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07.02.2022 | Automatisiertes Fahren | Fragen + Antworten | Online-Artikel

Das müssen Sie zum automatisierten Fahren wissen

verfasst von: Christiane Köllner

13 Min. Lesedauer

Automatisiertes Fahren verspricht optimierte Sicherheit, höheren Komfort und mehr Effizienz. Das ist der Stand der Technik – und das sind die Herausforderungen autonomer Mobilität. Ein Überblick. 

Das automatisierte Fahren gilt als einer der Megatrends der Fahrzeugentwicklung, der das Autofahren zum Teil radikal verändern wird. Aktuelle Entwicklungen zur autonomen Mobilität sind gerade auf der Elektronikmesse CES Anfang Januar gezeigt worden. Wo steht also das automatisierte Fahren? Wie weit sind Technik und Infrastruktur? Welche Rechtsfragen ergeben sich? Ein Überblick über die wichtigsten Fragen und Antworten zum automatisierten Fahren. 

Empfehlung der Redaktion

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Fahrerassistenzsysteme und Automatisiertes Fahren

Fahrerassistenzsysteme erlebten bereits seit den Anfängen in den 70er und 80er Jahren eine faszinierende Entwicklung, die noch längst nicht abgeschlossen ist: Einerseits sind Einzelsysteme wie Adaptive Cruise Control, Lane Keeping Assistant, Parkassistenz etc. bereits in Serie, die bestimmte Aspekte der Fahrzeugführung unterstützen, indem sie z. B. bei der Längs- oder Querführung assistieren. Diese Entwicklung hat sowohl an Dynamik als auch an Funktionsvielfalt zugenommen.

 

Wie weit ist die Technik bisher?

Automatisiert fahrende Fahrzeuge nach SAE-Level 3 und 4 sind bereits auf öffentlichen Straßen unterwegs, so niederländische Ingenieure und Wissenschaftler im Artikel SAE-Level-3-Automatisierung – Vergleich von Übergang und geteilter Kontrolle aus der ATZelektronik 10-2021. Daimler hat Ende 2021 die Level-3-Freigabe erhalten: So können Mercedes-Benz-Kunden ab der ersten Jahreshälfte 2022 eine S-Klasse mit "Drive Pilot" kaufen. Nach Aktivierung übernimmt das System, etwa in einer Stausituation oder in einer Baustelle, die Fahraufgabe zunächst bis zu den gesetzlich erlaubten 60 km/h und regelt Geschwindigkeit, Abstand und übernimmt die Spurführung. Audi und BMW haben für den A8 beziehungsweise den iNext noch keine Freigabe für Level 3. BMW plant für dieses Jahr aber einen neuen 7er, der Level 3 beherrschen wird.

Vorgerüstet ist die Mercedes-Benz S-Klasse bereits für Level 4: Bei dieser Stufe, dem vollautomatisierten Fahren, kann das Fahrzeug unter definierten Rahmenbedingungen Verkehrssituationen auch ohne einen Fahrer selbstständig meistern, zum Beispiel beim Automated Valet Parking. Mehr noch als für Privat-Pkw ist die Level-4-Technik für den Einsatz in Robotaxis von Mobilitätsdienstleistern gedacht. Im US-Bundesstaat Arizona, genauer einem Vorort von Phoenix, lässt die Google-Tochter Waymo schon seit Längerem Level-4-Taxis fahren – zum Teil auch ohne Sicherheitsfahrer hinter dem Lenkrad. 

Welche Herausforderungen müssen gemeistert werden?


Umfelderkennung

"Für automatisierte Fahrfunktionen der Stufe 3 und höher, die es dem Fahrer erlauben, seine Aufmerksamkeit zumindest vorübergehend vom Fahrgeschehen abzuwenden, wird eine hohe Abdeckung und Redundanz in der Umfelderkennung benötigt", erklärt Valeo im Artikel Automatisiertes Fahren und seine Sensorik im Test aus der ATZ 1/2018. Die Sensorausstattung umfasst daher Ultraschall, Radar, Kamera und Lidar-Technik. Vor allem im urbanen Umfeld seien akkurate 3-D-Karten der Umgebung notwendig. Eine der großen Schwierigkeiten für das autonome Fahren ist die Unwägbarkeit und Unstrukturiertheit des Verkehrs, vor allem im Falle eines hochkomplexen Mischverkehrs aus manuell geführten und automatisierten Fahrzeugen. Um alle Eventualitäten von Verkehrssituationen zu bewältigen, sind gut trainierte Systeme der künstlichen Intelligenz notwendig. Die Entwicklungsprozesse und vor allem die Erprobung und Validierung sind entsprechend umfangreich.

Mensch-Maschine-Interaktion

Ferner sind Aspekte der Mensch-Maschine-Interaktion zu beachten. "Insbesondere bei Automatisierungsstufen, bei denen die operative Fahraufgabe automatisiert vom Fahrzeug ausgeführt wird und der menschliche Fahrer beim Erreichen einer Systemgrenze als Rückfallebene dient, kann es leicht zu problematischen Situationen während der Übergabe und Übernahme der Fahraufgabe kommen", erklären Forschende der TU Dortmund im Artikel Koordination von Übernahmemanövern beim hochautomatisierten Fahren unter Berücksichtigung der Fahrerverfügbarkeit. Eine Übernahmezeit ist also vorzusehen, die technisch bedeutet, "dass die Funktion auch im Fehlerfall weiter funktionieren muss, also zumindest übergangsweise fehlertolerant ausgelegt werden muss", so die Springer-Autoren um Klaus Bengler im Kapitel Fahrerassistenzsysteme und Automatisiertes Fahren aus dem Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. Diese hohe Anforderung an die funktionale Sicherheit, die gemäß ISO 26262 sicherzustellen und nachzuweisen sei, könne nur durch Redundanzen aller sicherheitsrelevanter Teilsysteme und Komponenten erreicht werden, so die Autoren. 

Time Sensitive Networking

Für eine Vielzahl der Funktionen des automatisierten Fahrens sind zudem "Verlässlichkeit und Echtzeit der Datenübertragung Grundvoraussetzung, was mit 'Time matters' beschrieben wird", erklären TSN Systems und BEB Consulting & Coaching im Artikel Time Sensitive Networking in der Automobilindustrie aus der ATZelektronik 9-2020. Das bedeute, dass spätestens mit SAE-Level 4 neben einer hohen Verfügbarkeit des In-Vehicle(IV)-Netzes "Zeitsynchronisation, Traffic-Priorisierung, Determinismus und begrenzte Latenz unabdingbare Anforderungen" seien, die Autoren. Die Lösung hierfür sei Time Sensitive Networking (TSN) auf Basis von Automotive Ethernet (AE).

Welche Anforderungen werden an die Infrastruktur gestellt?

Neben leistungsstarker Sensorik ist auch eine stabile Vernetzung automatisierter Fahrzeuge untereinander und mit der Infrastruktur notwendig. Mithilfe dieser Car-to-X-Vernetzung müssen Fahrzeuge in Echtzeit miteinander und der digitalisierten Verkehrsinfrastruktur kommunizieren. Dazu müssen Straßen, Verkehrszeichen, Ampeln und Verkehrsleitsysteme angepasst werden. Wichtig dabei sind einheitliche Kommunikationsstandards und hochleistungsfähige, flächendeckend ausgebaute Mobilfunknetze – für vollautonomes Fahren 6G, laut Ivan Ndip vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM). Dabei stehen zwei Kommunikationsstandards in der Diskussion: Zum einen die pWLAN-Technik, die auch mit dem DSRC-Standard in den USA vergleichbar ist, und zum anderen die auf Mobilfunk basierende Cellular-V2X-Technologie (C-V2X). Darüber hinaus muss ebenso die Interaktion und Kommunikation mit Fußgängern und/oder Radfahrern geklärt werden. Der Ausbau der Infrastruktur für das elektrische, vernetzte und automatisierte Fahren ist dabei mit einem hohen Kostenaufwand verbunden. 

Die Automatisierung des Verkehrssystems ist ebenfalls von großer Relevanz für Stadtplanung und -entwicklung und die hierfür entwickelten Leitbilder und Ziele", betont auch Springer-Autor Dirk Heinrichs im Kapitel Autonomes Fahren und Stadtstruktur des Buchs Autonomes Fahren. Es bestehe ein Bedarf zur Analyse, wie autonomes Fahren die langfristigen Pläne zur Gestaltung von Parkflächen, Fahrradspuren, Kreuzungen, Bürgersteigen, Querschnittsgestaltungen von Straßen etc. beeinflussen könnte.

Bringt automatisiertes Fahren zusätzliche Verkehrssicherheit? 

Fahrerassistenzsysteme, "die aktuell in neu zugelassenen Fahrzeugen installiert sind, haben einen deutlichen Einfluss auf die Steigerung der Verkehrssicherheit", schreibt Marc Weiß im Artikel Beeinflussung der Verkehrssicherheit durch Fahrerassistenzsysteme und das automatisierte Fahren aus Forschung im Ingenieurwesen 4/2021. Und da Assistenzsysteme die Grundlage für das automatisierte Fahren bilden, hätte auch dieses einen potenziell hohen positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit, so Weiß. "Fahrerassistenzsysteme können menschliche Fehler eliminieren und greifen in kritischen Fahrsituationen ein, in denen ein menschlicher Fahrer nur sehr selten die Kontrolle über das Fahrzeug behält", so der Autor. Auch die Springer-Autoren um Mark Gonter teilen diese Ansicht im Kapitel Fahrzeugsicherheit aus dem Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik: "Automatisches und autonomes Fahren (Stufen 4 und 5) weisen ein hohes Potential zur Unfallvermeidung auf, da in diesem Fällen der heutige Fahrer als Haupt-Fehlerursache für Unfälle entfällt. Damit verbunden ist allerdings auch die Anforderung des unfallfreien Fahrens gekoppelt".

Springer-Autor Mathias Mitteregger weist darauf hin, dass man zurückhaltend von Potenzialen für die Verkehrssicherheit sprechen sollte und nicht davon, dass "autonome“ Fahrzeuge zu absoluter Verkehrssicherheit führen würden, wie er im Buchkapitel Am Ende der Straße: totale Sicherheit ausführt. Der Automatisierung stünden auch neue Risiken und Unsicherheiten gegenüberstehen, zum Beispiel was den Bereich der Cybersecurity angehe. Auch bei der Gestaltung der Übergangsphase hin zu Vollautomatisierung ("Mischverkehr") muss die Frage der Verkehrssicherheit besonders berücksichtigt werden, worauf Agora Verkehrswende hinweist. Die Übergangsphase sei von einem Mischverkehr aus manuell geführten und automatisierten Fahrzeugen sowie von verschiedenen Modellen und Stufen der Automatisierung geprägt. "Daraus sowie aus einem noch ungeübten und möglicherweise falschen Umgang mit der Technik können sich neue Gefahrenquellen und Beeinträchtigungen der Sicherheit im Verkehr ergeben", heißt es vom ThinkTank. 

Empfehlung der Redaktion

01.11.2021 | Originalarbeiten/Originals

Beeinflussung der Verkehrssicherheit durch Fahrerassistenzsysteme und das automatisierte Fahren

In folgendem Fachbeitrag untersucht der Autor, wie Fahrassistenzsysteme und automatisiertes Fahren die Verkehrssicherheit beeinflussen. Dazu gibt er eine Übersicht über entsprechende Projekte und Felduntersuchungen zur Verkehrssicherheit. Daher ist dieser Beitrag als Übersichtsarbeit zu verstehen.

Hat automatisiertes Fahren einen Umwelteffekt?

Michael Krail und Claus Doll vom Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) zeigen im Kapitel Verkehrliche und ökologische Wirkungen des automatisierten und vernetzten Fahrens des Buchs Mobilität der Zukunft ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz auf. Die Analysen weisen jedoch auch darauf hin, "dass negative Verlagerungswirkungen entstehen können, wenn sich keine Änderung des Status quo der Verkehrsmittelwahl in Deutschland ergibt. Steigt die Nachfrage und das Angebot an geteilten Mobilitätsdienstleistungen wie Carsharing oder Ridesharing deutlich, kann auch hier die Automatisierung zu einer zusätzlichen Verbesserung der Effizienz des gesamten Verkehrssystems beitragen", so die Autoren.

Allerdings können sich automatisierte Pkw sehr unterschiedlich auf den Energieverbrauch auswirken, gibt eine Analyse des Thinktanks Agora Verkehrswende zu bedenken. Das automatisierte Auto könne den Energieverbrauch im Verkehr zwar reduzieren, allerdings passiere das nicht automatisch. Denn auch der Energieverbrauch der Dateninfrastruktur fällt ins Gewicht. Gemeint ist damit der zusätzliche Energieverbrauch, der mit der Automatisierung der Fahrzeuge und der Vernetzung dieser miteinander, mit Datenplattformen und der Infrastruktur einhergeht.

Wie sieht die Rechtslage aus?

Automatisierte Systeme der SAE-Stufe 3 dürfen in Deutschland seit 2017 die Fahraufgabe unter bestimmten Voraussetzungen übernehmen. Ein Fahrer ist dabei aber weiterhin notwendig, der sich jedoch im automatisierten Modus vom Verkehrsgeschehen und der Fahrzeugsteuerung abwenden darf. Mit dem Gesetz zum autonomen Fahren, das am 28. Juli 2021 in Kraft getreten ist, erfolgte der nächste Schritt. Damit hat der Gesetzgeber den erforderlichen Rechtsrahmen geschaffen, um den Betrieb von automatisierten Kraftfahrzeugen der SAE-Stufe 4 in festgelegten Betriebsbereichen des öffentlichen Straßenverkehrs zu ermöglichen. Der zentrale Unterschied zur vorherigen Rechtslage besteht darin, dass jetzt die Anwesenheit eines ständig eingriffsbereiten Sicherheitsfahrers nicht mehr nötig ist. 

Vorausgegangen waren Änderungen am Wiener Übereinkommen vom März 2014. Der internationale Vertrag aus dem Jahr 1968 wurde geändert, um den Unterzeichnerstaaten die Nutzung von hochautomatisierten Systemen der SAE-Stufe 3 (und auch für Level 4, sofern vom Fahrer aktiviert) im öffentlichen Verkehr zu ermöglichen. Auch Systeme, die für die Fahrer übersteuerbar oder abschaltbar sind, erfüllen nun die geforderte Beherrschung durch diese. Die Mitgliedstaaten der Europäischen Union an den Vertrag gebunden sind, ist es ihnen aktuell nicht möglich, Regelungen für die SAE-Stufe 5 einzuführen. Unter anderem sind die USA, China, Indien und Australien dem Übereinkommen nicht beigetreten.

In den USA existiert ein Bundesgesetz mit einheitlichen Rahmenbedingungen für das autonome Fahren noch nicht, jedoch haben zahlreiche US-Bundesstaaten Gesetze zu autonomen Fahrzeugen verabschiedet, darunter zum Beispiel Nevada und Arizona. 

Datenschutz

Verfügungsrechte über Daten im vernetzten Auto und die datenschutzrechtliche Hindernisse hinsichtlich der Speicherung, Verarbeitung und Weitergabe dieser Informationen sind weitere rechtliche Aspekte des automatisiertes Fahrens. Welche datenschutzrechtlichen Standards wichtig sind und was bei der Datenverarbeitung beachtet werden muss, erläutern Matthias Bandemer und Jyn Schultze-Melling von EY im Online-Artikel Datenmengen sind eine Herausforderung für das autonome Fahren.

Welche ethischen Fragen ergeben sich?

Sogenannte Dilemmasituationen, in denen bei einer unausweichlichen Kollision entschieden werden muss, welches Verhalten den niedrigsten Schaden aller beteiligten Verkehrsteilnehmer nach sich ziehen wird, wurden häufig in der Öffentlichkeit in Rahmen von Erörterungen rund ums das automatisierte Fahren diskutiert. Für Professor Eric Hilgendorf von der Universität Würzburg ist das Problem aber nicht unlösbar: "Hier in Europa haben wir uns nach dem Krieg darauf geeinigt, dass Leben gegenüber Leben nicht aufgewogen werden soll. Das heißt, wir kommen im Dilemmafall nie an den Punkt, an dem wir sagen, eine Person darf jetzt getötet werden, um eine andere zu retten; dies wäre niemals legal", so der Rechtswissenschaftler im Interview "Wir brauchen keine Strafbarkeit von Robotfahrzeugen" in der ATZ 1-2022. Er erklärt weiter: "Übertragen auf das Pkw-Problem wird also der Wagen nicht ausweichen, er muss weiterfahren und der am Straßenrand Stehende, der sonst ungefährdet geblieben wäre, darf nicht überrollt werden".

Weitere ethische Fragen sind laut den Springer-Autoren Arne Manzeschke und Alexander Brink: "Wie gehen wir mit dem Abbau von hunderttausenden von Arbeitsplätzen bei Berufskraftfahrern (Lkw, Taxi, Rettungsdienste u. a.) um? Welche Eingriffe in die Privatsphäre sind mit dem permanenten Monitoring der Fahrzeuge und ihrer Insassen verbunden? Welchen Einfluss auf das gesellschaftliche und individuelle Leben bekommen Organisationen, die unsere Mobilität in komplexen digitalen Welten durch ihre digitale Infrastruktur formen?", so die Autoren im Kapitel Ethik der Digitalisierung in der Automobilbranche am Beispiel selbstfahrender Autos. Darüber hinaus werde die Frage diskutiert, inwieweit autonom entscheidende Akteure für fehlerhaftes Verhalten haftbar gemacht werden können. "Hier geht es also nicht nur um eine moralische, sondern auch um eine rechtliche Verantwortung", so die Autoren. Zudem stellt sich laut Eric Hilgendorf die Frage, "ob bzw. inwieweit der Staat die neuen technologischen Möglichkeiten des automatisierten und vernetzten Fahrens nutzen sollte, um rechtskonformes Verhalten im Straßenverkehr technisch zu erzwingen", wie er im Kapitel Automatisiertes Fahren als Herausforderung für Ethik und Rechtswissenschaft ausführt.

Wo stehen automatisierte Nutzfahrzeuge?

Nach Expertenmeinung sind es zuerst die Autobahnen und Fernstraßen sowie die Parkhäuser und Tiefgaragen, wo autonome Fahrzeuge unterwegs sein werden. Doch bevor autonome Fahrzeuge im Personenverkehr zum Einsatz kommen, könnten sie im Nutzfahrzeug-Bereich eher zu finden sein. "Schon jetzt sehen wir hier die Nachfrage nach Systemen, die vollautomatisiertes Fahren nach Level 4 und höher in wenigen Jahren möglich machen. Nutzfahrzeuge können schon heute auf geschlossenen Arealen oder abgegrenzten Fahrspuren vollautomatisiert fahren", sagt Torsten Gollewski, Executive Vice President Autonomous Mobility Systems bei ZF im Interview "Technisch sind wir soweit startklar" aus der ATZ 9-2020.

Zum Beispiel lösen automatisierte Lkw mehrere Probleme des Güterverkehrs auf einen Schlag: "Aus Sicht des Nutzfahrzeugherstellers ist das voll automatisierte bzw. autonome Fahren hoch interessant: Die eigene Wertschöpfungstiefe steigt durch die komplexere Technik solcher Fahrzeuge, gleichzeitig ermöglichen sie dem Kunden aufgrund der entfallenden Lohnkosten einen TCO-Vorteil. Im Segment der Volumentransporte könnte zudem die entfallende Fahrerkabine zur Wirtschaftlichkeit autonomer Nutzfahrzeuge beitragen", erklärt Springer-Autor Andreas Renschler im Kapitel Technologischer Wandel: Das Nutzfahrzeug der Zukunft des Buchs Die Zukunft des Nutzfahrzeugs in Zeiten der Transformation

Autonome Nutzfahrzeuge bieten auch Potenzial für mehr Nachhaltigkeit, wie die Autoren vom Fraunhofer IESE und AVL PTE Turkey des Artikels Verlässliche autonome Nutzfahrzeuge aus der ATZheavyduty 1-2021 erklären. Oft könnten sie Aufgaben präziser, schneller oder anderweitig besser erledigen, sodass sich ökologische Vorteile ergeben. "Im Agrarbereich ist die Präzisionslandwirtschaft (Precision Farming) nicht mehr wegzudenken, da sich zum Beispiel mit genauer Düngung viel Düngemittel einsparen lässt. Schnellere Reaktionszeiten als beim Menschen ermöglicht das Lkw-Platooning. Dabei fahren Nutzfahrzeuge auf der Autobahn in geringem Abstand in einem Konvoi. Der geringe Abstand wird durch die schnelle Reaktionszeit bei Bremsvorgängen ermöglicht und führt zu einem optimierten Windschatten, der den Kraftstoffverbrauch signifikant reduziert", so die Autoren.

Wann kommt das fahrerlose Auto?

Als letzte Entwicklungsstufe gilt das autonome (fahrerlose) Fahren, das Level 5. Hier kann das Fahrzeug "vollumfänglich auf allen Straßentypen, in allen Geschwindigkeitsbereichen und unter allen Umfeldbedingungen die Fahraufgabe vollständig allein durchführen. Wann dieser Automatisierungsgrad erreicht sein wird, kann heute noch nicht benannt werden", erklärt Springer-Autor Michael Nolting im Kapitel Autonomes Fahren und Künstliche Intelligenz des Buchs Künstliche Intelligenz in der Automobilindustrie. Das vollautomatisierte Fahren auf der Autobahn werde voraussichtlich in der übernächsten Dekade möglich sein. Das größte Problem bei diesen Fahrzeugen werde es sein, ihre Umgebung zuverlässig, robust und fehlerfrei wahrzunehmen. Hier könne künstliche Intelligenz helfen, so Nolting, werde aber jede Menge Trainingsdaten benötigen, die noch eingefahren werden müssten. "Ebenso wird die Transition nicht von heute auf morgen stattfinden. Wahrscheinlich wird es 30 Jahre von jetzt an dauern, bis autonome Fahrzeuge unsere Straßen beherrschen werden", resümiert der Autor.

Zudem benötigt autonomes Fahren gesellschaftliches Vertrauen, um sich in der Breite durchzusetzen. Die Vorzüge der Fahrerassistenz und des automatisierten Fahrens werden laut aktueller Continental-Mobilitätsstudie insbesondere in China und Japan gesehen. Skepsis besteht weiterhin vor allem in Europa und den USA. "Die Kunst für die Ingenieure ist es, die subjektiven Faktoren richtig zu antizipieren, zielgerichtet in die Entwicklungsaktivitäten zu integrieren und dabei die Effizienz im Gesamtprozess nicht zu vernachlässigen. Denn auch automatisierte Systeme, die aus funktionaler Sicht den Kundenwünschen voll entsprechen, müssen bezahlbar bleiben", so Richard Backhaus im Report Automatisiertes Fahren – Kein Erfolg ohne Vertrauen aus der ATZelektronik 1-2-2021.

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2021 | Buch

Automatisiertes Fahren 2021

Vom assistierten zum autonomen Fahren 7. Internationale ATZ-Fachtagung

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