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In fünf Schritten zum selbstfahrenden Auto

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Tags: NullUnfälle
Der Traum vom vollautonomen Fahren begeistert nicht nur die Automobil-Ingenieure seit den 1950er-Jahren. Auf welcher Stufe stehen wir heute? Wann wird er Realität?
Christoph Reifenrath, 06. September 2017
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Christoph Reifenrath ist seit 35 Jahren TV- und Printjournalist und im ZF-Autorenteam. Er taucht am liebsten tief in Technikthemen ein.
Das Auto kommt wie von Geisterhand auf Bestellung vorgefahren, chauffiert seine Passagiere sicher durch die Stadt, über Landstraßen und Autobahnen. Die Insassen können sich unterhalten, Filme schauen und auf langen Trips sogar schlafen – einen menschlichen Fahrer braucht die automobile Mobilität von Morgen nicht mehr. Wie die Entwicklungsstufen zu einem solchen vollautonomen Robo-Taxi aussehen, definierte SAE International im Jahr 2014 mit dem J3016-Standard. Die Normierungsorganisation stellte dabei gleichzeitig klar, dass die aufgeführten Stufen eher beschreibenden als normierenden und rechtsverbindlichen Charakter haben, und es durchaus Fahrzeuge geben könne, die Funktionen unterschiedlicher Level beinhalten.

Ausblick

Ab dem Jahr 2025 könnten nach Ansicht von Experten Level-4-Fahrzeuge auf den Markt kommen. Der Fahrer muss das System dann nicht mehr selber überwachen.

Level 0: Keine Autonomisierung

Level 0: Keine Autonomisierung

So fuhren im Prinzip schon die Automobilpioniere. Der Fahrer steuert, beschleunigt und bremst selbst. Für Puristen ist dies bis heute der Inbegriff automobiler Freiheit. Weil Menschen aber Fehler machen, verursacht diese Form der Fortbewegung bei einer stetig steigenden Fahrzeugpopulation zusehends gesellschaftliche Probleme. Die zu lösen, ist eines der Ziele beim autonomen Fahren.
Fahrer: Steuert vollständig.

Wann: Gestern.

Das „nicht automatisierte“ Automobil ist heute schon überholt. In der Stufe 0 gibt es keine Assistenzsysteme, der Fahrer steuert das Auto vollständig.
Level 0: Keine Autonomisierung

Level 1 – Assistiertes Fahren

Level 1 – Assistiertes Fahren

Der Fahrer trägt physisch wie auch im rechtlichen Sinne die volle Verantwortung für die Steuerung. Er muss daher stets auf den Verkehr achten, das Lenkrad umfassen und bremsbereit sein. Allerdings stehen ihm Assistenten zur Seite, die – vergleichbar mit einem aufmerksamen Beifahrer – ebenfalls Teile des Fahrzeugumfeldes beobachten. Durch akustische, optische oder taktile Signale können sie auf Fehler oder Unaufmerksamkeiten hinweisen, oder sie, durch vom Fahrer gewählte und jederzeit übersteuerbare Einstellungen, auch von vorherein vermeiden helfen. Diese Systeme sind abschaltbar, sie arbeiten meist nur in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen. Bei schlechter Witterung (Sensorverschmutzung) können sie zudem nur eingeschränkt oder gar nicht funktionieren. Ein Beispiel dafür ist der Tempomat, der die Geschwindigkeit und in einer weiteren Ausbaustufe auch den Abstand zum Vordermann regelt. Korrekt genutzt, verhindert das System Überschreitungen von Tempolimits oder zu geringen Abstand zum Vordermann. Auch der Assistent, der bei Spurwechseln Fahrzeuge im toten Winkel anzeigt, arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Er warnt, doch der Fahrer hat die alleinige Entscheidungshoheit.
Fahrer: Verantwortet Längs- und Querführung dauerhaft, wird in spezifischen Fällen unterstützt.

Wann: Heute.

Von ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) in Form von Abstandsregeltempomaten sowie Spurhalte, Einpark- oder Notbremsassistenten können Fahrer bereits jetzt in nahezu allen Fahrzeugklassen profitieren.
Level 1: Assistiertes Fahren

Level 2 – Teilautomatisiertes Fahren

Level 2 – Teilautomatisiertes Fahren

Wichtigster Unterschied zu Fahrer-Assistenzsystemen der Stufe 1: Das System hat vollständigen Zugriff auf Gas, Bremse und Lenkung. Die aktuellen Topmodelle der Premium-Hersteller beobachten außerdem mit Hilfe von Sensoren bereits große Teile des Fahrzeugumfelds. So können diese Fahrzeuge in bestimmten Situationen, wie etwa auf der Autobahn, der Spur oder dem Vordermann folgen, selbständig wechselnde Tempolimits erkennen und die Geschwindigkeit entsprechend anpassen. Auf Straßen mit getrennten Fahrspuren können sie zudem Überhol- und Ausweichmanöver durchführen. Im Stau bremsen sie automatisch ab und können innerhalb einer definierten Zeitspanne auch selbständig wieder anfahren. Für die Überwachung des Umfelds ist trotz dieser weitreichenden Funktionen laut SAE-Definition aber weiterhin der Fahrer alleine verantwortlich. Um dessen permanente Aufmerksamkeit zu gewährleisten, fordern Level 2-Fahrzeuge daher regelmäßige Lenkradberührungen. In Deutschland waren bis vor wenigen Monaten nur Autos bis Level 2 zulassungsfähig. Ein Gesetz, das Serienfahrzeugen hochautomatisiertes Fahren des nächsten Levels erlaubt, wurde am 12.Mai 2017 vom Bundesrat verabschiedet. Deutschland ist damit eines der ersten Länder überhaupt, das einen gesetzlichen Rahmen für den Serieneinsatz solcher Fahrzeuge geschaffen hat.
Fahrer: Muss das System dauerhaft überwachen.

Wann: Seit 2016.

Seit 2016 sind die ersten Oberklasse-Fahrzeuge teilautomatisiert unterwegs. Auf berechenbaren Umgebungen wie Autobahnen bewältigen sie die komplette Längs- und Querführung auch bei höheren Geschwindigkeiten alleine. Der Fahrer muss das System allerdings jederzeit überwachen und sofort eingreifen können. Zeitung lesen bleibt also tabu.
Level 2: Teilautomatisiertes Fahren

Level 3 – Hochautomatisiertes Fahren

Level 3 – Hochautomatisiertes Fahren

Sofern rechtliche Rahmenbedingungen dies zulassen, übernimmt das Fahrzeug ab diesem Level laut SAE offiziell auch die vollständig Überwachung des Umfelds. Der menschliche Fahrer darf anderen Tätigkeiten nachgehen, er bildet jedoch immer noch die Rückfallebene. Wenn die Systeme an ihre Grenzen stoßen, muss der Fahrer – nach einer Vorwarnzeit – jederzeit eingreifen können. Technisch hat die Industrie dieses Niveau erreicht, doch es gibt noch Herausforderungen: Wie beispielsweise soll der Mensch an Bord bei dann wohl möglicher, stundenlanger hochautomatisierter Autobahnfahrt die Aufmerksamkeit hochhalten? Wie andererseits soll das Fahrzeug ohne präzise Kenntnisse über den Fahrerzustand individuell notwendige Übergabezeiten einplanen? Es stellt sich auch die Frage, wie jederzeit eindeutig verteilte Zuständigkeiten erreicht werden können. ZF hat dazu in seinem Vision Zero Vehicle bereits Lösungsansätze vorgestellt. Etwa im Jahr 2020 werden Level 3-Fahrzeuge auf den Straßen zu finden sein.
Fahrer: Darf fahrfremden Tätigkeiten nachgehen.

Wann: Ab ca. 2020.

Ab Stufe 3 muss der Fahrer die Umgebung nicht mehr dauerhaft im Blick haben – solange er dazu imstande ist, nach Aufforderung mit ausreichender Zeitreserve das Steuer wieder zu übernehmen.
Level 3 – Hochautomatisiertes Fahren

Level 4 – Vollautomatisiertes Fahren

Level 4 – Vollautomatisiertes Fahren

Dieses Dilemma löst sich erst mit Level 4: Der Fahrer – häufig dann wohl eher Passagier – darf sich vollständig anderen Dingen zuwenden und muss, solange die Systeme arbeiten, das Verkehrsgeschehen nicht mehr im Auge haben und auch nicht mehr bereit zum plötzlichen Eingreifen sein. Das Auto bildet nun selber die Rückfallebene: Selbst muss es in Ausnahmesituationen wie bei partiellen oder vollständigen Systemausfällen immer eine eigene Exit-Strategie bis zum sicheren Halt des Fahrzeugs bereithalten. Die Verantwortung dafür liegt – solange das System im Einsatz ist – erstmals eindeutig beim Fahrzeughersteller. Zahlreiche Unternehmen sind bereits mit Testfahrzeugen der Stufe 4 unterwegs, serienmäßig werden entsprechende Fahrzeuge etwa ab dem Jahr 2025 auf die Straßen kommen. ZF wird mit ausgereiften Sicherheits- und Assistenzlösungen auch zu diesem Entwicklungsschritt beitragen.
Um vollautomatisiertes Fahren in Umgebungen mit vielen anderen Verkehrsteilnehmern realisieren zu können, sind nach heutigem Stand der Technik jedoch noch einige Hürden zu nehmen:
  • Car2X- und Car2Car-Kommunikation
Autos müssen mit ihrer Umwelt, mit anderen Fahrzeugen und sonstigen Verkehrsteilnehmern wie Radfahrern, Fußgängern oder Straßenbahnen kommunizieren können. Nur so lassen sich etwa bei unübersichtlichen Kreuzungssituationen, bei denen die Erkennung durch Sensoren zu spät erfolgt, die Querverkehr-Vorwarnzeiten auf das erforderliche Maß senken. Auch Ampelfarben sind für Sensoren unter Umständen sehr schwer zu erkennen, sie sollten deshalb ihre Phasen melden. Für all dies muss noch ein einheitlicher Standard und die notwendige Kommunikations-Infrastruktur geschaffen werden.
  • HD-Karten/Ortung
Schon der Kontakt mit einer Bordsteinkarte kann eine entspannte Fahrt jäh beenden. Vollautomatisierte Autos müssen deshalb deutlich präziser wissen, wo sie gerade fahren, als dies die aktuelle GPS-Auflösung und die verfügbaren Karten hergeben. Anbieter wie Baidu Maps, Google, Here oder TomTom arbeiten bereits mit Hochdruck an hochauflösenden, auf den Zentimeter genauen Karten, die zudem jede Menge Details zur Infrastruktur beinhalten. Die Aufgabe ist immens, denn damit automatisierte Autos weltweit unterwegs sein können, muss jede öffentliche Straße vermessen werden, und das Material stets aktuell sein. Doch selbst die genaueste Karte nützt nichts, wenn das Fahrzeug nicht präzise weiß, wo es sich genau befindet. Besonders in Städten aber auch in Tunneln und anderen Problemzonen wird dafür ein zuverlässiges Referenzsystem, das die GPS-Informationen weiter präzisiert, unerlässlich sein.
Fahrer: Muss das System nicht mehr überwachen.

Wann: Ab ca. 2025.

Ab Mitte der 2020er Jahre kann das vollautomatisierte Fahren nach heutiger Einschätzung Realität werden. Das System muss niemand mehr überwachen, da es für den „risikominimalen Zustand“ sowohl auf der Autobahn, Landstraße oder innerhalb der Stadt selbst sorgen kann.
Level 4 – Vollautomatisiertes Fahren

Level 5 – Fahrerloses Fahren

Level 5 – Fahrerloses Fahren

Erst wenn alle diese Herausforderungen gelöst sind, können Autos unter den meisten Witterungsbedingungen vollständig autonom unterwegs sein. Sie benötigen folgerichtig weder ein Lenkrad, noch ein Gas- oder Bremspedal. Damit wäre laut SAE Level 5 erreicht. Google hat seit 2015 mit solchen Fahrzeugen im öffentlichen Straßenverkehr experimentiert, es gab jedoch noch erhebliche Einschränkungen bei Tempo, Routen und Wettertauglichkeit. Das Unternehmen hat die Entwicklung eines eigenen Fahrzeugs mittlerweile eingestellt. Die traditionellen Fahrzeughersteller, ebenso wie neue Player, wollen das Ziel aber unverändert erreichen. Wie lange es dauert, bis derartige Autos zulassungsfähig sind und auf der Straße fahren, ist aufgrund der vielfältigen Herausforderungen nicht sicher zu prognostizieren.
Offene Fragen und zahlreiche Chancen
Denn bis Menschen in vollständig autonomen Fahrzeugen auf allen Straßen nur noch Passagiere sind, ist noch einiges zu regeln. Zum Beispiel müssen
  • versicherungsrechtliche und ethische Fragen geklärt werden,
  • die Autonomie-Funktionen „hundertprozentig“ sicher und unter den meisten Umweltbedingungen zuverlässig sein,
  • Verbesserungen bei Sensorik und Bildauswertung erreicht werden,
  • Hochleistungsfähige Hard- und Software entwickelt werden, die die interne Verarbeitung der gewaltigen Datenmengen bei höheren Fahrgeschwindigkeiten oder unübersichtlichen Verkehrssituationen mit vielen unterschiedlichen Verkehrsteilnehmern in der notwendigen Zeit gewährleisten kann,
  • Die gesetzlichen Rahmenbedingungen weltweit entsprechend angepasst werden,
  • Das notwendige 5G-Netz flächendeckend verfügbar sein.
Sicher ist bereits heute: Vollautonome Fahrzeuge werden – sobald sie Realität sind – erhebliche gesellschaftliche Veränderungen hervorrufen. Sie bieten aber auch große Chancen: Kinder, Jugendliche, ältere und behinderte Menschen hätten erstmals uneingeschränkten Zugang zu individueller Mobilität. Unsere Städte würden lebenswerter, die Zahl der Unfälle im Straßenverkehr könnte ebenso wie die verkehrsbedingten Emissionen drastisch sinken. Diese Ziele gemeinsam mit seinen Partnern zu erreichen, ist im Rahmen der „Vision Zero“ erklärtes Ziel von ZF.
Fahrer: Nicht erforderlich.

Wann: ?

Das autonome Fahren verwandelt Fahrzeuge endgültig in Chauffeure. Spätestens diese Revolution wird das Außendesign sowie den Innenraum radikal verändern, da der Mensch gänzlich vom Steuern und Aufpassen befreit ist.
Level 5 – Fahrerloses Fahren

Autonomes Fahren

Wie ist der Stand der Technik? Wie wird getestet? Was bringt die Zukunft? Alles über das automatisierte und autonome Fahren von Autos und anderen Fahrzeugen.

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