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Automatisiertes Fahren

Sicher auf das nächste Level

© shutterstock

28. März 2019

Mehr Komfort, geringere Umweltbelastung und weniger Unfälle – das versprechen die Befür­worter des selbst­fahrenden Autos. Doch auf welchem Level des automatisierten Fahrens befinden wir uns heute? Was müssen Fahr­zeuge können, um eigen­verantwortlich durch den Verkehr zu steuern? Und wie kann ihre Sicherheit umfassend geprüft werden? Das alles erklärt Katrin Leicht von TÜV NORD im Interview.

#explore: Die Ankündigungen diverser Hersteller erwecken den Eindruck, dass das selbst­fahrende Auto demnächst über unsere Straßen rollt. Auf welcher Stufe des automatisierten Fahrens befinden wir uns denn heute tatsächlich?
Katrin Leicht: Hier muss man zwischen der Serien­entwicklung und Forschungs­projekten unter­scheiden. Während bei Test­fahr­zeugen mit einem für den Einsatz­zweck entwickelten Sicher­heits­konzept auch voll automatisierte Fahr­zeuge bis Level 4 erprobt werden können, voll­zieht sich die Serien­entwicklung schritt­weise und immer auf der Basis gesetzlicher Normen. Aktuell befinden wir uns hier auf Level 2. Das heißt: Der Fahrer wird von Assistenz­systemen unter­stützt, kann temporär die Hände vom Steuer nehmen, muss aber immer eingreifen können und trägt jeder­zeit die volle Verantwortung für jegliche Funktionen des Fahr­zeugs.

Was ändert sich mit Level 3?
Auf Level 3 kann ich als Fahrer in vorher definierten Situationen temporär die Verantwortung an das Fahr­zeug abgeben und anderen Tätig­keiten nachgehen – angedacht ist das etwa für Stau­piloten oder Reise-Assistenten für die Auto­bahn­fahrt. Für den jeweiligen Einsatz­zweck – also etwa die Fahrt im Stau – muss das Fahr­zeug mit allen dort auftretenden Verkehrs­situationen zurecht­kommen. Dazu muss das Fahr­zeug in der Lage sein, Entscheidungen zu treffen: Es benötigt eine Entscheidungs­basis in Form von Sensor­systemen und intelligenter Software, die deren Informationen interpretiert, und eine Entscheidungs­logik, nach der diese Entscheidungen getroffen werden. Dabei muss sicher­gestellt werden, dass die Objekt­erkennung des Fahrzeugs unter allen Witterungs­bedingungen und unabhängig von den Licht­verhältnissen umfassend funktioniert.

Können Level-3-Fahrzeuge unter den bisherigen Richtlinien über­haupt für die Straße zugelassen werden?
Die prinzipielle Möglichkeit, solche Systeme einzuführen, besteht bereits. Durch die Änderung des Wiener Über­ein­kommens sind automatisierte Systeme zulässig, wenn sie jeder­zeit vom Fahrer über­steuert oder aus­geschaltet werden können. Diese Änderung wurde in Deutschland im September 2016 angenommen und durch eine Anpassung des Straßen­verkehrs­gesetzes 2017 in die nationale Gesetz­gebung überführt. Die inter­nationale UN-Vorschrift für die Lenk­funktionen wird gerade aktualisiert, um die konkrete technische Ausgestaltung festzulegen. Dieser Prozess dürfte allerdings frühestens 2019 abgeschlossen sein. Offen ist damit bislang noch, wie diese Systeme dann später in der Zulassung sicher und effizient geprüft werden können. Auf dem bisherigen Stand der Vorschrift werden etwa Brems­systeme und Lenkung einzeln geprüft. Ab Level 2 sind diese aber faktisch mit­einander gekoppelt. Dieses Zusammen­spiel von Brems-, Lenk- und Beschleunigungs­funktionen muss in die Vorschriften einfließen, um eine ganz­heitliche Betrachtung automatisierter Fahr­funktionen zu ermöglichen.

Die Sensorsysteme der Fahrzeuge müssen auch beispiels­weise bei strömendem Regen verlässlich funktionieren. Sind denn die Witterungs­bedingungen bereits Teil eines möglichen Prüf­szenarios?
Bislang ist das noch nicht der Fall. Auch wenn Hersteller solche Test­szenarien berücksichtigen, müssen dem Fahrer die jeweiligen System­grenzen, innerhalb derer die automatisierte Funktion einwand­frei funktioniert, kommuniziert werden. System­grenzen beziehen sich aller­dings auf mehr als nur auf Witterungs­bedingungen. In jedem Fall muss aber definiert werden, wie solche Witterungs­bedingungen konkret geprüft werden können. Eine Auto­bahn­fahrt bei Schnee und Eis lässt sich ja nicht zwangs­läufig unter realen Bedingungen testen – schließlich kann man die Prüfungen nicht nur auf den Winter beschränken. Hier müssen wir gegebenen­falls aussagekräftige Simulationen entwickeln, um solche Szenarien realitäts­nah zu prüfen. Zudem benötigen wir geeignete Prüf­gelände, auf denen sich solche Simulationen zum einen überhaupt durch­führen lassen, und auf denen zum anderen die Anforderungen aus der Vorschrift erfüllt werden können.

„Der Übergang von Level 2 zu Level 3 ist ein erheblicher Sprung – vor allem durch die temporäre Verlagerung der Verantwortung vom Fahrer auf die Maschine.“

Katrin Leicht, Maschinen­bau­ingenieurin

Worin bestehen weitere Heraus­forderungen auf dem Weg zu Level 3?
Der Übergang von Level 2 zu Level 3 ist ein erheblicher Sprung – vor allem durch die temporäre Verlagerung der Verantwortung vom Fahrer auf die Maschine. Hier muss nach­voll­zieh­bar sein, wer wann für welches Fahr­manöver verantwortlich war. Um das zu gewähr­leisten, hat der Gesetz­geber fest­gelegt, dass ab Level 3 die Fahrt durch eine Blackbox im Wagen aufgezeichnet wird. Zudem muss das System in der Lage sein, die eigenen System­grenzen eindeutig und voraus­schauend zu erkennen, um den Fahrer mit einem entsprechenden zeitlichen Vorlauf zur Über­nahme aufzu­fordern. Diese Phase der Kontroll­über­gabe ist besonders kritisch. Hier muss ermittelt werden, welche Signale zur Interaktion von System und Fahrer am besten geeignet sind, damit dieser jederzeit weiß, was er zu tun hat. Die Dauer der Über­gabe­zeiten muss ebenso noch geklärt werden wie die Tätigkeiten, denen Fahrer nach­gehen dürfen, wenn sie schnell wieder ins Fahr­geschehen eingreifen sollen.

Plötzlich in einer Gefahrensituation das Steuer zu über­nehmen ist ja psychologisch eine große Heraus­forderung. Gibt es denn hier bereits Erfahrungs­werte und Studien, die belegen, ob und in welchem Zeit­fenster das tatsächlich funktioniert?
Hierzu wurden Minimal- und Maximal­werte ausgewertet, die eine breite Streuung wiedergeben. Es kann bis zu 30 Sekunden dauern. Dieser Wert ist aber im Hinblick auf hohe Geschwindig­keiten und die dabei zurück­gelegte Strecke nicht akzeptabel. Die Heraus­forderung besteht einer­seits darin, dass jeder Fahrer genug Zeit haben muss, um sich in die Fahr­auf­gabe einzufinden. Anderer­seits muss das System während dieser Über­gabe­zeit weiterhin voll funktions­tüchtig sein. Es muss seine System­grenzen also entsprechend voraus­schauend erkennen, damit es mit diesem zeitlichen Vorlauf an den Fahrer übergeben kann. Weil diese Kontroll­über­gabe von Mensch zu Maschine eine so große Heraus­forderung darstellt, haben einige Hersteller angekündigt, Level 3 über­springen und direkt zu Level 4 über­gehen zu wollen.

Beim voll automatisierten Fahren auf Level 4 soll das Fahrzeug auch längere Fahrt­abschnitte eigen­verantwortlich bewältigen – etwa die komplette Auto­bahn­fahrt. Trotzdem muss der Fahrer im Fall der Fälle eingreifen können. Aber verliere ich als Auto­fahrer nicht Routine und Sicher­heit, wenn die meiste Zeit die Maschine steuert?
Befürworter des automatisierten Fahrens argumentieren ja meist mit einer viel sichereren Fahr­weise der Maschinen. Wenn wir aber im Gesamt­system mögliche Unsicher­heiten schaffen, weil der Fahrer nicht mehr adäquat reagieren kann und dadurch Unfälle baut, dann greift dieses Argument natürlich nicht mehr. Ein möglicher Lösungs­ansatz wäre die Einführung spezieller Fahr­trainings, in denen die Über­gabe der Kontrolle von Maschine zu Mensch wie bei der Ausbildung von Cockpit­piloten trainiert wird.

Was bedeutet diese Entwicklung für Zulassungs­normen und Prüf­verfahren, und welche Rolle kommt dabei den Prüf­instituten zu?
Wir am Institut für Fahrzeug­technik und Mobilität (IFM) beraten das Bundes­verkehrs­ministerium als Teil des Sonder­aus­schusses „Fahrer­assistenz­systeme“ bei der Serien­entwicklung automatisierter Fahr­zeuge. Zugleich sind wir in mehrere Forschungs­projekte involviert, also autonome Shuttle­busse, wie sie etwa in der Charité in Berlin erprobt werden. Bei solchen Forschungs­projekten kann man auf der Basis nationaler Gesetz­gebung einige wenige Ausnahmen zulassen, die bei Serien­fahrzeugen nicht möglich wären. Aktuell wird die Zulassung dieser Projekte je nach Bundes­land anders gehandhabt. In Zusammen­arbeit mit einigen anderen TÜVs entwickeln wir nun eine Guideline, um die Zulassung von solchen Forschungs­fahr­zeugen auf nationaler Basis zu vereinheitlichen und Prüfern eine Orientierung zu geben, was sie beachten müssen.

Wie gehen Sie bei der Zulassung solcher Forschungs­projekte vor?
Das Fahrzeug muss generell der StVZO entsprechen. Neben den Fahrfunktionen schauen wir uns das Sicher­heits­konzept der Fahrzeuge an und die Strecke, auf der sie eingesetzt werden sollen. Denn diese Fahrzeuge werden immer nur für eine konkrete Route zugelassen. Wenn auf einer solchen Strecke etwa mit einem starken Fußgänger­auf­kommen zu rechnen ist, kann man zum Beispiel Einschränkungen festlegen, dass das Fahrzeug nur für Tempo 10 freigegeben wird. In diesen Forschungs­projekten geht es ja darum, Erfahrungen zu sammeln, wie sich etwa die Sensor­systeme unter­schiedlicher Hersteller bewähren und wie das Fahrzeug im Alltag über­haupt reagiert, um auf der Basis dieser Daten das System zu verbessern. Ein mögliches Sicherheits­konzept könnte die Definition eines Sicher­heits­tunnels sein. Wenn sich Personen oder Fahrzeuge zu weit in diese Zone hinein­wagen, bleibt das Fahrzeug stehen. Auf der Auto­bahn könnte man das natürlich nicht machen, ohne einen Auffahr­unfall zu riskieren.

„Das Ziel der Hersteller ist Level 5 – also das autonome Fahrzeug, das ohne menschlichen Eingriff völlig selbstständig agiert.“

Katrin Leicht, Maschinen­bau­ingenieurin

Welche Aspekte werden in den Richtlinien für die Zulassung solcher Forschungs­projekte festgelegt?
Ein zentraler Aspekt ist etwa, dass die Verantwortung für das Fahr­zeug klar geregelt ist und nur eingewiesene Sicher­heits­fahrer das Fahr­zeug führen dürfen. Denn ein solcher Steward muss bei diesen Fahr­zeugen immer mit an Bord sein. Das besagt die Wiener Über­einkunft, die fahrerlose Fahrten bislang nicht zulässt. Das Ziel der Hersteller ist natürlich Level 5 – also das autonome Fahrzeug, das ohne menschlichen Eingriff völlig selbst­ständig agiert. Hier bauen wir gerade eine Kooperation auf, um gemeinsam mit Partnern eine Anforderungs­ermittlung zu erstellen. Also zu definieren, welche Anforderungen überhaupt erfüllt sein müssten, damit fahrer­loses Fahren sicher erprobt werden kann – und ob das über­haupt möglich ist.

ZUR PERSON

Katrin Leicht ist Maschinenbauingenieurin und Typprüferin für Fahrerassistenzsysteme am Institut für Fahrzeugtechnik und Mobilität (IFM) von TÜV NORD. Dort beschäftigt sie sich mit automatisiertem und vernetztem Fahren und arbeitet mit ihren Kollegen an Lösungen, wie solche Systeme sicher auf die Straßen entlassen werden können.