Automatisiertes Fahren von Haustür zu Haustür

Es gibt viele Gründe jenseits des reinen Bequemlichkeits-Aspekts, die für automatisiertes Fahren sprechen: Noch immer sterben viel zu viele Menschen im Straßenverkehr. Weltweit sind es mehr als 1,3 Millionen, die so jedes Jahr ihr Leben verlieren. Und das ist nur eine der großen Herausforderungen, vor denen Technologieunternehmen für Mobilitätslösungen stehen. Mit dem zunehmenden Verkehr gewinnt auch die Frage nach den Emissionen ständig an Bedeutung. Ganz besonders gilt das für Ballungszentren, in denen immer mehr Menschen leben werden. Schon in wenigen Jahrzehnten wird nach einzelnen Prognosen möglicherweise die Hälfte der Weltbevölkerung in Megacities wohnen. Wenn ein solches Leben nicht von Feinstaubmasken und NO_x-Alarm geprägt sein soll, dann muss sich die Mobilität wandeln.

Der Pulsschlag dieser großen Lebensräume ist der Mix aus Pendeln zwischen Wohnung und Arbeit sowie Freizeitverkehr. Heutzutage stehen die meisten Fahrer dabei jedoch im Stau. In London droht bereits heute schon der Verkehrsinfarkt. Bei einer aktuellen Durchschnittsgeschwindigkeit von 7,8 Meilen pro Stunde kann man in der britischen Hauptstadt kaum noch von automobiler Mobilität sprechen. Im Gegenteil: Dort ist man de facto wieder auf dem Temponiveau von Pferdefuhrwerken des ausgehenden 19. Jahrhunderts angelangt. Für Megacities auf anderen Kontinenten sehen die Stauzahlen sogar noch schlimmer aus. Um die individuelle Mobilität zu erhalten und weiter auszubauen, sind daher neue Lösungen vonnöten.

Zusätzlich ist die demografische Entwicklung eine weitere Herausforderung, denn unter den Autofahrern wächst der Anteil älterer Menschen. Nicht immer ist die Entscheidung, weiter selbst am Steuer zu sitzen ganz freiwillig: Im ländlichen Japan beispielsweise sind die Menschen oft gezwungen, bis ins hohe Alter selbst Auto zu fahren, weil es keine andere Möglichkeit gibt, mobil zu sein. Dort leben heute schon nicht mehr genug Jüngere, die als Taxifahrer arbeiten könnten. Nun sind wir in Deutschland von solchen Verhältnissen noch weit entfernt, aber jenseits 2030 werden auch hier mehr Menschen in Rente sein als einer Erwerbsarbeit nachgehen. Diese Entwicklung verändert auch die Anforderungen an die Technik der Mobilität.

Automatisiertes Fahren benötigt eine Vielzahl an beteiligten Komponenten: entlang der logischen Kette Sense-Plan-Act. Continental

Automatisiertes Fahren nach Maß, Schritt 1: Ab der Haustür

Einen wesentlichen Beitrag zur Entlastung der Fahrer und zu einem insgesamt effizienteren Verkehrsfluss mit weniger kritischen Situationen und Unfällen wird die Technologie des automatisierten Fahrens (AD – Automated Driving) leisten. Das Augenmerk gilt hier vor allem dem vollautomatisierten Fahren entsprechend der aktuellen SAE/VDA-Definition Level 4 sowie des Level 5 driver-less/fahrerlos. Level 4 bezeichnet vernetzte Fahrzeuge, die in bestimmten Fahrumgebungen in der Lage sind, die Fahraufgabe komplett zu übernehmen. Der Fahrer kann sich damit anderen Tätigkeiten zuwenden und die Reisezeit sinnvoll nutzen. Im Projekthaus Automatisiertes Fahren bei Continental nutzen die beiden Projekte Cruising Chauffeur und Self Driving Car eine gemeinsame Technologiebasis sowie zahlreiche weitere Technologien aus dem breiten Spektrum des Continental-Konzerns, um die verschiedenen Level zu realisieren. Welche technischen Voraussetzungen dabei erfüllt sein müssen, macht eine fiktive Autofahrt von Hamburg nach München deutlich.

In der Realität sind nämlich mehrere Fähigkeiten der Automatisierung gefordert, um eine derartige Reise sicher und komfortabel zu machen. Angenommen der Fahrer beginnt seine Reise vor der eigenen Haustür. Dann muss er zunächst – mithilfe von Ortskenntnis oder seines Navigationssystems – aus der Innenstadt auf eine Ausfallstraße und von dort auf die richtige Autobahn finden. Wenn die Sensorik und Intelligenz seines Fahrzeugs die Autobahnsituation erkennt, wird dem Fahrer die Übergabe der Fahraufgabe an das Fahrzeug angeboten („AD jetzt möglich“). Entscheidet sich der Fahrer, dieses Angebot anzunehmen, übernimmt das AD-System die Rolle des „Cruising Chauffeurs“ für den Autobahnabschnitt der Reise.

Die dafür erforderliche technische Infrastruktur entlang der logischen Kette Sense-Plan-Act (Sensierung des Umfelds, Handlungsplanung der Steuergeräte und Betätigung der Aktuatoren) mag für den Fahrer unsichtbar sein, sie ist aber bemerkenswert umfangreich.

Allein die an der Automation beteiligte Umfeldsensorik umfasst mehrere Kameratypen (Mono, Stereo, Surround View), Radarsensoren unterschiedlicher Sichtbereich- und Reichweitenausprägung (Fernbereichsradar, Nahbereichsradar) und Lidar-Sensoren (beispielsweise High-Resolution-3D-Flash-Lidar). Aus diesen Daten wird gemeinsam mit Informationen aus der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, der Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern, mit der Infrastruktur oder mit der Cloud und hochauflösenden Kartendaten ein umfassendes Modell des Fahrumfelds gebildet. Auf Basis dieses sogenannten Umfeldmodells können die beteiligten Hauptsteuergeräte (Assisted & Automated Driving Control Unit sowie die Safety Domain Control Unit) für grundlegende Fahr- und Sicherheitsfunktionen, wie das Minimal Risk Maneuver, die jeweils angemessene Fahrstrategie bestimmen und umsetzen.

Um die Fahrstrategie beim hochautomatisierten und autonomen Fahren umzusetzen, wird in die Brems-, Lenkungs- und Motorsteuerung eingegriffen. Dabei müssen alle Aktuatoren redundant ausgelegt sein, um auch im Fehlerfall weiterhin die notwendigen Ansteuerungen durchführen zu können. Das bedeutet am Beispiel der Bremse, dass Continental das hochdynamische Bremssystem MK C1 mit dem Zusatzmodul für ein redundantes Bremssystem (HBE – Highly automated Brake Extension) kombiniert. Auf Gesamtfahrzeugebene ist die Komplexität noch wesentlich höher: Lösungsbeiträge aus allen Divisionen von Continental wirken dabei zusammen, um eine durchgehende Lösung aus einer Hand zu ermöglichen. Für den Fahrer ist vor allem wichtig, wie die Kommunikation mit dem Cruising Chauffeur erfolgt und wie der Cruising Chauffeur auf die Ansteuerung und die Anforderungen des Menschen hinter dem Steuer reagieren kann. Auch hier ist wieder Sensorik gefordert, weil sie ein wichtiger Teil des Interaktionskonzepts zwischen Mensch und Maschine ist. Die Entwicklung des Cruising Chauffeurs gemäß SAE/VDA Level 4 wird derzeit mit Hochdruck vorangetrieben. Fast alle Fahrzeughersteller haben bereits Ankündigungen für den Fahrzeugeinsatz vergleichbarer Systeme gemacht. Continental sieht technologisch die Serienreife AD Level 4 ab 2020, was allerdings auch abhängig von der Gesetzgebung ist. Aktuell liegen die Schwerpunkte in der Entwicklung des automatisierten Fahrens bei Continental auf der Umfeldmodellierung und der Algorithmusentwicklung für die Fahrstrategie.

Automatisiertes Fahren, Schritt 2: Selbstparkendes Fahrzeug

Angenommen, unser Fahrer nähert sich nach langer und entspannter, weil automatisierter Autobahnfahrt dem Großraum München und erreicht damit absehbar das Ende der Regelaufgabe des Cruising Chauffeurs. Deshalb wird der Mensch hinter dem Steuer nun rechtzeitig aufgefordert, die Fahraufgabe wieder zu übernehmen. Im Interesse einer wirklich komfortablen Mobilität kann diese Etappe der Reise zu einem Park-and-Ride-Parkplatz führen. Das ist heute noch ein Punkt, mit dem sich viele Autofahrer schwer tun, weil der Übergang vom komfortablen Pkw zum nächsten Verkehrsmittel einer kalten Dusche gleichen kann. Die Gründe sind vielfältig. Den Anfang macht die Parkplatzsuche auf einem typischerweise großen Gelände. Daran schließt sich unter Umständen ein langer Fußweg womöglich mit Gepäck – und bei schlechtem Wetter – zur nächsten Haltestelle eines öffentlichen Transportmittels an. Für weiteren Ärger kann die Taktung von Bus oder Bahn sorgen, wenn sie lange Wartezeiten verursacht. Nicht funktionierende Fahrkartenautomaten sind weitere häufige Problemquellen.

Solche Erfahrungen veranlassen viele Autofahrer, mit ihrem Fahrzeug bis direkt zum Ziel zu fahren. Und das, obwohl vermutlich die meisten schon den Stress erlebt haben, den gerade die letzten Kilometer bis zum Ziel in einer urbanen Zone bedeuten können. So komfortabel das Auto auf langen Strecken ist, so sehr kann es in der Innenstadt dank Parkplatznot und Stau zum Klotz am Bein werden – London lässt grüßen.

Die Funktion Valet-Parking erleichtert den Übergang vom Pkw zum nächsten Verkehrsmittel der Wahl: Ein wichtiger Schritt Richtung automatisiertes Fahren. Continental

Auch hier kann die Automation helfen, denn ein Fahrzeug, das über die Funktion des automatisierten Parkens verfügt, verändert die Qualität dieses Reiseabschnitts grundlegend: Anstatt selbst einen freien Parkplatz suchen zu müssen, verlassen Fahrer und Mitfahrer das Fahrzeug an einem Mobilitätsterminal. Auf Knopfdruck übernimmt das Fahrzeug selbstständig die anschließende Parkplatzsuche, das Einparken und Sichern (Valet Parking). Für den Betreiber des Parkgeländes hat diese Automation den enormen Vorteil, dass die Fahrzeuge deutlich dichter geparkt werden können und so eine sehr viel effizientere Nutzung des verfügbaren Raums möglich ist.

Die Fahrzeuginfrastruktur für das automatisierte Einparken entspricht in Art und Umfang im Wesentlichen der eines vollautomatisierten Fahrens auf der Autobahn. Wegen der ungleich niedrigeren Fahrgeschwindigkeit auf einem Parkplatz sind die Anforderungen an die Reichweite der Sensorik jedoch weniger hoch. Dafür ist hier zentimetergenaue Präzision sowohl bei der Eigenortung als auch beim Manövrieren gefordert. Beim automatisierten Parken ist die technische Umsetzung heute schon am weitesten fortgeschritten. Hier sind erste Serienanwendungen bereits erfolgt und die Evolution wird wegen der stabilen Ausgangsbasis recht schnell bis zum Valet Parking auf Sonderflächen führen.

Automatisiertes Fahren, Schritt 3: Mit dem Robo-Taxi zum Ziel

Ein Robo-Taxi bringt die Reisenden auf dem letzten innerstädtischen Reiseabschnitt sicher und fahrerlos an ihr Ziel: Automatisiertes Fahren ist folglich auch für Personen ohne eigenes Fahrzeug von Bedeutung. Continental

Nun sind Fahrer und Mitreisende ohne Fußmarsch genau da, wo sie nahtlos den letzten Teil der Reise antreten können. An dem Mobilitätsterminal fährt ein automatisch vorbestelltes „Self Driving Vehicle“ vor. Für diese neue Kategorie des fahrerlosen Fahrzeugs gemäß SAE/VDA Level 5 driver-less/fahrerlos gibt es viele Bezeichnungen, wie etwa die des People Movers. Hier ist der Einfachheit halber von einem Robo-Taxi die Rede. Dieses vollautomatisierte Fahrzeug befördert die Reisenden bis zur Haustür ihres Ziels, womit sich nicht nur die anstrengende Navigation durch eine Großstadt sondern auch die Parkplatzsuche erübrigt.

Im Unterschied zum privaten Pkw mit der – optionalen – Fähigkeit zum vollautomatisierten Fahren verfügt das Robo-Taxi nicht mehr über Bedienelemente für einen Fahrer (daher driver-less/fahrerlos), es handelt sich also um ein Fahrzeug ohne Lenkrad und Pedale. Sein Einsatzbereich ist der innerstädtische Verkehr bei vergleichsweise geringen Fahrgeschwindigkeiten, jedoch bei einer hohen Umgebungskomplexität. Um die Praxistauglichkeit von Robo-Taxis zu erproben, wird Continental in diesem Jahr auf dem Firmengelände am Standort Frankfurt einen Shuttle-Service mit der innovativen Versuchsplattform CUbE (Continental Urban Mobility Experience) einrichten. Das elektrisch angetriebene Robo-Taxi verbindet das Hauptgebäude mit der Teststrecke am Standort.

Das elektrische Continental Self Driving Car CUbE startet dieses Jahr auf dem Firmengelände in Frankfurt einen autonomen Testbetrieb: Automatisiertes Fahren auf der höchsten Automatisierungsstufe. Continental

Noch in einem anderen Punkt unterscheiden sich die Anforderungen an die Automation eines Robo-Taxis von denen an einen privaten Pkw. Studien haben gezeigt, dass der typische Privat-Pkw im Schnitt weniger als eine Stunde am Tag bewegt wird. Mit Ausnahme längerer Reisen stehen diese Fahrzeuge also 23 Stunden am Tag still oder werden gar nicht benutzt. Bei einem Robo-Taxi stellt sich die Situation umgekehrt dar. Die Rentabilität dieser Fahrzeugklasse hängt – wie in der Logistikbranche – davon ab, dass das Robo-Taxi möglichst viel fährt und Umsatz erwirtschaftet. Durch die Veränderung der Betriebsmodelle und dem Einsatz von Elektroantrieben verändert sich auch das Anforderungsprofil der Bremskomponenten. Bei einem heutigen Bremssystem ist die thermische Belastbarkeit, die bei einer Abbremsung aus hohen Geschwindigkeiten entsteht, ein wichtiges Auslegungskriterium. Bei einem Robo-Taxi hingegen muss hauptsächlich die Anzahl der Betätigungen über die tägliche Nutzung berücksichtigt werden. Diese Veränderungen der Komponenten werden bei Continental untersucht und bei deren Entwicklung für zukünftige Mobilitätskonzepte berücksichtigt.

In vielen Bereichen der Automobilindustrie wächst die Überzeugung, dass Robo-Taxis zukünftig eine wichtige Rolle in der städtischen Mobilität spielen werden. So ist es kaum verwunderlich, dass sich eine Vielzahl von Firmen und Forschungseinrichtungen mit der Ausgestaltung dieser neuen Art der individuellen Mobilität befasst. An vielen Orten der Welt bereitet die heutige Art der individuellen Mobilität Probleme. Beispiele hierfür sind Singapur und auch Japan. Problematisch sind die besondere Kombination aus enormen Ballungsräumen und sehr spärlich besiedelten Landregionen. Aus diesem Grunde hat die japanische Regierung für die Zeit der Olympischen Spiele in Tokio den breiten Einsatz von autonomen Fahrzeugen zur Bewältigung der zahlreichen Besucher angekündigt. Schon heute ist die Regierung sehr aktiv dabei, die technologischen Entwicklungen dorthin massiv zu fördern. Für Continental ist dies eine hervorragende Gelegenheit, technische Lösungen gemeinsam mit der öffentlichen Verwaltung in realen Einsatzgebieten zu entwickeln und zu testen.

Und das Fazit daraus?

Fazit

Die Spanne und die Komplexität der beteiligten technischen Systeme sind groß und kann nur von einem Technologieunternehmen mit sehr breiter Aufstellung und ganzheitlichem Ansatz geleistet werden. Continental treibt die Entwicklung aller Ausprägungen des AD voran, um Lösungen für Herausforderungen, wie sie beispielsweise der geplante Einsatz von Robo-Taxis während der Olympischen Spiele 2020 in Tokio bedeutet, künftig für jedermann anbieten zu können.

Das automatisierte Fahren stellt hohe Anforderungen gerade an die Innovationskraft der großen Player in der globalen Automobilzulieferindustrie. Continental sieht es als seine Verantwortung eine intelligente und nachhaltige Mobilität auf lange Sicht zu ermöglichen und deren Leistungsfähigkeit weiter auszubauen, um langfristig die Vision Zero, die Vision vom unfallfreien Fahren, zu erreichen.

(pet)