Autonomes Fahren: wie funktionieren selbstfahrende Autos?

Entwicklungsstand des autonomen Fahrens

Das US-amerikanische Unternehmen Tesla Motors hat in den letzten Jahren verstärkt auf autonomes Fahren aufmerksam gemacht. Tesla-Chef Elon Musk ist bekannt für seine ehrgeizigen Projekte. Sein Unternehmen ist jedoch nicht der einzige Hersteller autonomer Fahrzeuge.

Toyota testet inzwischen auch in realer Umgebung automatisierte Verkehrsmittel. 2019 stellte der japanische Automobilhersteller mit Toyota Guardian ein automatisiertes System vor, um die Menschen in einem Auto vor Unfällen zu schützen. Es bestehen jedoch noch weitere Pläne für technische Automatisierungen in Fahrzeugen – mit dem Ziel, rein autonome Autos in Serie zu erschaffen.

Neben Tesla und Toyota entwickeln noch andere Unternehmen weltweit autonome Fahrzeuge. Das Unternehmen Waymo, eine Google-Tochter aus den USA, entwickelte das Google Car. Dieses selbstfahrende Auto ist auch schon ohne Fahrer als Robo-Taxi in Arizona testweise im Einsatz.

Autonomes Fahren in Deutschland

Auch in Deutschland wird autonomes Fahren weiter ausgebaut. Im Februar 2021 beschloss das Bundeskabinett einen Gesetzentwurf, der autonome Fahrzeuge mit dem Level 4 bereits ab 2022 in einigen Bereichen zulässt. Allerdings gibt es noch viele Fragen zur Technologie des autonomen Fahrens, die noch geklärt werden müssen. Dazu zählen der Datenschutz und ethische Fragen zur Haftung bei Unfällen mit autonomen Autos.

Die Schätzungen, wann autonomes Fahren marktreif ist, gehen auseinander. Optimisten rechnen im Jahr 2025 damit, andere gehen davon aus, dass frühestens 2030 erste Testphasen mit autonomen Autos beginnen. Bislang existieren auf dem Markt nur autonome Assistenzfunktionen, die den Fahrer beim Einparken, Überholen oder Spurhalten unterstützen. Bis zur Etablierung von autonomen Fahrzeugen auf deutschen Straßen ist es noch ein weiter Weg. Ein aktueller Schritt auf diesem Weg ist das Sammeln und Auswerten von Verkehrsdaten. Im Fokus der Entwicklung stehen zudem Sensoren. Sie helfen autonomen Autos, über Funknetze die Umgebung zu analysieren oder mit anderen Verkehrsteilnehmern zu kommunizieren.

So funktioniert die Technologie für selbstfahrende Autos

Prototypen und selbstfahrende Fahrzeuge unterscheiden sich derzeit hauptsächlich nur im Design. Die dahinterstehende Technologie ist sehr ähnlich. Sensoren in den Fahrzeugen mit hochauflösender Technik scannen die Umgebung und erfassen dabei zahlreiche Details des Straßenverkehrs. Basis für die meisten Systeme ist die Lidar-Sensorik, die mit Lasern das Umfeld eines autonom fahrenden Autos analysiert. Der Computer an Bord eines selbst fahrenden Autos wertet alle Daten aus und trifft eine Entscheidung.

Das System von Tesla setzt dagegen auf Kameras. Sie nehmen den Umkreis des Autos wahr und lernen auf Basis von Künstlicher Intelligenz dazu. Ziel der innovativen Technologie ist es, dass die Kamera das Umfeld wie ein menschlicher Fahrer interpretiert und dann Entscheidungen trifft.

Autonomes Fahren in sechs Stufen

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

Die einzelnen Entwicklungsstufen auf dem Weg zum autonomen Fahren unterteilte die Bundesanstalt für Straßenwesen in sechs Level. Sie leiten sich von der NORM SAE J3016 ab, die seit Januar 2014 gültig ist. Die Society of Automotive Engineers (SAE) definierte diese Begriffe für diejenigen Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr, die über Systeme zum automatisierten Fahren verfügen. Die sechs Level oder auch Stufen beschreiben jeweils die Mindestanforderungen der Automatisierung von Fahrzeugen.

Häufig ist auch nur von fünf Stufen die Rede. Die zusätzliche sechste Stufe, auch als Level 0 bekannt, beschreibt lediglich das Fahren ohne unterstützende Automatisierung, wenn der Fahrer allein die Kontrolle über das Auto besitzt.

Level 0: Fahren ohne Assistenzsysteme

In dieser Stufe liegt die Kontrolle eines Fahrzeuges vollständig in den Händen einer menschlichen Person. Sie übernimmt alle erforderlichen Aufgaben, um das Fahrzeug zu steuern. Dazu gehören Lenken, Beschleunigen und Bremsen. Die steuernde Person erkennt selbständig alle Fahrsituationen und reagiert darauf. Ein Großteil der modernen Autos haben dieses Level jedoch bereits überschritten.

Level 1: Assistiertes Fahren mit Assistenzsystemen

Bei Stufe 1 verfügt das Fahrzeug über Assistenzsysteme. Viele Autos besitzen bereits mindestens eine Technologie wie einen Abstandsmesser, Einparkhilfen oder einen Tempomat. Diese technische Unterstützung hilft dem Autofahrer lediglich, nimmt ihm aber nicht die Verantwortung. Er ist dazu verpflichtet, weiterhin die Hände am Lenkrad zu halten und den Blick durchgehend auf die Straße zu richten. Die komplette Verantwortung für die Sicherheit des Verkehrs liegt nach wie vor beim Fahrer.

Level 2: Teilautomatisiertes Fahren

Fahrzeuge, die bedingt automatisch am Verkehr teilnehmen, werden der Stufe 2 des autonomen Fahrens zugeordnet. Sie fahren beispielsweise 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. Zum Beispiel bei einem Autobahnstau, wenn sich Fahrzeuge gleichmäßig fortbewegen. Bei Level 2 des autonomen Fahrens behält der Fahrer die Verantwortung. Er muss den Verkehr dauerhaft beobachten sowie das Lenkrad festhalten.

Äußere Bedingungen wie das Wetter beeinflussen die teilautomatisierten Fahrsysteme und deren Funktion jedoch stark. Zudem existieren im Moment noch sehr wenige Fahrzeuge, die dieses Level erreicht haben. Teilautomatisierte Mobilität ist eher in Unternehmen zu finden, die selbstfahrende Fahrzeuge für den Transportselbstfahrende Fahrzeuge für den Transport von Gütern auf dem Betriebsgelände einsetzen.

Level 3: Hochautomatisiertes Fahren

Eine wichtige Etappe auf dem Weg zur autonomen Mobilität ist das hochautomatisierte Fahrzeug. Stufe 3 gilt als Zwischenschritt vom assistierten Fahren zum autonomen Fahren. Autos, die mit hochautomatisierter Technik fahren, überholen und weichen selbständig aus. Die Technologie im Auto übernimmt fast vollständig die Steuerung, sodass der Mensch die Verantwortung als Fahrer zeitweilig an das autonome Fahrzeug abgibt. Dennoch muss er immer einsatzbereit bleiben und sofort handeln, wenn es eine Situation verlangt.

Verschiedene Automobilhersteller entwickelten bereits Autos, die hochautomatisiert am Straßenverkehr teilnehmen können. Bislang wurde jedoch kein hochautomatisiertes Auto in Serie zugelassen. Sehr lange gingen Politik und Wirtschaft davon aus, dass Fahrzeuge das dritte Level des autonomen Fahrens bis 2020 vorweisen und auf den Autobahnen fahren dürfen. Experten sind der Meinung, dass bis 2025 immer mehr Fahrzeuge auf den Markt kommen, die Level 3 des autonomen Fahrens erreicht haben werden.

Level 4: Vollautomatisiertes Fahren

Mit Stufe 4 ist das vollautomatisierte Fahren erreicht. In diesem Level ist der Fahrer in bestimmten Verkehrslagen nicht mehr verpflichtet, seine Aufmerksamkeit dem Verkehr zu widmen. Autonome Fahrzeuge mit Level 4 beherrschen Fahrmanöver im Rahmen definierter Szenarios. Reagiert das Fahrzeug jedoch autonom nicht mehr, übernimmt der Fahrer nach einer Warnung die Kontrolle und das Steuer.

Automobilhersteller entwickeln bereits Modelle der Stufe 4. In Japan hat Toyota 2020 ein vollautomatisiertes Fahrzeug in einem Versuch für drei Monate durch Tokyo fahren lassen. Während der Probefahrten war immer ein Mensch an Bord, der im Notfall das Steuer hätte übernehmen können.

Level 5: Autonomes Fahren

Das fünfte Level ist die letzte Stufe der Entwicklung von selbstfahrenden Autos. Ein voll autonomes Fahrzeug besitzt die Fähigkeit, jede denkbare Situation im Straßenverkehr eigenständig ohne menschliche Hilfe zu bewältigen. Selbstfahrende Autos können selbst lenken, beschleunigen und auch bremsen. Der Mensch sitzt nur noch als Passagier im Wagen, ohne jegliche Verantwortung.

Viele Automobilhersteller haben bereits Konzeptfahrzeuge vorgestellt, die sich autonom fortbewegen. Toyota entwickelte das Shuttle-Fahrzeug Concept-I. Es soll Teilnehmer bei den Olympischen Spielen in Tokyo vom olympischen Dorf zu den Sportstätten bringen. In Zukunft erwartet die Automobilbranche auch autonome Lastkraftwagen, die allein oder in Kolonne über die Autobahn fahren.

Drei Modi statt sechs Stufen für autonome Fahrzeuge?

Die Stufen des autonomen Fahrens lassen sich nicht eindeutig voneinander abgrenzen. Oft sind die Übergänge eines Levels zum anderen fließend. Deshalb ist es teilweise nicht leicht, die Entwicklungsstufen von selbstfahrenden Autos genau zu definieren. Daher hat die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) empfohlen, die Stufen des autonomen Fahrens anders zu bezeichnen. Drei neue Modi sollen die bisher verwendeten sechs Stufen der Society of Automotive Engineers (SAE) ersetzen.

• assistierter Modus
• automatisierter Modus
• autonomer Modus

Mit der reduzierten Klassifizierung soll das Verständnis für die Phasen der Entwicklung außerhalb von Fachkreisen verbessert werden. Das neue BASt-Modell fasst Level 1 und Level 2 als assistiertes Fahren zusammen. Dieser Modus entspricht dem derzeitigen Stand der Technik. Der zweite neue 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 und definiert den Status, bei dem die Technik permanent in der Rolle des Fahrzeugführers ist. Die Stufe 0, die das analoge Fahren der Vergangenheit beschreibt, fällt mit der neuen Terminologie weg.

Leitplanken und Haftungsfragen beim autonomen Fahren

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

Nach Unfällen im Straßenverkehr stellen sich immer wieder die Fragen nach der Schuld und wer haftet. Doch wie sieht die Antwort aus, wenn ein autonomes Fahrzeug einen Unfall verursacht? Wer kommt für Schäden an Menschen, Eigentum und anderen Autos auf? Diese kritischen Fragen kamen auf, als autonome Fahrzeuge in den USA in schwere Unfälle verwickelt waren. In Deutschland hat sich die Ethik-Kommission der Bundesregierung mit den ethischen und rechtlichen Leitplanken des autonomen Fahrens bereits beschäftigt.

2017 wurde ein Gesetz zum automatisierten Fahren verabschiedet, um Rechtssicherheit zu schaffen. Deutschland war der erste Staat weltweit, der damals die Rechte und Pflichten bei der Nutzung von automatisierten Fahrzeugen regulierte. Im Februar 2021 entstand ein neuer Gesetzentwurf, der zum ersten Mal den Begriff der technischen Aufsicht nennt. Dahinter steckt die Absicht, alle autonom fahrenden Autos von einer zentralen Stelle überwachen zu lassen. Im Notfall erfolgt von dort aus ein Zugriff auf die Kontrolle des Fahrzeugs.

Bei einem Unfall greift nach den Plänen der Bundesregierung weiterhin die Haftpflichtversicherung des Fahrzeughalters, dessen Auto den Unfall verursacht. Die Versicherung kommt für den Schaden am anderen Fahrzeug auf. Da es sich bisher lediglich um einen Entwurf handelt, ist davon auszugehen, dass weitere Details im laufenden Verfahren noch geklärt werden.

Neben haftungsrechtlichen Aspekten steht auch die Moral im Fokus der Debatten. Entscheiden Autos in Zukunft im Notfall mit über die Folgen? Diese Frage bezieht sich auf einen Unfall und die Entscheidung, welcher Schaden in Kauf genommen werden kann. Schwierig wird es besonders, wenn es um Personenschäden geht. Bei dieser Debatte scheint es jedoch vorerst noch keine Einigung zu geben.

Zukunftschancen für das autonome Fahren

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

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

Autonome Mobilität hat auch einen positiven Einfluss auf die Umwelt. Zum Beispiel nutzen Roboter-Fahrzeuge ihre Ressourcen effizienter. In automatisierten Verkehrssystemen verwenden Fahrzeuge und Signalanlagen intelligente Sensoren, um miteinander zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Künstliche Intelligenz errechnet auf Basis dieser Daten in Echtzeit kluge Lösungen, um Verkehr ohne Staus oder übervolle Straßen zu ermöglichen. Autonom fahrende Autos sowie Ampeln passen sich automatisch an die Verkehrsdichte an.