Autonomes Fahren: Definition, Herausforderungen und der Stand der Technik 2022

Digitale Vorreiter

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Datum 10.05.2022
Lesezeit 7 Min.

Autonomes Fahren: Definition, Herausforderungen und der Stand der Technik 2022

Autonomes Fahren als Sammelbegriff beschreibt die Fortbewegungsart selbstfahrender Autos sowie automatisierte Transportmittel im Allgemeinen. Entscheidend ist, dass die eigentliche Fortbewegung zunächst ohne Eingriff einer Fahrerin oder eines Fahrers erfolgt, in späteren Schritten sogar auch ohne deren Anwesenheit. Das unterscheidet autonomes Fahren beispielsweise von ähnlichen Systemen im Flugwesen wie den dort bereits seit Jahren genutzten Autopiloten.

Um die Entwicklung des autonomen Fahrens für die Autos der Zukunft zu klassifizieren, hat die Society of Automotive Engineers (SAE International) feste Entwicklungsstufen des autonomen Fahrens definiert: die fünf Stufen des autonomen Fahrens. Was diese beinhalten, vor welchen Herausforderungen autonome Mobilität steht und welche Vorteile sie dank IoT und 5G bietet, erfahren Sie hier:

 

Welche Vorteile bietet autonomes Fahren?

Autonomes Fahren bietet viele Vorteile. Der sichtbarste ist die Entlastung von Fahrer:innen  und damit eine Steigerung des Fahrkomforts. Wenn die Technik das Fahren (Lenken, Bremsen und Beschleunigen) übernimmt, können Sie sich hinter dem Lenkrad mit anderen Dingen beschäftigen. Sie müssen nicht mehr dem Verkehrsgeschehen folgen, können lesen, ruhen oder beispielsweise einen Film auf einem der Fahrzeugdisplays genießen. Erst wenn das System Sie auffordert, die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen, ist ein Eingreifen nötig. Aktuell (Stand Januar 2022) ist autonomes Fahren nur auf speziellen, ausgewählten Strecken möglich. In Stufe 5 werden selbstfahrende Autos nicht einmal mehr ein Lenkrad oder andere Steuerungselemente haben.

Modernes Flottenmanagement dank IoT

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Der zweite (und vielleicht wichtigste) Vorteil ist der Sicherheitsgewinn. Aktuell ist menschliches Fehlverhalten mit 88,5 Prozent die häufigste Unfallursache bei Unfällen mit Personenschäden auf deutschen Straßen (Stand Juli 2021). Häufigste Unfallursachen sind laut Statistik „Abbiegen, Wenden, Rückwärtsfahren, Ein- und Anfahren“ (20 Prozent), gefolgt von Missachtung der Vorfahrt bzw. des Vorrangs (18 Prozent), Abstandsfehlern (14,7 Prozent) und nicht angepasster Geschwindigkeit (10,9 Prozent). Expert:innen gehen davon aus, dass die Technik des autonomen Fahrens 90 Prozent dieser Unfälle verhindern kann – und damit auch 90 Prozent der etwa 2.800 Verkehrstoten und rund 58.000 Schwerverletzten jedes Jahr.

Der dritte Vorteil, den die Technik des autonomen Fahrens bietet, ist die Steigerung der Effizienz. Intelligente Steuerungssysteme sind eine Grundvoraussetzung für autonomes Fahren. Sie reduzieren Staus, der Verkehr fließt gleichmäßiger und in der Folge sinkt der Kraftstoffverbrauch und somit die Emissionen. Wenn Sie Ihr eigenes Auto stehen lassen und stattdessen Ride-Sharing-Modelle beispielsweise in Form von autonom fahrenden Mikrobussen nutzen, verbessern Sie damit ebenfalls den Verkehrsfluss. Innovative Telematik-Lösungen erlauben darüber hinaus eine effizientere, zeitsparende Planung von Routen und Touren, sowie eine optimierte Planung von Diagnose- und Wartungsarbeiten.

 

Die 5 Stufen des autonomen Fahrens

Moderne Fahrzeuge verfügen zumeist über diverse Assistenzsysteme, die einige Funktionen des autonomen Fahrens schon heute ermöglichen – selbstfahrend sind sie deswegen aber noch nicht. Abhängig davon, wie stark diese Systeme in den Fahrbetrieb eingreifen und ihn unterstützen, hat die Society of Automotive Engineers (SAE International) das assistierte oder autonome Fahren in sogenannte SAE-Level eingeteilt.

Von Level zu Level übernehmen die Fahrzeugsysteme mehr Aufgaben der Fahrer:innen. Von autonomem Fahren Level 0 ist die Rede, wenn keinerlei Assistenzsysteme zum Einsatz kommen und der/die Fahrer:in das Fahrzeug komplett selbst führt. Übernimmt jedoch die Fahrzeugelektronik ganz oder teilweise den Fahrbetrieb, spricht die Automobilindustrie von folgenden Leveln:

 

Level 1 – Assistiertes Fahren

Sie haben die Kontrolle über das Fahrzeug und müssen selbständig lenken, beschleunigen und bremsen. Assistenzsysteme unterstützen Sie hierbei, indem diese je nach Fahrsituation einzelne Teilaufgaben übernehmen. Die Systeme halten beispielsweise Ihr Fahrzeug in der markierten Fahrspur oder behalten ein vorher eingestelltes Tempo selbständig bei. Als Fahrer:in sind Sie jedoch weiterhin komplett für das Geschehen verantwortlich und können die Assistenzsysteme durch manuellen Eingriff jederzeit deaktivieren. Viele dieser Systeme hat die Automobilbranche bereits in die Serienfertigung gebracht – bekanntestes Beispiel ist wohl der Tempomat.

 

Level 2 – Teilautomatisiertes Fahren

Auch hier haben Sie volle Kontrolle und müssen ständig den Verkehr im Auge behalten. Für kurze Zeit dürfen Sie aber die gesamte Steuerung inklusive Lenkung und Gas/Bremse an die Assistenzsysteme übergeben. Sie müssen jedoch jederzeit in der Lage sein, kurzfristig die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen. Selbstfahrende Autos halten beispielsweise die Spur, bremsen, beschleunigen und überholen andere selbsttätig. In der Regel verbinden die Fahrzeughersteller hierbei mehrere Assistenzsysteme wie den Abstandsassistenten und den Spurhalteassistenten. Zu Level-2-Assistenten zählen auch automatische Einparksysteme, die den Wagen mittels Gas-, Brems- und Lenkbefehlen in eine Parkbucht steuern. Ebenfalls zu Level 2 gehören der Autopilot von Tesla (Full Self-Driving-Modus) und sowie der aktive Abstandsassistent Distronic+ von Mercedes-Benz. Dennoch verantwortet die Person hinter dem Lenkrad alle weiterhin alle Aktivitäten des Fahrzeugs.

 

Level 3 – Hochautomatisiertes Fahren

Das ändert sich mit Level 3. Hier können Sie als Fahrer:in für längere Zeit die Kontrolle über das Fahrzeug an die Assistenzsysteme abgeben und zwischendurch eine Zeitung lesen oder sich anderweitig beschäftigen. Aber auch hier gilt: Sie müssen bei Problemen jederzeit übernehmen können. Beim hochautomatisierten Fahren bremsen die elektronischen Fahrassistenzsysteme selbsttätig, beschleunigen oder überholen auf längeren Streckenabschnitten. Dies ist aber nur in vorweg definierten Zonen möglich. Diese sind für das Fahrzeug leicht zu kontrollieren, zum Beispiel auf der Autobahn – also ohne Gegenverkehr und innerhalb von deutlich markierten Fahrspuren.

 

Auto fährt autonom ohne Hilfe der Fahrerin

Autonomes Fahren kann schon bald alltäglich werden.

 

Level 4 – Vollautomatisiertes Fahren

Erst in Level 4 können Sie die Steuerung des Fahrzeugs komplett an elektronische Systeme übergeben. Das Fahrzeug bewältigt alle eintretenden Fahrsituationen allein. Sollte dies einmal nicht möglich sein, übergibt die Technik nach vorheriger Ankündigung die Kontrolle zurück an den Menschen. Außerdem übernehmen Sie die Fahrzeugkontrolle jederzeit auf eigenen Wunsch. Während der vollautomatisierten Fahrt sind Sie beziehungsweise der Hersteller jedoch weiterhin für das Fahrzeug verantwortlich.

 

Level 5 – Autonomes Fahren

Vom autonomen Fahren sprechen Expert:innen erst ab Level 5. Hier sind alle Insassen des Fahrzeuges nur noch Passagiere, zum Beispiel in einem selbstfahrenden Bus. Solche Fahrzeuge verfügen in der Regel nicht mehr über ein Lenkrad oder Pedale zur Steuerung von Beschleunigungs- oder Bremsvorgängen. Sie agieren komplett autonom und beherrschen sicher alle typischen Fahrsituationen. Die Verantwortung liegt beim jeweiligen Hersteller beziehungsweise dem oder der Halter:in.

 

Herausforderungen im Bereich des autonomen Fahrens

Bis alle Fahrzeuge weltweit fahrerlos unterwegs sind, dürfte noch einige Zeit vergehen. Doch die 5G-Technologie ermöglicht es schon heute, Milliarden Endgeräte (darunter auch Fahrzeuge) über weite Strecken hinweg und ortsunabhängig miteinander zu vernetzen.

Das Vernetzen von Fahrzeugen untereinander und mit ihrer Umwelt (Ampelanlagen, Parkhäuser) heißt V2X („Vehicle-to-Everything”). Es ist der nächste große Schritt in der Weiterentwicklung des autonomen Fahrens. Auf einer Teststrecke auf der A9 in Bayern erproben verschiedene Industriepartner wie Vodafone, Huawei und Bosch V2X seit 2017 in der Praxis. Zusätzlich betreibt Vodafone gemeinsam mit der RWTH Aachen ein Testareal in Aldenhoven. Im dortigen Freiluftlabor kommen die jüngsten Techniken für die digitale Zukunft der Automobile vor dem Einsatz auf den Prüfstand.

Vodafone arbeitet für das autonome Fahren der Zukunft am Ausbau von 5G Standalone (SA). Bei dieser Funktechnik erfolgt die Datenübertragung im 5G-Kernnetz ohne Komponenten aus der langsameren Vorgängertechnik LTE. Das 5G-Standalone-Netz erreicht so besonders geringe Laufzeitverzögerungen (Latenzen) beim Datenaustausch von rund 10 bis 15 Millisekunden. Das ist eine der Voraussetzungen für noch besseres assistiertes und autonomes Fahren.

 

Hinweisschild, das vor autonomen Fahrzeugen warnt

In absehbarer Zeit werden Hinweisschilder wie dieses wohl der Vergangenheit angehören.

Aktuell sind die meisten autonomen Fahrsysteme vor allem auf Kamerabilder, Abstandssensoren und eine möglichst störungsfreie Umgebung beim Fahren angewiesen. In der Zukunft könnten jedoch auch Fußgänger:innen, Radfahrer:innen und andere Verkehrsteilnehmer:innen (anonymisiert) ihre aktuelle Position und Geschwindigkeit fortlaufend übermitteln. So käme es zum Beispiel hinter engen Kurven und bei schlechten Sichtverhältnissen zu weniger Unfällen.

Die Idee dahinter: Verkehrsinformationen werden nicht nur im Fahrzeug selbst, sondern auch an mindestens einer zentralen Stelle ausgewertet. So können Kollisionen gar nicht erst entstehen. Außerdem können auf diese Art Straßensperren, Hindernisse und Unfälle auf dem Weg zum Ziel noch schneller erkannt werden. Die Reduzierung von Verkehrsstaus wäre ein weiterer, wichtiger Nebeneffekt.

Fehlende 3D-Karten einschließlich der Positionen von Bordsteinen, Verkehrsinseln und anderen Hindernissen sind eine große Herausforderung. Daher hat ein Konsortium aus Audi, BMW und Daimler bereits 2015 den Dienstleister HERE für 2,5 Milliarden Euro übernommen. Das Ziel hierbei: Je genauer das verfügbare Datenmaterial ist, umso weniger Aufgaben muss das Fahrzeug selbst während der Fahrt erledigen.

5G für Anwendungen der Zukunft

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Mehr Sicherheit beim autonomen Fahren dank eCall, IoT und 5G

Forschung und Entwicklung für mehr Sicherheit im Fahrzeug haben in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Einige Neuerungen sind bereits auf der Straße angekommen. So ist etwa eCall (ein satelliten- und mobilfunkgestütztes Notrufsystem) in allen neu entwickelten Pkw-Modellen seit 2018 vorgeschrieben. Über dieses automatisierte Notrufsystem verständigen moderne Pkw bei Unfällen selbständig Rettungsdienste. Dank GPS und Sensoren in den Airbags machen sie dabei genaue Angaben zur Fahrzeugposition und zur Zahl der Insassen. Möglich macht dies eine integrierte SIM-Karte oder eSIM (im Chip fest verbaute SIM-Funktion). Über diese kann das Fahrzeug per Mobilfunk den Hilferuf versenden.

IoT, also die Vernetzung von mobilen und stationären Endgeräten, von Fahrzeugen und anderer Hardware ist auch im Bereich Automotive ein wichtiger Trend. Über die entsprechenden Mobilfunktarife können sich diese IoT-Geräte per schnellem 5G-Mobilfunk miteinander verbinden. Mit immer schnelleren Funkverbindungen steigen auch Datenraten, sowie die Genauigkeit des Navigierens. Die Chancen, die daraus erwachsen, sind groß:

  • Eine bessere, schnellere Koordinierung des stetig zunehmenden Verkehrs in überlasteten, öffentlichen Straßennetzen wird möglich.
  • Auf nicht öffentlichen Straßennetzen, etwa auf Firmenarealen können Personen- oder Förderfahrzeuge autonom oder teilautonom geführt werden.
  • Das Internet der Dinge verknüpft Produktionsumgebungen zu einer organischen Gesamtintelligenz: Anfahrende Lkw bestellen bereits bei Ankunft im Depot selbständig Entladefahrzeuge zur Laderampe.
  • Unfallrisiken werden gesenkt, indem Fahrzeuge bereits vor Abfahrt Wetterkonditionen berücksichtigen oder bei schlechten Sichtverhältnissen die Positionsdaten von Hindernissen oder Baustellen kennen.

Das vernetzte Fahrzeug spart Ressourcen, reduziert Fehlerzahlen und Unfallaufkommen. Und das sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich. Eine wesentliche Herausforderung hierbei ist, dass der Mensch die Technik immer als Unterstützung wahrnimmt und bei Bedarf stets die Kontrolle über das Fahrzeug behält oder wiedererlangen kann.

Zudem sind in Zukunft neue Datenschutzfragen zu klären, die sich zum Teil heute schon stellen – wenn etwa Navigationssysteme einmal gefahrene Routen dauerhaft speichern. Hier liegt es an Gesellschaft und Politik, die Daten der Bürger:innen entsprechend zu schützen.

 

Welches sind die Key Player beim autonomen Fahren?

Autonomes Fahren ist eine der Schlüsseltechnologien für die Mobilität der Zukunft. Schon heute haben alle großen Fahrzeughersteller eigene Entwicklungsabteilungen für das Auto der Zukunft. Gemeinsames Ziel ist es, das Fahren auf unseren Straßen sicherer, komfortabler und effizienter zu machen, indem mögliche Fehlerquellen wie „menschliches Versagen” weitgehend eliminiert werden.

Geht man von fünf Entwicklungsstufen bei fahrerloser Mobilität aus, befindet sich die Automobilindustrie aktuell (laut Robert Carter, EVP Sales für Nordamerika) auf Stufe zwei oder drei. Die technischen Voraussetzungen für höhere Autonomiestufen sind vorhanden; es fehlen in vielen Ländern rechtliche Rahmenbedingungen und eine flächendeckende 5G-Verfügbarkeit.

 

Mercedes-Benz: Erster Hersteller mit Erlaubnis für Level 3

Mit dem Lastkraftwagen „Future Truck 2025” und einer modifizierten S-Klasse namens „F 015 Luxury in Motion” präsentierten die Schwaben bereits 2014 prototypisch ihre Vorstellungen vom autonomen Fahren. Die aktuelle S-Klasse von 2021 mit Zusatzausstattung „Drive Pilot“ beherrscht nun auch das autonome Fahren der Stufe 2. Mit Automated Valet Parking als Gemeinschaftsentwicklung von Bosch und Mercedes beherrscht das Fahrzeug sogar Level 3 beim selbständigen, fahrerlosen Einparken in Tiefgaragen. Gerade erst hat Mercedes-Benz als erster Autohersteller der Welt die Genehmigung erhalten, Fahrzeuge zu verkaufen, die automatisiert nach Level 3 fahren. Parallel arbeitet Mercedes nach eigenen Aussagen auch an Fahrzeugen für Level 4 („Vollautomatisiertes Fahren”).

 

Video: YouTube / electric drive

 

BMW: Fahren auf Level 2

Auch der bayerische Automobilhersteller BMW hat im Bereich des assistierten Fahrens einiges im Programm. Eine aktive Geschwindigkeitsregelung mit Stop&Go-Funktion soll Fahrer:innen während Verkehrsstaus entlasten und ist schon länger verfügbar. Auch eine Auffahr- und Personenwarnung mit City-Bremsfunktion hilft, mögliche Unfälle ohne menschliches Zutun zu verhindern. In den aktuellen Modellen des Herstellers gibt es außerdem Lenk- und Spurführungsassistenten, die zumindest teilautomatisiertes Fahren der Stufen 1-2 ermöglichen. Ein Datum für erste Modelle mit Level-3-Funktionalität nennt Nicolai Martin, Bereichsleiter Entwicklung Automatisiertes Fahren bei der BMW Group aber noch nicht: „Wir bieten unseren Kundinnen und Kunden eine Level-3-Funktion erst dann an, wenn diese absolut sicher ist und für sie einen Mehrwert bietet. Das System muss in jeder Extremsituation sicher reagieren,” so Martin in einem Interview des Fachportals automotiveIT.

 

Volkswagen: Autonomes Fahren der Stufe 5 ab 2025

Neben den üblichen Assistenzsystemen, die schon heute in Fahrzeugen verschiedener Konzernmarken erhältlich sind, entwickelt Volkswagen derzeit autonom agierende Prototypen der Stufe 5 mit der Bezeichung ID.Buzz AD. Diese elektrisch angetriebenen Minibusse, die optisch an den VW Transporter T1 erinnern, will Volkswagen ab 2025 beim konzerneigenen Hamburger Ridepooling-Anbieter Moia einsetzen. Zudem denkt der Wolfsburger Konzern darüber nach, automatisiertes Fahren in neuen Modellen zukünftig stundenweise gegen Gebühr als Function-as-a-Service freizuschalten.

 

Video: YouTube / Volkswagen Nutzfahrzeuge

 

Tesla Motors: Der Vorreiter glaubt an rechtliche Restriktionen

Aktuelle Bordsysteme des US-Herstellers beherrschen je nach Ausstattung autonomes Fahren auf Level 2. Allerdings glaubt man in der Firmenzentrale in Palo Alto daran, dass die Fahrerin oder der Fahrer in naher Zukunft nur noch „aus rechtlichen Gründen” am Steuer sitzen wird – das entspräche dann vollautomatisiertem Fahren der Stufe 4. Nachfolgendes Video zeigt eine Testfahrt, in der das Fahrzeug seine Umgebung analysiert, die Informationen bewertet und selbständig in zugehörige Fahrmanöver umsetzt:

 

Video: YouTube / New Car 365

 

Toyota: Komplette Entwicklungsabteilung aufgekauft

Auch der japanische Fahrzeughersteller Toyota beschäftigt sich mit dem autonomen Fahren. Toyota hat hierfür eigens die Entwicklungsabteilung „Level 5“ des US-Fahrdienstleisters Lyft aufgekauft. Aktuelle Modelle unterstützen allerdings nur Assistenzfunktionen der Stufe 2. Weitere Automatisierungen befinden sich in der Entwicklung.

 

Video: YouTube / Torque News

 

Rechtlicher Rahmen für automatisiertes Fahren verabschiedet

Deutschland hat den rechtlichen Rahmen für das automatisierte Fahren auf öffentlichen Straßen bis einschließlich Level 4 in zwei Gesetzen von 2017 und 2021 geschaffen. Hersteller, Kommunen und Städte testen aktuell in mehreren Pilotprojekten autonomes Fahren beispielsweise in Form von autonom agierenden Minibussen und anderen Fahrzeugen.

 

Was halten Sie vom autonomen Fahren? Welche Vorteile könnten Sie überzeugen? Wir sind gespannt auf Ihre Ideen und Anregungen für das autonome Fahren von Morgen.

 


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