Autonomes Fahren: Zukunft und aktuelle Herausforderungen für selbst fahrende Autos

Digitale Vorreiter

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Datum 27.08.2021
Lesezeit 7 Min.

Autonomes Fahren: Zukunft und aktuelle Herausforderungen für selbst fahrende Autos

Vollständig selbst fahrende Autos, weniger Risiken im Straßenverkehr und eine besonders effiziente und umweltschonende Mobilität: Autonomes Fahren rückt in greifbare Nähe. Immer schnellere Computer, Big-Data-Analyseverfahren und 5G-Vernetzung schaffen die Voraussetzungen für den nächsten Entwicklungsschritt in Sachen zukünftiger Auto-Mobilität. Wir haben für Sie einen Marktüberblick zum Thema autonomes Fahren zusammengestellt.

Bereits auf dem Mobile World Congress (MWC) 2019 kündigte Vodafone gemeinsam mit dem Reifenhersteller Continental den „digitalen Schutzschild” im Straßenverkehr an. Die Idee dahinter: Die Verkehrsteilnehmer:innen der Zukunft sollen untereinander per Mobilfunk oder pWLAN verknüpft sein, sich bei potenziellen Gefahren gegenseitig warnen und so Unfälle vermeiden.

Parallel dazu stellte Vodafone seine globale Partnerschaft mit dem US-Telekommunikationsanbieter AT&T für mehr automobile Vernetzung vor. Gemeinsam sollen globale Standards für vernetztes Fahren und dem Internet der Dinge (Internet of Things, kurz: IoT) auf der Straße entwickelt werden.

Dies alles sind wichtige Schritte auf dem Weg zum autonomen Fahren. Vieles, was vor kurzer Zeit noch unmöglich erschien, ist bereits heute schon Realität. So gibt es bei Vodafone Automotive nützliche, mobile Services für Unternehmen und Autofahrer:innen, etwa für die Rückführung gestohlener Fahrzeuge, Private eCall und automatisierte Unfallmeldungen oder das Fahrzeugtracking und die Fernwartung von Firmenautos.

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Mehr Sicherheit beim autonomen Fahren dank eCall, IoT und 5G

Forschung und Entwicklung für mehr Sicherheit im Auto haben in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Einige Neuerungen sind bereits auf der Straße angekommen. So ist etwa „eCall” (ein satelliten- und mobilfunkgestütztes Notrufsystem) in allen neu entwickelten Pkw-Modellen seit 2018 vorgeschrieben. Über dieses automatisierte Notrufsystem verständigen moderne Pkw bei Unfällen selbständig Rettungsdienste. Dank GPS und Sensoren in den Airbags machen sie dabei genaue Angaben zur Fahrzeugposition und zur Zahl der Insassen. Möglich macht dies eine integrierte SIM-Karte oder eSIM (im Chip fest verbaute SIM-Funktion). Über die kann das Fahrzeug per Mobilfunk den Hilferuf versenden.

IoT, also die Vernetzung von mobilen und stationären Endgeräten, von Fahrzeugen und anderer Hardware ist auch im Bereich Automotive ein wichtiger Trend. Über die entsprechenden Mobilfunktarife können diese IoT-Geräte per schnellem 5G-Mobilfunk miteinander verbunden werden. Mit immer schnelleren Funkverbindungen steigen auch Datenraten, sowie die Genauigkeit des Navigierens. Die Chancen, die daraus erwachsen sind groß:

  • Stetig zunehmender Verkehr kann in überlasteten, öffentlichen Straßennetzen besser und schneller koordiniert und geroutet werden.
  • Auf nicht öffentlichen Straßennetzen, etwa auf Firmenarealen können Personen- oder Förderfahrzeuge autonom oder teilautonom geführt werden.
  • Das Internet der Dinge verknüpft Produktionsumgebungen zu einer organischen Gesamtintelligenz: Anfahrende Lkw bestellen bereits bei Ankunft im Depot selbständig Entladefahrzeuge zur Laderampe.
  • Unfallrisiken werden gesenkt, indem Fahrzeuge bereits vor Abfahrt Wetterkonditionen berücksichtigen oder bei schlechten Sichtverhältnissen die Positionsdaten von Hindernissen oder Baustellen kennen.

Das vernetzte Auto spart Ressourcen, reduziert Fehlerzahlen und Unfallaufkommen. Und das sowohl im gewerblichen, als auch im privaten Bereich. Eine wesentliche Herausforderung hierbei ist, dass der Mensch die Technik immer als Unterstützung wahrnimmt und bei Bedarf stets die Kontrolle über das Fahrzeug behält oder wiedererlangen kann.

Zudem sind in Zukunft neue Datenschutzfragen zu klären, die sich zum Teil heute schon stellen – wenn etwa Navigationssysteme einmal gefahrene Routen dauerhaft speichern. Hier liegt es an Gesellschaft und Politik, die Daten der Bürger:innen entsprechend zu schützen.

 

Die drei Marktsegmente im „Connected Cars”-Bereich

Effiziente Fahrzeugvernetzung vereinfacht die Aufgaben von Autofahrer:innen und bietet mehr Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer:innen. Viele Autohersteller arbeiten deshalb an Lösungen für automatisiertes und autonomes Fahren im Auto der Zukunft.

Telekommunikationsanbietern wie Vodafone kommt beim autonomen Fahren eine entscheidende Rolle zu. Denn autonome Mobilität –  insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten – ist nur möglich mit stabilen drahtlosen Datenverbindungen auch über weite Entfernungen hinweg. Und das geht nur mit einem zuverlässigen Mobilfunknetz.

Laut einer aktuellen statista-Studie, dem Connected Car Market Report 2021, teilt sich der Markt derzeit in drei Hauptsegmente mit einem Gesamt-Marktvolumen von rund 66 Milliarden US-Dollar weltweit im Jahr 2020 auf:

  • Hardware-Konnektivität („Connected Hardware”)
  • Infotainment-Dienste („Infotainment Services”)
  • Fahrzeugbezogene Dienste („Vehicle Services”)

 

Marktsegment #1: Hardware-Konnektivität

Der größte Marktanteil beim Thema Fahrzeugvernetzung entfällt auf Hardware-Konnektivität – auch als Internet der Dinge im Mobility-Bereich bekannt. Hier geht es um die Frage, wie grundlegende Telematikaufgaben realisiert werden können. Dazu gehört auch das Senden und Empfangen begrenzter Datenmengen unter schwierigen Bedingungen – beispielsweise über Schmalband-IoT.

Auch die Mensch-Maschine-Interaktion ist Teil dieses Sektors. Denn das Fahrzeug soll klar verstehen, was die Fahrerin oder der Fahrer möchte und umgekehrt. Dabei geht es nicht nur um das Fahrziel, sondern beispielsweise auch darum, ob oder wann der Mensch in das autonome Fahren eingreifen will oder gar muss.

Ein weiterer Bereich ist die Vernetzung und Integration mit vorhandenen Smartphones. Schließlich erfolgt schon heute ein Großteil der Routen- und Fahrtplanung nicht innerhalb des Fahrzeugs, sondern bereits von daheim oder von unterwegs aus.

 

Marktsegment #2: Infotainment-Dienste

Schon jetzt sind moderne Fahrzeuge oft vernetzt: In fast allen Autos befindet sich heutzutage auch ein Navigationssystem. Neben fest eingebauten Varianten gibt es jede Menge Anbieter freier oder kommerzieller Smartphone-Navigationssysteme wie Google Maps, Apple Maps, HERE WeGo oder Sygic.

Navi-Apps (oder deren Onboard-Varianten) sollten nicht nur über stets aktuelles Kartenmaterial verfügen, sondern auch optimierte Fahrtrouten für die jeweilige Verkehrslage anbieten.

Zukünftig sorgt die Anzeige wichtiger Parameter des Straßenverkehrs, beispielsweise auf einem Head-Up-Display (HUD), für mehr Sicherheit ohne Ablenkung vom Verkehr. Zudem kann ein solches Display auch andere Informationen anzeigen, etwa Musiktitel oder Informationen zu laufenden Apps.

 

Marktsegment #3: Fahrzeugbezogene Dienste

Was tun im Fall einer Panne? Auch autonome Fahrzeuge können Störungen haben, ganz ausfallen oder mit leerem Tank oder leerer Batterie stehen bleiben. Dabei ist es egal, ob sie mit fossilen Brennstoffen, elektrisch oder per Wasserstoff betrieben werden: Hier sind nicht nur Assistenzsysteme im Falle einer Panne gefragt, sondern auch Dienste, die über die simple Anzeige von Problemen mit dem Fahrzeug hinaus gehen. Eine automatische Benachrichtigung des Pannendienstes mit Informationen zur Pannenursache ist beispielsweise denkbar. Des weiteren sollte jedes Fahrzeug „over-the-air” mit Updates versorgt werden können.

Die fünf Stufen des autonomen Fahrens

Die internationale Definition der Autonomielevel (in Deutschland begleitet durch die Bundesanstalt für Straßenwesen) hat sechs Stufen:

  • Stufe 0: Fahrer:in allein: Die Fahrerin oder der Fahrer fährt komplett allein und ohne Hilfsmittel.
  • Stufe 1: Assistiertes Fahren: Bestimmte Assistenzsysteme, wie sie heute schon weit verbreitet sind, erleichtern beispielsweise das Einparken oder helfen, den korrekten Abstand zu halten.
  • Stufe 2: Teilautomatisiertes Fahren: Diese Art von Fahrzeugen kann bereits ohne Fahrer:in lenken, beschleunigen und bremsen.
  • Stufe 3: Hochautomatisiertes Fahren: Fahrzeuge dieser Entwicklungsstufe können nicht nur geradeaus fahren und die Spur halten, sondern auch unter bestimmten Bedingungen überholen oder ausweichen.
  • Stufe 4: Vollautomatisiertes Fahren: In definierten Verkehrsbereichen fährt der Wagen automatisch. Die Fahrerin oder der Fahrer darf beispielsweise schlafen, muss aber das Fahrzeug übernehmen, sobald es den definierten Bereich verlässt.
  • Stufe 5: Autonomes Fahren: Hier ist prinzipiell und wie von der Ingenieurs- und Automobilindustrievereinigung SAE definiert, kein Fahrer mehr nötig, um von A nach B zu gelangen.

 

Welches sind die Key Player bei Connected Cars?

Autonomes Fahren ist eine der Schlüsseltechnologien für die Mobilität der Zukunft. Schon heute haben alle großen Automobilhersteller eigene Entwicklungsabteilungen für das Auto der Zukunft. Gemeinsames Ziel ist es, das Fahren auf unseren Straßen sicherer, komfortabler und effizienter zu machen, indem mögliche Fehlerquellen wie „menschliches Versagen” weitgehend eliminiert werden.

Geht man von fünf Entwicklungsstufen bei fahrerloser Mobilität aus, befindet sich die Automobilindustrie aktuell (laut Robert Carter, EVP Sales für Nordamerika) auf Stufe zwei oder drei (siehe Infokasten). Die technischen Voraussetzungen für höhere Autonomiestufen sind vorhanden; es fehlen in vielen Ländern rechtliche Rahmenbedingungen und eine flächendeckende 5G-Verfügbarkeit. Deutschland hat deshalb in zwei Gesetzen 2017 und 2021 den rechtlichen Rahmen für das automatisierte Fahren bis hin zu Level 4 auf öffentlichen Straßen geschaffen.

 

So arbeiten die Hersteller an Assistenz-Systemen für das Auto der Zukunft

Tesla Motors

Aktuelle Bordsysteme des US-Herstellers beherrschen je nach Ausstattung autonomes Fahren auf Level 2. Allerdings glaubt man in der Firmenzentrale in Palo Alto daran, dass die Fahrerin oder der Fahrer in naher Zukunft nur noch „aus rechtlichen Gründen” am Steuer sitzen wird – das entspräche dann vollautomatisiertem Fahren der Stufe 4. Nachfolgendes Video zeigt eine Testfahrt, in der das Fahrzeug seine Umgebung analysiert, die Informationen bewertet und selbständig in zugehörige Fahrmanöver umsetzt:




Video: YouTube / New Car 365

 

BMW

Auch der bayerische Automobilhersteller BMW hat im Bereich des assistierten Fahrens einiges im Programm. Eine aktive Geschwindigkeitsregelung mit Stop&Go-Funktion soll Fahrer:innen während Verkehrsstaus entlasten und ist schon länger verfügbar. Auch eine Auffahr- und Personenwarnung mit City-Bremsfunktion hilft, mögliche Unfälle ohne menschliches Zutun zu verhindern. In den aktuellen Modellen des Herstellers gibt es außerdem Lenk- und Spurführungsassistenten, die zumindest teilautomatisiertes Fahren der Stufen 1-2 ermöglichen. Ein Datum für erste Modelle mit Level-3-Funktionalität nennt Nicolai Martin, Bereichsleiter Entwicklung Automatisiertes Fahren bei der BMW Group aber noch nicht.

 

Mercedes-Benz

Mit dem Lastkraftwagen Future Truck 2025 und einer modifizierten S-Klasse namens „F 015 Luxury in Motion” präsentierten die Schwaben bereits 2014 prototypisch ihre Vorstellungen vom autonomen Fahren. Die aktuelle S-Klasse von 2021 mit Zusatzausstattung „Drive Pilot“ beherrscht nun auch das autonome Fahren der Stufe 2. Mit Automated Valet Parking als Gemeinschaftsentwicklung von Bosch und Mercedes beherrscht das Fahrzeug sogar Level 3 beim selbständigen, fahrerlosen Einparken in Tiefgaragen. Parallel arbeitet Mercedes nach eigenen Aussagen auch an Fahrzeugen für Level 4 (Autonomes Fahren).

Video: YouTube / Bosch Mobility Solutions

 

Toyota

Auch der japanische Fahrzeughersteller Toyota beschäftigt sich mit dem autonomen Fahren. Toyota hat hierfür eigens die Entwicklungsabteilung „Level 5“ des US-Fahrdienstleisters Lyft aufgekauft. Aktuelle Modelle unterstützen allerdings nur Assistenzfunktionen der Stufe 2. Weitere Automatisierungen sollen in Entwicklung sein.

 

Volkswagen und Audi

Laut Volkswagen-Konzern nutzt „automatisiertes Fahren der Gesellschaft ohne Frage bei Umweltschutz, demografischem Wandel, Wirtschaft und Verkehrssicherheit”.

Neben den üblichen Assistenzsystemen, die schon heute in Fahrzeugen beider Marken erhältlich sind, experimentiert der VW-Audi-Konzern derzeit mit einer futuristisch anmutenden Konzeptstudie namens SEDRIC („Self Driving Car”). Es soll nach Konzernangaben bereits Stufe 5 des autonomen Fahrens erreicht haben. Zudem denkt der Wolfsburger Konzern darüber nach, automatisiertes Fahren in neuen Modellen zukünftig stundenweise gegen Gebühr als Function-as-a-Service freizuschalten.

Video: YouTube / Volkswagen News

 

Die Welt auf dem Weg zum vollautonomen Fahren

Bis alle Autos weltweit fahrerlos unterwegs sind, ist es noch ein weiter Weg. Doch ermöglicht es die 5G-Technologie schon heute, Milliarden Endgeräte, darunter auch Fahrzeuge, über weite Strecken hinweg miteinander zu vernetzen.

Vodafone arbeitet für das autonome Fahren der Zukunft am Ausbau von 5G Standalone (SA). Bei dieser Funktechnik erfolgt die Datenübertragung im 5G-Kernnetz ohne Komponenten aus der langsameren Vorgängertechnik LTE. Das 5G Standalone-Netz erreicht so besonders geringe Laufzeitverzögerungen (Latenzen) beim Datenaustausch von rund 10 bis 15 Millisekunden. Das ist eine der Voraussetzungen für noch besseres assistiertes und autonomes Fahren.

 

Verschiedene Verkehrsteilnehmer warnen sich gegenseitig

Während die meisten autonomen Fahrsysteme bis heute vor allem auf Kamerabilder, Abstandssensoren und eine möglichst störungsfreie Umgebung beim Fahren angewiesen sind, könnten später auch Fußgänger:innen, Radfahrer:innen und andere Verkehrsteilnehmer:innen (anonymisiert) ihre aktuelle Position und Geschwindigkeit fortlaufend übermitteln. So würde es hinter engen Kurven und bei schlechten Sichtverhältnissen weniger Unfälle geben.


Die Idee dabei ist, dass solche Verkehrsinformationen nicht nur im Fahrzeug selbst, sondern auch an mindestens einer zentralen Stelle sichergestellt wird. So können Kollisionen gar nicht erst entstehen. Außerdem können auf diese Art Straßensperren, Hindernisse und Unfälle auf dem Weg zum Ziel noch schneller erkannt werden. Die Reduzierung von Verkehrsstaus wäre ein weiterer, wichtiger Nebeneffekt.

Um der Herausforderung bisher fehlender 3D-Karten einschließlich der Positionen von Bordsteinen, Verkehrsinseln und anderen Hindernissen zu begegnen, hat ein Konsortium aus Audi, BMW und Daimler bereits 2015 den Dienstleister HERE für 2,5 Milliarden Euro übernommen. Das Ziel hierbei: Je genauer das verfügbare Datenmaterial ist, umso weniger Aufgaben muss das Fahrzeug selbst während der Fahrt erledigen – und umso sicherer wird diese.

An anderer Stelle in diesem Magazin erfahren Sie, wie die Technik im Hintergrund von Vehicle-to-everything (V2X) arbeitet und sich für die Zukunft rüstet.

Mit Ryd (vormals TankTaler) wiederum können Sie schon heute einen ersten Eindruck vom Connected Car erleben – indem Sie Ihr Fahrzeug mittels der eingebauten OBD-Diagnosebuchse mit einer App verbinden. So wird schon heute fast jedes Fahrzeug auf Wunsch zum Connected Car.

 

Was wünschen Sie sich vom Auto der Zukunft? Mehr Sicherheit, mehr Komfort oder neue Funktionen? Wir sind gespannt auf Ihre Ideen und Anregungen für das autonome Fahren von Morgen.

 


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