Autonomes Fahren mit Sensorsystem Sensorsystem und drahtloses Kommunikationsnetzwerk
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21.07.2021

Faktencheck – Autonomes Fahren

Automobilhersteller, Zulieferer und Softwareunternehmen arbeiten an der Vision von autonomen Fahrzeugen und erhoffen sich dadurch mehr Wachstum und neue Geschäftsmodelle. Dabei stehen sie in einem hartumkämpften internationalen Wettbewerb um die Vormachtstellung in diesem Bereich. Bis autonome Fahrzeuge Realität sind und der Mensch nur noch Passagier ist und nicht mehr aktiv eingreifen muss, sind allerdings noch zahlreiche offene Fragestellungen zu klären. Neben technischen Herausforderungen wie der zuverlässigen Datenerfassung von Videokameras und Sensoren, wie Radar- und Lidar, gehören dazu auch rechtliche, ethische und gesellschaftliche Fragestellungen.

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Dr. Ralf Petri

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Dieser Faktencheck bietet einen kurzen Überblick zum aktuellen Stand vorhandener Regelungen, nationaler und internationaler Aktivitäten im Bereich autonomer Systeme mit dem Fokus Straßenverkehr und gibt einen Einblick in die Rolle von VDE und DKE bei der (Weiter-)Entwicklung von Normen und Standards.

Was heißt autonomes Fahren?

„Autonom“ bezieht sich auf die Endstufe der Entwicklung automatisierter Fahrzeuge und meint das vollständig automatisierte und zielgerichtete Fahren eines Fahrzeugs oder autonomen Systems ohne menschlichen Eingriff. Der Mensch ist dann nur noch Passagier. Autonome und mit Ihrer Umwelt vernetzte Fahrzeuge können Beiträge zur Verkehrssicherheit und zum Umweltschutz leisten, indem sie das Unfallrisiko verringern und CO2-Emissionen einsparen, wenn bspw. künstliche Intelligenz (KI) die Fahrweise und Routenauswahl optimiert. Auch Parkplatzsuchverkehre könnten dadurch bald der Vergangenheit angehören, verlorene Zeit in Staus vermieden und Verkehrsaufkommen reduziert werden. Zugleich könnte sich der Komfort erhöhen, da nicht mehr dauerhaft auf den Verkehr geachtet und Gefahrensituationen durch das vernetzte Fahrzeug frühzeitig erkannt werden. Automatisierung und Vernetzung haben somit das Potential, das Autofahren bzw. die Beförderung in autonomen Systemen effizienter, sicherer und umweltverträglicher zu machen.

Wie funktioniert autonomes Fahren?

Technische Voraussetzung für automatisiertes Fahren ist das Zusammenspiel verschiedener Fahrerassistenzsysteme im Fahrzeug, die miteinander verbaut sind. Zu diesen Fahrerassistenzsystemen gehören bspw. Brems-, Spur-, Abbiege- oder Einparkassistenzsysteme. Ergänzt durch Sensorsysteme für die Umfeld Erkennung wie Laser-, Ultraschall-, Radar- und Lidarsensoren können bewegliche Gegenstände und Personen identifiziert und vom Bordcomputer verarbeitet werden. Die Elektronik im Fahrzeug sorgt anschließend dafür, dass Motor, Bremse und Lenkung nach Verarbeitung der Daten elektrisch angesteuert werden und alle aktiven sowie passiven (Sicherheits-)Systeme im Fahrzeug miteinander vernetzt sind.

Erst durch die Zunahme der Rechenleistung und Weiterentwicklung der Computerprozessoren im Zuge der Digitalisierung können die gewaltigen Datenmengen im Fahrzeug und der Cloud durch Künstliche Intelligenz (KI) verarbeitet werden. Während Fahrzeuge im Realbetrieb hochauflösendes Kartenmaterial (HD-Maps) sammeln und speichern, werden diese Daten „over the air“ in die Cloud übertragen und von Ingenieur*innen in Simulationen umgewandelt. Durch immer neue Updates und virtuelle Trainings wird die Technologie stetig weiterentwickelt und verbessert.

Dabei beschränkt sich das Anwendungsgebiet autonomer Systeme und Fahrzeuge nicht nur auf Straßenfahrzeuge wie Robotaxis und Shuttles. Auch autonom fahrende Züge, U-Bahnen, Schiffe und Zugmaschinen in der Landwirtschaft, sowie autonome Flurförderfahrzeuge in Lagerhallen sind schon heute auf öffentlichen Straßen oder in festgelegten Betriebsbereichen im Einsatz, meist noch mit einer Sonder-/Ausnahmegenehmigung. Künftig werden dann auch vermehrt unbemannte elektrische Flugsysteme, sogenannte Drohnen und autonome Flugtaxis, hinzukommen und haben das Potential den urbanen und regionalen Verkehr zu revolutionieren.

Das Ziel der deutschen Bundesregierung ist es, Deutschland im Bereich des autonomen Fahrens zu einem Vorreiter zu machen. Denn auch künftig soll die automobile Wertschöpfung in Deutschland beheimatet bleiben. Mit innovativen Gesetzesinitiativen bietet Deutschland ab dem kommenden Jahr die Möglichkeit für einen Regelbetrieb autonomer Fahrzeuge, wovon vor allem die deutsche Automobilindustrie und Zulieferer profitieren sollen. Aber auch Anbieter des Öffentlichen Nahverkehrs erhoffen sich dadurch viele Chancen, u.a. als Ergänzung zum klassischen Linienverkehr oder als Zubringer in Stadtrandlagen oder ländlichen Räumen.

Warum befasst sich der VDE mit dem Thema?

Der VDE (VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) setzt sich für die Belange der deutschen Industrie und Wissenschaft auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene ein. Dabei fokussiert sich die DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE) vor allem auf elektrotechnische Sicherheitsaspekte und den Verbraucherschutz. In den Normungsgremien diskutieren und beratschlagen sich die Expert*innen mit den Fragestellungen von morgen und erörtern gemeinsam, wie der Wirtschaftsstandort Deutschland sich im internationalen Wettbewerb behaupten kann. Die Komplexität bei autonomen Systemen besteht dabei in der Vielzahl von Einzel-Systemen und dem reibungslosen Zusammenspiel über verschiedene Schnittstellen hinweg unter den widrigsten Umgebungs- und EMV-Bedingungen.

Als Experte auf dem Gebiet autonomer Fahrzeuge spricht Simon Burton, ehemals „Chief Expert Vehicle Computer Software, Safety and Security“ bei Robert Bosch GmbH und heute Research Division Director Safety am Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS, mit dem DKE Referenten Holger Lange, Senior Specialist bei VDE DKE, wie künstliche Intelligenz kritische Situationen beim autonomen Fahren proaktiv vermeiden kann und welche Rolle das Thema funktionale Sicherheit hierbei einnimmt. 

Auch ist die Frage nach der Standardisierung und Zertifizierung von Systemen Künstlicher Intelligenz (KI) noch offen. Hierzu haben DKE und DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.) die „Normungsroadmap Künstliche Intelligenz“ (Stand: November 2020) im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) veröffentlicht. Gerade im Bereich der Zertifizierung von KI bei autonomen Systemen ergeben sich zusätzliche Herausforderungen aufgrund kontinuierlicher und nahezu unkontrollierbarer Updates. Die Experten des Gremiums DKE/AK 801.0.8 „Spezifikation und Entwurf autonomer / kognitiver Systeme“ befassen sich damit, wie ein solches KI-Prüfsiegel aussehen könnte und haben hierzu die „Spezifikation und Entwurf autonomer / kognitiver Systeme“ in Form des ersten KI-Standards in der VDE-AR-E 2842-61-1 entwickelt.

Künstliche Intelligenz wird in der Gesellschaft kontrovers diskutiert. Die Vorteile dieser neuen Technologie stehen der Angst gegenüber, die Kontrolle über Systeme und Entscheidungen an Maschinen ohne Bewusstsein abzugeben. Umso wichtiger ist es also, dass frühzeitig Regeln geschaffen werden. Einen großen Schritt gehen hierbei die Normungsexpert*innen von VDE DKE – sie erarbeiteten eine VDE Anwendungsregel, die wesentliche Aspekte im Lebenszyklus von KI-Systemen aufgreift. 

Wann wird autonomes Fahren Realität?

Mit dem autonomen Fahren bieten sich zahlreiche Chancen und Vorteile hinsichtlich Klimaschutz, Sicherheit und Wirtschaftswachstum. Dazu äußerte sich auch bereits Bundeskanzlerin Angela Merkel im Jahr 2017: „Wir werden in 20 Jahren nur noch mit Sondererlaubnis selbstständig Auto fahren dürfen. Wir sind das größte Risiko“ und zielte dabei auf die erhöhten Sicherheitsaspekte von autonomen Fahrzeugen ab. Ähnlich äußerte sich auch bereits der ehemalige Google-Chef Eric Schmidt: „Je früher wir Autos für uns fahren lassen können, desto mehr Leben können wir retten. Selbstfahrende Autos sollten das vorherrschende Transportmittel in unserem Leben werden“.

Auch auf diese Frage geht die Technologieorganisation VDE in ihrer neuen Metastudie Logistik, Energie und Mobilität 2030 ein. Die Expert*innen nennen hier die Zeitspanne bis zum Jahr 2045, bis zu dem vollautonomen Fahren, also Level 5, in Deutschland Realität sein wird und erwähnen weitere Potentiale in Anwendungsbereichen der Logistik wie bspw. autonome Zustellsysteme. 

An der flächendeckenden Einführung autonomer Fahrzeuge in Deutschland arbeiten Politik und Wirtschaft gemeinsam. Auf Seiten der Wirtschaft wird an einer kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologien und vorhandener Produkte mit einer garantiert zuverlässigen Funktionsweise und einem reibungslosen Zusammenspiel gearbeitet. Die Politik setzt sich auf internationaler Ebene für eine Harmonisierung des internationalen Rechtsrahmens ein. Um allerdings auch die Menschen von autonomen Systemen zu überzeugen, werden u.a. auch einheitliche Normen und Standards gebraucht. Dies hat auch der vorliegende Faktencheck aufgezeigt und hat weitere Anwendungsfelder identifiziert, in denen schon heute autonome System im Einsatz sind – wie bspw. Flurförderzeuge, Bahnen, Schiffe und Drohnen. DKE und VDE unterstützen diese und weitere Vorhaben, indem sie eine neutrale Plattform für Expert*innen bieten, um neueste wissenschaftliche Erkenntnisse und den technologischen Fortschritt in die Weiterentwicklung von Standards und Normen einzubringen.

Weitere Informationen zum Thema Autonomes Fahren finden Sie im Faktencheck:

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25.02.2021 Fachinformation

Die VDE Faktenchecks Mobility sind kurze, neutrale Einführungen in ein Themenfeld aus den Blickwinkeln verschiedener VDE Expert*innen, um möglichst viele Sichtweisen zu berücksichtigen. Jeder Faktencheck beginnt mit einer kurzen Definition der Begrifflichkeit und führt allgemein in das Themenfeld ein. Faktenchecks enthalten neben vielen Fakten auch weiterführende Informationen zu Anwendungsgebieten, dem aktuellen Stand der Forschung, neuen Produkten und Trends, nationalen wie internationalen Aktivitäten sowie den aktuellen Stand von Normung und Standardisierungsvorhaben.

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