Entwicklungskooperation von Bosch und Cariad

Illustration eines PKW auf einer mehrspurigen Straße. Vom Fahrzeug gehen blaue und grüne Lichtkreise aus, die das Scannen der Umgebung darstellen.

| BOSCH/CARIAD
01.10.2022 Publikation

Auto in der Verantwortung

Deutschland hat die rechtlichen Voraussetzungen für das voll automatisierte Fahren auf Level 4 geschaffen. Doch auf technischer Seite gibt es noch einiges zu tun – von der funktionalen Sicherheit über den Einsatz von Software und Künstlicher Intelligenz bis zur Kameratechnik.

Von Markus Strehlitz

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Chefredakteurin VDE dialog

"Die Rahmenbedingungen sind nun geschaffen worden, um einen großen Schritt nach vorne zu machen", sagt Harry Wagner, Professor für Intermodale Mobilität und KI an der Technischen Hochschule Ingolstadt. Damit spricht er die rechtlichen Voraussetzungen an, die in Deutschland für das automatisierte Fahren auf Level 4 bestehen. So gilt seit dem vergangenen Jahr ein Gesetz, das dies in fest definierten und beherrschbaren Bereichen bereits erlaubt, zum Beispiel auf einem Campus oder zu Transportzwecken auf einem Flughafen. So ein Bereich, genannt Operational Design Domain (ODD), wird nach Faktoren wie Verkehrsteilnehmern, Fahrbahntyp oder auch Witterung ausgewählt.

Im Mai dieses Jahres wurde das Gesetz durch eine Verordnung ergänzt. Ein stimmiger Rechtsrahmen soll demnach durch Ergänzungen im Straßenverkehrsrecht geschaffen werden. Die Verordnung soll dazu beitragen, dass die Entwicklung nicht an Dynamik verliert. Und dient als Zwischenlösung, bis eine Einigung auf europäischer Ebene gefunden wird. Deutschland bleibt also dran.

Der Gesetzgeber will, dass autonome Kraftfahrzeuge auch im öffentlichen Verkehr betrieben werden können. Doch auf Autobahnen und in Städten sind solche Autos bisher, wenn überhaupt, nur testweise unterwegs. Wagner und andere Experten wissen: Die rechtliche Seite ist nur die Basis für den Fortschritt. Vorangeschritten werden muss erst noch. Und zwar gewaltig. Denn der Schritt auf Level 4 gleicht eher einem großen Sprung. Er ist viel größer als die Schritte zwischen den Leveln 1 bis 3 (siehe Kasten), weil auf Level 4 erstmals ein Fahrzeug sämtliche Fahraufgaben übernimmt.

"Ein solches Auto hat zwar noch Lenkrad, Gaspedal und Bremse", erklärt Wagner. Es komme aber komplett ohne Fahrer aus. Erst wenn das Fahrzeug an seine Systemgrenzen gerät, weil es etwa den Betriebsbereich verlässt, gibt es die Kontrolle wieder an den Menschen ab.

Hard- und Software müssen robuster werden

Mercedes-Benz arbeitet arbeitet mit dem US-Unternehmen Luminar zusammen

Mercedes-Benz arbeitet arbeitet mit dem US-Unternehmen Luminar zusammen.

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Das bedeutet auch, dass Haftungsfragen künftig neu gestellt werden müssen. Auf der Stufe 3 und darunter steht der Fahrer voll in der Verantwortung, wenn ein Unfall passiert. Bei Level 4 sei dies nicht mehr so ohne Weiteres der Fall, meint Wagner. "Dann können Sie als Fahrer zum Hersteller sagen: 'Dein System hat nicht funktioniert, du haftest für den Schaden'. Da reden wir also unter Umständen über viel Geld." Die funktionale Sicherheit gewinnt daher ab Level 4 immens an Bedeutung. Hardware und Software müssten hinsichtlich Robustheit deutlich weiterentwickelt werden. Und gerade der Anteil der Software im Fahrzeug steigt im Vergleich zu Level 3 noch einmal deutlich an. 

Die funktionale Sicherheit hat auch die Verordnung zum automatisierten Fahren im Blick. Denn laut dieser muss ein Hersteller ein allgemeines Sicherheitskonzept vorlegen, das die Funktionen des Fahrzeugs sowie die verwendete Informationstechnik umfasst. Ein Knackpunkt dabei stellt der verstärkte Einsatz von Künstlicher Intelligenz dar. Die ist notwendig, damit das Auto die Aufgaben erfüllen kann, die ihm auf dieser Stufe zugedacht sind. Mit ihrer Hilfe ist es etwa in der Lage, seine Umgebung wahrzunehmen und zu verstehen. Darauf basiert dann das Decision-Making – also wie die Fahrentscheidungen getroffen werden.

Vor allem Ersteres – also die Wahrnehmung der Umwelt – sei eine Herausforderung, sagt Josef Jiru, der am Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme (IKS) für das Business Development zuständig ist. Herkömmliche Software lässt sich durch Tests zuverlässig absichern. Bei einem KI-System ist dies jedoch nicht möglich. Ein solches kann zwar im Testfeld ein Bild immer korrekt analysieren. Im realen Einsatz kann es jedoch passieren, dass man ein anderes Ergebnis erhält – weil zum Beispiel nur ein kleines Rauschen in das Bild hineingekommen ist. 

In fünf Stufen zum autonomen Fahren

Level 1: Fahrassistenz

Hierzu zählen bereits Autos mit herkömmlichen Tempomaten. 

Level 2: Teilautomation

In vom Hersteller definierten Situationen kann das Fahrzeug selbstständig die Spur halten oder bremsen. Auch Einpark-Assistenten zählen zu Level-2-Funktionen. 

Level 3: hohe Automation

Hochautomatisierte Fahrzeuge können selbstständig überholen, bremsen und beschleunigen, je nach Anforderungen der Verkehrssituation. Der Fahrer darf in dieser Zeit sogar Zeitung lesen, muss allerdings in der Lage sein, die Fahrertätigkeit wiederaufzunehmen, wenn ihm das System ein Signal dazu gibt. 

Level 4: volle Automation

Fahrzeuge dieser Stufe übernehmen alle Fahraufgaben selbstständig. Sie können auch auf die Autobahn auffahren, blinken und überholen. Hier kann der Fahrer sogar während der Fahrt schlafen. 

Level 5: autonom

Der Passagier hat keine Fahraufgabe und auch keine Möglichkeit mehr, in die Fahrsituation einzugreifen. Das Fahrzeug bewältigt auch sehr komplexe Situationen wie das Überqueren einer Kreuzung autonom. Diese Fahrzeuge können auch ohne Passagiere fahren.

Die Branche streitet über die beste Technik

Doch es gibt Ansätze, diese Herausforderung zu bewältigen. Das Fraunhofer IKS etwa setzt dafür auf die strukturierte Safety-Analyse. Dabei wird laut Jiru ein logisches Modell der Systemarchitektur erstellt, das Signalflüsse und deren Qualität sowie auch die Einschränkungen der Sensoren darstellt. Anschließend wird bewertet, wie kritisch die identifizierten Schwachstellen sind und welches Risiko von ihnen ausgeht. "Die Safety-Analyse untersucht dann, welche kritischen Situationen zu sicherheitsrelevanten Fehlern führen", so Jiru.

Der Experte berichtet außerdem von einem weiteren Ansatz, bei dem es um die intelligente Cross-Validierung von Sensordaten geht. Dabei werden die Daten eines Sensors mit den Daten anderer Sensoren verglichen, die jeweils unterschiedliche Schwachstellen haben – beispielsweise Frontkamera und Lidar-System. Auf diese Weise könnten sich die Sensoren quasi gegenseitig plausibilisieren, erklärt Jiru.

Kamera und Sensoren hat Wagner von der Technischen Hochschule Ingolstadt auch im Blick, wenn es um die Hardware-Robustheit geht. Komponenten wie etwa Kamera, Lidar-System und Aktuatorik müssten aufeinander abgestimmt sein. Dies sicherzustellen, sei nicht trivial. "Wir brauchen neben der Software auch ausfallsichere Hardware", so Wagner. 
Hinzu kommt, dass sich die Autobranche nicht einig ist, welcher Ansatz der richtige ist, wenn es um die Wahrnehmung der Umwelt geht. Hersteller wie Volkswagen setzen auf eine Kombination von Kamera und Lidar-Sensoren. Tesla beschränkt sich auf die Kameratechnik. 

Um die Entwicklung in diesem Bereich voranzubringen, bilden sich mittlerweile auch Allianzen. So wollen zum Beispiel Bosch und VW gemeinsam eine 360°-Video-Perception-Software entwickeln, welche die Daten von Kameras, Radar und Sensoren zusammenführt und mit KI verarbeitet. Mercedes-Benz arbeitet mit dem US-Unternehmen Luminar zusammen, einem Spezialisten für optische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Ziel der Kooperation ist es, die Lidar-Technik weiterzuentwickeln. Dieser Prozess bietet einen idealen Ansatzpunkt für den Einsatz verbindlicher Standards, findet Dr. Ralf Petri, Leiter des Bereichs Mobility beim VDE: "Wir müssen Innovationen fördern – aber für den Zugang und die Durchsetzung am Markt brauchen wir die Normung und Standardisierung."

Dass das Fahren auf Level 4 rein rechtlich auf klar umrissene Betriebsbereiche beschränkt ist, erleichtert laut Wagner die Entwicklung. Er erwartet, dass das erste Anwendungsgebiet die Autobahn sein wird. "Das ist das einfachste Szenario. Dort gibt es keine Fußgänger, keine Fahrradfahrer und keine Ampeln." Als Nächstes kämen dann möglicherweise Überlandfahrten. "Je weiter es in die Städte hineingeht, desto komplizierter wird es."

Das sieht auch Christian Hartmann so, der bei Audi als Pressesprecher unter anderem für das automatisierte Fahren zuständig ist. "Ein Fahren auf Level 4 mit Mischverkehr in der Stadt, wo vielleicht mal ein Lieferdienst den Weg blockiert oder ein Hund auf die Straße rennt, das wird es nicht geben."

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Zudem geht Hartmann davon aus, dass beim Fahren auf Level 4 stets eine Verbindung zur Infrastruktur in dem entsprechenden Betriebsbereich bestehen wird. Das könne man sich wie beim Flugverkehr vorstellen, wo ein Pilot ja auch mit der Flugsicherung kommuniziere. Doch Audi will ohnehin weg von einer starren Einteilung in die verschiedenen Stufen des automatisierten Fahrens. "Unser Ansatz ist, dass es zukünftig eine Mischung aus den verschiedenen Leveln geben wird, um den Autofahrer immer bestmöglich zu unterstützen."

Welche Funktionen das Fahrzeug dem Fahrer anbietet, orientiert sich dann an den aktuell herrschenden Gegebenheiten. "Bei einer schwierigen Autobahnauffahrt beispielsweise ist vielleicht ein gut funktionierendes Level-2-System sinnvoll – also zum Beispiel ein Spurhalte-Assistent." Wenn diese Auffahrt aber überwunden ist und die Rahmenbedingungen für Level 4 gegeben sind, dann kommen die entsprechenden Funktionen zum Einsatz. "Das Fahrzeug prüft zunächst, ob alle Bedingungen stimmen. Erst wenn dies der Fall ist, ist das Level-4-System überhaupt verfügbar", so Hartmann.

Das Fahrzeug erkennt also selbstständig, wenn es einen bestimmten Betriebsbereich erreicht, und bietet die dazu passende Funktion an. Das sei auch der Unterschied zu herkömmlichen Assistenzsystemen, so Hartmann. Auf die Frage, wann man ein Level-4-fähiges Fahrzeug von Audi auf den Straßen sehen wird, bittet Hartmann noch um etwas Geduld. "Das wird erst in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts der Fall sein – so die aktuelle Roadmap."

Wie weit jeder einzelne Hersteller in der Entwicklung seiner Technik für das automatisierte Fahren ist, lasse sich grundsätzlich schwer beurteilen, meint Wagner. Die Automotive-Unternehmen seien diesbezüglich sehr zurückhaltend in ihrer Kommunikation. Klar ist, dass daran gearbeitet wird, die verschiedenen Herausforderungen zu bewältigen, um das Fahren auf Level 4 möglich zu machen.

Autor: Markus Strehlitz ist freier Journalist und Redakteur beim VDE dialog.