Der Weg zum autonomen Fahren: Stand der Entwicklung von selbstfahrenden Autos

Entwicklungsstand des autonomen Fahrens

Das Prognos-Forschungsinstitut hat in einer Studie ermittelt, dass sich autonomes Fahren in Zukunft nur langsam durchsetzt. Ein Grund dafür: Autos kommen im Durchschnitt bis zu 20 Jahre zum Einsatz. Neue Technologien wie das autonome Fahren würden sich daher nur allmählich im Gesamtbild der Mobilität bemerkbar machen.

Ab 2030 rechnen Experten mit Pkws, die über einen Piloten verfügen. Diese Verkehrsmittel sind in der Lage, sowohl in der Stadt als auch auf der Autobahn allein zu fahren. Erst zehn Jahre später, ab 2040, werden autonome Fahrzeuge auch auf Landstraßen ohne Menschen am Steuer fahren können. Bis ins Jahr 2070 soll der Anteil von autonomen Neufahrzeugen auf 70 Prozent steigen.

Das US-amerikanische Unternehmen Tesla Motors hat in den letzten Jahren verstärkt autonomes Fahren in den Vordergrund gerückt. In diesem Zusammenhang wurden jedoch nicht nur positive Schlagzeilen geschrieben. Neben Tesla beschäftigen sich viele weitere Hersteller mit autonomen Fahrzeugen. Als Vorreiter gelten wie Waymo. Die Google-Tochter entwickelte das Google Car. Dieses selbstfahrende Auto ist als Robotaxi in Arizona testweise bereits im Einsatz. An der Spitze der Firmen, die sich speziell dem autonomen Fahren widmen, steht zudem das israelische Unternehmen Mobileye, eine Tochtergesellschaft von Intel.

Toyota ist ebenfalls einer der führenden Automobilhersteller bei der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen. 2019 stellte der japanische Automobilhersteller mit Toyota Guardian ein automatisiertes System vor, um die Menschen in einem Auto vor Unfällen zu schützen. Toyota hat mehrere autonome Fahrzeugmodelle entwickelt und getestet, darunter das System „Chauffeur“. Das Unternehmen hat außerdem eine Partnerschaft mit Uber, um gemeinsam an der Entwicklung autonomer Fahrsysteme zu arbeiten.

Autonomes Fahren in Deutschland

Auch in Deutschland läuft der Ausbau autonomer Mobilität, allerdings liegen deutsche Hersteller in der Entwicklung gegenüber Unternehmen aus den USA zurück. Ausschlaggebend hierfür ist die an den Tag gelegte Gründlichkeit in der Entwicklung gegenüber Schnelligkeit. Ursprünglich war geplant, dass bereits heute fahrerlose Pkws auf den Straßen unterwegs sein würden, doch die Zeitpläne haben sich immer wieder verschoben. 

Im Februar 2021 verabschiedete das Bundeskabinett ein Gesetz, nach dem in Deutschland vollständig autonome Autos auf Level 4 grundsätzlich am öffentlichen Straßenverkehr teilnehmen dürfen. Allerdings gibt es noch viele Fragen, die geklärt werden müssen. Dazu zählen der Datenschutz und ethische Fragen zur Haftung bei Unfällen mit autonomen Fahrzeugmodellen.

Seit einiger Zeit bietet der Markt bereits autonome Assistenzfunktionen, die den Fahrer beim Einparken, Überholen oder Spurhalten unterstützen. Bis zur Etablierung von vollständig autonomer Mobilität auf deutschen Straßen ist es allerdings noch ein weiter Weg. Ein aktueller Schritt auf diesem Weg ist das Sammeln und Auswerten von Verkehrsdaten. Im Fokus der Entwicklung stehen zudem leistungsfähige Sensoren. Sie unterstützen autonome Autos dabei, über Funknetze die Umgebung zu analysieren oder mit anderen Verkehrsteilnehmern zu kommunizieren.

Zudem arbeiten Hersteller an einem Software-Algorithmus für das hochautomatisierte Fahren. Einige Projekte wurden auch schon wieder beendet. Die gewonnenen Daten aus automatisierten Mitfahrservices waren Grundlage, um einen „Drive Pilot“ zu entwickeln. Dieser Staupilot für die Autobahn ist in Deutschland bereits zugelassen. Ebenso besteht eine Zusammenarbeit mit Firmen aus der Chip-Branche, um KI-gestützte Computersysteme in Fahrzeugen zum Einsatz zu bringen. In den nächsten Jahren sollen tatsächlich auch die ersten selbstfahrenden Roboter-Taxis in Großstädten unterwegs sein.

So funktioniert die Technologie für selbstfahrende Autos

Prototypen und selbstfahrende Fahrzeuge unterscheiden sich derzeit hauptsächlich nur im Design. Die dahinterstehende Technologie ist sehr ähnlich und basiert auf den folgenden Grundlagen, die kombiniert zur Anwendung kommen:

Videokameras: Sie nehmen den Umkreis des Autos wahr und lernen auf Basis von Künstlicher Intelligenz dazu. Die Kameras erkennen Verkehrszeichen, andere Verkehrsteilnehmer sowie die Entfernung zu Objekten. Ziel der innovativen Technologie ist es, dass die Kamera das Umfeld wie ein menschlicher Fahrer interpretiert und dann Entscheidungen trifft.

Radar-Sensoren: Sensoren in den Fahrzeugen mit hochauflösender Technik scannen die Umgebung und erfassen dabei zahlreiche Details des Straßenverkehrs. Sie schätzen den Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern und Objekten ein. In vielen Pkws sind beispielsweise bereits Ultraschall-Sensoren als Einparkhilfen verbaut.

Lidar-Sensoren: Basis für die meisten Systeme ist die Lidar-Sensorik, die mit Lasern das Umfeld eines autonom fahrenden Autos analysiert. Der Computer an Bord eines selbstfahrenden Autos wertet alle Daten aus und trifft eine Entscheidung. Lidar-Sensoren fungieren als Ergänzung zu Radar-Sensoren, da sie weiter „sehen“ können, auch nachts bei Dunkelheit.

Autonomes Fahren in fünf Stufen

Wer über autonomes Fahren spricht, meint damit meist ein Auto, das ohne menschlichen Fahrer auf der Straße fährt. Stattdessen übernimmt ein Autopilot im Wagen das Steuer und trifft selbstständig Entscheidungen im Straßenverkehr. Der Mensch greift beim Fahren nicht mehr ein und ist nur noch Passagier. Bis diese Technologie ausgereift ist, dauert es jedoch noch. Dafür müssen erst einmal die aktuellen Systeme für das autonome Fahren schrittweise verbessert werden.

Es existieren insgesamt fünf verschiedene Level der Autonomie bei selbstfahrenden Autos, die von der Society of Automotive Engineers (SAE) definiert wurden. Die zusätzliche sechste Stufe, auch als Level 0 bekannt, beschreibt lediglich das Fahren ohne unterstützende Automatisierung. Bei der Stufe 0 besitzt der Fahrer weiterhin allein die Kontrolle über das Auto.

Level 0: Fahren ohne Assistenzsysteme

In dieser Stufe liegt die Kontrolle eines Fahrzeugs vollständig in den Händen einer menschlichen Person. Sie übernimmt alle erforderlichen Funktionen, um den Pkw zu steuern. Dazu gehören das Lenken, Beschleunigen und Bremsen. Die steuernde Person erkennt selbstständig alle Fahrsituationen und reagiert darauf. Viele moderne Neuwagen haben diese Stufe des autonomen Fahrens bereits überschritten.

Level 1: Assistiertes Fahren mit Assistenzsystemen

In diesem Level übernimmt das Fahrzeug einige Fahrfunktionen, wie das Bremsen oder Beschleunigen. Es hält ebenfalls selbständig die Spur oder den Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen. Das System ist aber noch nicht fähig, alle Funktionen gleichzeitig durchzuführen. Deshalb muss die fahrende Person am Steuer jederzeit bereit sein, die Kontrolle über das Auto sicherzustellen.

Level 2: Teilautomatisiertes Fahren

Fahrzeuge, die bedingt automatisch am Verkehr teilnehmen, werden der Stufe 2 des autonomen Fahrens zugeordnet. Sie fahren auf Autobahnen geradeaus, folgen einer exakten Spur oder halten einen definierten Abstand zu anderen Autos. Das teilautomatisierte Fahren begrenzt sich bisher auf Situationen, in denen sich alle Verkehrsteilnehmer ähnlich verhalten. Ein Beispiel für eine solche Verkehrssituation ist der Stau auf der Autobahn, in dem sich alle Fahrzeuge gleichmäßig fortbewegen. Bei Level 2 des autonomen Fahrens behält der Mensch am Steuer die Verantwortung. Er muss den Verkehr weiterhin dauerhaft beobachten und das Lenkrad festhalten.

Level 3: Hochautomatisiertes Fahren

Eine wichtige Etappe auf dem Weg zur autonomen Mobilität ist das hochautomatisierte Verkehrsmittel. Die Stufe 3 gilt als Zwischenschritt vom assistierten Fahren zum autonomen Fahren. Das Auto kann auf diesem Level auf bestimmten Streckenabschnitten wie Autobahnen oder in bestimmten Situationen autonom fahren. In anderen Situationen, die von diesen Standards abweichen, greift der Mensch wiederum in die Steuerung des Fahrzeugs ein.

Autos, die mit hochautomatisierter Technik fahren, überholen und weichen selbstständig Hindernissen aus. Die Technologie im Fahrzeug übernimmt fast vollständig die Steuerung, sodass der Mensch die Verantwortung als Fahrer zeitweilig an den autonomen Wagen abgibt. Dennoch muss die Person immer einsatzbereit bleiben und sofort handeln, wenn es eine Situation verlangt.

Level 4: Vollautomatisiertes Fahren

Ein Verkehrsmittel, dass Stufe 4 des autonomen Fahrens erreicht hat, fährt überwiegend autonom, ohne dass ein Mensch die Kontrolle übernehmen muss. Es gibt jedoch bestimmte Szenarien, die das System noch nicht verarbeiten kann. Dazu gehören etwa extreme Wetterbedingungen oder unvorhergesehene Ereignisse. Hier ist erneut der Mensch im Auto dafür verantwortlich, bei Bedarf einzugreifen, um den Wagen sicher weiterzufahren.

Level 5: Autonome Fahrfunktionen

Ein Fahrzeug, das sich der Stufe 5 des autonomen Fahrens zuordnen lässt, fährt in jeder Situation von allein. Eine menschliche Unterstützung oder Kontrolle ist bei dieser autonomen Fahrweise nicht mehr erforderlich. Das technische System im Fahrzeug bewältigt jede Situation allein, die während einer Fahrt auftreten können. Dazu zählen auch spezielle Verkehrslagen, die bei den niedrigeren Stufen des autonomen Fahrens noch durch menschliches Eingreifen gelöst werden mussten.

Autonomes Fahren hat erst Level 3 erreicht

Auf der Straße sind aktuell bereits Fahrzeuge unterwegs, die das Autonomie-Level 2 und Autonomie-Level 3 erreicht haben. Dagegen befinden sich autonome Fahrzeuge der Stufe 4 und Stufe 5 noch im Status der Entwicklung. Einige Tesla-Modelle lassen sich zur Stufe 2 des autonomen Fahrens zuordnen. Sie besitzen bestimmte Fahrmodi, in denen das Lenken und Beschleunigen autonom erfolgt. Eine aktive Überwachung durch den Menschen im Auto bleibt aber noch erforderlich.

Hochautomatisierte Autos mit Level 3 fahren in speziellen Situationen autonom, allerdings muss die Person im Fahrzeug jederzeit bereit sein, die Kontrolle des Autos zu übernehmen. Zudem dürfen diese Fahrzeuge aktuell nur in definierten Bereichen autonom fahren. Der Großteil der Fahrzeuge auf den Straßen ist immer noch auf die Level 0 und 1 beschränkt.

Drei Stufen für autonomes Fahren zur Vereinfachung

Die Übergänge zwischen den aufgeführten sechs Stufen des autonomen Fahrens sind häufig fließend. Deshalb hat die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) vorgeschlagen, die Level des autonomen Fahrens in der öffentlichen Darstellung vereinfacht zu bezeichnen. Folgende drei Modi lassen sich demnach auf Basis der Stufen der Society of Automotive Engineers (SAE) zusammenfassen:

• assistierter Modus (Level 1 und 2)
• automatisierter Modus (Level 3)
  
• autonomer Modus (Level 4 und 5)
  

Die reduzierte Klassifizierung verbessert das Verständnis für die Phasen der Entwicklung außerhalb von Fachkreisen. Das BASt-Modell fasst Level 1 und Level 2 als assistiertes Fahren zusammen. Dieser Modus entspricht dem derzeitigen Stand der Technik. Der zweite Modus beschreibt automatisiertes Fahren und ist identisch mit der Stufe 3 des autonomen Fahrens. Der autonome Modus umfasst die bekannten SAE-Levels 4 und 5. Dieser Modus definiert den Status, bei dem die autonome Technologie permanent die kontrollierende Rolle des Menschen übernimmt. Die Stufe 0, die das analoge Fahren der Vergangenheit beschreibt, fällt bei dieser vorgeschlagenen Terminologie weg.

Gesetzlicher Rahmen für selbstfahrende Autos

Die Entwicklung von selbstfahrenden Autos ist stetig begleitet von Diskussionen, in denen vor allem drei Aspekte eine zentrale Rolle spielen: Haftung, Versicherung und Moral.

Seit Juni 2017 ist es laut Straßenverkehrsgesetz (StVG) in Deutschland erlaubt, ein Fahrzeug mit hochautomatisierter Fahrfunktion (Level 3) zu nutzen. Zudem hat die Bundesregierung im Mai 2021 eine Verordnung zur Änderung straßenverkehrsrechtlicher Vorschriften beschlossen. Sie soll es erleichtern, autonome Verkehrsmittel auf die Straße zu bringen. Die wesentlichen Bestandteile dieser gesetzlichen Vorschrift umfassen Zulassung, Haftungsfragen, Datenschutz und die Anpassung der Straßenverkehrsordnung für selbstfahrende Autos.

Nach den neuen Regelungen ist es nicht mehr unbedingt nötig, beim Befahren einer öffentlichen Straße mit einem autonomen Fahrzeug einen Menschen an Bord zu haben. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass eine Blackbox vorhanden ist, die Unfälle aufzeichnet. Zudem dürfen die Funktionen des Autos nur so genutzt werden, wie sie Hersteller vorgeben. Die Erlaubnis betrifft vornehmlich Verkehrsmittel, die in definierten Verkehrsbereichen autonom fahren. Dazu gehören Shuttle-Busse oder autonome Lieferfahrzeuge.

Haftung und Moral beim autonomen Fahren

Kommt es zu einem Unfall beim automatisierten Fahren, richtet sich die Haftung nach den allgemeinen Haftungsregeln des deutschen Rechts. Das bedeutet, dass die Person haftet, die den Schaden verursacht hat. Gleiches gilt auch, wenn eine Mitschuld vorliegt.

Wenn ein automatisiertes Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist, bei dem die Person am Steuer nicht eingreifen konnte, besteht die Option, dass der Hersteller des Fahrzeugs oder ein technischer Anbieter der Software in der Haftung steht. Relevant dafür ist, ob der Unfall auf einen Fehler in der Technologie zurückzuführen ist oder auf ein Fehlverhalten des Menschen oder anderer Verkehrsteilnehmer.

Im Fall von autonomen Fahrzeugen stellt sich die Haftung jedoch komplexer dar. Selbstfahrende Autos treffen autonom Entscheidungen, über die ein Mensch keine Kontrolle mehr besitzt. Auch bei diesem Szenario zahlt die Versicherung, während bei einem technischen Fehler der Hersteller in der Verantwortung bleibt.

Neben haftungsrechtlichen Aspekten rückt auch die Moral in den Fokus der Debatten. Entscheiden Autos in Zukunft im Notfall über die Folgen? Wie entscheidet sich ein autonomes Fahrzeug in einer Situation, in der eine Kollision mit einer Gruppe oder einer Einzelperson droht? In solchen Fällen sind die Entwickler von autonomen Fahrzeugen gefordert, moralische Entscheidungen zu programmieren, die das Leben der Passagiere und anderer Verkehrsteilnehmer schützen. Es ist davon auszugehen, dass die Diskussionen über die Ethik von autonomen Fahrzeugen in den kommenden Jahren weiter intensiviert werden.

Zukunftschancen für autonome Fahrzeuge

Neben der Sorge der Autofahrer, dass autonome Fahrzeuge zum Verlust von Freiheit und Fahrspaß führen können, bieten selbstfahrende Autos auch Chancen. Die Automatisierung erhöht die Sicherheit im Straßenverkehr, denn 90 Prozent der Unfälle entstehen durch menschliches Versagen und nicht durch Technologie. Systeme, die andere Verkehrsteilnehmer wie Fahrradfahrer oder Fußgänger erkennen, erhöhen den Schutz vor Unfällen.

Autonome Busse oder Taxis, die nach definierten Regeln fahren, stärken Faktoren wie Pünktlichkeit und sparen Zeit ein. Ebenso genießen vorwiegend ältere oder beeinträchtigte Menschen durch autonome Verkehrskonzepte weiterhin Mobilität, obwohl sie selbst kein Auto mehr steuern dürfen.

Moderne Mobilität hat darüber hinaus auch einen positiven Einfluss auf die Umwelt. Roboter-Fahrzeuge nutzen ihre Ressourcen effizienter. In neuen automatisierten Verkehrssystemen verwenden Fahrzeuge und Signalanlagen intelligente Sensoren, um miteinander zu kommunizieren. Sie tauschen Daten aus, die durch Künstliche Intelligenz verarbeitet wird. So lassen sich in Echtzeit kluge Lösungen finden, um den Verkehr zukünftig ohne Stau oder übervolle Straßen zu fördern. Autonom fahrende Autos sowie Ampeln passen sich automatisch an die Verkehrsdichte an.