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Autonomes Fahren

Zusammen entwickeln, digital testen

Wie digitale Zwillinge und übergreifende Partnerschaften zwischen Industrie und Wissenschaft die Entwicklung voranbringen

Lutz Morich hat mit seinem Team einen digitalen Zwilling von Ingolstadt erschaffen (Foto: Audi)
Lutz Morich hat mit seinem Team einen digitalen Zwilling von Ingolstadt erschaffen (Foto: Audi)

Sie ist eine ganz normale Stadt in Oberbayern, doch es gibt sie zweimal: das echte Ingolstadt und ihren digitalen Zwilling. Im Rahmen des Projekts SAVeNoW  hat Audi ein digitales Abbild der Stadt erstellt, in der das Unternehmen zu Hause ist. Das Projekt treibt die VW-Tochter mit einer Reihe von Partnern aus der Wissenschaft voran, unter anderem der TH Ingolstadt der KU Eichstätt, der TU München, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, der Universität Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI. Außerdem beteiligt sind die Unternehmen Continental, TWT, ASAP, 3D Mapping Solutions, seppmed und Elektronische Fahrwerk-Systeme (EFS). Gefördert wird das Projekt mit über 7,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur.

„Wir haben ein virtuelles Testfeld für automatisiertes Fahren erzeugt“, erklärt SAVeNoW-Projektleiter Lutz Morich, „um Fragestellungen zu beantworten, die sich analytisch nicht lösen lassen.“ Seit über drei Jahren arbeiten Morich und sein Team insgesamt an der Simulation. Abgebildet sind darin alle statischen Objekte, von Innenstadtstraßen bis zur Autobahn A9, von Gewerbegebieten bis zu allen Gebäuden der Stadt.

Virtuelles Testfeld fürs autonome Fahren

Dieses Abbild wurde mit dynamischen Elementen angereichert, mit allen Arten von Fahrzeugen und den Menschen der Stadt. Aus verschiedenen Quellen werden dazu Daten integriert – aus Verkehrsbeobachtungssystemen, digitalen Ampeln und aus vernetzen Audi-Versuchsfahrzeugen, die in der Stadt in großer Zahl unterwegs sind.

„Autonomes Fahren hat auf der Autobahn einen anderen Komplexitätsgrad als im urbanen Bereich, autonomes Fahren in der Stadt ist die Königsdisziplin“, betont Morich. „Eine Stadt bietet sehr viel mehr Optionen, die Anzahl möglicher Szenarien potenziert sich hier.“ Wie reagiert der Regelalgorithmus eines autonomen Fahrzeugs im Verkehr mit Radfahrern und Fußgängern sowie komplexeren Regeln im Stadtverkehr? Das entwickelt und testet man am besten am digitalen Zwilling. „Es gab mal Stimmen, die meinten, das können wir ausschließlich auf der Straße testen, doch die sind inzwischen sehr leise geworden“, erklärt der Experte. Und auch andere Unternehmen erproben ihre Technologien in einem solchen virtuellen Umfeld, mit einigen von ihnen ist Morich im vorwettbewerblichen Austausch.

Gesellschaftliche Akzeptanz

Um herauszufinden, wie der Algorithmus reagiert, kann ein autonomes Fahrzeug in das virtuelle Abbild des realen Ingolstädter Verkehrs „hineingesetzt“ werden. Man kann dieses Abbild aber auch bewusst beeinflussen. „In einer sogenannten agentenbasierten Simulation kann ich etwa bestimmte Fahrertypen als Verkehrsteilnehmer simulieren, wie beispielsweise besonders aggressive oder besonders vorsichtige Fahrer, und dann schauen, was der Algorithmus macht.“

Simulationen im digitalen Zwilling sind, laut Lutz Morich, vor allem für drei Zwecke wichtig. Erstens für ein entwicklungsbegleitendes Testen, bei dem jeweilige Modifizierungen am Algorithmus untersucht werden. „Dadurch gewährleisten wir als Hersteller auch die Sicherheit unserer Entwicklungsqualität.“ Zweitens als ein Werkzeug für Zulassung und Zertifizierung. Mit dem Beginn des autonomen Fahrens müssen Zulassungsbehörden Funktionen in Fahrzeugen für die Straße freigeben, die es zuvor noch nicht gab. „Und dafür brauchen sie entsprechende Werkzeuge und Know-how.“

Der dritte Zweck mag vielleicht nicht sofort auf der Hand liegen, ist Morich aber sehr wichtig: die gesellschaftliche Akzeptanz. „Man kann den Menschen den digitalen Zwilling mit den autonomen Fahrzeugen zeigen, ja sogar autonome Mobilität erleben lassen und damit Berührungsängste abbauen“, so Morich. „Tatsächlich haben wir das schon in der Fußgängerzone von Ingolstadt gemacht und sehr viel positives Feedback bekommen.“

Timo Woopen leitet das Projekt UNICARagil, bei dem zahlreiche Partner aus Forschung und Industrie zusammenarbeiten (Foto: RWTH Aachen)
Timo Woopen leitet das Projekt UNICARagil, bei dem zahlreiche Partner aus Forschung und Industrie zusammenarbeiten (Foto: RWTH Aachen)

Vier autonome Fahrzeuge auf Basis neuer Architekturen

Auf Simulationen in der Entwicklung setzt auch die Initiative UNICARagil. „Damit lässt sich die teure Testzeit am Fahrzeug reduzieren“, erklärt Projektleiter Timo Woopen von der RWTH Aachen.

Das 2018 gestartete Projekt wird vom Bundesforschungsministerium mit 26 Millionen Euro gefördert. Zum Projektabschluss 2022/23 sollen vier autonome Fahrzeuge vorgestellt werden, Produkt-Prototypen aus den Bereichen Shuttle-Fahrzeug, Taxi, Cargo und Privat-Pkw. Projektleiter Woopen ist zuversichtlich, dass der Termin gehalten werden kann. „Drei der Fahrzeuge stehen schon auf Rädern.“

Für die Entwicklung wurde in dem Projekt ein modulares Fahrzeugkonzept entworfen. Es setzt sich aus sechs sogenannten Architekturebenen zusammen. Diese reichen von der physischen Fahrzeuggeometrie über die Software- bis zur Vernetzungsarchitektur. Ein starker Fokus liegt dabei auch auf der Elektronik.

Projekt mit über 100 Wissenschaftlern

UNICARagil ist ein in dieser Dimension wohl einmaliges Projekt. Zusammengeschlossen haben sich über 100 Wissenschaftler von 16 Lehrstühlen an acht Universitäten von Braunschweig bis Ulm. Vertreten sind unterschiedliche Disziplinen, von Fahrzeugtechnik und Informatik bis zu Psychologie und Satellitengeodäsie (satellitengestützte Erdvermessung). Dazu kommen acht Partner aus der Industrie, hauptsächlich KMU und Start-ups.

„Die Arbeit in einem so breiten Konsortium macht Spaß, ist aber auch ungewöhnlich“, betont Timo Woopen. „Weil Unis normalerweise auch in Konkurrenz stehen, zum Beispiel um Forschungsgelder.“ Warum generell so viele Kooperationen an der Entwicklung zum autonomen Fahren arbeiten? „Das hat mit dem Markt zu tun“, erklärt der Leiter des Forschungsbereichs Fahrzeugintelligenz & Automatisiertes Fahren des Instituts für Kraftfahrzeuge der RWTH. „Traditionelle Autos bauen deutsche Unternehmen sehr gut. Aber wenn es um Software geht, treten Player wie Google oder Amazon auf den Markt, die über sehr viel Geld und Know-how verfügen.“ Dagegen habe man mit vereinten Kräften bessere Chancen.

Wann das autonome Fahren kommt

Und wann kommt das autonome Fahren nun? Mit Prognosen halten sich Lutz Morich und Timo Woopen zurück. Einig sind sie sich darin, dass das Ende Juli 2021 in Deutschland beschlossene Gesetz zum autonomen Fahren die Entwicklung beschleunigen wird. Es erlaubt zahlreiche Anwendungsszenarien ohne Sicherheitsfahrer.

Und man sei sich einig darüber, dass die nächste zu erklimmende Stufe 3 (hochautomatisiertes Fahren) einen Meilenstein darstellt. Denn bei Stufe 3 übergibt der Fahrer nicht nur das Steuer an die Software, sondern das Fahrzeug übernimmt für diese definierten Rahmenbedingungen zu 100 Prozent die Verantwortung. Die technische Herausforderung bestehe darin, wie das System in Notfällen die Fahrverantwortung an den Menschen zurückgibt, erklärt Woopen. Der Schritt ist riesig. Und um ihn gehen zu können, testet auch Audi weiter die Reaktionen der Fahralgorithmen auf den virtuellen Straßen Ingolstadts.

Benedikt Sperling-Zikesch, Sales Director People Transport EMEA & Managing Director DACH, Easymile
Benedikt Sperling-Zikesch, Sales Director People Transport EMEA & Managing Director DACH, Easymile

„Wir merken, dass die Menschen, sobald sie erst mal ein autonomes Fahrzeug erlebt haben, weitaus weniger skeptisch sind. Das verdeutlicht die Bedeutung von Reallaboren, um die Technologie erlebbar machen zu können. Doch auch an der Technologie ist noch einiges zu tun. Vor allem muss die Zuverlässigkeit der Wahrnehmung solcher Fahrzeuge verbessert werden. Dabei stellen auch unterschiedliche Umwelt- und Verkehrsbedingungen eine Hürde dar. Derzeit schränken widrige Wetterbedingungen, wie starker Schneefall, Regen oder Nebel, hochautomatisierte Mobilitätsangebote noch stark ein. Daran forschen wir gemeinsam mit starken Technologiepartnern.“

Christian Ruland, Vice President Operations Autonomous Mobility & Information Systems Bertrandt AG
Christian Ruland, Vice President Operations Autonomous Mobility & Information Systems Bertrandt AG

„Die Schlüsseltechnologien für autonome Systeme sind für Standardsituationen auf Autobahnen sehr gut entwickelt. Aber für städtische Situationen reicht der aktuelle Stand der Technik noch nicht aus, um die notwendige Sicherheit aus Nutzersicht zu gewährleisten. Es braucht also technologische, bezahlbare und abgesicherte Standardlösungen einerseits, andererseits aber auch für Individuallösungen tiefe technische Softwarekompetenz von Vehicle bis Backend.“

Marc Rother, Global Director of Sales, Magna Electronics
Marc Rother, Global Director of Sales, Magna Electronics

„Der technische Aufwand bei einem Level-3-System ist wesentlich höher als bei einem reinen Level-2-Assistenzsystem. Um dennoch eine Markdurchdringung zu ermöglichen, werden zunehmend neue Vertriebskonzepte wie Feature on Demand oder Subscriptions Fees zum Tragen kommen. Eine Akzeptanz muss unter dem Kosten-Nutzen-Aspekt betrachtet werden. Wenn die gewonnene Zeit, in der das Fahrzeug autonom fährt, sinnvoll, im besten Fall sogar wertschöpfend genutzt werden kann, dann werden die Kosten für die Systeme akzeptiert werden.“

Dr. Christian Hort, Leiter Automotive und Manufacturing, T-Systems
Dr. Christian Hort, Leiter Automotive und Manufacturing, T-Systems

„Ohne Zweifel wird 5G-Konnektivität in Verbindung mit Edge-Computing eine zentrale Rolle für automatisiertes Fahren spielen. Beispielsweise für die performante Prozessierung des hohen Datenvolumens aus Sensor- und Umgebungsdaten für die Weiterentwicklung von KI oder Bilderkennung oder die Kommunikation zu anderen Fahrzeugen oder der Infrastruktur (V2X). Zentral sind diese Technologien auch für den Ausbau der Versorgung der Fahrzeuge mit Software-Updates Over the Air (OTA). Klar sein sollte uns allerdings, autonomes Fahren muss auch ohne 5G-Coverage funktionieren, da von einer permanenten Netzabdeckung nicht ausgegangen werden kann.“

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  • Future Mobility