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Übersicht: Autonomes Fahren Autonomes Fahren: Definition, Level & Grundlagen

| Autor/ Redakteur: Gerald Scheffels / Svenja Gelowicz

Wie funktioniert autonomes Fahren und wo steht die Entwicklung der Technik? Definition, die fünf Level der Automatisierung, Beispiele und Marktprognosen – einfach erklärt und auf einen Blick!

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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.

Stufen (oder Level) des autonomen Fahrens

Die SAE (Scociety 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 4: In 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.

Autonomes Fahren: Rückblick

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.

Welche Sonderformen des autonomes Fahrens gibt es?

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.

Technik: Sensoren für autonomes Fahren

Wie funktioniert autonomes Fahren? 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 für autonomes Fahren 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 z. B. Regelungen zur Vorfahrt (Car-to-Car-Kommunikation).
  • Fahrzeuge können nachfolgende oder entgegenkommende Autos selbsttätig vor Gefahrensituationen warnen und bei ihnen z. B. 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 des autonomen Fahrens 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.

Bildergalerie

Weitere Innenraumkonzepte für autonome Fahrzeuge finden Sie hier:

Autonomes Fahren: Rechtliche Voraussetzungen

Nach dem EU-weit geltenden „Wiener Übereinkommen über den Straßenverkehr“ von 1968 muss der Fahrer eines Fahrzeugs jederzeit die Kontrolle über sein Fahrzeug haben. Dieses Übereinkommen wurde 2016 dahingehend geändert, dass automatisierte Systeme u. a. dann zugelassen werden dürfen, wenn der Fahrer sie „überstimmen“ kann. Vollständig autonome Fahrzeuge sind deshalb in Deutschland aktuell noch nicht zulassungsfähig. In anderen Märkten wie USA und China sind die Regelungen offener.

Insgesamt sind die rechtlichen Rahmenbedingungen des autonomen Fahrens komplex. Da es bei vollständig autonomen Fahrzeugen keinen Fahrer gibt, stellt sich die Frage, wer bei Unfällen haftet. Im gegenwärtigen Rechtssystem kann ein Fahrzeug allein, das heißt ohne Halter, Hersteller etc. dafür nicht haftbar gemacht werden.

Intensiv diskutiert wird auch die (algorithmisch gesteuerte) Fahrstrategie bei Unfällen: Wie „entscheidet“ z. B. ein autonomes Fahrzeug, wenn ein Fußgänger auf die Fahrbahn läuft? Weicht es aus und fährt in den Gegenverkehr? Nimmt es den Zusammenstoß mit einem Passanten in Kauf, um die Kollision mit drei Fußgängern zu vermeiden?

Eine Übersicht über Haftung bei automatisiert fahrenden Autos finden Sie hier:

Versicherungstechnische und ethische Aspekte des autonomen Fahrens

Einzelne Unfälle mit autonomen Fahrzeugen können – zumindest zurzeit – nicht ausgeschlossen werden und erzeugen jedes Mal groß mediale Aufmerksamkeit. Es steht jedoch außer Frage, dass mit dem automatisierten bzw. autonomen Fahren die Unfallhäufigkeit deutlich sinken wird. Dieser Trend ist – dank der zunehmenden Marktdurchdringungen von Assistenzsystemen – zumindest in Industrienationen schon jetzt erkennbar.

Intensiv diskutiert wird in diesem Zusammenhang, wie sich ein autonomes Fahrzeug im Falle einer drohenden Kollision verhält: Wird es z. B. einen Totalschaden riskieren, um einen unachtsamen Fußgänger zu schützen? Dies ist von den Algorithmen abhängig, die in solchen Fällen wirksam werden – Rechtliche Regelungen fehlen hier noch.

Die Frage der Daten: IT-Security und Datenschutz

Wenn autonome Fahrzeuge cloud-basiert mit ihrem Umfeld kommunizieren, werden sicherheitsrelevante Daten übertragen. Das setzt stabile und sehr leistungsfähige (Funk-)Netze voraus und erfordert ein hohes Maß an Datensicherheit (IT-Security). Das heißt: Es müssen Rückfallebenen vorhanden sein und die Gefahr von Attacken muss weitestgehend ausgeschlossen werden. Aktuell werden Richtlinien und Standards erarbeitet, um diese Anforderungen zu erfüllen. Auch der Datenschutz spielt eine Rolle. Schließlich werden beim autonomen Fahren persönliche (Mobilitäts-) Daten erhoben, überragen und gespeichert.

Entwicklungsstand beim autonomen Fahren

Aktuell (Dezember 2018) bieten alle namhaften Volumenhersteller Mittel- und Oberklassemodelle mit Assistenzsystemen bis Level 3 an. Ebenso arbeiten sie an Fahrzeugen für die Levels 4 und 5 und haben – teilweise schon vor mehreren Jahren – entsprechende Prototypen vorgestellt.

Einige Beispiele von Tesla, Daimler oder Volkswagen:

  • Tesla nennt sein System Autopilot, es läuft auf Stufe 2. Die neuesten Funktionen sollen Ampeln, Haltestellen und Kreisverkehre erkennen und darauf reagieren.
  • Mercedes hat mit dem (fahrfähigen) Prototypen F015 ein Beispiel für ein autonomes Oberklassefahrzeug mit innovativer Innenraumgestaltung entwickelt.
  • VW zielt mit dem Concept Car Sedric auf den Markt für autonome Kompaktfahrzeuge, hat mit dem ID Pikes Peak aber auch ein autonomes Rennfahrzeug entwickelt.
  • Auf dem Autobahnring um Göteborg hat Volvo eine Teststrecke für eine Flotte von 100 automatisierten XC 90 eingerichtet.
  • GM hat angekündigt, bereits 2019 ein Level-5-Fahrzeug ohne Lenkrad auf den Markt zu bringen (siehe Bild 4).

Technologiekonzerne wie Google (Waymo) und Mobilitätsdienstleister wie Uber sind technisch auf ähnlichem Stand wie die Automobilkonzerne.

Auch Tier-1-Automobilzulieferer wie Bosch, Continental, Aptiv, ZF und Schaeffler arbeiten seit vielen Jahren an Komplett- oder Teilsystemen für das autonome Fahren. Aptiv nutzt hierfür z. B. eine Teststrecke auf öffentlichen Straßen in Wuppertal.

Insgesamt tätigt die Branche sehr hohe Investitionen und Entwicklungsaufwendungen in diesem Bereich: „Allein in der deutschen Automobilindustrie befassen sich gegenwärtig etwa 20.000 Entwickler mit dem vernetzten und automatisierten Fahren.“ (Herrmann/Brenner, S.29)1

Künstliche Intelligenz: Autonomes Fahren und Deep Learning

In der Praxis liefern die Sensorsysteme für das automatisierte bzw. autonome Fahren heute schon gute Ergebnisse – vorausgesetzt, die Umfeldbedingungen sind günstig. Problematisch wird es z. B. bei Schneefall, fehlender Fahrbahnmarkierung und unklaren Verkehrssituationen. Hier muss noch Entwicklungsarbeit geleistet werden. Das ist ein Anwendungsfeld von künstlicher Intelligenz (KI) mit neuronalen Netzwerken: Mit Hilfe von „Deep Learning“ lernen die Sensornetzwerke zum Beispiel, mit sehr hoher Trefferquote Objekte von Personen zu unterscheiden und die Laufrichtung von Fußgängern zu erkennen.

Zukunft des autonomen Fahrens: Marktaussichten und -prognosen

Die Absatzprognosen sind – da viele Faktoren zu berücksichtigen sind – sehr unterschiedlich. Konsens ist hingegen, dass das autonome Fahren ab 2030 für viele Fahrzeugnutzer zum Alltag gehören wird. Der Informationsdienst IHS Markit erwartet für 2035 einen weltweiten Absatz von rund 6,5 Millionen Autos mit Level 4 und von knapp 4,5 Millionen vollautomatisierten Level-5-Fahrzeugen.

Nach allgemeiner Einschätzung wird sich das autonome Fahren zunächst in definierten Märkten einsetzen. Den Anfang machen Robo-Taxis und Kleinbusse mit festen Haltepunkten oder in festen Bezirken (Bild 6). In Deutschland fährt ein teilautomatisierter Shuttle im bayrischen Bad Birnbach.

Auf dem Universitätsgelände von Singapur ist bereits seit 2016 ein solches „Robotaxi“ im Einsatz. Volkswagen plant, ab 2021 in zwei bis fünf Städten Taxi-Services mit dem VW Sedric anzubieten. Waymo, Uber und andere treiben ähnliche Projekte in den USA und Asien voran.

Neben autonomen Taxis und Kleinbussen wird es – als dritte Fahrzeugkategorie – im Premiumsegment auch „autonomisierte“ Mehrzweckfahrzeuge geben.

Wie verändert sich Mobilität durch autonomes Fahren?

Nach Einschätzung von Experten werden sich mit den autonomen Fahrzeugen auch neue Arten der Mobilität durchsetzen. Hierfür gibt es schon praktische Beispiele z. B. in Phoenix/USA, wo die Google-Tochter Waymo für Dezember 2018 den Start einer Flotte von autonomen Taxis angekündigt hat. Dasselbe plant Volkswagen mit dem Shuttle-Dienst „Moia“ für Hamburg und weitere Städte – zunächst noch mit Fahrern.

Damit treten nicht nur neue Teilnehmer wie Waymo und Uber in den Markt der Automobilindustrie ein. Es setzen sich auch neue Geschäftsmodelle durch, die das klassische Modell (Autokauf durch den Fahrer) ablösen könnten. Hier besteht eine enge Verbindung zu einem weiteren „Megatrend“ in der Branche: der Sharing Economy.

Autonomes Fahren: Sozialer und gesamtwirtschaftlicher Nutzen

Autonomes Fahren bringt den Passagieren vor allem in Städten mit hoher Verkehrsbelastung signifikante Zeitvorteile, weil sie die Zeit im Auto z. B. für Büroarbeit nutzen können. Zudem erhöht sich die Aufnahmekapazität der Straßen um ein Mehrfaches. Darüber hinaus können auch Personengruppen am Individualverkehr teilnehmen, die nicht selbst fahren können (alte und kranke Menschen). Und die deutlich sinkenden Unfallzahlen reduzieren die (erheblichen) sozialen Kosten z. B. durch Arbeitsausfall, Krankenhausaufenthalt etc. Darüber hinaus verstetigt sich der Verkehr vor allem in den Innenstädten. Das hat verringerten Energieverbrauch und entsprechend geringere Emissionen zur Folge.

Autonomes Fahren: Fazit und offene Fragen

Zusammenfassend lässt sich festhalten: Das autonome Fahren wird nicht nur die Fahrzeugtechnik verändern, sondern auch die Funktionen des Autos und die Mobilität insgesamt. Es werden neue Geschäftsmodelle entstehen und neue Wettbewerber (Technologiekonzerne, Mobilitätsdienstleister, Netzanbieter…) in den Automobilmarkt eintreten.

Zu den offenen Themen gehören die Bezahlmodelle. Welche Gebühren werden für die Nutzung der Datennetze (Car-to-Car-, Car-to-x-Kommunikation) erhoben? Wer bietet diese Dienste an: der Autohersteller oder der Netzbetreiber? Ebenso offen ist die Frage, wem die Daten gehören (und wer sie kommerzialisiert), die das autonome Fahrzeug generiert und die zum Beispiel an nachfolgende Fahrzeuge weitergegeben werden: dem Autohersteller, dem Hersteller des Assistenzsystems, dem Dienstleister oder dem Netzbetreiber? Allein diese beiden Fragen zeigen, dass das autonome Fahren auch auf der Ebene der Geschäftsmodelle echte Disruptionen hervorrufen kann.

Weitere Infos zum autonomen Fahren

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Übersicht autonomes Fahren: Quellen

1Andreas Herrmann, Walter Brenner, Die autonome Revolution. Wie selbstfahrende Autos unsere Straßen erobern. Frankfurter Allgemeine Verlag, 2018

N.N., Versicherer wollen Regel für autonomes Fahren. In: FAZ, 21.11.2018

Pressemeldung von Continental, 11.9.2018, abgerufen am 3.12.2018 Elektronisch gesteuert: Vor 50 Jahren brachte Continental sein erstes fahrerloses Auto an den Start.

DARPA Challenge. Wikipedia, abgerufen am 3.12.2018

Maren Eitel, Warum in der digitalen Welt die Decken dunkel sind. Interview mit Johann Jungwirth, Leiter Mobility Services der Volkswagen AG. In: Porsche Consulting Magazin Nr. 19/2018, S. 11ff.

Federico Magno, Es geht um die blanke Existenz. In: Automobil Industrie, Sonderausgabe Transformation E, 2018, S.6/7

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