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Autonomes Fahren

Computergrafik eines Autos

Mobilität der Zukunft - Made in Germany

Teil 1: Technik und Perspektiven

Warum ist autonomes Fahren einer der wichtigsten Technik-Trends der letzten Jahre? Welche Hoffnungen verbinden sich damit? Aktuelle Zahlen und Fakten zu diesem Thema stellte DPMA-Vizepräsident Günther Schmitz bei einem Vortrag auf dem DPMAnutzerforum 2018 vor.

Die Zahl der nationalen Patentanmeldungen (und der PCT-Anmeldungen in der nationalen Phase) rund um das autonome Fahren hat seit 2010 ständig zugenommen und sich seither mehr als verdoppelt. Die weitaus meisten dieser Anmeldungen kommen aus dem Bereich der Assistenzsysteme für die Antriebssteuerung.

58 Prozent der Patentanmeldungen rund um das autonome Fahren kommen aus Deutschland, was die Führungsrolle der heimischen Ingenieure beim Thema autonomes Fahren eindrucksvoll unterstreicht.

Was ist autonomes Fahren?

„Autonomes Fahren“ bedeutet das selbstständige, zielgerichtete Fahren eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr ohne den Eingriff einer fahrzeugführenden Person. Dabei kann das Fahrzeug mit Hilfe verschiedener Sensoren seine Umgebung wahrnehmen und aus den gewonnenen Informationen sowohl seine eigene Position als auch die Position anderer Verkehrsteilnehmer bestimmen. Die Reaktion des Fahrzeugs erfolgt dann über Algorithmen und daran geknüpfte Aktionen – ohne die Einwirkung eines Menschen.

Rund die Hälfte der Anmeldungen stammt von Autoherstellern, etwa ein Drittel von Zulieferern. Der mit großem Abstand häufigste Anmelder der letzten sieben Jahre war Bosch. Audi auf dem zweiten Platz meldete nur etwa halb so viele Patente in diesem Zeitraum an, mit einigem Abstand gefolgt von Continental, Ford, GM, BMW, Toyota und VW. Es ist bemerkenswert, dass Google auf dem zehnten Platz liegt - nur hauchdünn hinter Daimler.

Günther Schmitz nannte wichtige Gründe, warum Wirtschaft und Staat auf das autonome Fahren setzen sollten:

  • Energieeffizienteres Fahren
  • Mobilität im Alter
  • Mehr Verkehrssicherheit
  • Besserer Verkehrsfluss

Die Stufen der Automatisierung

Es gibt verschiedene Stufen der Automatisierung des Fahrens, die Schmitz in seinem Vortrag erläuterte:

Stufe 1 ist ein Fahrzeug, in dem der Fahrer allein ohne jegliche Hilfssysteme unterwegs ist. Stellt man dem Fahrer ein Assistenzsystem zur Verfügung, das ihm temporär entweder die Längs- oder Querführung des Fahrzeugs abnimmt, spricht man von assistiertem Fahren (Stufe 2).

Beim teilautomatisierten Fahren (Stufe 3), wie es heute bereits vielfach im Straßenverkehr üblich ist, muss der Fahrer oder die Fahrerin die unterstützenden Assistenzsysteme, wie etwa den Spurhalteassistenten, ständig überwachen und weiter aktiv mitfahren. Das System übernimmt die Führung nur für eine gewisse Zeit oder eine bestimmte Situation (Stau, Einparken etc.).

Beim hochautomatisierten Fahren (Stufe 4) soll die fahrzeugführende Person noch weiter entlastet werden. Das System beziehungsweise das Fahrzeug agiert weitgehend selbstständig, warnt aber rechtzeitig, wenn es selbst nicht mehr reagieren kann und der Fahrer eingreifen muss. Der Fahrer oder die Fahrerin muss das System nicht dauerhaft überwachen.

Das vollautomatisierte oder auch autonome Fahren (Stufe 5) entspricht dagegen dem weitläufigen Verständnis eines Autopiloten. Der Fahrer oder die Fahrerin muss das System nicht überwachen und könnte theoretisch auch auf dem Rücksitz Platz nehmen.

Schwerpunkte der Entwicklung

Automotor und Laptop

Viele der großen Autohersteller weltweit investieren seit einigen Jahren in die Entwicklung autonomer Fahrzeuge, wie die Zahl der Patentanmeldungen eindrucksvoll zeigt. Die Leistungsfähigkeit der Sensoren und die Datenverarbeitung in den Steuergeräten wird stetig verbessert. Einige Hersteller kündigten an, voll autonome Fahrzeuge bis 2021 auf den Markt zu bringen.

Ein Kernthema ist die Vernetzung: Durch „car-to-car“-Kommunikation werden Fahrzeuge im Verkehr miteinander verbunden. „Car-to-infrastructure“ bezieht externe Einrichtungen wie Ampeln, Verkehrsleitsysteme und Überwachungsanlagen in den Datenaustausch mit ein. Beides zusammen soll den Verkehrsfluss erheblich verbessern, denn vernetzte Autos können sich automatisiert viel gleichmäßiger fortbewegen als gelenkt von Individuen mit oft erheblichen Unterschieden in Bezug auf Aufmerksamkeit, Temperament, Ortskenntnis oder Fahrvermögen.
Verbesserter Verkehrsfluss ist ein gewichtiges Argument für automatisiertes Fahren, das Schmitz mit erschreckenden Zahlen untermauerte: Die Zahl der Staus auf deutschen Fernstraßen hat sich seit 2010 mehr als verdreifacht! Pendlern beispielsweise in der Stauhochburg Stuttgart gehen jährlich 84 Stunden ihres Lebens im Stau verloren.
Fließender Verkehr spart im Vergleich zu Stop-and-go außerdem viel Kraftstoff, was auch der Umwelt zugute kommt.

Vorausschauendes Fahren

Konstrukionszeichnung

Die Zahl der Verkehrstoten sinkt bereits seit Jahren – vor allem dank technischer Verbesserungen. Viele verfügbare Fahrsicherheits- und Fahrerassistenzsysteme, wie zum Beispiel ABS (Antiblockiersystem), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) oder der Abstandsregeltempomat (ACC, Adaptive Cruise Control) sind wertvolle Helfer und haben eine hohe Akzeptanz als Unterstützer im Straßenverkehr erreicht. Sie sorgen in kritischen Situationen für Stabilität oder halten automatisch Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug.

Dieses vorausschauende Fahren ist ein weiteres Kernthema: Fahrerassistenzsysteme müssen das Umfeld in allen Richtungen erfassen können. Von unterschiedlichen Sensoren wie Radar, Kameras oder Ultraschall empfangen sie Daten und Informationen, um ein möglichst vollständiges Bild der Umgebung in Echtzeit zu erhalten.
Etliche neue Patentanmeldungen widmen sich der Verbesserung der Fahrer-Fahrzeug-Schnittstelle: Bei nachlassender Aufmerksamkeit, Müdigkeit oder gesundheitlichen Problemen können die Assistenzsysteme Gegenmaßnahmen ergreifen. Derzeit sind 90 Prozent aller Verkehrsunfälle auf menschliches Versagen zurückzuführen. Wie viele Unglücke ließen sich also in Zukunft vermeiden!

Künftig werden Assistenzsysteme das Fahrverhalten analysieren können, um ein Profil des Fahrers zu erstellen und das Fahrverhalten des autonomen Autos auf seine Intentionen abzustimmen. Die Analyse von Bewegungsmustern wird die Vorhersage des Verhaltens anderer Verkehrsteilnehmer ermöglichen, was insbesondere im Hinblick auf den Schutz von Fußgängern bedeutsam ist.

Ein weiteres Kernthema ist die Ausfallsicherheit: Ein Fahrzeug, das seine Funktionsfähigkeit ständig selbst überprüft und eigenständig Maßnahmen einleitet, um Fehler und Ausfälle zu vermeiden, verbessert seine eigene Sicherheit erheblich.

Akzeptanz bleibt ausbaufähig

Eine Hürde, die es jedoch noch zu nehmen gilt, ist die Akzeptanz: Wie Schmitz darlegte, sind einer Umfrage zufolge 27 Prozent der Befragten noch unter keinen Umständen bereit, die Kontrolle über ihr Fahrzeug abzugeben. Hohe Akzeptanz besteht aber bereits für Einparksysteme und für Autopiloten im Stau auf der Autobahn. Die Bereitschaft, die Kontrolle im Straßenverkehr vollständig an den Autopiloten abzugeben, ist derzeit unter den Befragten noch sehr gering. Aber das wird sich bei der rasant fortschreitenden technischen Entwicklung sicherlich sehr bald ändern.

Bild 1: iStock.com/just_super, Bilder: iStock.com/Morrison1977, iStocj.com/d1sk

Stand: 12.10.2018 

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