertrauen. Vorausgesetzt natürlich, die Juristen haben bis dahin ihre Hausaufgaben gemacht und klare Haftungsregeln aufgestellt.