Illustration autonomes Fahren in Stadt und Natur
Illustration: Eva Revolver
Zukunft Mobilität Urbanität

Wenn Autos die Welt erkunden. Alles über das autonome Fahren.

Wie der Mensch müssen autonom fahrende Fahrzeuge im Verkehr ihre Umgebung erkennen – und verstehen. Wie das funktioniert, haben wir in einem Artikel für das BMW Magazin aufbereitet. Für den Endkunden spannend und zugleich informativ werden die einzelnen Stufen der Entwicklung des autonomen Fahrens aufgezeigt. Ein Interview mit dem zu diesem Zeitpunkt amtierenden Leiter für den Bereich Vollautomatisiertes Fahren & Fahrerassistenz, Dr. Elmar Frickenstein, rundet das Thema ab und bietet spannende Einblicke von einem echten Vordenker.

Für die sichere Orientierung im Straßenverkehr benötigt das autonome Automobil ein genaues Bild der Situation. Dafür ist es mit unterschiedlichen Sensoren ausgerüstet: Kamera, Ultraschall, Radar und Laserscanner können sehen und Abstände messen. Ihre Aufgabe: zu jeder Zeit das Umfeld zuverlässig zu erkennen. Außerdem ermüden sie nicht und lassen sich nicht ablenken. Die Komposition aller verfügbaren Sensordaten zu einem Abbild der Realität nennen die BMW Ingenieure Sensorfusion. Für das autonome Fahren braucht es jedoch zusätzlich Intelligenz und Wissen. Menschen erkennen und interpretieren einen Zebrastreifen oder ein Verkehrsschild aufgrund ihrer Erfahrung richtig und oft auch dann, wenn nur Teile davon zu sehen sind. Dieses Wissen müssen die BMW Ingenieure dem Fahrzeug zunächst wie einem Kind antrainieren. Dazu werden aufgezeichnete Fahrszenen analysiert, alle wichtigen Elemente benannt und an ein neuronales Netzwerk übergeben. Diese künstliche Intelligenz analysiert daraufhin Tausende ähnlicher Szenen und lernt für die Zukunft, alle wichtigen Elemente richtig zu erkennen und zu verarbeiten.

Präzise Karten in Echtzeit

Zur Unterstützung der Sensoren und für die Navigation benötigt das autonome Fahrzeug exakte Karten. Autonome Fahrzeuge sind darauf angewiesen, in Echtzeit alles zu verstehen, was sie umgibt. Zukünftige Automobile haben hochpräzise HD-Karten an Bord, die es ihnen ermöglichen, auf den Zentimeter genau zu bestimmen, wo sie sich befinden, und auch um Kurven herum und durch Gebäude hindurch zu „sehen“. Diese Karten sind viel präziser als die heute für die Navigation üblichen, die Abweichungen von mehreren Metern erlauben. HD-Karten enthalten Informationen über die gesamte Umgebung, etwa die Höhe der Bordsteine, aber auch die exakten Fahrspuren. Sie ermöglichen es, auch bei unsichtbaren Markierungen die Spur zu halten, sie melden aktuelle Gefahren entlang der Route, Baustellen und ermöglichen sogar die Navigation in Parkhäusern. Die Karte funktioniert dabei wie ein zusätzlicher Sensor, das Fahrzeug gleicht die Information ständig mit dem Bild der eigenen Sensoren ab. In Zukunft rechnen die Programmierer sogar mit einer nahezu in Echtzeit aktualisierten Karte, für die die Sensoren der Fahrzeuge auf der Straße gemeinsam Informationen sammeln. Man spricht von einer „self-healing map“ Dafür benötigen die Fahrzeuge allerdings noch leistungsfähigere Kommunikationssysteme und mehr Rechenleistung. 

Fünf Stufen bis zum autonomen Fahren
Illustration: Eva Revolver

Aktuell befindet sich die Fahrerassistenz bei den Automobilherstellern auf Level 2 – der Fahrer kann das Lenkrad für kurze Zeit loslassen und muss die Situation stets im Blick behalten. Im nächsten Schritt, Level 3, muss der Fahrer nur noch bereit sein, bei einem entsprechenden Hinweis wieder zu übernehme. In Level 4 meistert das Fahrzeug auch komplexeste Fahrsituationen, und der Fahrer kann sogar in Ruhe schlafen. In Level 5 benötigt das Automobil kein Lenkrad mehr, es kann Passagiere auch abholen. 

Intuitive Anzeigen und Bedienung 

Wann das Fahrzeug eigenverantwortlich fährt und wann der Fahrer, muss immer klar erkennbar sein. Die Übergaben müssen intuitiv sein. Für automatisierte Fahrfunktionen heute und in Zukunft ist es besonders wichtig, dass der Fahrer immer weiß, in welchem Status sich das Fahrzeug gerade befindet. Die Übergaben vom Fahrer an das Fahrzeug und zurück müssen intuitiv ablaufen – eine wichtige Aufgabe für die BMW Interface Experten. Bei der Vorstufe zum autonomen Fahren (Level 3) muss der Fahrer in bestimmten Verkehrssituationen innerhalb kurzer Zeit das Steuer wieder übernehmen können – darauf könnte ihn ein unterschiedlich farbig beleuchtetes Lenkrad hinweisen. Für das Interieur der Zukunft beschäftigt sich BMW auch mit freischwebenden und direkt mit dem Finger bedienbaren Anzeigen. Bei zunehmender Automatisierung (Level 4+5) wird sich das Lenkrad sogar in die Armaturentafel zurückziehen. Die Freude am Fahren wird in Zukunft zumindest streckenweise aus der Freude am autonomen Fahren bestehen. 

Zeit für Entertainment, Arbeit, Ruhe

Individuelle Mobilität gehört zu den Grundbedürfnissen von Menschen. Doch es gibt heute viele Verkehrssituationen, in denen Fahrer die Zeit lieber anders nutzen würden. Im täglichen Berufsverkehr in Ballungsräumen etwa, auf dem Weg zu Terminen, insbesondere bei der Parkplatzsuche. In solchen Situationen geben BMW Personal CoPilot Systeme dem Fahrer wertvolle Zeit zurück. Für sinnvolle, produktive Tätigkeiten oder schlicht für Entspannung, für Musikhören, Lesen oder einen Film. Premium- Fahrzeuge werden ohne diese automatisierten Fahrfunktionen schon in wenigen Jahren nicht mehr konkurrenzfähig sein. Die Option auf zusätzliche freie und selbstbestimmte Zeit entscheidet über die Zukunft.

Es gibt Verkehrssituationen, in denen der Fahrer nicht selbst fahren will. Das Automobil der Zukunft schenkt ihm Freiheit und Flexibilität.
Illustration: Eva Revolver

Fahrerassistenz – heute und morgen

Unter der Bezeichnung BMW Personal CoPilot bündelt BMW seine Technologien zur Fahrerassistenz und zum autonomen Fahren und Parken der Zukunft. Trotz umfassender Unterstützung soll der Fahrer auch in Zukunft entscheiden, ob er die Verantwortung an das Fahrzeug übergibt oder selbst fährt.

Bereits seit den 1960er-Jahren erhalten BMW Fahrer Unterstützung in bestimmten Fahrsituationen – beispielsweise durch eine automatische Geschwindigkeitskontrolle, hilfreich auf monotonen Strecken. Das Angebot an Assistenzsystemen wächst seitdem ständig und unterstützt den Fahrer vom Start bis zum Ziel. Die derzeit fortschrittlichsten Funktionen bietet die Ausstattung BMW Driving Assistant Plus inklusive Lenk- und Spurführung, Spurwechsel und Stauassistenz. Neben mehr Komfort für den Fahrer sorgen die Systeme auch für mehr Sicherheit. Beispielsweise durch den Spurhalteassistenten mit Seitenkollisionsschutz, Falschfahrwarnung oder Kreuzungswarnung. Weit entwickelt sind die Helfer beim Parken: Die neueste Generation des Parkassistenten erkennt Quer- und Längslücken und parkt selbstständig ein. Der Fahrer überwacht nur noch. Mit dem optionalen ferngesteuerten Parken navigiert der Fahrer sein Automobil sogar von außerhalb in eine Lücke.

Autonomes Fahren: Interview mit Dr. Elmar Frickenstein, BMW Leiter Bereich Vollautomatisiertes Fahren, Fahrerassistenz

Das autonome Fahren ist eines der wichtigsten Themen der Automobilindustrie, und auch BMW investiert große Summen. Woher kommt aus Ihrer Sicht diese Bedeutung?

Das autonome Fahrzeug verändert unsere Industrie wie kein anderes Thema in den letzten 30 Jahren. Neue Technologien eröffnen jetzt Kunden und Gesellschaft völlig neue Perspektiven für die Mobilität der Zukunft. Für viele Menschen ist Zeit heute das wertvollste Gut im Leben. Das selbstfahrende Auto schenkt dem Fahrer Zeit und befreit ihn aus stressigen und ungeliebten Situationen. Das wünscht sich doch jeder mobile Mensch.  

Wie stellen Sie sich unser mobiles Leben mit autonomen Fahrzeugen vor?

Vieles wird sich so grundlegend ändern, dass es heute kaum vorhersehbar ist. Aber denken Sie an einen Außendienstmitarbeiter, der während der Fahrten zwischen den Terminen seine Büroarbeit erledigt. Oder Sie fahren abends in die Oper, Ihr Fahrzeug fährt Sie vor, sucht sich danach selbst einen Parkplatz und holt Sie pünktlich wieder ab. In vielen Städten erzeugt die Parkplatzsuche heute ein Drittel des Verkehrs. Autonome Fahrzeuge optimieren in den Städten den Verkehrsfluss und die Effizienz der Nutzung. Das bedeutet mehr Luftqualität und weniger Lärm – zum Nutzen aller. 

Viele Menschen sehen selbstfahrende Automobile noch skeptisch.

Wir sind heute bereits mit 40 Versuchsfahrzeugen unterwegs, und aus eigenen Beobachtungen kann ich sagen, dass der Fahrer sich innerhalb kürzester Zeit daran gewöhnt, dem Fahrzeug die Kontrolle zu überlassen. Auch für alle anderen Verkehrsteilnehmer bedeutet automatisiertes Fahren mehr Sicherheit. Derzeit passieren über 90 Prozent der Unfälle durch menschliches Versagen. Automatisierte Fahrzeuge werden nicht abgelenkt oder müde und reagieren in kritischen Situationen konsequent und reproduzierbar.

Viele Menschen haben auch mit Software und Rechnern nicht nur gute Erfahrungen.

Wir haben in der Automobilindustrie – ähnlich wie in der Luftfahrt – völlig andere Sicherheitsstandards. Die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Stabilität von Hard- und Software in einem Fahrzeug unterscheiden sich grundlegend von denen in einem Smartphone. Wir haben eine jahrzehntelange Expertise in Entwicklung, Test und Absicherung. Das ist ein Vorteil, und wir nutzen ihn.

Um das autonome Fahren bemühen sich auch IT-Unternehmen wie Google oder Fahrdienste wie Uber. Wen sehen Sie vorn?

Das Rennen ist noch offen, aber wir haben ein starkes Setting und die besten Partner. Wir verstehen und wissen am besten, wie sich das Automobil verhält, was es sieht und wohin es lenkt. Zu jeder Zeit, bei jeder Witterung und überall auf der Welt. Wir sind führend im Bereich vernetzter Fahrzeuge und bieten als Pionier der Branche mit BMW ConnectedDrive bereits seit mehr als einem Jahrzehnt entsprechende Dienstleistungen an – beispielsweise Verkehrsinfos in Echtzeit. 

Das autonome Fahren ist jedoch eine weitaus größere Herausforderung?

Richtig, wir haben eine in jeder Hinsicht komplexe Aufgabe vor uns. In 2021 werden wir im BMW iNext hochautomatisierte Fahrerassistenzfunktionen für Kunden anbieten sowie eine Pilotflotte vollautonomer Fahrzeuge aufbauen. Dafür benötigen wir beispielsweise eine vielfach leistungsfähigere Hardware als heute im Fahrzeug. Niemand überblickt zum jetzigen Zeitpunkt, wie viele Algorithmen wir mithilfe von neuronalen Netzwerken und künstlicher Intelligenz programmieren werden. Es gibt zwar feste Verkehrsregeln, aber unendlich viele mögliche Fahrsituationen. Daher gilt es auch mittels Simulation in bisher ungekanntem Umfang von Hunderten Millionen von Kilometern jegliche Szenarien abzusichern. Wir verarbeiten schon heute ungeheure Datenmengen und errichten unter anderem ein neues Rechenzentrum in Unterschleißheim bei München, das die gesamte aktuelle IT-Leistung der BMW Group um ein Vielfaches übertrifft.

Braucht diese umfassende Aufgabe nicht auch neue Köpfe und neue Methoden?

Klar ist, dass wir das nicht alleine lösen können. Deshalb hat sich BMW mit den besten Kompetenzen weltweit verbündet, beispielsweise mit Mobileye für die Auswertung von Bilddaten durch Computer oder mit Intel in Bezug auf Datenverarbeitung und künstliche Intelligenz. An unserem neu geschaffenen Autonomous Driving Campus in Unterschleißheim arbeiten demnächst bis zu 2000 internationale Experten aus der Automobil- und der IT-Industrie mit für die Automobilindustrie völlig neuen Arbeitsweisen. Nur so ist das zu schaffen!

Gemeinsam stärker – Autonomous Driving Campus in Unterschleißheim

Im Münchner Norden konzentriert BUW gemeinsam mit Partnern aus der IT- und Automobilbranche alle Kompetenzen für die Entwicklung des autonomen Fahrens. Die herausfordernden Aufgaben auf dem Weg zum autonomen Fahren erfordern neue und vor allem schnelle, flexible Arbeitsmethoden in der Entwicklung. Mit seinen internationalen Kooperationspartnern arbeitet BMW daher auf dem Autonomous Driving Campus in Unterschleißheim u.a. nach LeSS (Large Scale Scrum). Bei dieser Arbeitsmethode gibt es keinen von Beginn an festgelegten Entwicklungspfad. Alle Funktionen werden schrittweise in 14-tägigen Sprints entwickelt. Das Entwickeln und Testen geschieht in crossfunktional zusammengesetzten Teams, die in kurzen Takten Ergebnisse erzielen, die sofort im Fahrzeug erlebbar sind. Diese Zwischenergebnisse lassen sich in den nächsten Schritten effizienter bestimmen als in einem deterministischen, abstrakten Gesamtprozess.

Erstveröffentlichung: BMW Magazin, Ausgabe 01/2018