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Überblick: Die wichtigsten Infos zum autonomen Fahren

Autor / Redakteur: Gerald Scheffels / Svenja Gelowicz

Wie funktioniert autonomes Fahren und wo steht die Entwicklung der Technik? »kfz-betrieb« gibt einen Überblick über die fünf Level der Automatisierung sowie Rahmenbedingungen und Marktprognosen für die Technologie.

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Autonomes Fahren soll die Mobilität grundlegend verändern und ist eines der großen Zukunftsthemen.
Autonomes Fahren soll die Mobilität grundlegend verändern und ist eines der großen Zukunftsthemen.
(Bild: Navya)

Autonomes Fahren (englisch: autonomous driving) bezeichnet laut einer Definition vollständig automatisiertes Fahren eines Fahrzeugs ohne Fahrer. Der Weg dorthin wird als automatisiertes Fahren beschrieben, bei dem verschiedene Assistenzfunktionen schrittweise Motor (Beschleunigung), Bremse und Lenkung steuern bzw. in diese Systeme eingreifen. Dieser Beitrag behandelt sowohl das autonome als auch das automatisierte Fahren.

Das autonome Fahren ist eines der vier „Megathemen“ der Automobilindustrie – die anderen drei sind Elektromobilität, Sharing Economy und Konnektivität. Das Fahren ohne Fahrer wird das Auto und auch die Automobilindustrie gravierend verändern, ebenso die Funktion des Autos. Die meisten Autohersteller sind in diesem Bereich sehr aktiv, ebenso die Automobilzulieferer. Außerdem treten neue Marktteilnehmer wie Sensor- und Halbleiterhersteller sowie Mobilfunknetzbetreiber in Wettbewerb zu den etablierten Unternehmen der Automobilindustrie.

Untergliederung in fünf Stufen

Die SAE (Society of Automotive Engineers) hat fünf Stufen (Levels) des automatisierten bzw. autonomen Fahrens definiert. Diese Einteilung hat sich weltweit in der Automobilindustrie durchgesetzt.

  • Stufe 0: Keine Automation. Der Fahrer lenkt, beschleunigt und bremst selbst.
  • Stufe 1: Das Auto verfügt über einzelne unterstützende Systeme wie Antiblockiersystem (ABS) oder Elektronisches Stabilitätsprogramm (EPS), die selbsttätig eingreifen.
  • Stufe 2: Automatisierte Systeme übernehmen Teilaufgaben (z. B. adaptive Geschwindigkeitsregelung, Spurwechselassistent, automatische Notbremsung). Der Fahrer behält aber die Hoheit über das Fahrzeug und die Verantwortung.
  • Stufe 3: Das Auto kann streckenweise selbsttätig beschleunigen, bremsen und lenken (bedingte Automation). Bei Bedarf fordert das System den Fahrer auf, die Kontrolle zu übernehmen.
  • Stufe 4: Im Normalbetrieb kann das Fahrzeug vollständig autonom fahren. Der Fahrer hat aber die Möglichkeit, einzugreifen und das System zu „überstimmen“.
  • Stufe 5: Vollautomatisierter, autonomer Betrieb des Fahrzeugs ohne die Möglichkeit (und Notwendigkeit) des Eingreifens durch den Fahrer.

In diesem Video erklärt Miklos Kiss, Leiter Vorentwicklung Fahrerassistenz bei Audi, die fünf Stufen des automatisierten Fahrens.

Erstes fahrerloses Testfahrzeug 1968

1968 stellte der Automobilzulieferer Continental der Presse ein Testfahrzeug auf Basis eines Mercedes 250 (W119) vor, das fahrerlos auf dem „Contidrom“-Rundkurs in der Lüneburger Heide fuhr. Die Spurführung erfolgte über einen Leitdraht; Sensoren unterstützten die Navigation. Das Fahrzeug wurde entwickelt, um Reifen unter reproduzierbaren Bedingungen zu testen.

Wesentlich gefördert wurde die Entwicklung autonomer Fahrzeuge ab 2004 durch die DARPA-Challenge, einem vom US-amerikanischen Verteidigungsministerium veranstalteten Wettbewerb für unbemannte Landfahrzeuge.

Bildergalerie

Nutzfahrzeughersteller setzen die Systeme des autonomen Fahrens ein, um mehrere Lkw über eine „elektronische Deichsel“ zu koppeln. Der erste Lkw wird von einem Fahrer (ggfs. teilautonom) gesteuert, nachfolgende Lkw fahren synchron zum ersten Fahrzeug und folgen in definiertem Abstand. Diese Technologie wird als „Platooning“ bezeichnet.

Technologie: verschiedene Sensorsysteme nötig

Das autonome Fahren setzt verschiedene Arten von Assistenzfunktionen voraus, die in den höheren Ausbaustufen des Gesamtsystems zusammenwirken. Beispiele sind Brems-, Stau-, Spurhalte-, Abbiege- und Einparkassistent sowie adaptive Geschwindigkeitsregelung. Hinzu kommen unterschiedliche Sensorsysteme.

Autonome Fahrzeuge müssen mit Systemen für die Umfelderkennung ausgestattet sein. Zu diesen passiven Systemen gehören neben Kameras auch Laser-, Ultraschall-, Radar- und/oder Lidarsensoren für die Abstandsmessung und für die Verarbeitung weiterer Informationen aus der Umgebung des Fahrzeugs.

Autonomes Fahren benötigt verschiedene Sensorgruppen: Laser-, Ultraschall-, Radar-, Infrarot oder Lidarsensoren.
Autonomes Fahren benötigt verschiedene Sensorgruppen: Laser-, Ultraschall-, Radar-, Infrarot oder Lidarsensoren.
(Bild: Continental)

Ein Beispiel: Der Staupilot im Audi A8 – nach Angaben des Herstellers die erste echte Fahrfunktion gemäß Level 3 – ist mit 24 verschiedenen Sensorsystemen ausgestattet, darunter fünf Radarsensoren und sechs Kameras.

Auf der aktiven Ebene muss die Möglichkeit der elektronischen Ansteuerung von Motor, Bremse und Lenkung gegeben sein. Dritte Voraussetzung ist die steuerungstechnische Verknüpfung aller aktiven und passiven Systeme unter Wahrung der erforderlichen Sicherheit (siehe Absatz zu IT-Security) und sehr kurzer Reaktionszeiten.

Erforderliche Technologien außerhalb des Fahrzeugs

Die höheren Ausbaustufen des automatisierten Fahrens lassen sich nur dann mit rein fahrzeuginterner Sensorik und Elektronik zuverlässig realisieren, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind (kein Quer- und Kreuzungsverkehr, keine Fußgänger). Ziel ist aber das fahrerlose Fahren auf möglichst großen Strecken und in der Stadt. Deshalb sind die Technologien für das autonome Fahren eng verbunden mit dem Trend der Konnektivität.

Autonomes Fahren benötigt den neuen Mobilfunkstandard 5G.
Autonomes Fahren benötigt den neuen Mobilfunkstandard 5G.
(Bild: Continental)

Einige Beispiele:

  • Fahrzeuge, die auf eine Kreuzung zufahren, tauschen Signale aus und treffen zum Beispiel Regelungen zur Vorfahrt (Car-to-Car-Kommunikation).
  • Fahrzeuge können nachfolgende oder entgegenkommende Autos selbsttätig vor Gefahrensituationen warnen und bei ihnen zum Beispiel Notbremsungen auslösen.
  • Mobilfunknetze überwachen den Kreuzungsverkehr oder den Verkehr in ganzen Quartieren (Car-to-X-Kommunikation).
  • Auch Parkhäuser, Verkehrszeichen, Ampelanlagen etc. werden in die Kommunikation einbezogen.

Um autonom fahren zu können, braucht der Computer auch Infos über Baustellen oder Ampelanlagen.
Um autonom fahren zu können, braucht der Computer auch Infos über Baustellen oder Ampelanlagen.
(Bild: Continental)

Vor diesem Hintergrund hat der Ausbau der Mobilfunknetze (5G) große Bedeutung für die praktische Nutzung des autonomen Fahrens. Zudem muss eine Kommunikations-Infrastruktur auf Cloud-Basis aufgebaut werden.

Auswirkungen auf das Fahrzeugdesign

Autonome Fahrzeuge des Levels 4 benötigen nur noch zeitweise und auf Anforderung die Aufmerksamkeit des Fahrers. Auf Level 5 gibt es keinen Fahrer mehr, sondern nur noch Passagiere. Das wird – wie zahlreiche Fahrzeugstudien zeigen – ganz erhebliche Auswirkungen auf das Design des Interieurs haben.

Einige Beispiele: Die Instrumententafel mit Lenkrad lässt sich wegklappen. „echte“ autonome Fahrzeuge (Level 5) kommen gänzlich ohne Lenkrad aus. Der Fahrersitz lässt sich zum mobilen Arbeitsplatz umrüsten, oder alle Passagiere sitzen einander zugewandt. Für Langstreckenfahrten z. B. zum Urlaubsort werden die Sitze zu komfortablen Schlafmöglichkeiten.

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