Übersicht: Autonomes Fahren Autonomes Fahren: Wie es funktioniert, wo die Technik steht

Von Gerald Scheffels

Wie funktioniert autonomes Fahren und wie ist der aktuelle Stand der Technik? Definition, die fünf Level der Automatisierung, Beispiele und wo Deutschland dabei steht.

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Autonomes Fahren: Autos sind mit Sensoren ausgestattet, die das Umfeld wahrnehmen.
Autonomes Fahren: Autos sind mit Sensoren ausgestattet, die das Umfeld wahrnehmen.
(Bild: Waymo)

Autonomes Fahren (englisch: autonomous driving oder self 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 großen „Megathemen“ der Automobilindustrie – andere sind beispielsweise die Elektromobilität, Software und Konnektivität und Shared Mobility. Das Fahren ohne Fahrer hat bereits Fahrzeuge und auch die Automobilindustrie verändert, ebenso die Funktion des Autos. Die meisten Autohersteller sind in diesem Bereich sehr aktiv, ebenso die Automobilzulieferer. Außerdem treten Marktteilnehmer wie Sensor- und Halbleiterhersteller sowie Mobilfunknetzbetreiber in Wettbewerb zu den etablierten Unternehmen der Automobilindustrie.

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.

  • Level 0: Keine Automation. Der Fahrer lenkt, beschleunigt und bremst selbst.
  • Level 1: Das Auto verfügt über einzelne unterstützende Systeme wie Antiblockiersystem (ABS) oder Elektronisches Stabilitätsprogramm (EPS), die selbsttätig eingreifen.
  • Level 2: Automatisierte Systeme übernehmen Teilaufgaben (z. B. adaptive Geschwindigkeitsregelung, Spurwechselassistent, automatische Notbremsung). Der Fahrer behält aber die Hoheit über das Fahrzeug und die Verantwortung.
  • Level 4: In Normalbetrieb kann das Fahrzeug völlig autonom fahren. Der Fahrer hat aber die Möglichkeit, einzugreifen und das System zu „überstimmen“.
  • Level 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.

Was bedeutet automatisiertes Fahren bislang in Deutschland?

Mercedes-Benz hat weltweit die erste System-Genehmigung für hochautomatisiertes Fahren nach Level 3 erhalten, die international gültig ist. Ab 2022 gibt es den sogenannten „Drive Pilot“ im Premium-Modell S-Klasse. Fahrer dürfen dann zum Beispiel im Stau auf bestimmten Autobahnabschnitten bis Tempo 60 die Verantwortung an das System übergeben. Fahrer müssen allerdings weiter „übernahmebereit“ bleiben.

Außerdem gibt es hierzulande einige Teststrecken für autonomes Fahren – in Städten wie Hamburg oder Karlsruhe, aber auch in ländlichen Gebieten wie Oberfranken oder auf Firmengelände oder Campus-Bereichen. Darauf unterwegs sind dann beispielsweise selbstfahrende Shuttles, die künftig für die Personen- und Güterbeförderung eingesetzt werden sollen. In dem die Transportfahrzeuge ohne Fahrer auskommen, sollen auch Mobilitätskonzepte wie Ridehailing lukrativ werden.

Außerdem gibt es Beispiele für sogenanntes Valet Parking, also autonomes Parken. Konzerne wie Bosch, Continental, Mercedes-Benz oder Audi haben Projekte dazu laufen und auch auf Messen wie der IAA demonstriert, wie die Technik funktioniert. Sind Parkhäuser mit entsprechender Infrastruktur ausgestattet, sollen Autofahrer ihre Autos per Smartphone-Befehl fahrerlos zu einem reservierten Parkplatz fahren lassen können.

Tesla, VW, BMW, Mercedes & Co: Wo stehen sie bei selbstfahrenden Autos?

Den „Drive Pilot“ von Mercedes-Benz haben wir bereits erklärt. Auch andere Autobauer forschen mit Hochdruck an der Technik: Tesla hat ein sogenanntes Full Self-Driving System in neuen Modellen verbaut. Kritiker monieren allerdings, dass der Name irreführend ist und vor allem dem Marketing diene. Denn es entspricht den Kriterien für autonomes Fahren zufolge weiterhin nur einem Assistenzsystem – und damit Level 2.

Bei Volkswagen kann man sich autonomes Fahren bereits am Robo-Shuttle ID Buzz AD vor Augen führen. Der Wolfsburger Autokonzern arbeitet dabei mit dem Tech-Unternehmen Argo AI und dem amerikanischen Autobauer Ford zusammen. In München und Freising sind die mit Sensorik hochgerüsteten Fahrzeuge bereits zu Testzwecken auf Straßen unterwegs. Im Jahr 2025 will Volkswagen mit seiner Fahrdienst-Marke Moia Robo-Shuttles in Hamburg betreiben.

Für Autokäufer sollen ebenfalls autonome Fahrfunktionen Einzug halten. Die Entwicklungshoheit hat dabei die Konzernmarke Audi mit dem sogenannten Artemis-Projekt. VW-Chef Herbert Diess hat bereits angekündigt, dass autonome Fahrfunktionen später beispielsweise für eine bestimmte Dauer in das eigene Fahrzeug gebucht werden könnten. Audi-Chef Markus Duesmann will das aus dem Projekt entstehende autonom fahrenden Elektroauto bis 2025 ausliefern.

Eine wichtige Rolle spielt bei dem Vorhaben auch die VW-Softwaretochter Cariad. Letztere arbeitet mit Bosch an Technik, die bis Level 4 gehen könnte. Das haben die Unternehmen im Januar mitgeteilt.

BMW wiederum setzt auf sein Elektro-Flaggschiff iX, das eine Vielzahl von Fahrerassistenzsysteme beinhaltet und technisch laut Angaben der Münchner bis zu Level 3 ausgelegt ist. Anfangs gab es sogar mal eine Entwicklungskooperation zwischen BMW und Daimler beim autonomen Fahren – die ist allerdings längst geplatzt.

Wie funktioniert autonomes Fahren?

Das autonome Fahren setzt verschiedene Arten von Fahrerassistenzsystemen 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)

Das Drive-Pilot-System von Mercedes-Benz ist dafür ein Beispiel. Damit die S-Klasse teilautonom fahren kann, hat sie unter anderem einen Fernbereichsradar samt Lidar-Sensor im Kühlergrill. Außerdem befinden sich in ihr vier Multimode-Radare in Front- und Heckstoßstange, eine 360-Grad-Kamera, zwölf Ultraschallsensoren und eine Art Mehrzweckkamera im hinteren Fahrzeugbereich. Letztere verfügt über ein Mikrofon und kann dadurch Blaulicht und andere Signale von Einsatzfahrzeugen erkennen.

Diese Sensoren helfen Mercedes-Benz beim autonomen Fahren.
Diese Sensoren helfen Mercedes-Benz beim autonomen Fahren.
(Bild: Mercedes-Benz)

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 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 der Konnektivität.

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)

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.

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.

Autonomes Fahren: Rechtliche Voraussetzungen – und die Versicherung?

Bereits 2017 sind Regeln zum automatisierten Fahren in Deutschland in Kraft getreten. Dabei ging es im Wesentlichen um veränderte Rechte und Pflichten des Fahrzeugführers während ein Fahrzeug automatisiert fährt. Im vergangenen Jahr hat der Gesetzgeber einen Rechtsrahmen geschaffen, der autonomen Kraftfahrzeugen (Stufe 4) in festgelegten Bereichen den Weg frei macht.

Damit ist Deutschland weltweit in einer Vorreiter-Rolle. In diesem Jahr sollen Fahrzeuge in dem Regelbetrieb kommen, die autonom fahren können. Das Gesetz regelt beispielsweise technische Anforderungen der Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge geprüft werden müssen, wie Daten verarbeitet werden dürfen oder welche Pflichten Personen haben, die das Fahrzeug nutzen.

Auch die Versicherer sind bereit. Zumindest die Allianz: Bei der hauseigenen Veranstaltung Autotag im September bekräftigte Vorstandschef Klaus-Peter Röhler, dafür aufgestellt zu sein. Um Unfälle aufzuklären benötigte die Allianz Daten von Sensoren – wo es laut Röhler in Europa noch Nachholbedarf gibt.

Noch konkreter wird der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) in einer Studie, die er Anfang 2022 herausgegeben hat. Autos würden durch mehr Assistenzsysteme sicherer, was zu weniger Fahrzeugschäden und einem Rückgang der Entschädigungsleistungen der Assekuranzen führen wird.

Entwicklungsstand beim autonomen Fahren

Beim autonomen Fahren mischen nicht nur die klassischen Autohersteller und ihre Zulieferer mit. Start-ups, Tech-Unternehmen und Elektronik-Konzerne haben sich längs ein Stück vom Kuchen gesichert. Und sie prägen maßgeblich den Entwicklungsstand.

  • Da ist zum Beispiel die beiden Unternehmen Cruise und Waymo, die als führend gelten. Cruise, eine Tochter von General Motors, hat Anfang Februar nach jahrelanger Erprobung einen Robotaxi-Servie ohne Sicherheitsfahrer an Bord in San Francisco gestartet. Aktuell nutzt das Unternehmen noch den GM-Stromer Chevy Bolt, während es an einem Robotaxi ohne Lenkrad und Pedale arbeitet.
  • Waymo, eine Google-Tochter, testet ebenfalls in der kalifornischen Großstadt Robotaxis. Allerdings gehören dabei noch Sicherheitsfahrer zum Service dazu. Allerdings hat das Unternehmen in Phoenix (Arizona) auch bereits wenige gänzlich fahrerlose Shuttles im Einsatz.
  • Auch von Mobileye sollte man gehört haben. Das zum Chiphersteller Intel gehörende Unternehmen will mit dem bekannten deutschen Autovermieter Sixt in München einen Fahrdienst auf der Automatisierungsstufe 4 anbieten. In einem begrenzten Umfang soll es bereits im laufenden Jahr losgehen.
  • Der riesige chinesische Tech-Konzern Baidu gilt ebenfalls als weit fortgeschritten bei der Technologie. Seit dem vergangenen Jahr transportieren Robo-Taxis des Unternehmens Passagiere durch Peking. Und auch andere Schwergewichte wie Huawei, Amazon (über die Tochter Zoox) oder Aurora sind weit fortgeschritten bei autonomen Fahrsystemen.

Und die Ethik?

Ethische Fragen stellen sich vor allem beim Einsatz von künstlicher Intelligenz. Eine Ethikkommission der Bundesregierung namens „Automatisiertes und vernetztes Fahren“ hat dafür bereits 2017 Leitlinien erarbeitet. Beispielsweise müssen automatisierte Verkehrssysteme zuerst der Sicherheit aller Beteiligten im Straßenverkehr dienen. Der Schutz von Menschen hat dabei Vorrang vor sogenannten „Nützlichkeitserwägungen“.

Und darin steht auch deutlich, dass bei „unausweichlichen Unfallsituationen ist jede Qualifizierung nach persönlichen Merkmalen (Alter, Geschlecht, körperliche oder geistige Konstitution) strikt untersagt. Auch eine „Aufrechnung von Opfern“ sei nicht erlaubt.

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. Dabei entstehen neue Geschäftsmodelle für Autohersteller, Automobilzulieferer und andere Unternehmen, die zur Wertschöpfung von autonomen Fahrsystemen beisteuern – Start-ups, Mobilfunkanbieter, Spezialisten für Sensoren und Software, Kartenunternehmen und viele weitere.

Die Akzeptanz der Nutzer ist ein Thema, das häufig noch wenig Aufmerksamkeit erfährt. Eine Umfrage des Digitalverbands Bitkom aus dem Jahr 2021 zeigt, dass grundsätzlich das Vertrauen in autonome Fahrzeuge wächst. Mittlerweile wären demnach gut 60 Prozent bereit, ein autonomes Auto zu nutzen.

Vor allem aber haben die Befragten mehr Vertrauen in die Technologie. Fast alle Befragten (99,8 %) gaben an, sich grundsätzlich vorstellen zu können, ein autonomes Verkehrsmittel zu nutzen. Vor einem Jahr waren es laut Bitkom 93 Prozent – und vor zwei Jahren nur 77 Prozent.

Weitere Infos zum autonomen Fahren gibt es in unserem Themenkanal Technik & Entwicklung: tagesaktuelle News, Fachbeiträge und Insiderwissen

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

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