Der flexible, autonome Konvoi

Alcherio Martinoli und seinem Team an der Eidgenössischen TH in Lausanne gelang beim Autonomen Fahren der Durchbruch zum intelligent agierenden Schwarm.

Die Zukunft des Automobils wird erst dann der Vorsilbe „Auto“ (griechisch für „selbst“) gerecht werden, wenn Fahrzeuge autonom und miteinander vernetzt unterwegs sind. Und wenn der Mensch höchstens noch eine Nebenrolle hinter dem Lenkrad spielt. Diese Entwicklung ist erst in einigen Jahren zu erwarten. Bis dahin werden sich automatisierte Automobile noch etliche Zeit den Verkehrsraum mit konventionell gelenkten Modellen teilen müssen, die allein von den analogen Fähigkeiten ihrer Fahrer gesteuert werden.

Diese Mischung birgt große Risiken. Denn das automatisch gelenkte Automobil bewegt sich in seiner eigenen digitalen Welt. Als Antwort auf diese Problematik rollten die ersten vollautomatisierte Automobile bisher in Konvois über die Straßen: Ein Fahrzeug führte die Kolonne an, die anderen fahrerlosen Automobile fuhren wie im Entenmarsch hinterher. Diese Lösung erweist sich zwar als sicher, doch lässt sich eine derartige Kolonne nur bis zu einer gewissen Größe steuern. Und die Flexibilität bleibt auf der Strecke.

Jedes Fahrzeug erfasst die Umgebung

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) um Professor Alcherio Martinoli haben jetzt eine innovative Lösung erprobt, bei der sie auf die Schwarmintelligenz der einzelnen Verkehrsteilnehmer setzen. Martinoli und sein Team entwickelten einen neuen Algorithmus, bei dem ein Kolonnenführer überflüssig wird. Stattdessen erfasst jedes Fahrzeug mittels Sensorik, zahlreichen Assistenzsystemen und GPS die Umgebung. Die gewonnenen Daten tauscht das Fahrzeug mit den anderen Automobilen auf der Straße aus.

Indem sich die automatisierten Fahrzeuge unabhängig von Geschwindigkeit und Position im „Schwarm“ austauschen, kann die Wagenkolonne auf verschiedenen Spuren rollen. Sie muss sich auch nicht wie im starren Konvoi ständig am „Anführer“ orientieren und neu organisieren, wenn ein anderes Automobil in den Schwarm hineinfährt oder ihn verlässt. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um ein automatisiert oder manuell gesteuertes Fahrzeug handelt, - es genügt, wenn ein entsprechendes Netzwerk und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle vorhanden sind. Die einzelnen Fahrzeuge reagieren individuell auf das Verhalten der anderen „Schwarmmitglieder“, passen ihre Geschwindigkeit sowie Position den neuen Verhältnissen entsprechend an und wechseln, falls notwendig auch die Fahrspur. Die einzelnen Automobile haben auch keine Probleme, sich neu auszurichten, wenn sich die Schwarmformation verändert. Der von Martinoli und seinem Team entwickelte Algorithmus entstand im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms AutoNet 2030, mit dem die Realisierung des automatisierten Fahrens erforscht wird.

Wenn Fahrzeuge kooperieren

Alcherio Martinoli hat bereits im Jahr 1995 im Rahmen seiner Dissertation begonnen, sich mit diesem Thema zu beschäftigen. Der Wissenschaftler arbeitete anfangs mit kleinen Robotern, die in einem Simulator unterwegs waren. In einem zweiten Schritt fuhren reale Mini-Roboter dann gemeinsam miteinander. „Vereinfacht gesagt, handelt es sich um einen Algorithmus, bei dem Akteure, die nicht unbedingt sehr intelligent sind, auf eine schlaue Art und Weise kooperieren, sodass am Ende ein komplexes und harmonisches Gruppenverhalten herauskommt.“

Vereinfacht gesagt, handelt es sich um einen Algorithmus, bei dem Akteure, die nicht unbedingt sehr intelligent sind, auf eine schlaue Art und Weise kooperieren.

Alcherio Martinoli, Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne

Der Algorithmus benutzt dafür die von den Sensoren der einzelnen Teilnehmer generierten Informationen, um den Schwarm in Echtzeit zu dirigieren. Den im Labor fahrenden Robotern folgte schließlich die Entwicklung eines Simulators für autonomes Fahren. Hier erprobten Martinoli und seine Mannschaft den in Lausanne entwickelten Algorithmus.

Im vergangenen Jahr folgten schließlich erste Fahrversuche auf verschiedenen Teststrecken. „Gegenüber den bisherigen Lösungen haben wir zwei Vorteile. Zum einen die gleichmäßig verteilte Kontrolle ohne einen Anführer, sodass wir andere Fahrzeuge dynamisch integrieren können. Zum anderen dass wir Schwarmintelligenz in dieses selbstorganisierende System integriert haben.“ Und: „Bei unserem Ansatz gehen wir von einer heterogenen Verkehrssituation aus. Dazu gehören nicht nur automatisierte und teilautomatisierte Fahrzeuge, sondern auch ältere Modelle ohne Konnektivität, die sich nicht in den automatisiert fahrenden Schwarm einfügen können, sondern vielmehr als Hindernisse betrachtet werden und die vom Schwarm respektiert werden müssen,“ erklärt Martinoli.

Realitätstest bestanden

Bei Testfahrten in Schweden ließen Martinoli und seine Mannschaft jeweils einen automatisierten Lastwagen und Personenwagen, sowie einen konventionell gesteuerten Pkw, der mit den anderen Fahrzeugen über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle verbunden war, auf der Piste fahren. „Wir haben mit unseren Fahrten zum ersten Mal bewiesen, dass sich unsere Ergebnisse aus dem Simulator in die Realität übertragen lassen“, erklärt Martinoli. „Außerdem hat die Anzahl der Fahrzeuge in der Kolonne keinen Einfluss auf die Komplexität der Kontrolle.“

Um die „nichtsehenden Fahrzeuge“ nachzurüsten „benötigt man eine entsprechende Sensorik, GPS, Kameras und eine neue Mensch-Maschine-Schnittstelle“, erklärt Martinolis Kollege Guillaume Jornod.

Die im „Schwarm“ verbundenen Fahrzeuge wählen ihre eigene Geschwindigkeit und Position auf der Straße

So war auch das manuell gelenkte Fahrzeug bei den Testfahrten ausgerüstet. Die im „Schwarm“ verbundenen Fahrzeuge wählen ihre eigene Geschwindigkeit und Position auf der Straße. Diese Flotte kann außerdem die Spuren auf der Autobahn nach Belieben nutzen und sich anpassen, wenn ein weiteres Fahrzeug zur Gruppe stößt. Zudem profitiert bei diesem Modell jedes Auto von den „Augen der Nachbarn“, sodass in Zukunft eine 360-Grad-Rundumsicht entstehen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung, so Martinoli, „besteht darin, dass es keine Begrenzung der Schwarmgröße gibt, weil jeder Fahrer seine Position einnimmt und die Regeln respektiert.“

Wir haben gezeigt, dass unser Konzept funktioniert.

Guillaume Jornod, Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne

Und was kommt als nächstes? Wie geht die Entwicklung weiter? „Wir haben gezeigt, dass unser Konzept funktioniert. Wir hoffen nun, dass die Industrie Interesse zeigt und wir weiterentwickeln können,“ erklärt Guillaume Jornod. Vermutlich, so Martinolis Schätzung, wird es noch mindestens 15 Jahre dauern, bis die Mehrzahl Automobile automatisiert durch den Verkehr rollen werden.

 

Die Bundesbürger stehen dem autonomen Fahren positiv gegenüber. Das hat eine Umfrage des Digitalverbands Bitcom ergeben.

Die meisten Bundesbürger sehen die Entwicklung zum autonom fahrenden Auto positiv. Sie können sich vorstellen, bei Nachtfahrten oder im stockenden Verkehr sich zurückzulehnen, sich dem elektronischen Lotsen anzuvertrauen, sich mit den Mitfahrern zu unterhalten oder schlicht zu einem Buch zu greifen. In einer repräsentativen Umfrage des Digitalverbands Bitcom gaben 66 Prozent der Befragten an, dass selbstfahrende Modelle überwiegend Vorteile bieten.

Als Vorteile gaben die Teilnehmer an der Umfrage einen verbesserten Verkehrsfluss (44 Prozent) und geringeren Energieverbrauch (40 Prozent) an. 34 Prozent glauben außerdem, dass selbstfahrende Automobile die Sicherheit auf den Straßen verbessern und für 27 Prozent steigt durch den Autopiloten auch der Schutz der Passagiere.

Wie nutzt man die gewonnene Zeit?

Und wie wollen die Bundesbürger die neu gewonnene Unabhängigkeit nutzen? Jeder Vierte will sich die Zeit im selbstfahrenden Auto mit anderen Dingen vertreiben. Gleichzeitig zeigen sich aber viele Chauffeure (44 Prozent) der Sicherheit verbunden und wollen sich nach wie vor auf den Verkehr konzentrieren. Lediglich eine Minderheit kann sich vorstellen, sich Filme anzusehen (24 Prozent), zu arbeiten (15 Prozent) oder zu schlafen (sieben Prozent). „Das Auto, das von alleine fährt – das klang bis vor wenigen Jahren nach Science Fiction. Heute denken wir darüber nach, wie man die gewonnene Zeit nutzen kann, wenn der Autopilot das Steuer übernimmt“, kommentiert Bitcom-Vizepräsident Achim Berg die Ergebnisse der Umfrage.

Den Automobilherstellern stellt die Mehrheit der Befragten eine gute Note aus. 76 Prozent glauben, dass die deutschen Hersteller an der Spitze der Entwicklung fahren und damit Internetkonzerne und andere Unternehmen deutlich hinter sich lassen. „Die Ausgangsposition der deutschen Automobilhersteller“, so Achim Berg, „beim Rennen um die Weltmarktführerschaft für autonome Autos ist sehr gut.“

Klare Regeln zur Datennutzung

Bei aller Euphorie über die neue Technik beschleicht 63 Prozent der Bundesbürger Angst vor technischen Problemen. Dabei stehen Hacker-Attacken (61 Prozent) an der Spitze. „Damit autonome Autos Akzeptanz finden, müssen sie ein Höchstmaß an Sicherheit garantieren, und deshalb brauchen wir klare und transparente Regeln, wer wann welche Daten zu welchem Zweck nutzen darf“, erklärt Achim Berg.

Wenn es um die Datennutzung geht, sind die Bundesbürger gespalten. 48 Prozent sind nach der Umfrage durchaus bereit, ihre Daten zur Verfügung zu stellen, wenn damit zum Beispiel ein besserer Verkehrsfluss erreicht wird oder Straftaten schneller aufgeklärt werden können. Um die Ursache von Unfällen besser ermitteln zu können, befürworten drei Viertel die Montage einer Blackbox. Gleichzeitig halten 73 Prozent die Hersteller (einschließlich der Software-Lieferanten) in der Haftung. Acht von zehn Bundesbürgern verlangen außerdem eine verbindliche Definition, wie der Autopilot reagieren muss, wenn ein Unfall unvermeidbar ist.

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