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Autonomes Fahren

Connected Car und autonome Fahrzeuge: Die Zukunft des Fahrens?


autonom ohne aktives Steuern im Auto fahren

Seit gut 100 Jahren Automobilgeschichte werden Fahrzeuge von Menschen gelenkt. Beim autonomen Fahren übernimmt erstmals die Technik die Steuerung des Autos. Hierbei sitzt dann aber kein Roboter hinter dem Lenkrad, wie in dem einen oder anderen Science-Fiction-Film früherer Tage zu sehen ist. Sondern der Fahrersitz wird quasi zum Mitfahrersitz.

Die Technik ist also direkt im Auto verbaut, welches mit verschiedenen Sensoren und KI allerhand Daten sammelt und analysiert. Wie z.B. die eigene Position und natürlich die komplette Umgebung. Hieraus berechnen dann die Computer an Bord in Millisekunden die nächsten Schritte. Zu den üblichen Sensoren zählen unter anderem Lidar (Laserradar) und konventionelles Radar für die Abmessung von Entfernungen sowie Geschwindigkeitsermittlung. Hinzu kommen Ultraschall zur Erkennung des Nahbereichs, Kameras in alle Fahrzeugrichtungen für die Klassifizierung von Objekten, sowie Ortung und Kartendaten für die Bestimmung der eigenen Position. Kombiniert wird das Ganze mit einer intelligenten Vorausschau und Planung der Fahrt.

Die fünf Level des automatisierten Fahrens

Das automatisierte bzw. autonome Fahren wird in 5 verschiedene Stufen, welche das Maß der Autonomie beziffern, unterteilt. Bei der ersten Stufe unterstützen einzelne Assistenzsysteme den Fahrer. Dies ist heute selbst bei Fahrzeugen der Mittel- oder gar Kleinwagenklasse bereits mehr oder weniger üblich. Etwa in Form des Tempomats oder automatischen Spurhalteassistenten und Verkehrsschildererkennung.

Die zweite Stufe repräsentiert teilautomatisiertes Fahren, bei der ein Pkw manche Aufgaben im Verkehr zeitweilig eigenständig ausführen kann, z. B. auf der Autobahn dem fließenden Verkehr folgen. Auch eine Überholfunktion oder automatisches Einparken zählt noch in diese Stufe. Die bereits erhältlichen Fahrzeuge mit teilautonomen Fahrfunktionen, z. B. aktuelle Tesla-‭ ‬oder Cadillac-Modelle‭ (‬Super Cruise‭), sind mit Fahrerassistenzsystem der Stufe zwei plus ausgestattet. Dies reicht eben nur für das autonome Fahren auf festgelegten Highways.‬‬‬

Bei der dritten Stufe kann das Fahrzeug in vom Hersteller vorgegebenen Anwendungsfällen selbstständig fahren, sodass sich der Fahrer vorübergehend von Fahraufgabe und Verkehr abwenden darf, aber jederzeit eingriffsbereit sein muss.

Erst Level 4 steht für vollautomatisierte Navigation, bei der der Insasse zum Passagier wird und das Auto selbstständig Fahrten auf bestimmten Strecken (z.B. der Autobahn oder in einem Parkhaus) übernehmen kann. Es könnte dann prinzipiell auch ohne Insassen fahren. Hierbei muss das System seine Grenzen rechtzeitig erkennen, dass es sein Ziel regelkonform und in sicherem Zustand erreichen kann.

Die fünfte und höchste Stufe ist das komplett autonome Fahren. Hierbei werden alle Mitfahrer zu Passagieren ohne Fahraufgaben und es sind auch eigenständige Fahrten komplett ohne Insassen möglich. Das bedeutet, dass die Technik alle Herausforderungen im Straßenverkehr selbstständig richtig lösen können muss. Hierzu zählen auch komplexe Situationen wie das Queren einer Kreuzung, das Durchfahren eines Kreisverkehrs oder das richtige Verhalten an einem Zebrastreifen.

Was sind Connected Cars?

Connected Cars bzw. vernetzte Autos sind über das Mobilfunknetz verbunden. Dies weist verschiedene Vorteile auf. Naheliegend ist die Übertragung von Daten. So können z.B. Mitfahrer über das Auto-eigene WLAN im Internet surfen sowie Informationen senden und empfangen.

Connected Car von BMW

Aber auch das Auto selbst ist vernetzt und empfängt etwa aktuelle Informationen zur Verkehrslage, um bei der Navigation Staus und Sperrungen zu berücksichtigen. Im Falle von Google Maps wird sogar die komplette Navigation online übertragen. Dies ist heute bereits bei vielen Fahrzeugen üblich, wobei teils noch ein Smartphone als Vernetzung dient. Bei einem Connected Car entfällt das Smartphone als nötiges Modem, sondern das Auto verbindet sich eigenständig mit eigener SIM.

Jedoch nicht nur mit in der Ferne stehenden Servern können Connected Cards kommunizieren. Auch mit ihrer direkten Umwelt ist eine Vernetzung möglich. Dies ist elementarer Bestandteil autonomen Fahrens, um Daten von umliegenden Fahrzeugen zu erhalten und in die eigenen Berechnungen mit einzubeziehen. So können vorausfahrende Autos die nachfolgenden Fahrzeuge z. B. bei einem Unfall oder einem Hindernis automatisch warnen, sodass diese schon einmal eine vorausschauende Bremsung oder Ausweichmanöver einleiten. Denn die Sensoren eines Autos können den Raum vor dem vorausfahrenden Fahrzeug nur schwer erfassen, während der Mensch mittels "vorausschauendes Fahren" über einen erweiterten Wahrnehmungshorizont verfügt. Zumindest geübte Fahrer...

Wer forscht in diesem Bereich?

Da es sich von vernetzten und selbstfahrenden Autos um eine wesentliche Zukunftstechnologie handelt, sind alle großen Hersteller als auch große wie kleine Zulieferer in diesem Bereich tätig. Einige stellen eigene Forschungen und Entwicklungsarbeiten an, andere haben sich zu Verbänden zusammengeschlossen und versuchen das Thema gemeinsam weiterzuentwickeln.

Das Ergebnis der Forschung sind zahlreiche Testfahrzeuge mit allerhand neuen Assistenzsystemen, die meist auf abgesperrten Testgeländen, teilweise aber auch schon auf öffentlichen Straßen ihre Testrunden drehen. In einigen Städten wie Tokio,‭ ‬ Los Angeles, München oder Singapur sind sie auch schon im besonders herausfordernden Stadtverkehr unterwegs.‬

Einer der führenden Zusammenschlüsse ist das Forschungsprojekt 5G Netmobil. An diesem sind insgesamt 16 Partner beteiligt. Darunter Größen wie BMW und Volkswagen, die Deutsche Telekom und Vodafone, Ericsson & Nokia sowie diverse technische Institute und Hochschulen. Im Mai 2020 hat 5G Netmobil den aktuellen Stand der Forschung bekanntgegeben.‬

Insgesamt konzentriert sich der Verbund auf fünf verschiedene Themengebiete. Beim ersten Bereich handelt es sich um das High-Density-Platooning. Dieses kommt vor allem Nutzfahrzeugen zugute. Sie können bei dieser Technik mit Fahrzeugabständen von weniger als zehn Metern in Kolonne fahren. So ist eine sichere Fahrt über Autobahnen ohne einen agierenden Fahrer möglich. Bremst das vordere Fahrzeug einer Kolonne ab, werden auch die nachfolgenden Lkw automatisch eingebremst. Ebenfalls zum Einsatz kommen kann das Platoonning in paralleler Form bei Erntemaschinen auf Feldern.‬

Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld repräsentiert die Verbesserung der Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer. Unter anderem arbeitet 5G Netmobil hier an einem Kreuzungsassistent zum Schutz von Fußgängern und Fahrradfahrern durch eine infrastrukturseitige Erfassung. So sollen z. B. Fußgänger an unübersichtlichen Kreuzungen geschützt werden. Auch eine intelligente Verkehrssteuerung, um Fahrzeuge auf einer grünen Welle ohne ständiges Starten und Stoppen durch Städte "schwimmen" zu lassen, ist eines der Forschungsfelder. Zudem befasst sich der Zusammenschluss führender Unternehmen mit den Anforderungen für das Mobilfunknetz der 5. Generation, kurz 5G.

All diese Punkte machen aber nur einen kleinen Teilbereich der Herausforderungen aus, welche beim führerlosen Fahren künftig auf die Hersteller zukommen. Es zeigt, wie komplex das Thema und die Anforderungen sind.

Zudem arbeiten noch viele weitere Forschungsgruppen in den Themenbereichen autonomes Fahren und Connected Cars, darunter die Forschungsgruppe Verkehrstelematik oder das Kompetenzzentrum Autonomes Fahren. Auch die deutsche Bundesregierung unterstützt den Forschungsbereich durch verschiedene Ressorts (BMWi, BMVI und BMBF). Die 5G Automotive Association (5GAA) schafft branchenweit verbindliche Standards für 5G und das autonome Fahren. Eines der weltweit aktuell führenden Unternehmen ist Waymo, das zum Imperium von Google zählt.‬

Die Bedeutung von 5G im Bereich vernetzte und autonome Mobilität

Zu den großen Vorteilen von 5G zählen die hohen Übertragungsgeschwindigkeiten im Down- und Uplink sowie die minimale Latenz. Beide sorgen für eine schnelle und verzögerungsfreie Übertragung auch größerer Datenmengen. Hier ist 5G den Vorgängerstandards LTE und 3G meilenweit überlegen.

Diese Überlegenheit eröffnet viele neue Möglichkeiten. Das autonome Fahren und vernetzte Fahrzeuge sind wesentliche Zweige, welche heute und in Zukunft von 5G profitieren. Denn gerade im Straßenverkehr sind Verzögerungen häufig entscheidend über Leben oder Tod. 5G bringt diese Latenz bei der Datenübertragung zwischen verschiedenen Fahrzeugen oder der Infrastruktur auf ein Minimum herunter. Die Werte liegen im Idealfall deutlich unter denen der menschlichen Reaktionszeit.

5G ist dank ultrakurzer Latenzzeiten (uRLLC) ideal für die Kommunikation und Steuerung selbstfahrender Autos.

Die Performancevorteile von 5G kommen also vernetzten sowie autonom fahrenden Fahrzeugen enorm zugute. Denn hier fallen gigantische Mengen an Daten an, gerade in viel befahrenen Umgebungen wie der Stadt. Diese müssen alle verlässlich und zuverlässig untereinander ausgetauscht sowie an die richtigen Adressaten übermittelt werden. Genau dies kann 5G unter anderem durch Network Slicing erstmals besser als andere Mobilfunkstandards. Hierbei werden bestimmten Aufgabenbereichen Ressourcen durch eine garantierte Übertragungsqualität mit fest definierten Bandbreiten und Übertragungszeiten zugesichert.

Illustration: Auto fährt selbst, Fahrer als Passagier

Einsatzgebiete von 5G im Bereich vernetzte und autonome Mobilität

Wie wir gesehen haben, ist 5G also ein wichtiger Baustein für vernetzte Fahrzeuge und letztendlich das autonome Fahren an sich. Der Mobilfunkstandard kann bei allen drei relevanten Bereichen seine Dienste erbringen und Vorteile ausspielen. Im Einzelnen handelt es sich hierbei um:

Die direkte Vehicle-to-Vehicle-Kommunikation (V2V, also von Fahrzeug zu Fahrzeug), die Vehicle-to-Infrastructure-Kommunikation (V2I, also zwischen Fahrzeug und der umgebenden Infrastruktur) sowie um Vehicle-to-Network-Kommunikation (V2N, also zwischen dem Fahrzeug und entfernten Servern).

Zunächst wird 5G in abgesperrten Bereichen, wie auf Werksgeländen, seinen Durchbruch im Bereich des autonomen Fahrens feiern. Hier kann die Vernetzung von Lieferfahrzeugen unter deutlich einfacheren Rahmenbedingungen erfolgen. Denn die Komplexität ist nicht so groß wie im echten Straßenverkehr und die Einsatzgebiete sind räumlich stark begrenzt. Die ersten firmeneigenen 5G-Netze stehen bereits bzw. sind in Planung. Über sie ist eine blitzschnelle Kommunikation von autonom agierenden Fahrzeugen mit anderen Teilnehmern, ihrer Umgebung sowie einem zentralen Steuerungsrechner problemlos möglich.

Später kann 5G auch die Kommunikation von vernetzten Fahrzeugen untereinander, mit der Infrastruktur sowie zentralen Servern im echten Straßenverkehr übernehmen. Hierfür muss aber erst einmal das 5G-Netz flächendeckend ausgebaut sein, damit eine landesweite oder noch besser weltweite Nutzung möglich ist. Davon sind wir in der Gegenwart noch weit entfernt, denn der Ausbau in Deutschland hat erst Mitte 2019 begonnen und dürfte kaum vor 2026 beendet sein. Zumal Mitte 2020 noch nicht einmal die Vorgängergeneration LTE (rund zehn Jahre nach dessen Einführung in Deutschland) eine Abdeckung von 100 Prozent erreicht hatte.

Welche Vorteile bringen selbstfahrende Autos mit sich?

Größte Ziel des autonomen Fahrens ist nicht etwa allein nur mehr Flexibilität und Freizeit. Vor allem wird ein Plus an Sicherheit angestrebt. Auch wenn der Mensch derzeit noch den Maschinen überlegene Fähigkeiten aufweist, ist er auch stets das grö0te Sicherheitsrisiko. Denn Fahrer sind manchmal unaufmerksam und übersehen z. B. ein vorausliegendes Stauende oder die Straße überquerende Fußgänger/Fahrradfahrer. Technik kann, wenn sie perfekt funktioniert, schneller und zuverlässiger reagieren und agieren. Hierfür ist aber eben ein perfektes System erforderlich, das der Komplexität des Straßenverkehrs gerecht wird.

In einer perfekten Welt von ausschließlich autonom fahrenden Fahrzeugen dürften Unfälle oder gar Verkehrstote der Vergangenheit angehören. Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg, wenn dieses Szenario überhaupt jemals Realität wird. Zwar gibt es bereits heute auf verschiedenen Werksgeländen, wie im Hamburger Hafen, autonom fahrende Fahrzeuge für das Entladen von Containerschiffen. Dies ist aber nur ein Testszenario mit deutlich limitierten Möglichkeiten.

Langfristig können selbst navigierende Fahrzeuge viele Bereiche erleichtern. Gerade im Lieferverkehr sind viele Unternehmen an einer Automatisierung von Auslieferungsfahrzeugen interessiert, um z. B. Waren zu Supermärkten oder direkt zum Kunden zu bringen. Auch im Personennahverkehr gibt es ein großes Potenzial, etwa in Form autonom fahrender Busse im Stadtverkehr. Dies würde viele Lebensbereiche erleichtern, aber auch für den Wegfall von zahlreichen Arbeitsplätzen sorgen.

Was autonomen Fahrens bereits heute bieten kann, ist eine Unterstützung des Fahrers für ein Plus an Sicherheit. Sie reagieren auf Stauenden oder Fußgänger, wenn der Fahrer keine Reaktion zeigt. Hierbei handelt es sich aber eben nur um unterstützende Maßnahmen. Zudem ist diese Technik derzeit nur in wenigen Mittel- und Oberklassefahrzeugen verbaut, kommt also der breiten Masse noch nicht zugute.

Illustration Vernetzung selbstfahrender Autos

Welche Nachteile und Gefahren birgt das?

Der aktuelle A8 von Audi ist bereits für das hoch automatisierte Fahren der Stufe 3 vorbereitet. Eine Nutzung ist für Käufer allerdings mangels Freischaltung nicht möglich. Dies liegt primär an den juristischen Umständen. Denn die Rechtslage gestaltet sich in Europa aktuell diesbezüglich noch sehr unklar und nicht eindeutig geregelt. Hier besteht also noch viel Handlungsbedarf, um den Rechtsrahmen zu gestalten und festzulegen, unter welchen Voraussetzungen sowie Bedingungen das autonome Fahren möglich sein wird. Dies betrifft unter anderem auch Ansprüche und die Schuldfrage, wenn nicht komplett ausgereifte Systeme einen Fehler machen und für einen Unfall sorgen.

verbundene, selbstfahrende Autos Illustration

Ein weiteres großes Problem liegt im Verkehr selbst. Die Sensoren und Rechenleistung der in den heutigen Autos verbauten Technik reichen schlicht und ergreifend noch nicht aus, um die Komplexität vor allem im dichten Stadtverkehr für komplett autonomes Fahren ausreichend abzudecken. Zudem ist diese Funktionen aktuell schlicht und ergreifend noch zu teuer.

Wie wir bereits geschildert haben, spielt 5G bei der Vernetzung von Fahrzeugen eine gewichtige Rolle. Der neue Mobilfunkstandard ermöglicht die rasante Datenübertragung zwischen und zu Fahrzeugen. Allerdings steckt das 5G-Netz in den allermeisten Ländern noch in den Kinderschuhen. Dies gilt auch für Deutschland, wo erst wenige Stadtgebiete und Regionen mit 5G versorgt sind. Der Ausbau von 5G zu einem flächendeckenden Standard, wie es für das autonome Fahren in ganz Deutschland erforderlich wäre, wird noch viele Jahre dauern und viel Geld verschlingen. Die Deutsche Telekom plant z. B. bis 2025 alle wichtigen Autobahnen, Bundesstraßen und Schienennetze mit 5G versorgen, um die Grundlagen für automatisiertes Fahren zu schaffen.



Ausblick

Auch wenn das Thema des autonomen Fahrens bereits seit einigen Jahren in aller Munde ist, wird es vermutlich noch eine Dekade dauern, bis die Straßen von einer signifikanten Menge autonom fahrender Fahrzeuge bereichert wird. In den kommenden Jahren wird sich der aktuelle Trend weiter entwickeln und Neuwagen werden mit immer mehr Sensoren und KI ausgestattet. Zunächst dürfte dann das zeitweise automatisierte Fahren auf Autobahnen nicht nur bei Oberklassefahrzeugen in die Serienreife kommen.

Aber selbst von diesem Standpunkt aus ist es noch ein weiter Weg bis zum autonom fahrenden PKW auf Level 5. Unter anderem haben der ehemalige BMW-Entwicklungsvorstand Klaus Fröhlich sowie Elmar Degenhardt, der CEO des bedeutenden Zulieferers Continental, bereits mehrfach verlauten lassen,‭ ‬dass es bei autonomen Fahrzeugen erst nach dem Jahre‭ ‬2030‭ ‬einen wirklich relevanten Durchbruch geben könnte.‭‬‬‬

Es gibt sogar Experten, die daran zweifeln, dass das vollautonome Fahren der Stufe 5 überhaupt jemals eine Chance auf eine reale Umsetzung hat. Daran sieht man, wie hochentwickelt wir Menschen sind, die Autos überwiegend problemlos und unfallfrei durch den Verkehr manövrieren können.‭

Unser Fazit

Autonome Fahrzeuge bleiben vorerst noch eine Zukunftsszenario, von dem wir aus verschiedenen Gründen noch recht weit entfernt sind. Zwar gibt es bereits die ersten Schritte in diese Richtung, aber es liegt auch noch viel Arbeit vor den Unternehmen, Juristen und Forschern.

In einer idealtypischen Welt sorgt ein autonom fahrender Verkehr für eine 100-prozentige Sicherheit. Solange dies nicht gewährleistet ist, muss sich die Technik mit den menschlichen Fähigkeiten messen lassen. Und genau diesen Vergleich gewinnt der Mensch aktuell noch aus verschiedenen Gründen. Wie lange dies noch der Fall sein wird, ist schwer absehbar.

News-Ticker: Die aktuelle Entwicklung

Das autonome Fahren ist definitiv eines der spannendsten Felder rund um Zukunftstechnologien und 5G. Nachfolgend fassen wir die spannendsten und wichtigsten Nachrichten aus diesem Bereich übersichtlich aufgelistet zusammen. Der News-Ticker wird bei Bedarf aktualisiert.

Mai 2020: Leipzig will Pionierregion für auton. Fahren werden [mehr]
Mai 2020: Forschungsprojekt 5G Netmobil präsentiert Ergebnisse [mehr]
Feb 2020: BMW startet Pilotprojekt für vernetzte Produktion [mehr]
Feb. 2020: O2 und DEKRA eröffnen Testzentrum für vernetztes Fahren [mehr]
Sept. 2019: Vodafone und Airbus steuern Luftschiff via 5G [mehr]
Dez 2019: Deutsche Bahn und Nokia lassen Zug autonom fahren [mehr]
Juli 2018: Dt. Telekom und DEKRA starten 5G-Testfeld auf dem Lausitzring [mehr]
April 2018: EU weitet 5G-Teststrecken für Connected Cars aus [mehr]
Sept. 2017: IEEE 5G-Summit im Zeichen autonomer Fahrzeugtechnik [mehr]
Sep. 2015: Vodafone sieht in 5G Schlüssel zum aut. Fahren [mehr]

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» 5G in der Landwirtschaft