Diese Hürden muss das automatisierte Fahren überwinden

Die bedeutendste Innovation in der Autoindustrie neben der Elektrifizierung der Fahrzeugflotten ist das automatisierte Fahren. Trotz aller Fortschritte gibt es zahlreiche Herausforderungen – in Deutschland und weltweit. 

Sensorik und Datenverarbeitung

Automatisierte Fahrzeuge verwenden eine Vielzahl von Sensoren, um ihre Umgebung zu erfassen. Zu den am häufigsten eingesetzten Technologien gehören Kameras, Radar, Lidar und Ultraschallsensoren. Diese erfassen visuelle Daten, messen Entfernungen, erkennen Hindernisse und überwachen den Verkehr. Kritisch ist die Kombination und Interpretation dieser Daten in Echtzeit – ein Prozess, der als Sensorfusion bezeichnet wird. Diese Fusion ist entscheidend für die Genauigkeit der Wahrnehmung und das sichere Navigieren.

Ein weiteres Thema ist die Datenverarbeitung. Automatisierte Fahrzeuge generieren täglich Daten im Umfang von mehreren Terrabytes. Die heutigen Rechenkapazitäten stoßen hier an ihre Grenzen, sodass technologische Fortschritte in der Edge-Computing-Technologie und bei leistungsstarken Prozessoren notwendig sind.

Aktuelle Entwicklungen in der Datenverarbeitung konzentrieren sich auf neuronale Netzwerke und künstliche Intelligenz (KI). Diese simulieren komplexe Verkehrssituationen und erkennen potenzielle Gefahren vorausschauend. Dabei bleibt die Optimierung der Rechenleistung und die Verbesserung der Reaktionszeit der Systeme zentrale Herausforderung. 

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen

Damit automatisierte Fahrzeuge auf Level 3, 4 und 5 sicher im Straßenverkehr agieren können, müssen sie dynamische und komplexe Situationen in Echtzeit analysieren und auf sie reagieren. Dies erfordert den Einsatz fortschrittlicher KI-Technologien und maschinelles Lernen. KI-basierte Systeme können Muster im Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer erkennen und darauf Entscheidungen basieren.

Ein Schlüsselfaktor in dieser Entwicklung ist die Fähigkeit der KI, aus Erfahrungen zu lernen. Automatisierte Fahrzeuge müssen ständig neue Daten sammeln und analysieren, um ihre Entscheidungsfindung zu optimieren. Deep-Learning-Algorithmen kommen hierbei zum Einsatz, um das Fahrzeugverhalten zu verbessern und die Reaktion auf unvorhergesehene Ereignisse, wie etwa plötzlich auftretende Hindernisse, zu beschleunigen.

Infrastruktur und Kommunikation

Neben den technologischen Herausforderungen, die im Fahrzeug selbst auftreten, ist auch die Kommunikation mit der Umgebung eine zentrale Hürde für die Umsetzung des autonomen Fahrens. Um vollständig autonom zu agieren, müssen Fahrzeuge in Echtzeit Informationen über den Straßenverkehr, andere Fahrzeuge und sogar Fußgänger austauschen. Dies wird durch Car2X-Kommunikation ermöglicht. Fahrzeuge kommunizieren untereinander und mit der Infrastruktur, um Informationen über Verkehrsbedingungen, Hindernisse oder Unfälle zu teilen.

Die Umsetzung dieser Technologien erfordert den Aufbau einer umfangreichen Kommunikationsinfrastruktur. In Deutschland und der EU sind 5G-Netzwerke eine erste Grundlage für den Erfolg des autonomen Fahrens. Mit ihrer niedrigen Latenzzeit und hohen Bandbreite ermöglichen 5G-Netzwerke den Austausch großer Datenmengen. Erst mit dem 6G-Standard wird in Zukunft Echtzeitdatenübertragung möglich und die Kapazität verfünffacht.

Zusätzlich zu einer robusten Kommunikationsinfrastruktur muss auch die physische Infrastruktur angepasst werden. Beispielsweise werden intelligente Verkehrszeichen benötigt, die dynamische Informationen über Geschwindigkeitsbegrenzungen, Baustellen oder Unfälle übermitteln. Auch die Einrichtung von Dedicated Lanes für autonome Fahrzeuge, ähnlich den Busspuren in Städten, könnte den Einsatz dieser Technologie in der Praxis beschleunigen.

Technologische Entwicklung in Deutschland

Deutschland gilt im Jahr 2024 als einer der führenden Akteure im Bereich des automatisierten Fahrens. Bereits 2021 wurde ein Gesetz zum autonomen Fahren verabschiedet, das den Betrieb von Fahrzeugen mit SAE-Level 4 auf öffentlichen Straßen ermöglicht. Deutschland war das erste Land weltweit war, das eine umfassende rechtliche Grundlage für hochautomatisierte Fahrzeuge schuf.

Die großen deutschen Automobilhersteller wie der Volkswagen-Konzern (mit Audi und Porsche), Mercedes-Benz und BMW haben in den letzten Jahren erhebliche und erfolgreiche Investitionen in die Entwicklung automatisierter Fahrtechnologien getätigt. Vorreiter der Entwicklung von automatisierten Fahrzeugen des Levels 3 waren die Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), die heute von den deutschen Premiumherstellern angeboten werden. Diese originären Level-2-Systeme umfassen Spurhalteassistenten, Notbremsassistenten, Abstandsregeltempomaten und Totwinkelwarner, die das Fahren sicherer und effizienter machen. Fortgeschrittene Level 2+ oder frühe Level-3-Systeme übernehmen nunmehr in bestimmten Verkehrssituationen die vollständige Kontrolle über das Fahrzeug, ohne dass der Fahrer eingreifen muss. Diese Systeme sind in Deutschland bereits für den Einsatz auf Autobahnen zugelassen und gelten international als Maßstab und Vorreiter.

Darüber hinaus engagiert sich die deutsche Bundesregierung stark. Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer-Institut arbeiten eng mit der Industrie zusammen, um technologische Innovationen voranzutreiben. Deutschland hat sich als Standort für die Entwicklung und Erprobung autonomer Fahrzeuge etabliert, auch durch umfangreiche staatliche Förderprogramme. F&E-Initiativen haben das Ziel, Deutschland als führenden Standort für autonomes Fahren zu etablieren, insbesondere bei der Einführung von Mobilitätsplattformen und digitalen Verkehrssteuerungssystemen.

Regulierung weltweit

Die rechtlichen Rahmenbedingungen variieren weltweit stark. In Deutschland und der EU gibt es klare und einheitliche Regelungen, die die Genehmigung hochautomatisierter Fahrzeuge erleichtern. Die Verordnung über die allgemeine Sicherheit von Fahrzeugen aus dem Jahr 2022 hat neue Sicherheitsfunktionen für alle Neufahrzeuge eingeführt, und Deutschland hat maßgeblich zur Schaffung eines einheitlichen europäischen Rechtsrahmens beigetragen.

In den USA existiert kein national einheitliches Regelwerk für autonomes Fahren. Die Vorschriften variieren von Bundesstaat zu Bundesstaat, wobei Kalifornien, Nevada, Texas und Arizona führend in Entwicklung und Einführung sind. Flexibilität erlaubt schnelle Innovationen, stellt aber auch Herausforderung bei der Sicherheit dar. China verfolgt erwartungsgemäß einen zentralen Ansatz. Starke staatliche Unterstützung und die strategische Nutzung von Daten verschaffen der chinesischen Industrie jedenfalls im eigenen Land einen Wettbewerbsvorteil. 

Industrie in USA

In den USA hat sich die Entwicklung autonomer Fahrtechnologien rasant entwickelt, vor allem durch Waymo und Cruise. Diese betreiben bereits kommerzielle Flotten autonomer Fahrzeuge in Städten wie San Francisco und Phoenix. Waymo, Tochtergesellschaft von Google, gilt als Vorreiter im Bereich der Robotaxis. Der Vorteil in den USA liegt in der flexibleren und gelegentlich freizügigen Regulierung von Testfahrten, die es ermöglicht, schneller neue Technologien live zu erproben.

Tesla bietet mit seinem Full-Self-Driving (FSD) Funktionen, mit denen Fahrzeugen auf Autobahnen und in Städten weitgehend autonom navigieren sollen. Allerdings befindet sich die Technologie in der Testphase und in der weiterhin notwendigen aktiven Überwachung durch den Fahrer.

Industrie in China

China ist ebenfalls ein globaler Spitzenreiter im Bereich des automatisierten Fahrens. Städte wie Wuhan und Peking sind Vorreiter bei der Einführung von Robotaxis. Bis Ende 2024 sollen in Wuhan 1.000 autonome Taxis im Einsatz sein. Die chinesische Regierung unterstützt die Entwicklung durch umfangreiche Testprogramme und Pilotprojekte, was die Einführung autonomer Technologien erheblich beschleunigt. Unternehmen wie Baidu haben in China große Fortschritte gemacht. Baidu betreibt eine wachsende Flotte autonomer Fahrzeuge und entwickelt Technologien, die speziell auf den städtischen Verkehr in China zugeschnitten sind.

Ausblick

Das automatisierte Fahren steht zumindest an der Türschwelle zur Revolution der Mobilität. Deutschland nimmt eine führende Rolle bei der Einführung von automatisierten Fahrsystemen ein und Programmierer und Ingenieure entwickeln mit Hochdruck. Mit fortschrittlicher Technologie, starken Forschungsprogrammen und einem klaren rechtlichen Rahmen hat das Land dafür die Grundlage geschaffen.