So funktioniert autonomes Fahren

Was können computergesteuerte Autos bereits? Was dürfen sie? Welche Vorteile bieten sie? Und wann werden sie sich durchsetzen?

Wer sich mit moderner Mobilität beschäftigt, der kommt am Thema „autonome Fahrzeuge“ nicht vorbei. Aber warum eigentlich sollten Autos selbständig fahren können? Kraftfahrzeuge gibt es ja schon seit gut 220 Jahren. Und in all dieser Zeit hat es sich recht gut bewährt, dass Menschen die Fahrzeuge steuern.

Autonome Fahrzeuge haben jedoch etliche Vorteile: Der größte ist sicherlich die Vermeidung von Unfällen. Zweitens bewirken selbstständig fahrende Autos einen besseren Verkehrsfluss. Drittens sorgen derartige Fahrzeuge – zumindest im Idealfall – für weniger Straßenverkehr und damit auch für eine geringere Umweltbelastung. Viertens verschaffen autonome Fahrzeuge ihren Benutzern mehr Zeit, weil sie während der Fahrt beispielsweise Arbeit erledigen, Freizeitaktivitäten nachgehen oder sich einfach entspannen können. Und nicht zuletzt ein Argument, das für Arbeitnehmer zwar wenig erfreulich ist, für Unternehmen dafür umso mehr: Bei autonomen Fahrzeugen (beispielsweise Taxis oder Transportern) entfallen die Lohnkosten für die menschlichen Lenker.

Digitale Augen

Ein autonomes Fahrsystem besteht aus mehreren miteinander kombinierten Assistenzsystemen. Je mehr dieser Assistenzsysteme vorhanden sind und je raffinierter sie sind, desto höher ist die Stufe der Autonomität.

Skala der freien Fahrtechnik

(Automatisierungsstufen nach einem Modell der deutschen Bundesanstalt für Straßenwesen und nach der internationalen Norm SAE J3016)

Automatisierungsstufe 0

| keine Automatisierung

Der Fahrer übernimmt alle Steueraufgaben selbst, auch wenn er dabei von einfacheren Assistenzsystemen wie ABS (Antiblockiersystem) und ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) unterstützt wird.

Automatisierungsstufe 1

| Assistierter Modus

Der Fahrer und der Computer teilen sich die Kontrolle über das Fahrzeug. Der Computer kann beispielsweise eine vorgegebene Geschwindigkeit einhalten, dafür sorgen, dass das Auto in der Fahrspur bleibt, oder aber das Einparken erledigen. Der Fahrer muss jederzeit bereit sein, wieder die vollständige Kontrolle zu übernehmen.

Automatisierungsstufe 2

| Assistierter Modus, Teilautomatisierung

Der Computer übernimmt die Steuerung und die Beschleunigung komplett. Der Fahrer muss jedoch die Umgebung beobachten und jederzeit bereit sein einzugreifen.

Automatisierungsstufe 3

| Automatisierter Modus, bedingte Automatisierung

Der Computer übernimmt die Steuerung und die Beschleunigung komplett. Der Fahrer kann sich mit anderen Dingen als dem Straßenverkehr beschäftigen, muss aber bereit sein, auf Aufforderung des Computers einzugreifen.

Automatisierungsstufe 4

| Autonomer Modus, Hochautomatisierung

Der Computer übernimmt die Steuerung und die Beschleunigung komplett. Der Fahrer kann sich mit anderen Dingen als dem Straßenverkehr beschäftigen und muss auch nicht mehr bereit sein einzugreifen, kann also beispielsweise schlafen oder sogar den Fahrersitz verlassen. Stößt der Computer auf Umgebungsbedingungen, mit denen er nicht zurechtkommt, so unterbricht er die Fahrt und übergibt die Kontrolle wieder an den Fahrer.

Automatisierungsstufe 5

| Autonomer Modus, Vollautomatisierung

Der Computer übernimmt die Steuerung und die Beschleunigung komplett – egal unter welchen Umgebungsbedingungen. Ein derartig automatisiertes Fahrzeug kann ohne Lenkrad und Pedale auskommen.

Die Software, die die Fahrentscheidungen trifft und dazu teilweise künstliche Intelligenz verwendet, stellt wesentlich höhere Hardware-Anforderungen als normale Autobordcomputer: Der Hersteller VW zum Beispiel gibt an, dass in einem seiner Testfahrzeuge die Rechenleistung von 15 Notebooks steckt, die pro Minute bis zu 5 Gigabyte Daten verarbeiten.

Zusätzlich zu dem Steuerungscomputer und dessen Software besteht ein autonomes Fahrsystem aus Sensoren und Aktoren. Mit Aktoren sind Steuerungsgeräte gemeint, die unter anderem Gas, Bremse und Lenkung kontrollieren.

Von entscheidender Bedeutung sind die diversen Sensoren, die sozusagen die Augen des autonomen Fahrzeugs bilden und es ihm ermöglichen, seine Umwelt wahrzunehmen: Radar- und Lidar-Systeme messen mit Hilfe von Funkwellen und Laserstrahlen die Entfernung beispielsweise zu anderen Verkehrsteilnehmern. Bei Abstandsmessungen mit kurzer Reichweite kommt auch Ultraschall zum Einsatz. Darüber hinaus verfügen autonome Fahrzeuge über mehrere Kameras, die Informationen liefern über die Straße, Verkehrsschilder und andere Verkehrsteilnehmer.

Weitere wichtige Informationen erhält das Fahrzeug von digitalen Straßenkarten sowie von Satellitennavigationssystemen, deren Angaben der höheren Genauigkeit wegen durch Messwerte von Raddrehzahlsensoren ergänzt werden.

Darüber hinaus können autonome Fahrzeuge idealerweise per Mobilfunk oder WLAN Informationen austauschen mit anderen Fahrzeugen, aber auch mit Elementen der Straßeninfrastruktur, also beispielsweise mit Ampeln.

Rechtslage

Schon im Juni 2017 trat in Deutschland das „Gesetz zum automatisierten Fahren“ in Kraft, das automatisierte Systeme der Stufe 3 erlaubt.

Seit Juli 2021 gilt nun das neue „Gesetz zum autonomen Fahren“, dank dessen autonome Kraftfahrzeuge der Stufe 4 „in festgelegten Betriebsbereichen“ bundesweit am öffentlichen Straßenverkehr teilnehmen können. Deutschland ist damit weltweit das erste Land, das fahrerlose Kraftfahrzeuge im Regelbetrieb und im gesamten nationalen Geltungsbereich erlaubt.

Zu den von Landesbehörden „festgelegten Betriebsbereichen“ können unter anderem Pendelbus-Strecken gehören, Verbindungen zwischen Verteilzentren, nachfrageorientierte Verkehrsangebote in Randzeiten im ländlichen Raum, die Beförderung von Personen oder Gütern auf der ersten oder letzten Meile sowie fahrerloses Einparken in Parkhäusern. Das Gesetz zielt also eher auf gewerbliche Anbieter ab und weniger auf den Individualverkehr.

Zweck der Regelung sei „die schnelle Etablierung innovativer Technik, Funktionen und Services in Deutschland“, so das Presse- und Informationsamt der Bundesregierung. Das Gesetz bietet Deutschland „die Möglichkeit, Forschung und Entwicklung voranzutreiben und die Mobilität der Zukunft vielseitiger, sicherer, umweltfreundlicher und nutzerorientierter zu gestalten“.

Testfahrten erlaubt: In Österreich ist es seit 2019 dank einer Novelle der „Automatisiertes Fahren Verordnung“ erlaubt, Einparkhilfen zu verwenden sowie Assistenzsysteme für die Spurhaltung auf der Autobahn. Darüber hinaus ist es Herstellern möglich, nach vorheriger Erlaubnis Testfahrten auch für andere Assistenzsysteme durchzuführen.

Autonome Shuttle-Busse in Pilotprojekten

Es gibt (und gab) in Deutschland mindestens 60 Projekte, in denen autonom fahrende Kleinbusse im Probebetrieb das existierende Netz der öffentlichen Verkehrsmittel ergänzen. Im Berliner Bezirk Tegel beispielsweise bedienen noch bis zum Sommer dieses Jahres drei hochautomatisierte Elektrokleinbusse (siehe Foto) im Rahmen des Projekts „Shuttles & Co“ zwei Linien mit insgesamt zehn Haltestellen. Etwa 17.000 Fahrgäste haben sich seit dem Sommer 2021 in diese Busse hineingetraut.

Bild: Berlin Partner für Wirtschaft und Technologie GmbH

Weniger Unfälle

Eine häufig zitierte Studie der Unternehmensberatung McKinsey & Company aus dem Jahr 2015 geht davon aus, dass sich dank autonomer Fahrzeuge bis zu 90 Prozent der Unfälle vermeiden lassen. Das wären, etwas vereinfacht gerechnet, EU-weit immerhin 17.820 gerettete Menschenleben pro Jahr.

Andere Einschätzungen sind weniger optimistisch: Eine Untersuchung des US-amerikanischen Insurance Institute for Highway Safety aus dem Jahr 2020 beispielsweise kommt zu der Schlussfolgerung, dass sich durch autonome Fahrzeuge realistischerweise „lediglich“ 33 Prozent der Unfälle verhindern lassen.

Bis wann werden sich autonome Fahrzeuge auf unseren Straßen durchsetzen? Laut einer Studie der Unternehmensberatung Deloitte werden 2035 im urbanen Bereich 32 Prozent der Fahrten von autonomen Fahrzeugen zurückgelegt.

Eine Prognos-Studie im Auftrag des ADAC kommt zu dem Ergebnis, dass bis 2050 „zwar bereits etwa die Hälfte der Fahrzeuge über eine Automatisierungsfunktion verfügen“ wird, sie in den meisten Fällen jedoch nur auf Autobahnen nutzbar sein werde. „Eine signifikante Durchdringung mit Fahrzeugen, die im gesamten Netz automatisiert fahren können“, sei erst für die Zeit nach 2050 zu erwarten.

Dieser langsame Fortschritt liegt nicht unbedingt an der mangelnden Begeisterung der Fahrzeugkäufer, sondern auch einfach daran, dass Autos in Deutschland durchschnittlich etwa 10 Jahre lang im Einsatz sind, sie also deutlich weniger schnell durch Nachfolger ersetzt werden als andere Konsumgüter.

Großes Vertrauen

Basis: 1.003 Personen in Deutschland ab 16 Jahre | *Nennungen „Ja, auf jeden Fall“ und „Eher ja“

Quelle: Bitkom Research

Ein Computer am Steuer würde die meisten Menschen in Deutschland nicht davon abhalten, sich in ein Fahrzeug zu setzen. So das Ergebnis einer repräsentativen Befragung im Auftrag des Digitalbranchenverbands Bitkom vom November 2021. Konkret können 99,8 Prozent der Befragten es sich grundsätzlich vorstellen, ein autonomes Verkehrsmittel zu benutzen. Im Jahr 2020 lag dieser Wert bei 93 Prozent, im Jahr 2019 erst bei 77 Prozent.

Am größten ist das Vertrauen in digitale Fahrzeuglenker bei U- und S-Bahnen (73 Prozent). Busse, Privat-Pkw, Shuttle-Kleinbusse, Taxis sowie Regional- und Fernzüge schneiden etwas schlechter ab, stoßen aber doch bei etwa zwei Dritteln der Befragten auf Wohlgefallen. Autonome Schiffe und Flugzeuge dagegen erscheinen bislang nur etwa einem Drittel der Deutschen vertrauenswürdig.

„Das autonome Fahren wird vermutlich zunächst den öffentlichen Nah- und Fernverkehr revolutionieren und hier für mehr Effizienz sorgen“, erläutert Bitkom-Präsident Achim Berg. „Aber auch beim Individualverkehr ist die Frage beim autonomen Fahren weniger das Ob als das Wann.“

31 Prozent der Deutschen erwarten, dass hierzulande erst in 20 Jahren mehr autonome als herkömmliche Privat-Pkw zugelassen werden. 22 Prozent rechnen damit in 25 Jahren, 18 Prozent in 15 Jahren und 13 Prozent bereits in 10 Jahren.

Führende Unternehmen

Einerseits beschäftigen sich natürlich traditionelle Autohersteller mit der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen:

Einer der berühmtesten Namen dabei ist der des US-amerikanischen Unternehmens Tesla. Dessen Assistenzsystem „Autopilot“ bietet derzeit Fähigkeiten der Automatisierungsstufe 2. Die Hardware der Fahrzeuge soll nach Herstellerangaben bereits dafür vorbereitet sein, in Zukunft durch Updates vollständig automatisches Fahren zu ermöglichen. In den USA nehmen bereits 100.000 Tesla-Fahrer am „Full Self-Driving Beta Program“ teil.

Robotertaxis im Einsatz

Der südkoreanische Automobilhersteller Hyundai arbeitet ebenfalls an autonomen Fahrzeugen. 2023 sollen im Heimatland des Unternehmens Robotertaxis zum Einsatz kommen, die auf dem vollelektrischen Automodell Ioniq 5 basieren und eine Automatisierung der Stufe 4 bieten.

In Deutschland beschäftigen sich unter anderem VW und BMW intensiv mit autonomen Fahrzeugen: VW will in Zusammenarbeit mit Bosch ab 2023 die ersten Fahrzeuge auf den Markt bringen, die Stufe-2-Funktionen bieten sowie ein System, bei dem das Fahrzeug die komplette Steuerung auf der Autobahn übernehmen kann. Einige BMW-Fahrzeuge bieten bereits jetzt Stufe-2-Fähigkeiten. Ab 2025 sollen – dank einer Kooperation mit dem Chip-Hersteller Qualcomm und dem Software-Unternehmen Arriver – auch Fahrzeuge auf den Markt kommen, die über Stufe-3-Automatisierung verfügen.

Andererseits drängen auch branchenfremde Technologieunternehmen in den Markt: Die Google-Schwester Waymo zum Beispiel entwickelt Autonome-Steuerungs-Hardware und -Software, die in Fahrzeugen unter anderem von Daimler, Jaguar und Volvo integriert werden soll. Auch das Unternehmen NVIDIA – hauptsächlich bekannt für seine Grafikkarten – arbeitet an Hardware und Software für selbstfahrende Autos. Partnerschaften eingegangen ist die Firma dabei unter anderem mit den Fahrzeugherstellern Mercedes-Benz, Volvo, Jaguar und Hyundai.

Noch dieses Jahr soll auch in München eine Flotte von Robotertaxis auf den Straßen unterwegs sein – im Rahmen einer Kooperation zwischen der Intel-Tochtergesellschaft Mobileye und dem Mobilitätsanbieter Sixt.

Sensoren liefern Informationen: Kameras sowie Radar- und Lidar-Systeme sorgen dafür, dass autonome Fahrzeuge darüber Bescheid wissen, was in ihrer Umgebung vor sich geht. (Bild: Hyundai Motor Deutschland GmbH)